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Dentro de um contexto atual de restrições cada vez mais severas para as emissões de poluentes por combustíveis fósseis e suas possíveis implicações ambientais, torna-se de grande relevância o estudo do melhor aproveitamento dos combustíveis. Uma forma de atingir esse objetivo é analisar o próprio combustível na forma em que ele é utilizado. Este trabalho tem como foco melhorar as técnicas de estudo de algumas características relevantes da injeção direta de combustíveis líquidos em motores de combustão interna, aliando programações de rotinas de cálculo computacionais de análise de matrizes com dados obtidos dos experimentos para que os resultados sejam mais confiáveis e possibilitem a obtenção de correlações envolvendo parâmetros relevantes dos sprays. Imagens digitais são uma das principais fontes de informações obtidas dos experimentos para a análise dos sprays de combustíveis em vários trabalhos encontrados na literatura e também deste mesmo trabalho. Elas são essencialmente matrizes numéricas, em uma representação matemática. Nesta Tese, filmagens com alta velocidade de obtenção de imagens foram realizadas tanto em condições de injeção estática utilizando fluidos simulacros de gasolina e etanol, quanto em condições dinâmicas utilizando etanol hidratado em injeção dentro de um motor com acesso óptico, para exemplificar a utilização das metodologias desenvolvidas. As novas estratégias de análise proporcionaram a medição de grandezas importantes como o ângulo de cone, a penetração, o volume e a dispersão dos sprays. Tais estratégias também possibilitaram a obtenção de correlações preditivas do comportamento dos sprays. Os resultados demonstraram não existir grandes diferenças quanto às características macroscópicas dos sprays dos dois fluidos simulacros testados em condições estáticas e forte dependência do comportamento do spray de etanol com a condição de rotação do motor. The analysis of better fuel applications is of great importance when is considered the growing restrictions on fossil fuel emissions, and its environmental implications in the actual context. Studying the fuel in the way it is used is a strategy for reaching this objective. This work has the goal to improve the techniques of analysis concerning some relevant characteristics of direct injection using liquid fuels in internal combustion engines. In this work computational programming calculations were linked with experimental data for getting more reliable results and mathematical relations for spray relevant parameters. Images are the source for getting results concerning fuel spray analysis in several experiments found in the literature. In the present work images were also used for this objective. They are essentially numerical matrices in a mathematical representation. High-speed image recording processes were performed both in static injection conditions using gasoline and ethanol similar fluids and in dynamic conditions with the ethanol injections inside an optical engine to serve as an example for the application of the new methodologies. With the developed strategies, it was possible to measure automatically important spray parameters as the cone angle, the penetration, the spray volume and the dispersion coefficients. Such strategies also helped obtaining predictive correlations. The results showed similar behavior in the macroscopic spray characteristics between the two tested fluids used in static conditions and a strong dependence in ethanol spray with the engine speed rotation.

A crescente demanda atual pelo desenvolvimento de motores de combustão à gasolina com maior rendimento e menor concentração de CO2 nos gases de exaustão trouxe atenção especial aos motores de injeção direta de combustível. Alguns dos fatores que influenciam demaneira significativa o desempenho dos mesmos são as características dos sprays diretamente injetados dentro da câmara de combustão. Uma efetiva atomização tem o papel de propiciar melhor aproveitamento do combustível. Dentro deste contexto, este trabalho tem como objetivo principal o estabelecimento de estratégias de análises de importantes parâmetros associados aos sprays produzidos por um injetor de injeção direta utilizando água, gasolina e etanol como fluidos de teste. A matéria prima na aquisição de dados para este estudo consistiu nas imagens dos processos de atomização e nos campos de velocidades obtidos pela técnica de Velocimetria por Imagens de Partículas. Uma estratégia matemática foi estabelecida paraidentificar as fronteiras dos sprays através de uma função e um sistema de referência apropriado. Os ângulos dos sprays cônicos, o comprimento de quebra, a penetração, a taxa de penetração, o diâmetro das gotículas, os perfis lineares de velocidades e os perfis de velocidades em arcos centrados no orifício consistiram em importantes parâmetros de estudo deste trabalho. Os resultados mostraram elevadas curvaturas das bordas dos sprays, comprimentos de quebra médios iguais a 0,62 cm para a água, 0,67 cm para o etanolcombustível e 0,78 cm para a gasolina, taxas de penetrações coerentes com os campos de velocidades obtidos por PIV e boa reprodutibilidade das estratégias metodológicas empregadas, sugerindo assim uma efetiva validade das mesmas. The actual increasing demand for developing gasoline internal combustion engines with better efficiency and less CO2 concentration into the exhaust gases causes special attention to the direct injection engines. Some of the factors with significant influence on the performance of such engines are the spray characteristics directly injected into the combustion chamber. An effective atomization gives rises to a better advantage in the use of the fuel. Within its context, this study has the main purpose of settling strategies to examine critically theimportant parameters related to the sprays produced by a direct injection injector using water, gasoline and ethanol as tested fluids. The basis to the data acquisition for this study consisted of images related to the atomization process and the velocity fields obtained by Particle ImageVelocimetry. A mathematical strategy was settled to identify the sprays boundaries through a function and an appropriate reference system. The spray cone angle, the breakup length, the penetration, the rate of penetration, the droplet diameter, the linear velocity profiles and thevelocity profiles related to arcs centered on the orifice were important parameters of this work. The results showed high curvature related to the external spray boundaries, breakup length equals to 0,62 cm for water, 0,67 cm for ethanol and 0,78 cm for gasoline, penetration rates coherent with velocity fields got from PIV technique and good reproductibility of thetaken strategies of studying, suggesting an effective validation.

Os filmes cerâmicos de manganito de lantânio dopado com estrôncio (LSM) e de manganito de lantânio dopado com estrôncio/zircônia estabilizada com ítria (LSM/YSZ) são utilizados como catodos das células a combustível de óxido sólido de temperatura alta (CaCOSTA). Estes filmes cerâmicos porosos foram depositados sobre o substrato cerâmico denso de YSZ, utilizado como eletrólito, componente estrutural do módulo, assim conferindo uma configuração de meia-célula denominada auto-suporte. O estudo da meia-célula é fundamental, pois na interface catodo/eletrólito ocorre a reação de redução do oxigênio, conseqüentemente influenciando no desempenho da CaCOSTA. Neste sentido, o presente trabalho contribui para a síntese de pós de LSM e LSM/YSZ e para o processamento de filmes finos, utilizando a técnica de pulverização de pó úmido, adotada para a conformação dos filmes cerâmicos por permitir a obtenção de camadas porosas com espessuras variadas na ordem de micrômetros. Os pós de LSM foram sintetizados pela técnica de citratos e os pós de LSM/YSZ pela técnica de mistura de sólidos. Na etapa de conformação foram preparadas suspensões orgânicas de LSM e LSM/YSZ alimentada por gravidade em um aerógrafo manual. Para a conformação do substrato de YSZ utilizou-se uma prensa uniaxial hidráulica. Foram possíveis a obtenção das meia-células de óxido sólido catodo/eletrólito de estruturas cristalinas hexagonal para a fase LSM e cúbica para a fase YSZ. E as micrografias das meia-células mostram que o substrato YSZ é denso, suficiente para ser utilizado como eletrólito sólido, e os filmes de LSM e LSM/YSZ apresentam-se porosos com espessura de aproximadamente 30 μm e com boa aderência entre os catodos e o eletrólito. A presença do catodo compósito entre o catodo LSM e o substrato YSZ, possibilitou um aumento no desempenho eletroquímico na reação de redução do oxigênio. The ceramic films of strontium-doped lanthanum manganite (LSM) and strontiumdoped lanthanum manganite/yttria-stabilized zirconia (LSM/YSZ) are used as cathodes of the high temperature solid oxide fuel cells (HTSOFC). These porous ceramic films had been deposited on the YSZ dense ceramic substrate, used as electrolyte, structural component of the module, thus conferring a configuration of half-cell called auto-support. The study of the half-cell it is basic, therefore in the interface cathode/electrolyte occurs the oxygen reduction reaction, consequently influencing in the performance of the HTSOFC. In this direction, the present work contributes for the processing of thin films, using the wet powder spraying technique, adopted for the conformation of the ceramic films for allowing the attainment of porous layers with thicknesses varied in the order of micrometers. The LSM powders were synthesized by the citrate technique and the LSM/YSZ powders synthesized by the solid mixture technique. In the stage of formation were prepared organic suspensions of LSM and LSM/YSZ fed by gravity in a manual aerograph. For the formation of the YSZ substrate was used a hydraulical uniaxial press. The attainment of solid oxide half-cells cathode/electrolyte was possible of crystalline structures hexagonal for phase LSM and cubic for phase YSZ. The half-cells micrographs show that the YSZ substrate is dense, enough to be used as solid electrolyte, and the LSM and LSM/YSZ films are presented porous with approximately 30 μm of thickness and good adherence between the cathodes and the electrolyte. The presence of composite cathode between the LSM cathode and YSZ substrate, presented an increase in the electrochemical performance in the oxygen reduction reaction.