Gasolina tipo C - PDPA Aparato experimental Unicamp

C.1 Conjunto de dados operacionais do equipamento PDI-300 MD

3.5 PDPA Aparato experimental Unicamp

4.3.2 Gasolina tipo C

As Figuras 4.13 e 4.14 apresentam, respectivamente, as PDFs dos diâmetros e das velocidades axiais das gotas de gasolina para as seguintes condições de testes: pressão de injeção de 300 e 420 kPa, posições axiais de medições de 25 e 100 mm a jusante da sede do injetor e temperatura da gasolina de 0, 30 e 60∘_{C. Cada PDF foi determinada com base na medição de} 20.000 gotas detectadas e validadas pela técnica PDPA ao longo de múltiplos ciclos de injeção. Diferentemente do etanol hidratado (seção 4.3.1), as posições axiais de medições esco- lhidas para a análise das características microscópicas do spray da gasolina tipo C foram 25 e 100 mm a jusante da sede do injetor. Adotou-se essa estratégia, pois de acordo com o que foi

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Diâmetro (µm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Velocidade (m/s) (a) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Diâmetro (µm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Velocidade (m/s) (b) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Diâmetro (µm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Velocidade (m/s) (c) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Diâmetro (µm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Velocidade (m/s) (d)

Figura 4.12: Componente axial da velocidade das gotas em função de seus diâmetros para a temperatura de 30∘_{C do etanol: (a) 25 mm - 300 kPa; (b) 25 mm - 420 kPa; (c) 100 mm - 300} kPa e (d) 100 mm - 420 kPa.

observado nos resultados obtidos com o etanol, a posição de 25 mm contempla a região inicial do spray e a posição de 100 mm abrange uma região onde há um comportamento diferente dos padrões de diâmetro e de velocidade das gotas comparados com os da posição de 25 mm. Assim, essas duas posições representam características distintas do spray.

Analisando a Figura 4.13, observa-se que as PDFs dos diâmetros das gotas de gasolina apresentam comportamentos similares para o mesmo ponto de medição e diferentes pressões de injeção (Figuras 4.13a e 4.13b, 4.13c e 4.13d). No entanto, visualiza-se diferenças entre os pontos de 25 e 100 mm para a mesma pressão de injeção (Figuras 4.13a e 4.13c, 4.13b e 4.13d). Para a posição de 25 mm, as pressões de injeção de 300 kPa (Figura 4.13a) e 420 kPa (Figura 4.13b) contêm PDFs com formato mono-modal. Nota-se que para 300 kPa as PDFs para todas as temperaturas estão centradas em aproximadamente 8,5 𝜇m enquanto que para 420

kPa estão centradas em 8,0 𝜇m. Nessa posição, também se observa que para 420 kPa há uma maior probabilidade de obter gotas com menores diâmetros comparado a pressão de 300 kPa, como esperado. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Diâmetro ( µm) 0 2 4 6 8 10 12

Função Densidade de Probabilidade (%)

0°C 30°C 60°C (a) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Diâmetro ( µm) 0 2 4 6 8 10 12

Função Densidade de Probabilidade (%)

0°C 30°C 60°C (b) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Diâmetro ( µm) 0 2 4 6 8 10 12

Função Densidade de Probabilidade (%)

0°C 30°C 60°C (c) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Diâmetro ( µm) 0 2 4 6 8 10 12

Função Densidade de Probabilidade (%)

0°C 30°C 60°C

(d)

Figura 4.13: Função densidade de probabilidade do diâmetro das gotas de gasolina para as seguintes pressões de injeção e posições axias de medições: (a) 25 mm - 300 kPa; (b) 25 mm - 420 kPa; (c) 100 mm - 300 kPa e (d) 100 mm - 420 kPa.

Em relação à posição de 100 mm (Figuras 4.13c e 4.13d), verifica-se que há uma alteração significativa no formato das funções PDFs comparado com os da posição de 25 mm (Figuras 4.13a e 4.13b). As funções PDFs para todas as temperaturas e pressões de injeção à 100 mm apresentam que os diâmetros das gotas estão distribuídos de forma que ocorra uma boa probabilidade de se observar uma ampla faixa de diâmetros e, comparado à 25 mm, há probabilidade de grandes diâmetros. Em contraste com a posição de 25 mm, em 100 mm verifica-se que não há variações significativas nos diâmetros para as diferentes pressões de injeção e mesma temperatura do fluido de teste. Com exceção para 0 ∘_{C (gasolina a 0} ∘_{C - GSO) que para 420}

kPa apresentou uma maior probabilidade de se encontrarem gotas com maiores diâmetros em relação a 300 kPa.

Comparando as posições de medições, verifica-se que as PDFs da posição de 100 mm (Figuras 4.13c e 4.13d) indicam um aumento na probabilidade de se encontrarem gotas com diâmetros maiores do que aquelas da posição de 25 mm (Figuras 4.13a e 4.13b). Acredita-se que o aumento dos diâmetros advém da coalescência das gotas ou da evaporação das gotas menores.

As PDFs da componente axial da velocidade das gotas de gasolina para as pressões de injeção de 300 e 420 kPa, posições axiais de medições de 25 e 100 mm e as três temperaturas medidas para a gasolina podem ser vistas na Figura 4.14.

Para a posição de 25 mm (Figuras 4.14a e 4.14b), verifica-se que as PDFs apresentam formato bi-modal para todas as temperaturas estudadas da gasolina. A Figura 4.14a, pressão de injeção de 300 kPa, indica que a 60 ∘_{C a gasolina (GS60) tem maior probabilidade de se} encontrar gotas com velocidades de 1,0 m/s e 28 m/s. Ainda pode-se observar que os casos a 0 ∘_{C (GS0) e 30}∘_{C (GS30) possuem velocidade similar à do GS60 para o primeiro máximo da} função PDF, ou seja, 1,0 m/s. Já para o segundo máximo, o GS0 apresenta velocidade de 26 m/s e o GS30 de 27 m/s. Para a pressão de injeção de 420 kPa (Figura 4.14b), observa-se uma similaridade com os resultados obtidos para 300 kPa, com uma diferença nas magnitudes das velocidades dos máximos das PDFs. Todas as temperaturas apresentam velocidade de 1,2 m/s no primeiro máximo da função. No segundo máximo, verifica-se que o GS0 está centrado em 31,5 m/s, o GS30 em 32,5 m/s e o GS60 em 33,5 m/s.

A posição de 100 mm (Figuras 4.14c e 4.14d) apresenta funções PDFs similares àquelas da posição de 25 mm. Porém, nota-se que há uma maior probabilidade de obter gotas com maiores velocidades para o ponto de medição a 100 mm tanto nas duas pressões de injeção quanto em todas as temperaturas da gasolina. Também observa-se que há um deslocamento entre os máximos das funções PDFs entre a pressão de 300 kPa (Figura 4.14c) e 420 kPa (Figura 4.14d), indicando maiores velocidades para a pressão de 420 kPa.

Importante mencionar que o aumento na probabilidade de possuir gotas em duas velocidades distintas no spray, alta e baixa velocidades, conduz a uma maior probabilidade de ocorrer colisões entre elas, o que favorece o processo de coalescência (DORFNERe outros, 1995). Esse

comportamento é visto na Figura 4.14, mas observa-se que para a posição de 100 mm (Figuras 4.14c e 4.14d) as probabilidades são próximas de ocorrer tanto gotas com velocidades altas, quanto com velocidades baixas. Esse comportamento ajuda a entender o motivo de ocorrer um aumento no diâmetro das gotas de gasolina na posição de 100 mm, conforme apresentado nas

Figuras 4.13c e 4.13d. -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Velocidade (m/s) 0 5 10 15 20 25 30 35

Função Densidade de Probabilidade (%)

0°C 30°C 60°C (a) -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Velocidade (m/s) 0 5 10 15 20 25 30 35

Função Densidade de Probabilidade (%)

0°C 30°C 60°C (b) -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Velocidade (m/s) 0 5 10 15 20 25 30 35

Função Densidade de Probabilidade (%)

0°C 30°C 60°C (c) -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Velocidade (m/s) 0 5 10 15 20 25 30 35

Função Densidade de Probabilidade (%)

0°C 30°C 60°C

(d)

Figura 4.14: Função densidade de probabilidade da velocidade das gotas de gasolina para as seguintes pressões de injeção e posições axias de medições: (a) 25 mm - 300 kPa; (b) 25 mm - 420 kPa; (c) 100 mm - 300 kPa e (d) 100 mm - 420 kPa.

As Figuras 4.15 e 4.16 apresentam os gráficos de dispersão da componente axial da velocidade das gotas em função de seus diâmetros para as posições axiais de medição de 25 e 100 mm a jusante da sede do injetor para as temperaturas de trabalho de 0 e 60∘_{C da gasolina estu-} dada. Cada gráfico foi elaborado com base em 20.000 gotas detectadas e validadas pela técnica PDPA.

Para a temperatura de 0∘_{C (Figura 4.15), pode-se observar que os padrões são similares} quando comparados tanto para a mesma posição axial e diferentes pressões de injeção (Figuras 4.15a e 4.15b, 4.15c e 4.15d) quanto para diferentes posições axiais e mesma pressão de injeção (Figuras 4.15a e 4.15c, 4.15b e 4.15d).

Em relação à pressão de injeção, nota-se que os padrões apresentados para 300 kPa (Fi- guras 4.15a e 4.15c) são similares com os da pressão de 420 kPa (Figuras 4.15b e 4.15d). Observa-se também que os sprays obtidos na pressão de 420 kPa apresentam gotas em maiores velocidades tanto para aquelas com diâmetros pequenos (d𝑑< 80 𝜇m) como para as gotas com diâmetros grandes (d𝑑> 80 𝜇m), como esperado.

Figura 4.15: Componente axial da velocidade das gotas em função de seus diâmetros para a temperatura de 0∘_{C da gasolina: (a) 25 mm - 300 kPa; (b) 25 mm - 420 kPa; (c) 100 mm - 300} kPa e (d) 100 mm - 420 kPa.

Através de uma breve comparação entre as Figuras 4.14 e 4.15, visualiza-se de forma clara que os máximos das funções PDFs das velocidades das gotas de gasolina (Figuras 4.14) podem ser vistos na Figura 4.15. A título de exemplo, observando a Figura 4.15b constata-se que há um padrão de gotas que abrange desde a gota com menor diâmetro até a aquela com maior diâmetro, ao redor de 33 m/s, e outro padrão deslocado à esquerda na faixa de 0 a 20 𝜇m e agrupado entre 0 e 8 m/s. Esses mesmos padrões podem ser vistos na Figura 4.14b (para

a temperatura de 0∘_{C) onde o primeiro pico de maior probabilidade está relacionado com o} agrupamento de gotas entre 0 e 8 m/s e o segundo pico com agrupamento de gotas ao redor de 33 m/s.

Referente às posições axiais, verifica-se que não há variações significativas das velocidades máximas de gotas, as velocidades permaneceram similares. Ainda é possível notar que para a posição axial de 100 mm (Figuras 15c e 15d) o spray possui uma maior quantidade de gotas com diâmetros grandes (d𝑑 > 80 𝜇m) comparadas com aquelas de 25 mm. Apesar de não ter ocorrido um aumento expressivo na velocidade máxima das gotas para a posição de 100 mm, as PDFs de velocidade para diferentes pressões de injeção e temperatura de 0∘_{C (Figuras 14c} e 14d) indicam que há uma probabilidade de se obter gotas com maiores velocidades do que com menores velocidades. Assim sendo, há a eminência de ocorrer coalescência das gotas, o que justifica os diâmetros grandes nessa posição.

A Figura 4.16 apresenta os gráficos que correlacionam a componente axial da velocidade das gotas com os seus diâmetros para a temperatura de 60∘_{C (GS60).}

Os resultados das velocidades em função dos diâmetros para o caso GS60 foram bastante semelhantes com aqueles encontrados para a temperatura de 0 ∘_{C (Figura 4.15). No entanto,} observa-se uma pequena diferença para o padrão que abrange desde a gota com menor diâmetro até a aquela com maior diâmetro, ao redor de 27 m/s para a pressão de 300 kPa (Figuras 4.16a e 4.16c) e 33 m/s para a pressão de 420 kPa (Figuras 4.16b e 4.16d). Nota-se, que de maneira geral, o caso GS60 tem uma diminuição na quantidade de gotas grandes em ambas as posições e pressões de injeção comparado ao GS0.

No documento Análise da influência da temperatura e da pressão de injeção e do tipo de combustível nas características do spray de injetores PFI (páginas 86-92)