Medições do aparato experimental laser

As medições realizadas no aparato experimental laser foram conduzidas utilizando o mesmo injetor e as mesmas condições de testes daquelas usadas nas medições com o Patter- nator. O único parâmetro que teve uma pequena variação foi a temperatura de injeção, pois o tanque de combustível do aparato experimental estava a temperatura ambiente (28 ∘_{C). No} entanto, essa diferença de temperatura não altera de forma significativa as propriedades termo- químicas dos fluidos de testes, o que influenciaria nos ângulos do cone do spray.

O aparato experimental laser, ao oposto do Patternator utilizado, pode realizar testes com diferentes tipos de fluidos. Assim, foram feitas medições dos ângulos 𝛼 e 𝛽 do cone do spray do etanol hidratado, da gasolina tipo C e do n-heptano.

A fim de obter resultados estatisticamente significantes e assegurar a repetibilidade dos testes, os valores obtidos para os ângulos do cone do spray advêm do valor médio de dez me- dições de cada ângulo. Para o presente trabalho, o ângulo 𝛼 formado entre os jatos dois e três foi escolhido para ser determinado pelo aparato experimental laser, pois esses jatos contêm o centro de massa posicionado similarmente em seus quadrantes (vide Figura 4.1). A Tabela 4.2 apresenta os ângulos 𝛼 e 𝛽 dos três fluidos de testes.

Tabela 4.2: Ângulos do cone do spray obtidos pelo aparato experimental laser. Fluidos de Testes Ângulo 𝛽 Esquerdo (∘_{) Ângulo 𝛼 (}∘_{) Ângulo 𝛽 Direito (}∘₎

Etanol 5,0 17,1 ± 0,23 7,3 ± 0,21

Gasolina 5,3 ± 0,15 16,6 ± 0,16 6,7 ± 0,15

N-heptano 5,3 ± 0,15 16,4 ± 0,16 7,1 ± 0,10

A Figura 4.3 apresenta uma medição dos ângulos 𝛼 e 𝛽 do cone do spray do n-heptano realizada pelo aparato experimental laser, onde pode ser visto o ângulo 𝛼 formado entre os jatos dois e três.

Figura 4.3: Medição dos ângulos do cone do spray do n-heptano através do aparato experimental laser.

Com o propósito de verificar a precisão da nova técnica de medição de ângulos do spray de injetores PFI, comparou-se o ângulo 𝛼 obtido pelo Patternator (15,9∘_{) com aquele obtido} pelo aparato experimental laser (16,4∘_{). A diferença apresentada entre os ângulos foi de 3,14%} (valor do Patternator - valor do aparato experimental laser / valor do Patternator). Apesar da variação da temperatura do fluido de teste entre os equipamentos, os resultados do aparato experimental são bem próximos dos do Patternator para ângulo 𝛼 do spray.

Através do aparato experimental laser também foi possível determinar o ângulo 𝛽 do spray. Para verificar a precisão dessa medição, utilizou-se o valor do ângulo 𝛽 fornecido pela folha de especificação do fabricante do injetor, que é de 8,5 ± 3,5∘ _{(medido a 270 ± 0,01 kPa).} Analisando os resultados apresentados na Tabela 4.2, pode-se observar que os ângulos 𝛽 obtidos para todos os fluidos de testes estão dentro da especificação do fabricante do injetor.

Na análise da Tabela 4.2, é observado que o etanol tem o ângulo 𝛼 ligeiramente maior comparado a gasolina e o n-heptano. De acordo com Lefebvre (1989), o ângulo do cone do spray tende a ter uma abertura ligeiramente maior com o aumento da densidade do fluido de teste. Isso explica o por que do ângulo 𝛼 do etanol ser ligeiramente maior comparado a gasolina e o n-heptano.

O presente estudo também teve como objetivo verificar o comportamento dos ângulos do cone do spray do n-heptano, visto que esse hidrocarboneto é recomendado para ser utilizado como fluido de teste padrão nas indústrias automobilísticas (HUNGe outros, 2008). Através da

Tabela 4.2, pode-se observar que esse fluido têm ângulos do cone do spray similar comparado aos combustíveis reais utilizados nos MCIs brasileiro, o que justifica o seu uso como fluido de teste padrão.

Outro resultado importante observado, é que a gasolina tipo C e o etanol hidratado contêm valores próximos para os ângulos do cone do spray. Assim, para essa característica macroscó- pica do spray, o bio-combustível etanol é adequado para ser utilizado nos MCIs.

Os resultados obtidos no aparato experimental laser foram publicados nos anais de con- gresso da IV Jornadas em Escoamentos Multifásicos (JEM2015) (Apêndice D).

4.2 PDPA - Aparato experimental UFMG

O PDPA - aparato experimental UFMG e o equipamento de diagnóstico óptico HiDense PDA System foram utilizados com o propósito de determinar as características microscópi- cas do spray do injetor PFI quatro furos apresentado na seção 3.1.1. A utilização de ambos os equipamentos ocorreu no Laboratório de Combustíveis e Combustão do Departamento de Engenharia Mecânica da UFMG.

As medições das características microscópicas do spray ocorreram a 25 mm a jusante da sede do injetor, ao longo do seu eixo centrado. Essas medições foram realizadas no centro do jato 2 (Figura 4.2), pois era o jato que estava posicionado mais próximo dos módulos do equi- pamento óptico de medição. O receptor e o emissor do HiDense PDA System foram equipados com lentes com distância focal de 300 mm e posicionados na configuração forward scattering com um ângulo de 56∘_.

Em relação aos parâmetros de injeção, os fluidos de testes foram injetados com pressão de 300 ± 30 kPa a temperatura ambiente. Para os parâmetros de funcionamento do injetor, utilizou-se a MoTec ECU para controle do mesmo com uma simulação de rotação do motor de 5.040 RPM e PWM de 5,9 ms.

Os testes conduzidos neste aparato experimental utilizaram os mesmos parâmetros de injeção de combustível e de funcionamento do injetor. Essa estratégia foi adotada com o intuito de analisar de forma comparativa os resultados obtidos dos seguintes fluidos de testes: etanol hidratado, gasolina tipo C e o combustível multi-componente E50.

Os resultados obtidos no PDPA - aparato experimental UFMG serão apresentados e dis- cutidos nas seções seguintes, divididas em diâmetro médio de Sauter, velocidade das gotas e distribuição dos diâmetros das gotas.