PDPA Aparato experimental UFMG

O PDPA - aparato experimental UFMG foi desenvolvido por pesquisadores do Centro de Tecnologia da Mobilidade (CTM-UFMG) e se encontra instalado no Laboratório de Combustí- veis e Combustão do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).

Este aparato experimental, foi projetado com o propósito de reproduzir um sistema de injeção de combustível PFI existente em MCI que pudesse ser adaptado a equipamentos que consistem de técnicas ópticas de medição capazes de determinar as características do spray de injetores PFI. O diagrama esquemático do PDPA - aparato experimental UFMG pode ser visto na Figura 3.21.

Figura 3.21: Diagrama esquemático do PDPA - aparato experimental UFMG.

Similarmente à bancada de testes descrita na seção 3.3, o PDPA - aparato experimental UFMG é composto por dois sistemas principais: sistema de injeção de combustível e sistema óptico de medição que serão descritos nas próximas duas seções.

3.4.1 Sistema de injeção de combustível: PDPA - Aparato experimental UFMG

Com o objetivo de fornecer os fluidos de testes com os parâmetros de injeção desejados ao injetor, um sistema de injeção de combustível foi desenvolvido. O funcionamento desse sistema ocorre através do conjunto de diversos componentes alocados em uma configuração específica. O fornecimento do fluido de testes ao injetor é feito por um vaso de pressão (Figura 3.22). O fluido de testes é conduzido ao injetor através de uma mangueira conectada na parte inferior do flange do vaso de pressão, enquanto que uma mangueira conectada na parte superior do flange pressuriza o vaso de pressão com ar comprimido. O controle da pressão do ar comprimido no vaso de pressão é feito por uma válvula reguladora de pressão e um manômetro com escala de 0 à 10 bar e incerteza de medição de 1% do fundo de escala (10 bar). Um termopar tipo K do fabricante ICEL, modelo TD-965, com precisão de leitura de 1% foi inserido no vaso de pressão a fim de obter a temperatura do fluido de teste.

O controle dos parâmetros do injetor, tal como o PWM, foi realizado por uma unidade controladora de motor (em inglês: engine control unit (ECU)) modelo MoTec m400.

Figura 3.22: Vaso de pressão do PDPA - aparato experimental UFMG. Fonte: Autor.

3.4.2 Sistema óptico de medição: PDPA - Aparato experimental UFMG

O sistema óptico de medição empregado no PDPA - aparato experimental UFMG utiliza a técnica de Anemometria por Efeito Doppler ou Phase Doppler Anemometry (PDA) para a medição das características microscópicas do spray. Essa técnica também é conhecida como Analisador de Partículas por Efeito Doppler ou Phase Doppler Particle Analyzer (PDPA).

Foi utilizado o equipamento com nome comercial de HiDense PDA System, fabricado pela Dantec Dynamics A/S, para obter a técnica PDPA. Este equipamento é composto por um módulo emissor de feixes laser e um módulo receptor. O módulo emissor apresenta dois feixes laser produzidos de forma contínua e com tecnologia Nd:YAG de estado sólido bombeado por diodo (DPSS). Os feixes laser contêm comprimento de onda de 660 nm e 785 nm, com potência de 90 mW para o feixe de 660 nm e 70 mW para o feixe de 785 nm.

O equipamento HiDense PDA System permite a medição pontual de diâmetros e velocida- des de gotas em spray denso, como é o caso dos sprays formados por injetores de combustível. A Figura 3.23 apresenta uma medição das características microscópicas do spray de um injetor PFI quatro-furos utilizando o equipamento HiDense PDA System.

Figura 3.23: Medição das características microscópicas do spray através da técnica PDPA. Fonte: Autor.

3.4.3 Procedimentos e condições de testes

Os testes realizados no PDPA - aparato experimental UFMG tiveram como propósito ana- lisar as características microscópicas do spray dos seguintes fluidos de testes: etanol hidratado, gasolina tipo C e um combustível multi-componente denominado de E50 (50% de etanol hidra- tado misturado com 50% de gasolina tipo C em volume).

O procedimento de mistura dos fluidos de testes a fim de obter o E50, pode ser dividido em três etapas:

∘ Primeiramente, uma bureta graduada com torneira de vidro de 50 mL (marca: JS), subdi- visão de 0,10 mL e limite de erro (tolerância) de 0,050 mL, foi preenchida com 50 mL de etanol para posteriormente ser transferido para um balão volumétrico de 100 mL ± 0,08 mL (marca: Satélite).

∘ Após realizado o procedimento de transferência do etanol, a bureta graduada foi lavada internamente com gasolina, com o intuito de retirar o resíduo de etanol que ainda estava em seu interior.

∘ Finalmente, o mesmo procedimento adotado para o etanol foi realizado com a gasolina. Porém, a gasolina foi transferida para o mesmo balão volumétrico que estava o etanol, obtendo assim o combustível multi-componente E50 em volume.

foi realizada na ECU MoTec m400. Uma vez programada a ECU, não foram mais alterados os valores de configuração durante a realização dos testes, com o objetivo de obter resultados que pudessem ser analisados de forma comparativa. Uma simulação de rotação do motor de 5.040 RPM e um duty cicle de 24,8% foram os parâmetros de injeção usados a fim de simular um motor trabalhando em alta rotação e baixa carga. Devido a essa configuração, um período total (o intervalo de tempo entre duas rotações simuladas do motor - duty cicle de 100%) de 23,8 ms com PWM de 5,9 ms foi obtido.

O equipamento de medição HiDense PDA System foi posicionado de uma maneira que o ângulo formado entre a linha de centro do emissor com a linha de centro do receptor formasse 56 graus. Essa configuração de posicionamento permitiu a utilização do modo forward scat- tering, a intensidade da refração direta dos feixes laser pelas gotas do fluido de teste é maior nesta posição. De acordo com Artium (2010), o modo forward scattering produz resultados mais satisfatório quando se utiliza líquidos transparentes, que é o caso dos fluidos utilizados no presente trabalho. A configuração deste tipo de posicionamento é apresentada na Figura 3.24.

Figura 3.24: Configuração de posicionamento forward scattering. Fonte: Artium (2010). Lentes com distância focal de 300 mm foram usadas em ambos os módulos (emissor e receptor) do HiDense PDA System devido às dimensões do PDPA - aparato experimental UFMG. O ponto do spray escolhido para realizar as medições foi a 25 mm a jusante da sede do injetor e ao longo do seu eixo centrado. Nesta região temos a primeira quebra do jato líquido em gotas, o que tem influência significativa na formação do spray (ZENGe outros, 2012).

A análise de incertezas das medições realizadas no PDPA - aparato experimental UFMG é apresentada no Apêndice B.