1. introdução 1.1 motivação o brasil é pi...1. introdução 1.1 motivação o brasil é pioneiro na produção e uso de biocombustíveis como etanol e biodiesel. este esforço vem de encontro às metas de redução da agressão ao meio ambiente, incluindo a redução da produção de gases promotores de efeito estufa, e permite o desenvolvimento de uma cadeia sustentável de produção e consumo de combustíveis renováveis para o transporte assim, como para a geração estacionaria de energia. no brasil, o combustível formado por uma mistura de etanol e gasolina é comercialmente disponível em proporção de cerca de 27% de etanol, porém, é utilizado nos motores flex em diferentes proporções, que variam de 27% etanol até 100% etanol. embora a produção de motores adequados a operação com etanol já exista por mais de 3 décadas, a pesquisa básica nas características de combustão de etanol e misturas de etanol/gasolina não tem acompanhado o andamento das tecnologias de controle de motor. assim, grande parte do desenvolvimento de motores e tecnologias de combustão tem se baseado em procedimentos empíricos, os quais são limitados por critérios de custo e tempo de desenvolvimento. por exemplo, ainda não é realidade a presença no mercado de motores de ignição por compressão usando etanol, pois o desenvolvimento dos motores tem sido enfocado em sistemas de ignição por centelha para combustíveis típicos de motores de ciclo otto (etanol e misturas de etanol e gasolina automotiva), já o desenvolvimento de motores de ignição por compressão tem se focado no uso de combustíveis com maior massa molecular em relação aos combustíveis usados em motores de ignição por faísca. no caso dos motores de carga homogênea de ignição por compressão (homogeneous charge compression ignition – hcci) a tendência é aproveitar a possibilidade da autoignição da mistura em alta razão de compressão (típicas dos motores de ignição por compressão). baseando-se na tradição da engenharia, acredita-se que o desenvolvimento de um conhecimento fundamental acerca das características de combustão destes combustíveis nas condições típicas de motores a combustão interna trará a possibilidade de otimizações de desempenho e eficiência, proporcionando ganhos consideráveis econômicos, ambientais e estratégicos para o brasil. um destes focos de desenvolvimento tecnológico a nível internacional é a pesquisa em motores de combustão interna (mci) operando em condições de carga homogênea de ignição por compressão – hcci. este tipo de sistemas tem gerado desafios em várias áreas da engenharia (controle e automação, química, mecânica e automotiva entre outras) sendo o principal desafio o controle do processo de combustão em regime hcci nas diversas condições de operação do motor. vários centros de pesquisa e desenvolvimento de empresas fabricantes de motores têm anunciado o lançamento no mercado de motores hcci na indústria automotiva, porem sempre adiando a data de lançamento, justamente pela dificuldade no controle e na estabilidade do processo de combustão, isto indica a existência de um vazio grande em termos de conhecimento da cinética química da combustão neste regime de operação (hcci), basta fazer uma pesquisa no google e pode ser confirmado que são poucos os fabricantes de motores que estão focando esforços no desenvolvimento do motor hcci, não estando ainda disponível no mercado. a previsão de lançamento mais recente é da mazda, para o 2019 (mazda skyactiv engines technology, 2017). no texto acima se deu como exemplo que ainda não é realidade a presença no mercado de motores a etanol de ignição por compressão, justamente limitado pelo controle da combustão do etanol neste tipo de regime de ignição (falta de conhecimento cientifico e tecnológico). o anterior tomando como exemplo o etanol, mas a mesma discussão aplica para motores hcci a gasolina, porém, com uma maior complexidade imposta pela diferencia na combustão entre o etanol e a gasolina, assinalada em termos de atraso de ignição (eventos cinéticos prévios à ignição térmica da mistura) e pelo índice de octanas desses dois combustíveis (e das suas misturas – motores flex) entre maior seja o índice de resistência à detonação, maior será a taxa de compressão que suporta em condições similares de operação sem entrar em regime de detonação. observa-se aqui que são dois os parâmetros associados ao tipo de combustível que irão definir a utilização de um combustível em determinada razão de compressão (a) a ignição térmica e (b) o índice de resistência à detonação (ou números ron e mon ou número de octanas, etc.) do combustível. em relação à ignição térmica, os dados são obtidos via experimentos em tubos de choque e máquina de compressão rápida, os quais conseguem reproduzir condições de temperatura e pressão similares às condições de operação dos motores de combustão interna (ignição por faísca / ignição por compressão / hcci) e os mesmos servem para ajustar modelos cinéticos detalhados, os quais podem ser utilizados em simulações numéricas complexas. em relação ao índice de resistência à detonação (ron, mon, índice de octanas, etc.), é obtido experimentalmente em motor cfr (cooperative fuel research engine), ou estimado em função da composição do combustível (conteúdo de parafinas, olefinas, aromáticos, etc.) usando bases de dados experimentais. em termos de operação dos motores cfr, o fato deles permitir a variação da razão de compressão (a procura do regime de detonação) chega-se perto ao regime de operação hcci. o melhor entendimento da influencia destes dois parâmetros nas condições de operação em motores de combustão interna, pode ser obtido analisando o processo de combustão de cada combustível (ou mistura de combustíveis) via métodos experimentais e numéricos. é preciso lembrar que estes dois parâmetros também são os que irão definir / contribuir fortemente com o controle da combustão no caso dos motores hcci. observa-se aqui a importância de dados experimentais e principalmente a necessidade de desenvolvimento de modelos cinéticos detalhados capazes de predizer o comportamento de motores de combustão interna, incluindo os eventos cinéticos dentro da câmara de combustão do motor, em termos de cinética química. nesta segunda etapa do projeto, novas formulações de substitutos serão analisadas, numérica e experimentalmente, modelos cinéticos desenvolvidos na primeira etapa desta pesquisa (projeto sigpex 201805490, encerrado) serão adaptados para as novas formulações. adicionalmente, novos modelos cinéticos serão desenvolvidos. 1.2 objetivos geral desenvolver modelos cinéticos para a combustão de substitutos de combustíveis pra industria automotiva, naval e aeronáutica. específicos para atingir o objetivo geral, é necessario seguir as seguintes etápas, descritas a seguir como objetivos específicos: ? revisão bibliografica detalhada (sendo atualizada constantemente ao longo do projeto) de mecanismos cinéticos detalhados para espécies químicas puras e misturas. ? proposta de substitutos de combustíveis (composição volumétrica) ? realização de testes experimentais em tubo de choque de alta pressão ? realização de testes experimentais em máquina de compressão rápida ? realização de testes experimentais em motor de razão de compressão variável. ? adaptação / junção de mecanismos cinéticos ? simulações numéricas usando cantera / avl-boost ? ajuste dos modelos cinéticos detalhados observe-se que todos os experimentos a serem realizados nas instituições parceiras (nacionais e internacionais) serão realizados sem custos para esta segunda etapa do projeto de pesquisa, da mesma forma que foi feita na primeira etapa (projeto sigpex 201805490, encerrado). 4.1 principais contribuições 1. base de dados experimental de medições de atraso de ignição de misturas multicomponentes contendo etanol e substitutos de gasolina (biocombustíveis). dados obtidos em experimentos de ignição térmica em tubos de choque de alta pressão (c3/nuig e ivg/unidue), em condições de operação de mci. 2. base de dados experimental de medições de atraso de ignição de misturas multicomponentes contendo etanol e substitutos de gasolina (biocomobustíveis). dados obtidos em experimentos de ignição térmica em máquina de compressão rápida (c3/nuig), em condições de operação de mci. 3. base de dados de modelos cinéticos, aplicáveis à indústria do transporte (automotiva, naval e aeronáutica) 4. vinculação de alunos de graduação via desenvolvimento de trabalhos de conclusão de curso. adicionalmente, alunos de pós-graduação poderão ser envolvidos no projeto. 5. fortalecimento dos laços e projetos de cooperação internacional entre os três países, brasil, irlanda e alemanha, o que irá gerar maiores possibilidades de intercambio de docentes e alunos de graduação e pós-graduação. 6. publicações científicas. todos os dados de experimentos e simulações serão tratados, organizados e publicados em jornais / congressos internacionais para a comunidade científica nacional e internacional.