Bicos injetores para automóveis mais eficientes graças a super raio-X

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/03/2008

O espalhamento do jato de combustível de um bico injetor pode ser visto claramente com a nova técnica de imageamento por raios-X de alta potência.
[Imagem: ANL]

A eficiência da queima do combustível no interior do cilindro não depende apenas da qualidade do álcool ou da gasolina. A mistura de ar e combustível, o rápido espalhamento da chama e a queima integral dependem sobretudo da forma como o combustível se dispersa, logo depois de sair do bico injetor.

Bicos injetores mais eficientes

Analisar esse spray sempre foi um desafio porque as câmeras de filmagem de altíssima velocidade disponíveis hoje simplesmente não podem ser utilizadas no ambiente agressivo do interior de uma câmara de combustão.

Agora, cientistas do Laboratório Nacional Argonne, nos Estados Unidos, desenvolveram uma tecnologia de imageamento que permite a filmagem precisa através de líquidos densos em alta velocidade. Com essas imagens, eles poderão projetar bicos injetores mais eficientes, que resultem em melhor rendimento dos motores e menor consumo de combustível.

Nova técnica de imageamento

"O contraste da imagem é claro e nós podemos [capturar essas imagens] várias vezes mais rápido do que podia ser feito até hoje," explica o engenheiro Kamel Fezzaa. "Nós agora podemos capturar a estrutura interna do jato e mapear sua velocidade com clareza e segurança, o que não era possível antes."

Para ver através do motor e da câmara de combustão, Fezzaa e seus colegas desenvolveram uma técnica avançada de raios-X emitidos por fonte síncrotron. A técnica é chamada de imageamento por contraste de fase de campo integral.

Raios-X síncrotron

Em comparação com os raios-X utilizados em hospitais, os raios-X síncrotron são um trilhão de vezes mais brilhantes - o que signifca que eles são muito mais potentes - e são gerados em pulsos extremamente curtos, da ordem de 100 nanossegundos cada um.

O maior desafio encontrado pelos engenheiros foi proteger o próprio motor usado na experiência da incrível potência desses super raios. Para isso eles desenvolveram uma técnica que isola pulsos individuais dos raios-X síncrotron, minimizando a quantidade que deve ser disparada para fazer cada imagem.

A técnica é particularmente adequada para estudar os chamados fluxos multifase, tais como as bolhas no vapor d'água ou os jatos de combustível que saem dos bicos injetores de um motor.

Validação experimental

A eficiência dos bicos de combustível é inteiramente dependente da melhor mistura entre combustível e ar. Para melhorar o projeto dos injetores e torná- los mais eficientes, o entendimento de como o combustível se atomiza quando é injetado na câmara é um fator crítico.

Até agora, as técnicas de caracterização a laser disponíveis não apresentavam respostas adequadas devido à alta densidade do jato de combustível logo na abertura do bico injetor. Como só podiam estudar o jato de combustível bem depois que ele já foi injetado, os modelos resultantes e utilizados até hoje são altamente especulativos, super-simplificados e quase nunca validados experimentalmente.

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