Portal de Eventos da ULBRA., XVIII SALÃO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA

Tamanho da fonte: 
Simulação numérica com validação experimental do coeficiente de descarga em motor de combustão interna
Bruno Souza Soriano, Charles Rech

Última alteração: 23-10-2012

Resumo


Com o crescente aumento da capacidade computacional as indústrias têm passado por grandes mudanças e ferramentas de simulação numérica tornaram-se grandes aliados de pesquisadores. A constante busca por redução de custos e prazo de desenvolvimento de projeto fez com que métodos tradicionalmente empíricos dessem lugar a ferramentas que demandassem menor necessidade de tempo. Um estudo detalhado do comportamento do escoamento no sistema de admissão de um motor de combustão interna torna-se necessário para compreender melhor os fenômenos físicos associados e, por conseguinte, melhorar o desempenho dos motores, diminuindo, assim, a emissão de gases poluentes. Dentre os parâmetros que influenciam no desempenho, pode-se citar o coeficiente de descarga (CD) do sistema de admissão, que quantifica a capacidade do motor de admitir ar. O presente trabalho tem como objetivo simular numericamente o coeficiente de descarga em um motor de combustão interna e validar a metodologia através de resultados experimentais. A solução numérica foi obtida através do software de volumes finitos Ansys Fluent 14 com modelo de turbulência k-ɛ padrão e tratamento padrão da parede, já o ar foi tratado como gás ideal e a parede como adiabática. As simulações foram realizadas para três aberturas de válvulas e pressões de sucção. O domínio computacional foi discretizado através de células no formato tetraédrico sendo que, através do estudo de independência de malha, optou-se pela utilização 700 mil. Para a validação experimental, foi desenvolvida uma bancada de testes que consiste na utilização de um anemômetro de filme quente automotivo para medir a vazão mássica de ar, um micrometro para medir a abertura de válvula, um ventilador elétrico controlado por um variador de tensão elétrica a fim de gerar o escoamento desejado e finalmente, um sensor de pressão piezoresistivo para monitorar a pressão de sucção gerada. Os sensores de vazão e de pressão foram conectados a placa conversora A/D (National instruments 6221) controlada pelo seu software original. Um estudo de incerteza de medição foi realizado, chegando ao valor de 4% para a bancada. Verificou-se que para baixas aberturas de válvulas o CD é dependente da pressão de sucção utilizada, com variação de 4,6% como esperado. Já para aberturas maiores a diferença passa a ser de 0,9% e, portanto, o CD passa a ser pouco dependente da pressão de sucção utilizada. Os resultados numérico-experimental apresentaram boa concordância entre si, com variação percentual relativa máxima de 3,8 % levando em consideração todas as aberturas de válvulas. Com relação ao resultado global, a maior variação foi de 2,3 %. Verificou-se, portanto, que a metodologia numérica e experimental empregadas pode ser utilizada para quantificar o coeficiente de descarga em motores de combustão interna.