PROJETO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA DE IGNIÇÃO POR CENTELHA E INJEÇÃO DIRETA OPERANDO COM ETANOL

Marcos Antônio Fernandes Rodrigues PROJETO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA DE IGNIÇÃO POR CENTELHA E INJEÇÃO DIRETA OPERANDO COM ETANOL Centro Universitário Toledo Araçatuba 2015

Marcos Antônio Fernandes Rodrigues PROJETO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA DE IGNIÇÃO POR CENTELHA E INJEÇÃO DIRETA OPERANDO COM ETANOL Trabalho de conclusão de curso, com objetivo de aprovação no curso de Engenharia Mecânica no Centro Universitário Toledo com orientação do Prof. Me. Lucas Mendes Scarpin. Centro Universitário Toledo Araçatuba 2015

Se não puder voar, corra, se não puder correr, ande, se não puder andar, rasteje, mas continue em frente de qualquer jeito. Martin Luther King

Dedico este trabalho em especial ao meu pai Antônio Rodrigues Nogueira, aos meus avôs Alfredo e Altino, ambos in memorian, também a minha mãe Marinalva Fernandes Rodrigues, minha irmã Josiane Fernandes Rodrigues, minhas avós Alexandrina e Laurita, e todos que acreditaram no meu potencial.

AGRADECIMENTOS Agradeço, primeiramente, a Deus por ter me dado as forças e sabedoria necessária, por fazer morada em minha vida. Á minha família, a meu pai, Antônio in memoriam, minha mãe, Marinalva, minha irmã, Josiane, pelo apoio e por tudo que fizeram em minha vida. Ao meu orientador, Prof. Lucas Mendes Scarpin, pela ajuda e auxilio nas dúvidas para o desenvolvimento deste trabalho. Aos meus colegas do curso de graduação pelo apoio dado no decorrer do curso e companheirismo por parte de todos. Aos meus amigos que não mediram esforços, quando solicitei ajuda, presente nos momentos de alegria e tristeza da minha vida, em especial, Flávia Alves, Paloma Leite, Franciély Costa, Geovane Leite, Renan D Angelo, Rafael D Angelo, Alex Junior, Tatiane Oliveira, Tayná Oliveira, Alessandra Ferreira, Rafaela Trevisan, Bruna Martins, Tatiane Martins. Aos meus colegas de trabalho da Joatt Auto Mecânica, presentesnos 5 anos da minha graduação. A todos que confiaram no meu potencial.

RESUMO Para a construção de um motor de combustão interna é preciso desenvolver uma avaliação dos parâmetros geométricos e dinâmicos, no intuito de se obter os melhores resultados esperados para o projeto em questão. Este trabalho consiste na simulação numérica de um motor similar aos utilizados na temporada 2015 da Fórmula-1. Diante disso, se busca apresentar uma máxima potência, aliada a um consumo específico mínimo, que pode se obter através da otimização das diversas variáveis envolvidas, como tempos das válvulas de admissão e exaustão, avanços de injeção e ignição, relação de equivalência ar-combustível e taxa de compressão. Além disso, vale ressaltar que o combustível empregado nas análises é o etanol hidratado, reduzindo grande parte das emissões. Demostrando assim, após sua otimização, valores dos parâmetros de funcionamento e o resultado final do rendimento e desempenho do motor. Palavras-chave: Motor de combustão interna, Diesel-RK, Fórmula-1, otimização, emissões.

ABSTRACT For the construction of an internal combustion engine it is necessary to develop pan assessment of the geometric and dynamic parameters, in order to obtain the best results for the project in question. This work consists of the numerical simulation of an engine similar the season 2015 formula 1. That said, if you're looking to present a full power, combined with a minimum specific fuel consumption, which can achie veth rough optimization of several variables involved such as time on the intake and exhaust, advances of injection and ignition, fuel-air equivalence ratio and compression ratio. In addition, it is worth mentioning that the fuel employed in analyses is the hydrated ethanol, reducing much of the emissions. Showing how, after its optimization, function parameter values and the result of the efficiency and engine performance. Keyword: internal combustion engine, Diesel-RK, formula-1, optimization, emissions.

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 3D três dimensões AEAC Álcool etílico anidro combustível AEHC Álcool etílico hidratado combustível bmep brake mean effective pressure (pressão média efetiva de eixo) bsfc brake specific fuel consumption (consumo especifico de combustível de eixo) C Comum CI compression ignition (ignição por compressão) CO2 dióxido de carbono cm³ -centímetro cúbico cte constante DOHC dupla árvore de comando sobre o cabeçote EGR exhaust gas recirculation (recirculação dos gases de escape) EVC exhaust valve closing (fechamento válvula de escape) EVO exhaust valve opening (abertura válvula de escape) g/km grama por quilometro g/kwh grama por quilo watt hora GNV gás natural veicular GPL gás liquefeito de Petróleo H entalpia hp houser power (cavalo vapor) imep indicated mean effective pressure (pressão média efetiva indicada) IVC intake valve closing (fechamento válvula de admissão) IVO intake valve opening (abertura válvula de admissão) k razão entre os calores específicos cp e cv do fluido ativo (1,35) kg/kwh quilograma por quilowatt hora km quilômetro km/h quilômetro por hora kw quilowatt l litros m massa MGU-H motor generator unit-heat (unidade geradora de potência-calor) MGU-K motor generator unit-kinetic (unidade geradora de potência-cinética)

N.m Newton metro NOx óxidos de nitrogênio OHC árvore de comando única sobre o cabeçote p pressão PMI ponto morto inferior PMS ponto morto superior q calor especifico rpm rotação por minuto S entropia SI spark ignition (ignição por centelha) T temperatura U energia interna V volume V10 10 cilindros dispostos em V Virabrequim girabrequim, cambota ou árvore de manivelas λ fator lambda θi tempo de ignição

LISTA DE FIGURAS Figura 1. Nikolaus Otto.... 14 Figura 2. Esquema turbocompressor.... 15 Figura 3..Relação potência x ano... 16 Figura 4. Relação rotação x ano.... 16 Figura 5. Motor v12 acoplado a uma transmissão e 2 motores elétricos... 17 Figura 6. Motor Energy F1 descodificado... 18 Figura 7. Gráfico p-v e T-S... 19 Figura 8. Ciclo Diesel.... 20 Figura 9. Esquema de uma injeção direta... 22 Figura 10. Interface do software.... 27 Figura 11. Gráfico gerado pelo software após scanning... 28 Figura 12. Curva de potência em função da rotação do motor... 35 Figura 13. Curva de torque em função da rotação do motor... 35 Figura 14. Curva do bmep em função da rotação do motor... 36 Figura 15. Curva do imep em função da rotação do motor... 37 Figura 16. Curva do requisito de octanagem em função da rotação do motor... 37 Figura 17. Curva do consumo específico em função da rotação do motor.... 38 Figura 18. Curva da eficiência mecânica em função da rotação do motor... 38 Figura 19. Curva da eficiência do motor em função da rotação do motor.... 39 Figura 20. Curva da emissão de NOx em função da rotação do motor.... 39 Figura 21. Curva da massa de combustível em função da rotação do motor.... 40

LISTA DE TABELAS Tabela 1. Dados de entrada do motor... 26 Tabela 2. Primeira simulação... 30 Tabela 3. Definição da razão de compressão... 31 Tabela 4. Valores do fator lambda para cada rotação... 32 Tabela 5. Tempo de ignição para cada rotação... 32 Tabela 6. Tempo de injeção para cada rotação... 33 Tabela 7. Valores dos tempos de válvulas... 33 Tabela 8. Valores da simulação final... 34 Tabela 9. Dados finais obtidos pela otimização... 41

SUMÁRIO 1. Introdução... 14 1.1. Breve histórico... 14 1.2. Ciclos de funcionamento... 19 1.2.1. Ciclo de ignição por centelha... 19 1.2.2. Ciclo de ignição por compressão... 20 1.3. Injeção direta... 21 2. Objetivo...23 3. Revisão Bibliografica...24 4. Materiais e metódos... 26 4.1. Dados iniciais... 26 4.2. DIESEL-RK... 26 4.3.Metodologia... 28 5. RESULTADOS... 30 5.1. Otimização dos parâmetros... 30 5.1.1. Razão de compressão... 31 5.1.2. Lambda (λ)... 31 5.1.3. Tempo de ignição (θi)... 32 5.1.4. Tempo de injeção... 32 5.1.5. Tempos de válvulas... 33 5.2. Resultados obtidos através da otimização dos parâmetros... 33

6. Conclusão.... 42 7. Bibliografia... 43

14 1. INTRODUÇÃO 1.1. Breve histórico Os motores de combustão interna, são máquinas térmicas e fazem a transformação de energia térmica em mecânica. Sem muitos registros da época, a quem dizem que por volta de 1650 haviam experimentos de motores de combustão utilizando a pólvora como combustível. Robert Street criou uma máquina de pistão trabalhando com mistura de aguarrás e ar e o patenteou em 1794, seguido alguns anos em 1805 foi produzido um motor a gás de carvão por Isaac de Rivaz, estes motores são conhecidos como motores de combustão interna atmosférico. Em 1861 Jean Lenoir, utilizou dos mesmos princípios de Street e Rivaz e produziu e comercializou os primeiros motores de combustão interna. O motor de Lenoir produzia cerca de 1 kw de potência, sendo ele de dupla ação contendo 2 câmaras de combustão. Em 1876 Nikolaus Otto desenvolveu um motor de 4 tempos, tornando assim o pioneiro desta técnica. Este motor utilizava um carburador de pavio para realizar a mistura ar/combustível. Diante disso, a Figura 1 ilustra o motor descrito. O alemão Rudolf Diesel, através de diversos experimentos e estudos, criou o chamado hoje como motor diesel. Tem princípios de funcionamento similar ao de Otto, com algumas diferenças, como a mistura do ar com o combustível, e a forma de ignição. O ciclo criado por Diesel, a combustão era gerada pela compressão, já de Otto fazia o uso de uma faísca elétrica (VARELLA, 2015). Figura 1. Nikolaus Otto. Fonte: BRUNETTI (2012).

15 Ao longo dos anos houve a evolução dos motores de combustão interna, tanto na potência quanto no consumo. Na mistura do combustível saímos dos motores carburados para os de injeção em 1951 trazendo um aumento de 14% na potência dos motores, o tipo de injeção era mecânico e direto (para dentro da câmara de combustão), a partir desta evoluiu a injeção indireta mecânica. O K-Jetronic era um sistema de injeção mecânico e foi introduzido pela Bosch até 1973. Em 1957 surgiu a injeção eletrônica analógica e a partir dos anos 80 criou-se a injeção eletrônica digital, com intuito de se promover a diminuição da emissão de gases poluentes. Outra evolução foi com relação aos motores multiválvulas, pois com um número maior de válvulas por cilindro (exemplo de 3, 4 ou 5 ao invés de 2), foi possível melhorar o rendimento dos motores, gerando aumento de potência e, consequentemente, redução no consumo de combustível. No mercado atual dos motores está sendo adotado as multiválvulas, tanto nos motores flex (gasolina e/ou etanol) quanto nos Diesel. Têm-se uma tendência de que, ao passar dos anos, grande parte dos motores automotivos comecem a ser produzidos com multiválvulas no cabeçote. O turbocompressor, conforme a Figura 2, é outro sistema que faz parte da evolução automotiva, proporcionando uma potência maior aos motores e, portanto, melhorando seus rendimentos. Figura 2. Esquema de um turbocompressor. Fonte: SUPERSTREE (2015).

16 Na Fórmula 1, onde pode-se observar motores com elevada potência e tecnologia embarcada, até 1965 os motores possuíam uma cilindrada de 1,5l, tendo assim uma potência abaixo de 200 hp. Ao passar dos anos, chegou a 400 hp com 3,0 l de cilindrada, em 1966. Nos anos 70 e 80 implantaram os motores turbo carregados, reduzindo a cilindrada para 1,5 l, novamente, proporcionando um aumento da potência, chegando a 950 hp em 1988. Porém os motores turbos carregados apresentavam um consumo maior, onde começaram a surgir certas restrições quanto a esse fator e, consequentemente, esses passaram a não ser mais utilizados. Em 1995 era novamente de 3,0 l, porém sua potência era de 700 hp, e continuou aumentando ao longo dos anos, chegando a quase 1.000 hp de potência em 2005, como ilustrado na da Figura 3. O aliado deste aumento de potência foi a rotação alcançada, que chegou a ultrapassar os 21.000 rpm, como pode ser visto na Figura 4. Figura 3. Relação da potência em função do ano de aplicação. Fonte: Martins (2013). Figura 4. Relação da rotação em função do ano de aplicação. Fonte: Martins (2013).

17 Na construção de um motor de combustão interna, um grande desafio é aliar a potência ao menor consumo possível, além da redução nas emissões de gases poluentes. Com tanta tecnologia, os sistemas de injeção são capazes de regular um motor, superando estes desafios. Atualmente, a principal evolução foi o desenvolvimento da injeção direta em motores de ignição por centelha, a qual proporciona uma menor produção de poluentes e do consumo de combustível, pois este sistema permite um melhor controle da combustão, podendo ser empregado em veículos de uso no dia-a-dia quanto em motores de competição. Os veículos híbridos, como demostrado na Figura 5, se faz uso de duas fontes energéticas, usualmente um motor elétrico em conjunto com um motor de combustão interna. A história dos veículos elétricos (híbridos) começou a ser contada por volta de 1.880, quando o inglês David Salomons lançou os primeiros modelos. Na época, esses modelos de veículos elétricos geravam um bom desempenho, poucos ruídos, porém, sua autonomia era baixa (²BRUNETTI, 2012). Os veículos híbridos ganharam ainda mais importância nos anos 70, 80 e 90, onde surgiram várias argumentações sobre o uso do petróleo nos motores, influenciando o desenvolvimento dos motores elétricos. Existiam diversos argumentos naquela época, sendo que um deles afirmava que se o petróleo fosse queimado nas usinas termoelétricas seria mais eficiente que ao invés de ser empregado nos motores de combustão interna. Figura 5. Motor V12 acoplado a uma transmissão e 2 motores elétricos. Fonte: RODRIGUEZ (2012).

18 Nos dias atuais, em vários países do mundo é possível existir várias maneiras, por parte do governo, incentivando a produção e uso dos veículos híbridos, como uma forma de aumentar o número de veículos nas ruas, obtendo menores emissões e maior economia de combustível. Em 2014, no mundo tecnológico e potente da Fórmula 1, começou a surgir veículos híbridos, conforme mostra a Figura 6. Neste ano, os propulsores híbridos dessa categoria apresentam cilindrada de 1,6 l, turbocompressor, injeção direta, alcançando 850 hp de potência e rotação máxima de 15.000 rpm, utilizando a gasolina como combustível de trabalho e faz-se o uso de duas unidades geradoras de potência. A MGU-K (unidade geradora de potência-cinética) está acoplada ao eixo do virabrequim do motor, a qual recupera a energia cinética dissipada pelos freios nos momentos de freada e transforma em eletricidade, a carga é limitada pelo regulamento e pode-se gerar no máximo 120 kw ou 160 hp. Além disso, a MGU-K é acionada pela a MGU-H, nos momentos de aceleração do veículo. Neste caso, a MGU-H (unidade geradora de potência-calor) é conectada ao eixo do turbocompressor, absorvendo o torque gerado pelo eixo da turbina e, com isso, convertendo a energia térmica em elétrica. Por fim, essa potência elétrica pode ser direcionada a MGU-K ou às baterias. Figura 6. Motor Energy-F1 descodificado. Fonte: RENAULT (2015).

19 Vale ressaltar que a MGU-H também é usada para controlar a rotação da turbina e equalizar a demanda de ar para o interior do motor, podendo atuar como uma válvula de escape, diminuindo essa velocidade ou aumentando os giros para eliminar o atraso da resposta da turbina, ou seja, o intervalo caracterizado entre a ordem de aumentar a pressão e a resposta da turbina (RENAULT, 2015). 1.2. Ciclos de funcionamento Nesta seção serão apresentados os ciclos de quatro cursos de ignição por centelha e o ciclo de ignição por compressão. Diante disso, serão apresentados os diagramas de pressão em função do volume geométrico no interior da câmara de combustão, além da descrição de todos os eventos envolvidos. 1.2.1. Ciclo de ignição por centelha - Otto O ciclo de ignição por centelha teórica é caracterizado por quatro processos termodinâmicos, conforme apresentado na Figura 7. Adicionalmente, serão descritos cada um dos processos envolvidos. Figura 7. Ciclo de ignição por centelha teórico Otto. Fonte: ¹BRUNETTI (2012).

20 Processo 1-2: compressão adiabática e reversível e, consequentemente, isoentrópica, da mistura ar-combustível que foi admitida para o interior do cilindro. Neste processo, o trabalho realizado é negativo e todas as válvulas do motor se encontram fechadas; Processo 2-3: combustão instantânea, ou seja, ocorre sem a variação do volume geométrico do motor, promovida por uma centelha no interior da câmara de combustão. Vale destacar que, ao final desse evento, tem-se o maior nível de pressão e temperatura do ciclo; Processo 3-4: expansão motora adiabática e reversível e, consequentemente, isoentrópica. Neste processo se avalia o trabalho gerado pelo ciclo, pois ocorre geração de potência; Processo 4-1: exaustão dos produtos de combustão, que ocorre por meio da abertura da válvula de exaustão, aliado ao movimento do pistão. 1.2.2. Ciclo de ignição por compressão - Diesel Assim como o anterior, o ciclo de ignição por compressão teórico pode ser caracterizado por seis processos termodinâmicos, conforme apresentado na Figura 8. A seguir, serão descritos cada um dos processos envolvidos. Figura 8. Ciclo Diesel Fonte: Adaptado de UFRGS.

21 Processo 6-1: admissão de ar na câmara de combustão, a pressão constante, onde as válvulas de admissão permanecem abertas, enquanto que as de exaustão estão fechadas; Processo 1-2: compressão adiabática e reversível e, consequentemente, isoentrópica, do ar atmosférico que foi admitido para o interior do cilindro. Neste processo, o trabalho realizado é negativo e todas as válvulas do motor se encontram fechadas; Processo 2-3: nesta etapa se inicia a injeção de combustível que, em contato com o ar comprimido, o qual apresenta elevados níveis de pressão e temperatura, se inicia a combustão da mistura ar-combustível. Ainda neste processo, todas as válvulas permanecem fechadas; Processo 3-4: expansão motora adiabática e reversível e, consequentemente, isoentrópica. Neste processo se avalia o trabalho gerado pelo ciclo, pois ocorre geração de potência de eixo; Processo 4-5: blowdown ou descompressão rápida do cilindro, onde se inicia a abertura da válvula de escape e, com isso, a expulsão parcial dos produtos de combustão, em função do gradiente de pressão; Processo 5-6: exaustão dos produtos de combustão, a qual ocorre a uma pressão constante. Neste evento, as válvulas de escape permanecem abertas liberando os gases da queima para o escapamento do veículo. Após o fim deste processo iniciase um novo ciclo. 1.3. Injeção direta O sistema de injeção direta nos motores de combustão interna corresponde a uma tecnologia que busca a redução do consumo de combustível e, por consequência, elevação na eficiência do motor. Os motores que utilizam injeção direta, durante o evento de admissão ocorre a indução de apenas ar atmosférico, ao contrário dos motores com injeção na porta, que admitem uma mistura ar-combustível homogênea. Antes do início do evento de combustão os motores com injeção direta promovem a pulverização do combustível atomizado sobre a cabeça do pistão, como visto na Figura 9, a uma pressão em torno de 200,0 bar, de acordo com o veículo e/ou sistema. Diante disso, o

22 combustível se associa ao ar no interior do cilindro e, em seguida, ocorre a combustão e a expansão motora. Figura 9. Esquema de uma injeção direta. Fonte: Oficina Brasil (2011). Para que se possa atingir alta pressão no sistema de injeção direta, faz-se o uso de uma bomba de alta pressão, a qual é acionada pelos componentes móveis do motor, através da correia ou corrente de distribuição, ou até mesmo pelo comando de válvulas, estando assim sincronizado ao funcionamento do motor, determinando a pressão de trabalho em cada instante. A injeção direta de combustível proporciona grandes vantagens em comparação a injeção indireta (injeção na porta), tais como, desenvolvimento de motores com maior taxa de compressão, gerando melhor resposta nas acelerações, elevada eficiência volumétrica, baixo índice de emissões, menor consumo de combustível e maiores potência.

23 2. OBJETIVO O presente trabalho tem como objetivo otimizar o desempenho de um motor de combustão interna, cujos parâmetros geométricos e de funcionamento são próximos aos de um motor empregado na Fórmula 1 atual, operando com etanol hidratado. Para isso, será empregado o software DIESEL-RK, com o intuito de se alcançar os melhores níveis de torque e, consequentemente, potência, respeitando sempre os patamares de emissão de poluentes e requisito de octanagem.

24 4. REVISÃO BIBLIOGRAFICA É possível encontrar diversos trabalho em relação a simulação e dimensionamento de motores de combustão interna, visando, na maioria das vezes, a redução dos níveis de emissões de poluentes e o baixo consumo de combustível. Diante disso, será apresentado uma breve revisão bibliográfica a respeito do assunto. Gonçalves (2008) dimensionou um motor similar aos utilizados na Shell Eco Marathon, cuja ideia proposta era minimizar o consumo de combustível. Verificou e analisou resultados experimentalmente, através da variação de parâmetros de entrada, propriedades de combustão de combustível, tempos de injeção e abertura de válvulas por meio de um motor de 31,65 cm³ (ME165). Utilizou um programa para simulação e otimização dos parâmetros, sendo utilizado o 4SSI. Apresentou através de um software a projeção de um êmbolo e o melhor material para sua fabricação, concluindo que seja a liga de alumínio A390 TS. Na sua conclusão os objetivos foram atingidos, tendo uma melhoria no consumo de 30%. A melhoria de consumo se deve as alterações arquitetônicas do motor e as melhorias termodinâmicas, utilizando o ciclo de Atkison. Foi citado a redução de atrito das partes móveis através da forma de lubrificação trazendo assim ganhos na diminuição do consumo de combustível. Carvalho (2011) analisou o funcionamento de um motor de combustão interna 1.4 l utilizando diferentes tipos de combustível. A análise foi realizada através de ensaios experimentais por meio de um dinamômetro de bancada, comparando o desempenho de torque e potência. Os combustíveis utilizados nestes ensaios foram, o gás natural veicular (GNV), gasolina comum brasileira (Tipo C), álcool etílico anidro combustível (AEAC), álcool etílico hidratado combustível (AEHC), uma mistura E50 contendo 50% de gasolina pura e 50% de álcool anidro (AEAC) e a mistura E75 com 75% de álcool anidro (AEAC) e 25% de gasolina pura. Abordou-se características importantes dos combustíveis utilizado no motor, as emissões de gases, fatores de projetos, conceitos termodinâmicos como a entropia, irreversibilidade, exergia e a aplicação da 1ª e 2ª lei da termodinâmica para motor de combustão interna. Os seus resultados mostram a eficiência de cada combustível, e os que obtiveram melhores resultados foram os álcool anidro e hidratado (AEAC e AEHC), o GNV por sua vez apresentou o pior desempenho, ambas em relação a potência e torque do motor, a uma determinada faixa de rotação. Outra relação importante foi as emissões de CO 2,

25 observando que o GNV foi o combustível que menos emitiu o CO 2 ao meio ambiente, ao contrário da gasolina que teve um percentual maior de emissões. Ribeiro (2013), apresentou um modelamento computacional de um motor de combustão interna Diesel, utilizando da modelagem termodinâmica 0-D. Foram utilizados os softwares Soliworks, Ansyse e Matilab, desenvolveu um modelamento prevendo o funcionamento correto de um motor combinando da transferência de calor, vazamento e injeção, estudo de escoamento nos quatros tempos de funcionamento. Determinou a temperatura e pressão para cada ângulo de manivela, com o modelo 3D apresentou o ciclo completo do escoamento do ar no motor. Millem (2015), utilizou do software Diesel RK na simulação de um motor marítimo, sua principal ideia era comparar os resultados obtidos através do software com os obtidos de uma bancada de teste a fim de testa a confiabilidade do software. Relata em seu trabalho uma das questões mais discutidas hoje, a emissão de poluentes, analisando o desenvolvimento de projetos dos motores de combustão interna, como sendo essencial reduzir as emissões dos gases poluentes. Os dados inseridos no software Diesel RK, foram coletados dos fabricantes do motor e principalmente de manuais disponíveis. Realizou simulações computacionais e comparado com os experimentais, utilizando de diferentes cargas nominais, afim que os resultados fossem semelhantes, com o propósito de que o software venha a ser eficaz no seu uso. Para a realização deste trabalho utilizou-se um motor MAN Innovator 4C, em seus resultados apresentou gráficos e tabelas com dados experimentais e computacionais para diferentes porcentagem de carga deste motor. Com 100% da carga, em relação a potência por exemplo, experimentalmente apresentou 500 kw, e através do software 451,45 kw uma diferença de 9,71%. Realizou-se um total de 114 simulações, chegando a conclusão com os dados obtidos de que o software possui precisão satisfatória, podendo assim ser utilizado para teste em laboratórios.

26 4. MATERIAIS E METÓDOS 4.1. Dados iniciais Os parâmetros iniciais de entrada foram obtidos através de algumas informações dos motores de Fórmula-1, mais precisamente do motor Energy F1 da Renault, utilizado nas equipes Red Bull Racing e Scuderia Toro Rosso. Os dados obtidos para inicialização da otimização seguem descritos na Tabela 1, os quais foram inseridos no software Diesel-RK e, por consequência, foi possível iniciar as análises de desempenho, visando uma correlação entre redução nos níveis de emissão e elevação do rendimento térmico, por meio do aumento do torque e potência, associados à redução do consumo de combustível. Tabela 1. Dados de entrada do motor. Cilindrada 1,6 l Rotação máxima 15.000 rpm Rotação nominal ¹ 10.000 rpm Número de cilindros 6 Número de válvulas por cilindro 4 Arquitetura do motor V a 90 Diâmetro do cilindro (b) 80 mm Curso do pistão (S) 50 mm Taxa de compressão ¹ 15:1 Sistema de injeção de combustível Direta Combustível utilizado ¹ Etanol Turbocompressor Sim ¹ - definido pelo autor Fonte: RENAULT (2015). 4.2. DIESEL-RK O DIESEL-RK foi o software utilizado na otimização dos parâmetros deste motor. O desenvolvimento do software DIESEL-RK, visto na Figura 10, se iniciou em 1981, na Universidade Técnica Estatal Bauman de Moscou. O software é utilizado na otimização de combustão diesel, análise de motor de combustão interna e otimização. Trata de um software russo, o download é livre e não necessita de licença para utilização. A utilização deste software é por meio de uma ligação com seu serviço, é necessário ter rede de internet para sua

27 utilização. Quanto o tempo de processamento é variável, cerca de 3 segundos ou até mesmo 2 minutos, sem ter tempo fixo (DIESEL-RK, 2015). Figura 10. Interface do software. Fonte: DIESEL-RK (2015). As principais aplicações do Diesel-RK têm relação com: Curva de torque e outras performances dos motores; Previsão de consumo de combustível e de otimização; Análise e otimização das emissões; Análise e otimização do sistema EGR; Otimização do(s) comando(s) de válvulas; Pesquisa e otimização da injeção de combustível, incluindo injeção na porta e injeção direta. O programa pode ser utilizado no modelamento de motores de ignição por compressão (CI), motores de ignição por centelha (SI), tanto de dois como de quatro cursos. Possibilita a simulação e modelamento de motores com diversas formas geométricas e números de pistões, como exemplo quatro cilindros em linha, V6, V8, radial, cilindros opostos, dentre outros. Contudo, o programa Diesel-RK possibilita simular o trabalho de qualquer tipo de motor de combustão interna, obtendo alta precisão nos resultados. O modo ICE é uma maneira fácil e rápida para se calcular os valores de todos parâmetros de funcionamento de um motor. Uma vez inserido os dados de entradas ou após otimização desses dados, é necessário avaliar o desempenho do motor através da execução do modo ICE e, com isso, é possível obter os valores de tais parâmetros.

28 Para poder buscar o melhor rendimento de um motor otimizado, é preciso calcular diversos parâmetros e suas variáveis, apresentando extensos cálculos. No modo scanning do software, é possível selecionar uma variável a ser avaliada, dentro de um determinado intervalo e, em seguida, promover um escaneamento. Com isso, é possível traçar gráficos, onde se têm os valores da variável analisada na abcissa e, consequentemente, outro parâmetro escolhido pelo projetista na ordenada. Esse modo favorece a observação do comportamento da variável, possibilitando a otimização da mesma (DIESEL-RK, 2015) 4.3.Metodologia Neste tópico será descrita uma metodologia de como foram desenvolvidos os passos para se alcançar os resultados. No primeiro passo, foi realizado um ICE com os dados iniciais e, por isso, é possível observar os resultados para essa configuração inicial. O passo seguinte é um escaneamento de determinada variável a ser otimizada e, consequentemente, foi possível plotar os gráficos, como mostrados na Figura 11. Para se alcançar os melhores valores dessa variável, através do escaneamento, eram comparados os gráficos de torque x parâmetro a ser otimizado, com o gráfico octanagem x parâmetro a ser otimizado, buscando sempre o máximo torque possível, sem ultrapassar o valor máximo de requisito de octanagem do combustível. Figura 11. Gráfico gerado pelo software após scanning. Fonte: DIESEL-RK (2015).

29 Após o escaneamento, realiza-se na maioria dos casos uma alteração do valor da variável, a fim de se enxergar uma melhora no desempenho do motor. Com isso, se altera o valor do parâmetro e, em seguida, executa o projeto em modo ICE, obtendo a melhor em função das alterações. Os passos citados anteriormente foram seguidos para todas variáveis a serem ajustadas nesta otimização. De maneira simplificada o passo a passo da otimização será descrito abaixo. 1º passo: ICE dos dados iniciais. 2º passo: Scanning de uma variável. 3º passo: Alteração do valor da variável. 4º passo: ICE e verificação da melhora. 5º passo: Scanning 2.

30 5. RESULTADOS Após a realização do passo-a-passo utilizado para otimização deste motor, é possível observar os resultados obtidos. Neste capítulo esta introduzido os valores obtidos para cada variável otimizada. Inserindo também os valores adquiridos sem otimização correspondente ao ICE 0, e os valores otimizados por duas vezes inseridos no ICE 1 e no ICE 2. 5.1. Otimização dos parâmetros A partir da inserção dos dados de entrada no software Diesel-RK e, em seguida, aplicando a primeira simulação, os primeiros valores de todos os parâmetros de funcionamento foram alcançados, os quais seguem listados na Tabela 2, em função da faixa de rotação analisada. Tabela 2. Primeira simulação. Rotação [rpm] 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 15.000 Potência [kw] 53,428 119,58 185,82 207,88 215,74 187,98 120,77 Torque [N.m] 255,12 285,51 295,76 248,15 206,03 149,60 76,891 bmep [ba]) 21,258 23,791 24,645 20,678 17,168 12,466 6,4071 imep [bar] 22,776 25,879 27,545 24,200 21,296 17,179 11,383 Octanagem [octanas] 152,29 131,09 120,53 103,41 89,953 76,858 59,077 bsfc [kg/kwh] 0,43189 0,39112 0,38663 0,39743 0,41556 0,46010 0,59369 Eficiência mecânica 0,93338 0,91931 0,89473 0,85447 0,80615 0,72567 0,56285 Eficiência do motor 0,33342 0,36817 0,37245 0,36232 0,34652 0,31298 0,24255 Emissão de NOx [g/kwh] 9,6939 9,6594 9,2989 8,7661 7,6077 7,2168 6,7570 Massa de combustível 0,06410 0,06496 0,06652 0,05737 0,04981 0,04004 0,02656 Fonte: Próprio autor. A partir desta primeira simulação, o passo seguinte foi desenvolvido com o objetivo de se analisar e otimizar os diferentes parâmetros de funcionamento do motor. Sendo esses parâmetros de otimização referentes aos tempos de abertura e fechamento das válvulas de admissão e escape (EVO, EVC, IVO, IVC), o lambda (λ), a razão de compressão, o tempo de ignição e o tempo de injeção para cada faixa de rotação, respeitando sempre o limite de 110 octanas referente ao etanol hidratado.

31 5.1.1. Razão de compressão A primeira simulação realizada foi em relação a razão de compressão. O valor inicial da razão de compressão utilizado foi referente a 15. Com a otimização realizada a partir do software, é possível verificar um melhor desempenho tanto no torque quanto na potência deste motor considerando a diminuição do consumo especifico, com uma razão de compressão igual a 18, visto na faixa de 10.000 rpm, conforme valores descritos na Tabela 3. Vale ressaltar que alguns valores obtidos podem ser alterados, levando em consideração sempre um melhor desempenho, aliado às emissões e ao consumo específico. Tabela 3. Definição da razão de compressão. Razão de compressão 15 18 Potência [kw] 215,74 219,16 Torque [N.m] 206,03 209,30 bmep [bar] 17,168 17,441 imep [bar] 21,296 21,663 Requisito de octanagem [octanas] 89,953 95,894 Consumo específico [kg/kwh] 0,41556 0,40571 Eficiência mecânica 0,80615 0,80507 Eficiência do motor 0,34652 0,35493 Emissão de NOx [g/kwh] 7,6077 8,0510 Massa de combustível 0,04981 0,04940 Fonte: Próprio autor. 5.1.2.Lambda (λ) Os motores de Fórmula-1tratam-se de modelos dinâmicos, com parâmetros variáveis para qualquer faixa de rotação. O fator lambda (λ) é definido como a relação ar/combustível real, pela ideal. A razão real corresponde à admitida para o interior do cilindro e a ideal é denominada proporção estequiométrica. A utilização do fator lambda caracteriza os tipos de misturas, para diferentes tipos de combustível. Quando o valor de λ for igual a 1, se refere a uma mistura estequiométrica. Por outro lado, quando esse valor for menor que a unidade (λ<1) tem-se uma mistura rica, ou seja, com um excedente de combustível, se comparado ao necessário para uma queima estequiométrica. Por fim, quando se tem um valor maior que a unidade (λ>1), consiste em uma mistura pobre, ou seja, um teor menor de combustível, se comparado à proporção estequiométrica.

32 A seguir, a Tabela 4 apresenta os valore de λ otimizados para a operação do motor, ao longo de toda a faixa de rotação. Os valores descritos na iteração ICE 0 são referentes aos da simulação inicial do trabalho. Os valores da iteração ICE 1representama primeira otimização realizada neste motor, para cada faixa de rotação. Já os valores do ICE 2 correspondem a uma melhoria realizada, com uma nova iteração, otimizando cada parâmetro. Tabela 4. Valores do fator lambda para cada rotação. Rotação [rpm] 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 15.000 Fator Lambda (λ) ICE 0 1 1 1 1 1 1 1 ICE 1 0,9 0,6 0,6 0,7 0,7 0,7 0,7 ICE 2-0,7 0,7 - - 0,7 - Fonte: Próprio autor. 5.1.3. Tempo de ignição (θi) O tempo de ignição é referente ao instante em que ocorre a centelha, para que a mistura ar-combustível entre em combustão, gerando potência neste motor. A Tabela 5, demostra os valores de cada tempo de ignição, para cada faixa de rotação. Lembrando-se de que o ICE 0 é referente à iteração inicial e o ICE 2 referente à otimização, onde se alcançaram os melhores resultados. É possível observar que quanto maior a faixa de rotação, maior é o valor obtido do tempo de ignição. Tabela 5. Tempo de ignição para cada rotação. Rotação [rpm] 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 15.000 Tempo de ignição (θi) ICE 0 25 25 25 25 25 25 25 ICE 1 5 10 15 15 23 23 26 ICE 2-7 12 15 20 25 - Fonte: Próprio autor. 5.1.4. Tempo de injeção Outro parâmetro otimizado foi o tempo de injeção, por se tratar de um sistema de injeção direta é necessário saber o momento certo para pulverização do combustível na câmara de combustão. Na Tabela 6 é definido o tempo de injeção otimizado para cada faixa de rotação sendo o ICE 2 os melhores resultados obtidos.

33 Tabela 6. Tempo de injeção para cada rotação. Rotação [rpm] 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 15.000 Tempo de injeção 5.1.5. Tempos de válvulas ICE 0 60 60 60 60 60 60 60 ICE 1 40 80 80 120 90 100 100 ICE 2-68 70 90-95 120 Fonte: Próprio autor. Neste passo foi definido o ângulo da árvore de manivelas para a abertura e o fechamento de cada válvula, conforme descrito na Tabela 7, sendo que: EVO representa a abertura das válvulas de escape; EVC representa o fechamento da válvula de escape; IVO define a abertura das válvulas de admissão; IVC define o momento que se fecha as válvulas de admissão. Tabela 7. Valores dos tempos de válvulas. Rotação [rpm] 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 15.000 ICE 0 60 60 60 60 60 60 60 EVO ICE 1 100 70 70 95 95 104 128 [ antes do PMS] ICE 2 90 72 83 83 94 - - EVC [ depois do PMI] IVO [ antes do PMS] IVC [ depois do PMI] ICE 0 26 26 26 26 26 26 26 ICE 1 85 63 63 78 78 76 65 ICE 2-95 79 79 84 - - ICE 0 26 26 26 26 26 26 26 ICE 1 20 25 30 65 65 43 72,5 ICE 2 17 44 72 72 58 - - ICE 0 33 33 33 33 33 33 33 ICE 1 20 20,5 20,5 40 40 67 82 ICE 2-32 65 55 66 - - Fonte: Próprio autor. 5.2. Resultados obtidos através da otimização dos parâmetros Após a otimização dos parâmetros definidos neste trabalho, foi realizado várias iterações para cada faixa de rotação. Por meio do ICE 0, são dados definido da primeira simulação, sem as devidas otimizações. No ICE 1, foram inseridos os dados obtidos pela primeira iteração, para o tempo de ignição, tempo de injeção, fator lambda, abertura e fechamento das válvulas na iteração ICE 1, mostrado nas Tabelas anteriores. Através do ICE

34 2 se pode enxergar um refinamento dos dados, em função de uma dada melhoria para este motor. A Tabela 8 demonstra os resultados obtidos para cada faixa de rotação analisada. Tabela 8. Valores simulação final. Rotação [rpm] 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 15.000 Potência [kw] Torque [N.m] bmep [bar] imep [bar] Requisito octanagem (octanas) Consumo específico [kg/kwh] Eficiência mecânica Eficiência do motor Emissões de NOx [g/kwh] Massa de combustível [g] ICE 0 53,428 119,58 185,82 207,88 215,74 187,98 120,77 ICE 1 45,179 135,41 208,61 290,90 271,79 382,44 368,29 ICE 2 48,781 146,63 231,5 315,11 366,03 384,94 374,03 ICE 0 255,12 285,51 295,76 248,15 206,03 149,60 76,891 ICE 1 215,73 323,28 332,03 347,26 259,56 304,36 234,48 ICE 2 232,93 350,08 368,47 376,16 349,56 306,35 238,13 ICE 0 21,258 23,791 24,645 20,678 17,168 12,466 6,4071 ICE 1 17,976 26,938 27,667 28,936 21,629 25,361 19,538 ICE 2 19,409 29,172 30,703 31,345 29,128 25,527 19,843 ICE 0 22,776 25,879 27,545 24,200 21,296 17,179 11,383 ICE 1 18,898 28,885 30,399 32,089 25,194 30,152 24,546 ICE 2 20,410 31,036 33,271 35,011 33,381 30,314 24,688 ICE 0 152,29 131,09 120,53 103,41 89,953 76,858 59,077 ICE 1 107,35 109,90 109,77 105,48 99,184 109,76 96,031 ICE 2 109,79 109,95 109,70 109,75 109,81 109,74 97,149 ICE 0 0,4319 0,3911 0,3866 0,3974 0,4156 0,4601 0,5937 ICE 1 0,4766 0,6048 0,5793 0,4625 0,4537 0,4613 0,4944 ICE 2 0,4628 0,4845 0,4603 0,4567 0,4511 0,4582 0,4986 ICE 0 0,9334 0,9193 0,8947 0,8545 0,8061 0,7257 0,5628 ICE 1 0,9512 0,9326 0,9101 0,9017 0,8585 0,8411 0,7960 ICE 2 0,9510 0,9399 0,9228 0,8953 0,8726 0,8421 0,8037 ICE 0 0,3334 0,3682 0,3724 0,3623 0,3465 0,3130 0,2425 ICE 1 0,3021 0,2381 0,2486 0,3114 0,3173 0,3122 0,2913 ICE 2 0,3112 0,2972 0,3128 0,3153 0,3192 0,3143 0,2888 ICE 0 9,6939 9,6594 9,2989 8,7661 7,6077 7,2168 6,7570 ICE 1 0,0720 3.10 4 0,0009 0,0071 0,0373 0,0524 0,0439 ICE 2 0,0891 0,0005 0,0020 0,0080 0,0290 0,0522 0,0495 ICE 0 0,0641 0,0650 0,0665 0,0574 0,0498 0,0400 0,0266 ICE 1 0,0598 0,1137 0,1119 0,0934 0,0685 0,0817 0,0674 ICE 2 0,0627 0,0986 0,0987 0,0999 0,0917 0,0816 0,0691 Fonte: Próprio autor

Torque [N.m] Potência [kw] 35 Em seguida, as Figuras de 12 a 21 apresentam o comportamento dos parâmetros otimizados no ICE 1 e ICE 2 e com o não otimizado expresso no ICE 0, apresentados na Tabela 8, em função da faixa de rotação. Figura 12. Curva de potência em função da rotação do motor. 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 15000 Rotação [rpm] ICE 0 ICE 1 ICE 2 Fonte: Próprio autor. Conforme demonstra na Figura 12, é possível analisar o aumento da potência deste motor conforme se otimizava, levando em consideração toda faixa de rotação. Note que conforme aumenta se a rotação tem o aumento da potência, desconsiderando a rotação de 12.000 rpm onde à uma queda de potência, levando em consideração a curva do ICE 2. Figura 13. Curva de torque em função da rotação do motor. 400 350 300 250 200 150 100 50 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 15000 Rotação [rpm] ICE 0 ICE 1 ICE 2 Fonte: Próprio autor.

bmep [bar] 36 Na Figura 13 é possível verificar a comparação do torque para cada ICE. Note que no ICE 0 o torque máximo alcançado era de aproximadamente 300 N.m a uma rotação de 6.000 rpm. Já com as devidas otimizações realizadas o torque máximo encontrado no ICE 2 é de aproximadamente 375 N.m em uma rotação de 8.000 rpm. Tendo em vista um aumento no torque após ser otimizado, seguindo o que foi descrito no objetivo do trabalho. Figura 14. Curva do bmep em função da rotação do motor. 35 30 25 20 15 10 5 ICE 0 ICE 1 ICE 2 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 15000 Rotação [rpm] Fonte: Próprio autor. A pressão média efetiva de eixo (bmep) expressada graficamente na Figura 14 tem se uma curva nas três ICE similar a curva do torque. É possível verificar também um aumento nesta pressão após a otimização das variáveis. Tendo um aumento de aproximadamente 27% em relação a pressão máxima no ICE 0 com a pressão máxima do ICE 2. Na Figura 15 demonstra a curva da pressão média indicada de eixo, podendo ser comparada o aumento da ou diminuição da pressão em relação a faixa de rotação. Analisando também o aumento desta pressão após a otimização das variáveis.

Requisito de octanagem [octanas] imep [bar] 37 Figura 15. Curva do imep em função da rotação do motor. 40 35 30 25 20 15 10 5 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 15000 Rotação [rpm] ICE 0 ICE 1 ICE 2 Fonte: Próprio autor. Figura 16. Curva do requisito de octanagem em função da rotação do motor. 160 140 120 100 80 60 40 20 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 15000 Rotação [rpm] ICE 0 ICE 1 ICE 2 Fonte: Próprio autor. O requisito de octanagem é uma variável, que se tinha um valor a ser respeitado diferentemente das demais, cuja análise era feita comparando com a primeira simulação sem devidas otimizações. É possível verificar na Figura 16, que no ICE 0 em determinadas faixas de rotação, o valor de octanas ultrapassava o limite de 110. A partir das otimizações realizadas levava em consideração a diminuição deste valor. Por fim como visto no ICE 2, o motor foi otimizado respeitando o limite de octanas, tendo em vista que, em nenhuma das faixas de rotação o requisito de octanagem é superior a 110 octanas.

Eficiência mecânica Consumo especifíco [kg/kwh] 38 Figura 17. Curva do consumo específico em função da rotação do motor. 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 ICE 0 ICE 1 ICE 2 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 15000 Rotação [rpm] Fonte: Próprio autor. O consumo específico de combustível, quando analisado na Figura 17, em relação ao ICE 0 com o ICE 2 se tem um aumento deste consumo. No entanto esse aumento pode relevante se comparado ao ganho de potência consequentemente eficiência deste motor, tendo em vista uma melhora no desempenho. Figura 18. Curva da eficiência mecânica em função da rotação do motor. 1 0,8 0,6 0,4 0,2 ICE 0 ICE 1 ICE 2 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 15000 Rotação [rpm] Fonte: Próprio autor. Na Figura 18 demonstra a curva da eficiência mecânica deste motor. É possível analisar que em todas as ICE a um decaimento da eficiência, com uma correlação do aumento da rotação. Isso se dá pelo aumento do atrito deste em altas rotação, basicamente conforme a o aumento da rotação se aumenta o atrito mecânico das partes móveis deste, fazendo com que se perca eficiência.

Emissões de NOx [g/kwh] Eficiência do motor 39 Figura 19. Curva da eficiência do motor em função da rotação do motor. 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 15000 Rotação [rpm] ICE 0 ICE 1 ICE 2 Fonte: Próprio autor. A curva de eficiência do motor se expressa na Figura 19, analisando o ICE 2 essa eficiência manteve quase constante, tendo variações mínimas. Uma análise desta variável com o torque é possível verificar uma melhor eficiência do motor, quando se obtém os torques mais elevados. 12 Figura 20. Curva das emissões de NOx em função da rotação do motor. 10 8 6 4 2 ICE 0 ICE 1 ICE 2 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 15000 Rotação [rpm] Fonte: Próprio autor. Analisando a Figura 20, onde é traçado a curva das emissões, os valores expressados incialmente sem as otimizações realizadas, varia de aproximadamente 7 a 10 g/kwh. Reduzindo após as otimizações para valores menores que 0,1 g/kwh, conseguindo mais uma

Massa de combutível [g] 40 vez realizar o descrito no objetivo do trabalho, alcançando a um toque máximo e reduzindo as emissões. Figura 21. Curva da massa de combustível em função da rotação do motor. 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 ICE 0 ICE 1 ICE 2 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 15000 Rotação [rpm] Fonte: Próprio autor. A Figura 21 mostra a curva da quantidade de massa de combustível necessária em um ciclo para cada faixa de rotação. Nota que houve um aumento desta massa consequentemente um aumento na eficiência e desempenho deste motor, sendo assim considerável esse aumento. Com objetivo do trabalho realizado após todas iterações obtendo os valores, correspondendo a eficiência e desempenho deste motor. Com os dados obtidos é possível verificar o ponto máximo e mínimo de cada parâmetro analisado na otimização. O menor valor das emissões alcançado foi de 0,00047 g/kwh em uma rotação de 4.000 rpm, e o máximo valor das emissões foi de 0,0891 g/kwh a 2.000 rpm. Houve uma diminuição das emissões se comparado a primeira simulação realizada sem devidas otimizações. O valor obtido a 2.000 rpm na ICE 0 foi de 9,6939 g/kwh conseguindo assim uma redução para a mesma faixa de rotação de 9,6048 g/kwh. Quanto ao consumo especifico, o menor valor obtido foi de 0,45109 kg/kwh a uma rotação de 10.000 rpm. Nas iterações anteriores, em determinada faixa de rotação, os valores eram menores, tendo assim um aumento no consumo. Vale analisar também o requisito de octanagem que ultrapassava o valor a ser respeitado, definido para o etanol. Com isso, este aumento é significativo em relação à diminuição do requisito de octanagem, e de outros parâmetros comparado, a fim de melhorar o desempenho do motor.

41 Na Tabela 9, é possível verificar os valores máximos e os limites de trabalho deste motor, para os devidos parâmetros estudados e de outros dados configurados no software, os quais possibilitaram efetuar a otimização. Tabela 9. Dados finais obtidos pela otimização. Cilindrada 1.6 l 0,00016 m³ Potência máxima 384,94 kw 516,21 hp Torque máximo 376,16 N.m 38,36 kgf.m Rotação nominal 8.000 rpm 837,76 rad/s Rotação máxima 15.000 rpm 1.570,8 rad/s Razão de compressão 18 - Eficiência da turbina 0,8 - Eficiência do compressor 0.9 - Geometria do motor V - Números de cilindros 6 - Número de válvulas por cilindro 4 - Diâmetro do cilindro (b) 80 mm 0,08 m Curso do pistão (S) 50 mm 0,05 m Combustível Etanol - Injeção Direta - Pressão do combustível 200 bar 20.000 kpa Fonte: Próprio autor. Após uma análise final é possível verificar que a potência máxima alcançada, operando com o etanol como combustível de trabalho. A potência máxima de 516,21 hp é obtida a uma rotação de 12.000 rpm. A rotação nominal, na qual se enxerga o torque máximo, é definida como sendo a 8.000 rpm, onde é possível verificar o torque de 376,16 N.m.

42 6. CONCLUSÃO Analisando diferentes parâmetros e otimizando cada um, viabilizando o menor consumo com a melhor ou máxima potência alcançada. Pode se dizer relevando os resultados obtidos, grande melhoria neste motor de combustão interna, após otimização realizada no software Diesel-RK. Comparando o valor final ao valor inicial deste trabalho pode se concluir em relação a potência máxima um aumento de 78,4%. Verificando também o consumo especifico obteve uma redução para o valor máximo de consumo inicial e pós otimização de aproximadamente 22,5%. Em relação a emissões obteve um valor pequeno, isso pode se interligar com o uso do etanol, tratando de um combustível menos poluentes no mercado. Além de ganho em potência o etanol mesmo tendo autonomia menor comparado com a gasolina, é possível reduzir emissões com seu uso. Sem demais parâmetros comparativos, observando somente os valores obtidos na primeira simulação deste trabalho com a simulação final, conclui-se o prescrito no objetivo. Concluindo o a otimização deste motor computacionalmente fazendo com que este motor de combustão interna obtivesse melhor desempenho, tanto com aumento da potência quanto do torque, respeitando o requisito de octanagem, não ultrapassando o valor de 110 octanas. Verificando sempre o mínimo consumo para obtenção da máxima potência e torque para determinada faixa de rotação.

43 7. BIBLIOGRAFIA ¹BRUNETTI, Franco. Motores de combustão interna. São Paulo. v. 1. Blucher, 2012. 553p. ²BRUNETTI, Franco. Motores de combustão interna. São Paulo. v. 2. Blucher, 2012. 485p. CARVALHO, M. A. S. de. Avaliação de um motor de combustão interna ciclo Otto utilizando diferentes tipos de combustíveis. 2011. 168 f. Dissertação (Pós-Graduação). Escola Politécnica, Universidade Estadual da Bahia, Salvador, BA. DIESEL-RK: Software DIESEL-RK, 2015. Disponível em <http://www.dieselrk.bmstu.ru/eng/> Acesso em 2 de dezembro de 2015. GONÇALVES, P. M. F. Concepção de um motor de combustão interna para um veículo automóvel de extra baixo consumo de combustível. 2008. 127 f. Dissertação (Mestrado em ciências de Engenharia Mecânica). Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade de Coimbra. MARTINS, Jorge. Motores de combustão interna. 4. Ed. Porto. Publindústria, edições técnicas, 2013. 480p. MILLEM, M. C. Simulação computacional de motor Diesel Marítimo utilizando o software DIESE-RK. 2015. 115 f. Projeto de graduação. Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio e Janeiro, RJ. OFICINA BRASIL, 2011. Disponível em <http://www.oficinabrasil.com.br/images/stories/consultor- OB/julho_2011/injecao1.jpg>Acesso em 17 de novembro de 2015. PULKRABEK, W. Willard. Engineering fundamentals of the Internal Combution Engine. 2. Ed. Prentice Hall. Upper Saddle River, New Jersey, EUA. 426p. RIBEIRO, M. D. Modelagem de motor de combustão interna e simulação do processo de queima de combustível. 2013. 90 f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação). Júlio de Mesquita Filho, UNESP, Guaratinguetá, SP. RODRIGUEZ, H. Ferrari, salão de Pequim, Pequim, 2012. Motor v12 acoplado a uma transmissão e dois motores elétricos. Disponível