Modelamento unidimensional do motor Ford Sigma utilizando o software GT-Power: modelo preditivo e não preditivo
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Data
2025-10-15
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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Resumo
Os motores de combustão interna (MCI) permanecem como a principal forma de propulsão veicular global, apesar do avanço de alternativas elétricas e híbridas. Além dessas alternativas, a melhoria da eficiência energética dos MCIs continua sendo essencial para a redução do consumo de combustível e emissões de poluentes. Nesse contexto, ferramentas computacionais de modelagem unidimensional destacam-se por representar, com baixo custo e confiabilidade, o comportamento termodinâmico e fluidodinâmico dos motores, permitindo análises em estágios preliminares de desenvolvimento. O trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e a calibração de um modelo unidimensional do motor Ford Sigma 1.6 16V no software GT-Power®, visando à avaliação do desempenho, da combustão e das emissões com o uso de gasolina E25. Foram adotadas duas metodologias distintas de modelagem: um modelo preditivo (SITurb) e outro não preditivo (SI-Wiebe). A calibração baseou-se em dados experimentais obtidos em bancada dinamométrica. A metodologia incluiu a modelagem detalhada da geometria dos condutos no GT-Power®, a implementação dos modelos de combustão, atrito e transferência de calor, bem como a aplicação da análise das três pressões. A calibração foi conduzida a 2500 e 5500 rpm em plena carga, assegurando erros inferiores a 5% entre resultados numéricos e experimentais, enquanto a validação ocorreu em cargas de 80% e 47% do torque máximo, entre 1500 e 6000 rpm. Posteriormente, realizou-se uma análise comparativa dos modelos de combustão para identificar vantagens, limitações e a fidelidade de cada abordagem frente aos dados experimentais. Os resultados mostraram que ambos os modelos representaram com fidelidade os parâmetros de desempenho, com erros inferiores a 5% entre 2500 e 5500 rpm. Nos limites inferior e superior de rotação do motor (1500 e 6000 rpm), entretanto, manter esse nível de precisão mostrou-se mais desafiador, particularmente em relação ao consumo de combustível, à eficiência volumétrica e à eficiência térmica no modelo de Wiebe. O modelo preditivo mostrou-se adequado, com erros inferiores a 5%, em todos os regimes avaliados, embora o erro tenha aumentado em cargas mais baixas. Conclui-se que a modelagem unidimensional no GT-Power® é robusta para simular motores de ignição por centelha, permitindo análises consistentes de desempenho e consumo por meio dos modelos SITurb e SI-Wiebe. Ademais, a calibração do modelo SITurb utilizando a metodologia proposta foi validada utilizando apenas dados de desempenho, dispensando a curva de pressão e, consequentemente, simplificando as etapas iniciais do processo de modelagem e pesquisa.
Descrição
Palavras-chave
Motores de combustão interna, Métodos de simulação, Eficiência energética