Mestrado em Engenharia Mecânica
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Navegando Mestrado em Engenharia Mecânica por Autor "Baeta, José Guilherme Coelho"
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Item Internal combustion engine numerical simulation operating with gasohol (E25) and provided with a stratified torch ignition system(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2024-04-05) Soares, Eder Pereira Resende; Rodrigues Filho, Fernando Antônio; http://lattes.cnpq.br/6079638386672447; http://lattes.cnpq.br/2058533093733117; Almeida, Hélder Giostri Alves de; Barros, José Eduardo Mautone; Baeta, José Guilherme CoelhoO setor dos transportes enfrenta atualmente desafios significativos relacionados com as emissões de gases poluentes e os seus impactos ambientais. A substituição de motores de combustão interna por sistemas de propulsão elétrica é amplamente promovida como uma solução sustentável para enfrentar esses desafios. No entanto, é importante destacar que o setor de geração de energia elétrica é o principal responsável pelas emissões de gases de efeito estufa no mundo, sendo responsável por cerca de 45% das emissões. Uma eletrificação completa da frota poderia agravar esta situação. Uma abordagem para enfrentar esse problema é o desenvolvimento de motores mais eficientes e menos poluentes. Uma das tecnologias promissoras é o sistema de ignição por pré-câmara, que pode melhorar o processo de combustão dos motores de combustão interna, aumentando sua eficiência de conversão de combustível e reduzindo a emissão de gases poluentes. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi analisar o funcionamento de um motor Ford SIGMA 1.6, com e sem pré-câmara de ignição, utilizando gasolina (E25) como combustível. Para isso, foram realizadas simulações numéricas unidimensionais com o software GT-POWER. Essas simulações permitiram a calibração e validação de modelos numéricos, a partir de dados experimentais obtidos em testes de bancada dinamométrica. Modelos preditivos e não preditivos foram criados, os quais foram validados com dados experimentais e posteriormente utilizados para avaliar o desempenho do sistema com o uso de pré-câmara em diferentes condições de operação. Os modelos apresentaram resultados consistentes, com erros inferiores a 5% em relação aos dados experimentais. Os resultados evidenciaram ganhos na eficiência de conversão de combustível e, consequentemente, redução na emissão de poluentes, em relação ao motor de ignição por centelha. Os modelos preditivos criados permitiram ainda alterar os parâmetros da geometria da pré-câmara tais como volume e diâmetro de orifício, permitindo o estudo da influência desses parâmetros geométricos da pré-câmara na eficiência de conversão de combustível. Analogamente, o modelo proposto também permitiu alterar parâmetros geométricos do motor visando minimizar o consumo específico de combustível. Observou-se ainda que, apesar de a redução do diâmetro do furo da pré-câmara produz um aumento da potência e redução do consumo específico de combustível, mas que essa redução não pode ser feita de forma exagerada, pois nesses casos pode causar efeitos contrários de piora do desempenho do motor.Item Simulação do knock em motores de ignição por centelha: comparação e validação dos modelos para E27(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2022-08-18) Penha, Paulo Ricardo da; Moreira, Thiago Augusto Araújo; Rodrigues Filho, Fernando Antônio; http://lattes.cnpq.br/6079638386672447; http://lattes.cnpq.br/8661491168619394; Moreira, Thiago Augusto Araújo; Rodrigues Filho, Fernando Antônio; Baeta, José Guilherme Coelho; Barros, José Eduardo MautoneOs motores de combustão interna são a forma de propulsão ainda predominante em veículos de pequeno porte, além de estarem presentes em diversas outras aplicações de transporte, geração de energia e trabalho de grande porte. Segundo a ANFAVEA, 85% dos veículos de pequeno porte registrados em 2021 no Brasil eram equipados com motores de ignição por centelha. Desta forma, o desenvolvimento dos motores de ignição por centelha segue sendo uma relevante abordagem de pesquisa em transportes e conversão de energia, em busca do aumento de sua eficiência térmica e redução do consumo de combustível e emissões de poluentes. A detonação é uma forma de combustão anormal que impõe severas restrições à eficiência térmica dos motores de ignição por centelha. Também chamado de knock, termo que será utilizado neste trabalho, este fenômeno é caracterizado pela propagação de ondas de choque supersônicas que excitam a estrutura do motor podendo causar danos severos e irreparáveis. Por tais motivos, o knock é um fenômeno de combustão anormal que deve ser evitado a fim de que os motores operem de forma eficiente e alcancem sua vida útil necessária. O presente trabalho tem o objetivo de comparar métodos de detecção de knock com as equações básicas de modelos computacionais de knock, incluindo modelos utilizados em programas computacionais comerciais disponíveis no mercado, e verificar a aplicabilidade destes modelos para a um motor operando com E27 em plena carga. Para tal análise, uma rotina computacional foi escrita para, a partir de dados experimentais de um motor quatro cilindros, determinar os valores de três métodos de detecção de knock. A mesma rotina utiliza os dados do mesmo motor para calcular três modelos 0D de autoignição. Doze condições operacionais foram avaliadas, com poucas diferenças entre os resultados dos métodos de detecção utilizados. O indicador MAPO registrou valores abaixo de 5,5kPA de amplitude para os casos sem knock (de 1500rpm a 3600rpm) e valores acima de 20,5kPa para os casos com knock (4000rpm a 5500rpm). O modelo de Douaud resultou em boas correlações com os índices de knock, ainda que tenha identificado autoignição para todos os casos, exceto o caso de 6000rpm. Os modelos de Hoepke e Chen não obtiveram boas correlações com os indicadores de knock. Pode-se verificar ainda a boa correlação do modelo de Douaud com as inflexões nas curvas de liberação de calor, bem como correlacionar a inclinação da integral de autoignição com a existência do knock ou apenas autoignição no ciclo.Item Simulação numérica 1D do desempenho de um motor monocilíndrico com razão volumétrica de compressão variável operando com E100(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2022-04-07) Assis, Marcelo Suman Silva; Rodrigues Filho, Fernando Antônio; Moreira, Thiago Augusto Araújo; http://lattes.cnpq.br/8661491168619394; http://lattes.cnpq.br/6079638386672447; http://lattes.cnpq.br/3461698509318108; Rodrigues Filho, Fernando Antônio; Moreira, Thiago Augusto Araújo; Baeta, José Guilherme Coelho; Guzzo, Márcio Expedito; Souza, José Leôncio Fonseca deSegundo a Agência Internacional de Energia (IEA) o setor de transportes é o segundo maior gerador de gases intensificadores do efeito estufa, atrás apenas do setor de aquecimento de ambiente. Por estas razões a busca por soluções ambientalmente sustentáveis para o setor de transporte faz-se necessária. A eletrificação da frota apontada por muitos como a solução para este desafio ambiental não é tão promissora quanto parece, uma vez que 63,95% da energia elétrica gerada no mundo é oriunda de fonte fóssil. Projeções estatísticas apontam que pelo menos 73% da frota de veículos leves em 2050 no mundo serão equipados com motores de combustão interna. Neste contexto o desenvolvimento de motores com elevada eficiência de conversão de combustível movido a biocombustíveis é de suma importância. A enorme capacidade do Brasil em produzir etanol, associado as suas propriedades físico-químicas que fazem deste combustível uma excelente opção para alimentação dos motores de ignição por centelha e a disponibilidade de uma rede de distribuição deste combustível em todo território nacional fazem dele a alternativa mais interessante para o Brasil. Este trabalho tem como objetivo avaliar o potencial de redução de consumo específico de combustível através do aumento da razão volumétrica de compressão (𝑟𝑐) para um motor movido exclusivamente a etanol. Para este fim um modelo matemático 1D usando o código do GT-Power foi desenvolvido, para um motor monocilíndrico de pesquisa experimental da AVL modelo 5496. A partir de dados experimentais este modelo foi calibrado e validado para todas as condições de operação testadas, onde a razão volumétrica de compressão é variada em 11,5:1, 13,0:1, e 15,0:1, operando com etanol hidratado E100. Uma boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais foi observada. Os erros numéricos nos parâmetros de desempenho ficaram abaixo dos 5%. A análise dos dados numéricos obtidos para ISFC mostram que o aumento de uma razão volumétrica de compressão de 11,5:1 a 15,0:1, adequada para as propriedades físico-químicas do etanol, podem proporcionar uma redução do ISFC superior a 4,2%.