Modelamento unidimensional do motor Ford Sigma utilizando o software GT-Power: modelo preditivo e não preditivo

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dc.contributor.advisorMoreira, Thiago Augusto Araújo
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8661491168619394
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1656890250421386
dc.contributor.refereeMoreira, Thiago Augusto Araújo
dc.contributor.refereePujatti, Fabrício José Pacheco
dc.contributor.refereeLima, Leonardo dos Santos
dc.contributor.refereeAlmeida, Helder Giostri Alves de
dc.date.accessioned2026-06-23T19:11:59Z
dc.date.available2026-06-23T19:11:59Z
dc.date.issued2025-10-15
dc.description.abstractOs 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.
dc.description.abstractotherInternal combustion engines (ICEs) remain the main form of vehicle propulsion worldwide, despite the advances in electric and hybrid alternatives. In addition to these technologies, improving the energy efficiency of ICEs continues to be essential for reducing fuel consumption and pollutant emissions. In this context, one-dimensional computational modeling tools stand out for their ability to reliably and cost-effectively represent the thermodynamic and fluid dynamic behavior of engines, enabling analyses at the early stages of development. The objective of this study was to develop and calibrate a one-dimensional model of the Ford Sigma 1.6 16V engine using the GT-Power® software, aiming to evaluate its performance, combustion, and emissions when operating with E25 gasoline. Two distinct modeling approaches were adopted: a predictive model (SITurb) and a non-predictive model (SI-Wiebe). The calibration was based on experimental data obtained from dynamometer bench tests. The methodology included detailed modeling of the intake and exhaust geometries in GTPower ®, the implementation of combustion, friction, and heat transfer models, as well as the application of the three-pressure analysis. Calibration was performed at 2500 and 5500 rpm under full-load conditions, ensuring errors below 5% between numerical and experimental results, while validation was carried out at 80% and 47% of maximum torque across the speed range of 1500 to 6000 rpm. Subsequently, a comparative analysis of the combustion models was conducted to identify the advantages, limitations, and accuracy of each approach with respect to the experimental data. The results showed that both models accurately represented the performance parameters, with errors below 5% in the 2500–5500 rpm range. At the lower and upper engine speed limits (1500 and 6000 rpm), however, maintaining this level of accuracy proved more challenging, particularly regarding fuel consumption, volumetric efficiency, and thermal efficiency in the Wiebe model. The predictive model, on the other hand, proved to be suitable, with errors below 5% under all operating conditions evaluated, although the deviation increased at lower loads. It can be concluded that one-dimensional modeling in GT-Power® is a robust approach for simulating spark-ignition engines, allowing consistent performance and fuel consumption analyses through the SITurb and SI-Wiebe models. Furthermore, the calibration of the SITurb model using the proposed methodology was validated based solely on performance data, eliminating the need for the pressure curve and, consequently, simplifying the initial stages of the modeling and research process.
dc.description.sponsorshipCNPq e CAPES.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/2763
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.subjectMotores de combustão interna
dc.subjectMétodos de simulação
dc.subjectEficiência energética
dc.titleModelamento unidimensional do motor Ford Sigma utilizando o software GT-Power: modelo preditivo e não preditivo
dc.title.alternativeRodrigues, Jônatas Soares
dc.typeDissertação

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