Simulação da transferência de calor conjugado e estudo paramétrico no cabeçote do motor de combustão interna EtorQ 1.6

Abstract

O propósito do atual trabalho é realizar um estudo térmico do cabeçote de um motor de combustão interna (MCI) comercial. Este estudo visa obter o mapa térmico do cabeçote com o acréscimo de um turbocompressor e avaliar se este componente irá suportar as altas temperaturas do processo. Todo o trabalho foi realizado no software Star-CCM+, uma ferramenta numérica de simulação CFD, que permitiu realizar uma análise CHT (Conjugate Heat Transfer) do motor. A simulação CHT é importante pois leva em consideração a interação do fluido refrigerante, presente na camisa d’água, com a parte sólida do motor, para então contabilizar a taxa de transferência de calor entre eles. Este estudo é muito relevante para o desenvolvimento de novos motores pois permitem diminuir, significativamente, os números de protótipos realizados, além de economizar tempo e recursos financeiros. O motor analisado foi o EtorQ 1.6 SOHC Flex-Fuel, que por meio de uma parceria com a FCA disponibilizou o CAD do modelo. As condições de contornos necessários para o desenvolvimento da pesquisa foram obtidas a partir de trabalhos publicados em periódicos e de uma simulação fluido-termodinâmica 1D, que foi exposta em um outro trabalho de mestrado do PPGEM-UFPE. Além de avaliar o comportamento térmico do cabeçote, o atual trabalho também visa analisar o comportamento da camisa d’água e realizar alguns estudos paramétricos desejando diminuir os picos de temperaturas alcançados no cabeçote, aumentar a velocidade do escoamento e eliminar regiões de estagnação do fluido. Os estudos paramétricos visaram alterar a composição do fluido refrigerante, rearranjar espacialmente o escoamento da camisa d’água e alterar taxa de transferência de calor do ar atmosférico. Por fim, percebe-se que um aumento na composição de etilenoglicol ocasiona um aumento direto nas temperaturas do cabeçote; existem formas de modificar o fluxo do fluido refrigerante da camisa d’água que possibilitam a melhora do escoamento presente no cabeçote, e que modificar os parâmetros do ar atmosférico pode acarretar uma diminuição da temperatura do cabeçote.