Investigação do conceito de turbocompressor de baixa temperatura para motor de combustão interna através da implementação em modelo computacional otimizado para máxima potência
Abstract
A otimização de motores de combustão interna (MCIs) tem sido fundamental para a redução do consumo energético e diminuição das emissões de gases poluentes, visto que as legislações de emissões de poluentes para MCI estão cada vez mais restritas. A simulação com softwares comerciais 1-D em motores vem se tornando uma ferramenta imprescindível para a otimização de motores operando com diferentes estratégias inovadoras. Este trabalho traz a otimização de dois modelos em GT-Power, um modelo original sobrealimentado por turbocompressor (TC), e um modelo utilizando uma tecnologia denominada turbocompressor de baixa temperatura (TCBT) visando o alcance de maxima potência de eixo através da redução da temperatura na admissão. Esse sistema é composto por 3 turbinas, um compressor e um intercooler, além de válvulas wastegate. Esse dispositivo funciona como um turbocompressor, reaproveitando a energia na exaustão proveniente da combustão, e como um refrigerador a ar, reduzindo a temperatura do gás através de uma turbina denominada turbina fria (TF). O MCI utilizado foi do tipo ciclo Otto 4 tempos, sobrealimentado, de 4 cilindros, com um volume deslocado de 1,8 litro, operando em plena carga. Otimizou-se as configurações do TCBT, variando diâmetro da(s) turbina(s), abertura da wastegate e de válvula de retorno e ângulo de 50% de massa queimada (CA50). A otimização visa o alcance da máxima potência de eixo com a mesma eficiência do modelo original (TC), visando um maior aproveitamento energético. Pequenas reduções de emissões específicas de poluentes e aumento expressivo da potência de eixo são resultados esperados. Ainda, foram investigados os efeitos da redução da temperatura na admissão em relação ao modelo original do motor com turbocompressor, analisando posteriormente os resultados de performance e emissões. Foi alcançada uma redução da temperatura na admissão de 21 K no modelo de MCI com TCBT otimizado, trazendo um significativo ganho de potência de eixo, além redução nas emissões específicas de oxidos de nitrogênio (BSNOx) mantendo uma eficiência aproximadamente igual a do modelo original. Os efeitos da aplicação do conceito de TCBT foram investigados nesse trabalho e foi encontrado um maior aproveitamento da energia contida no combustível através redução de temperatura na admissão fornecida por esse sistema.
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- TCC Engenharia Mecânica [114]