Análise de um motor à combustão interna : simulação numérica do ciclo Otto

Abstract

O comportamento de um motor de combustão interna é um problema físico que pode ser analisado utilizando métodos analíticos, numéricos e experimentais. A simulação do comportamento de um motor à combustão interna pode fornecer informações que contribuam para a otimização do seu funcionamento. O presente trabalho tem como objetivo estudar motores de combustão interna utilizando simulação numérica por meio do software MatLab e propor um modelo computacional, a partir do modelo analítico, capaz de envolver as incógnitas que influenciam na eficiência de um motor: lei da liberação de calor (Wiebe); efeitos da transferência de calor por convecção para as paredes do cilindro; antecipação da abertura de válvulas (admissão e escape); influência da perda por bombeamento (carga parcial); e variação do ângulo de início da combustão. A simulação numérica considerou a modelagem geométrica do motor, o calculo das propriedades termodinâmicas da mistura ar-combustível e o calculo iterativo da temperatura e pressão utilizando o método de Euler para resolução do problema de valor inicial. Os resultados obtidos são apresentados graficamente e brevemente discutidos, validados a cada procedimento numérico realizado. Com método da diferenciação numérica apresentando erros inferiores a 0,2%, infere-se que o incremento utilizado para realizar as iterações do método de Euler é adequado para uma resolução coerente do problema. Com os resultados obtidos foi possível analisar quatro parâmetros importantes para o estudo de motores à combustão interna. Também foi possível analisar, matematicamente, o quanto que cada parâmetro influência no rendimento do motor. A eficiência de 36,6% alcançada ao final do estudo está acima da eficiência real dos motores, considerando que as eficiências estão entre 26% a 30% para motores automotivos à gasolina. O algoritmo desenvolvido pode ser utilizado como ferramenta didática para auxílios dos professores e alunos no âmbito de arquitetura de motores e áreas afins, e permite o aprofundamento no estudo paramétrico com a representação matemática de outros fatores que influenciam na eficiência do motor.