2011.2 MODELAGEM DA COMBUSTÃO DE UM MOTOR A IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO

Autor: Fellipe Tavares Barreto

Orientador: Prof. Dr. Wilson Luciano de Souza

Desde o século dezenove os motores a combustão interna tiveram seu
desenvolvimento ligado a modelos termodinâmicos que descrevem o seu funcionamento. O
aprimoramento em pesquisas fomentou o emprego de ferramentas computacionais, que
reduzem custos e tempo de trabalho, em detrimento dos métodos puramente experimentais,
que demandavam, nas décadas passadas, altíssimos investimentos e prazos de retorno
muito longos. Entretanto a compreensão e o controle do funcionamento de um motor térmico
são extremamente complexos,  em vista da grande  variedade de fenômenos inerentes a
vários campos científicos como a química, a mecânica dos fluidos e  a  transferência de
energia e de massa.  Sob o olhar desse contexto, o presente trabalho descreve o
desenvolvimento de um modelo matemático-computacional, programado no ambiente
Simulink, do Matlab. Ele é capaz de representar e avaliar a combustão de um motor  a
combustão interna do ciclo Diesel. A modelagem é zero-dimensional, construída com base
na primeira lei da termodinâmica, considerando a câmara de combustão como um sistema
fechado, onde o ângulo do eixo de manivelas é a única variável independente. As variáveis
termodinâmicas,  como pressão e temperatura,  são consideradas uniformes em todo o
volume do cilindro, assumindo um valor para cada posição do eixo de manivelas. A taxa de
queima do combustível e a perda de calor para as paredes da câmara de combustão são
modelados segundo submodelos obtidos empiricamente: modelo de Wiebe e de Annand,
respectivamente. O desenvolvimento em Simulink consiste da elaboração de uma biblioteca
com subsistemas que representam cada um, um componente motor, um modelo teórico ou

um bloco calculador.  A interligação  lógica  e operacional entre os subsistemas constitui o
modelo proposto. Dois motores do ciclo Diesel  foram experimentados no modelo,  para a
avaliação do desempenho e para a validação em relação a dados obtidos de um banco de
ensaios motor.
 
Palavras-Chave:  Simulação Numérica, Motor de Ciclo Diesel, Combustão,
Simulink.