Análise de escoamento em variações geométricas de um sistema de admissão de ar para Fórmula SAE

Abstract

O sistema de admissão de ar em motores à combustão interna possui relação direta com o desempenho que o conjunto motriz irá entregar para movimentar o veículo. Diversos são os fenômenos e as abordagens de estudo que podem ser feitas nesse contexto, e dentro de uma equipe de competição estilo Fórmula SAE não seria diferente. Entender os conceitos físicos relacionados ao escoamento, atender às regras do regulamento e maximizar o enchimento do cilindro do motor com ar e combustível são os pilares que guiam o estudante nesse universo. O regulamento impõe a existência de uma restrição de 20 mm de diâmetro para motores à gasolina, onde o estudante deve encontrar soluções que busquem minimizar os efeitos prejudiciais deste elemento. Garantida a conformidade com as regras, analisar e maximizar o desempenho do sistema é outra necessidade. Quando já existe um sistema implementado, é sempre possível que outras alternativas sejam propostas para melhoria do conjunto, seja aumentando a eficiência volumétrica alcançada, seja diminuindo a perda de carga gerada pelo sistema. Assim, este trabalho tem por objetivo apresentar uma análise de escoamento sobre três variações de geometria de um sistema de admissão, aplicado na equipe Fórmula CEM. As propostas de geometria tem como base o sistema de admissão existente (denominado Sistema Original) e em utilização na equipe. A metologia para tal inicia com a realização de um experimento em bancada de fluxo para obtenção da queda de pressão observada no sistema. Na sequência, estuda-se um modelo de turbulência que seja capaz de descrever o escoamento para a geometria base, aliada à um estudo de independência de malha. Os parâmetros da malha e o modelo de turbulência são então extrapolados para as demais geometrias e os resultados são analisados. Como conclusão, tem-se a necessidade de validar o modelo numérico criado, refinando o experimento realizado, para garantir que as análises feitas são válidas. Além disso, em escoamento não-pulsante, o restritor com ângulos de 18°/7° para os bocais convergente e divergente, respectivamente, é o que apresenta a menor velocidade média na restrição e a menor perda de carga ao longo do seu comprimento. E dentro da análise de sistema completo, a geometria original é a que desenvolve a menor perda de carga, ou seja, a qual propicia a menor perda de energia cinética do fluido. Assim é recomendado que se mantenha esse sistema em uso e que novas análises sejam propostas.