Estudo e analise de volume de condensado em diferentes temperaturas no trocador de calor EGR - TCC2_Final_V2_Correção Tiago de Melo

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO DISTRITO FEDERAL 
ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
FILIPE ANDRADE DE LIMA 
VICENTE PEREIRA DA SILVA NETO 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO E ANÁLISE DE VOLUME DE CONDENSADO FORMADO PARA 
DIFERENTES TEMPERATURAS NO TROCADOR DE CALOR EGR 
 
 
 
 
 
 
 
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BRASÍLIA 
2021 
 
 
FILIPE ANDRADE DE LIMA 
VICENTE PEREIRA DA SILVA NETO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO E ANÁLISE DE VOLUME DE CONDENSADO FORMADO PARA 
DIFERENTES TEMPERATURAS NO TROCADOR DE CALOR EGR 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado 
como requisito parcial à obtenção do título de 
Bacharel em Engenharia Mecânica, do Centro 
Universitário do Distrito Federal. 
 
 Orientador: Ms. Thiago F. Gomes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BRASÍLIA 
2021 
 
 
FILIPE ANDRADE DE LIMA 
VICENTE PEREIRA DA SILVA NETO 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO E ANÁLISE DE VOLUME DE CONDENSADO FORMADO PARA 
DIFERENTES TEMPERATURAS NO TROCADOR DE CALOR EGR 
 
 
 
Trabalho de conclusão de curso apresentado à 
Coordenação de Engenharia Mecânica ou Civil do 
Centro Universitário do Distrito Federal - UDF, 
como requisito parcial para obtenção do grau de 
bacharel em Engenharia Mecânica ou Civil. 
Orientador: Ms. Thiago Ferreira Gomes. 
 
 
 
Brasília, 26 de Novembro de 2021. 
 
 
 
 
Banca Examinadora 
 
 
____________________ 
Ms. Thiago F. Gomes 
Centro Universitário do Distrito Federal 
 
 
____________________ 
Dr. Osvaldo Kojiro 
Centro Universitário do Distrito Federal 
 
 
____________________ 
Ms. Tiago de Melo 
Centro Universitário do Distrito Federal 
 
 
RESUMO 
 
LIMA, Filipe e NETO, Vicente. Estudo e análise de volume de condensado formado 
para diferentes temperaturas no trocador de calor EGR. 2021. Trabalho de 
Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) – Centro Universitário 
do Distrito Federal. Brasília. 2021. 
 
 
O Programa de controle da poluição do ar por veículos automotores (PROCONVE) 
prevê que veículos automotores pesados tenham uma redução significativa na 
emissão de poluentes, com isso a pesquisa a ser realizada trata-se de uma análise 
do volume de condensado gerado em diferentes temperaturas no trocador de calor, 
tendo em mente um objetivo de estudo à aplicação ao motor de ciclo diesel um sistema 
de recirculação de gases de escape (EGR) para os coletores de admissão gerando 
uma redução significativa da produção de NOx, entretanto, a utilização do sistema 
(EGR) cria uma grande dúvida a questão do excesso de produção de material 
particulado e a formação de condensado, nos levando a deduzir uma redução 
significativa da vida útil do motor ou se esse processo realmente ocorre. 
 
Palavras-chave: NOx. Material particulado. EGR. Emissões. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
LIMA, Filipe and NETO, Vicente. Study and analysis of the volume of condensate 
formed for different temperatures in the EGR heat exchanger. 2021. Course 
Conclusion Paper (Bachelor in Mechanical Engineering) - Centro Universitario do 
Distrito Federal. Brasilia. 2021. 
 
The Air Pollution Control Program by Motor Vehicles (PROCONVE) provides that 
heavy motor vehicles will have a significant reduction in the emission of pollutants, so 
the research to be carried out is an analysis of the volume of condensate generated at 
different temperatures in the heat exchanger, having in mind a study objective to the 
application to the diesel cycle engine an exhaust gas recirculation system (EGR) for 
the intake manifolds generating a significant reduction in the production of NOx, 
however, the use of the system ( EGR) creates a great doubt the issue of excess 
production of particulate matter and the formation of condensate, leading us to deduce 
a significant reduction in the useful life of the motor or whether this process actually 
occurs. 
 
Keywords: NOx. Particulate material. EGR. Emissions. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1 Constantes relativas ao mecanismo de Zeldovich ....................................................... 16 
Tabela 2 Medidas Trocador de Calor EGR .................................................................................... 31 
Tabela 3 Configurações Mesh ANSYS 2019 ................................................................................. 33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
Figura 1 - Gráfico comportamento pressão .................................................................................... 12 
Figura 2 - Diagrama de funcionamento motor diesel com EGR ................................................. 15 
Figura 3 - Formação de NOx. ........................................................................................................... 16 
Figura 4 - Monóxido de nitrogênio em função do excesso de ar ................................................ 17 
Figura 5 - Simulação de NOx em um motor a diesel ..................................................................... 18 
Figura 6 - Redução de NOx e aumento do índice EGR ............................................................... 18 
Figura 7 - Evolução da frota de veículos do ciclo diesel até 2009 ............................................. 20 
Figura 8 - Emissões estimadas de CO ........................................................................................... 21 
Figura 9 - Emissões estimadas de NMHC (Hidrocarbonetos não metano) .............................. 21 
Figura 10 - Emissões estimadas de NOx ....................................................................................... 22 
Figura 11 - Emissões estimadas de Material particulado ............................................................ 22 
Figura 12 - Diagrama de funcionamento do Arla 32 no motor diesel ......................................... 23 
Figura 13 - Desenho esquemático do Arla 32 no motor a diesel ................................................ 24 
Figura 14 - Implementação normas PROCONVE ......................................................................... 25 
Figura 15 - Limite de emissões dos motores PROCONVE P-8 .................................................. 26 
Figura 16 - Gráfico Torque x Potência MAN D08 de 4 cilindros, a Diesel ................................ 26 
Figura 17 Tipos de Meshing ............................................................................................................. 28 
Figura 18 Vista Frontal Trocador de calor EGR ............................................................................ 30 
Figura 19 Vista Isométrica Trocador de Calor ............................................................................... 30 
Figura 20 Trocador de calor visão interna ...................................................................................... 30 
Figura 21 Quadro de seleção ANSYS 2019 .................................................................................. 31 
Figura 22 - Preenchimento volume trocador de calor EGR ......................................................... 32 
Figura 23 Malha em Vista Frontal Trocador de Calor EGR ......................................................... 33 
Figura 24 Malha em Vista Lateral Trocador de calor EGR .......................................................... 34 
Figura 25 Malha em Vista Isométrica Trocador de calor EGR .................................................... 34 
Figura 26 – Fluxo da Temperatura .................................................................................................. 37 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NOMENCLATURAS 
 
PROCONVE - Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores. 
EGR - Recirculação dos gases de exaustão, do inglês Exhaust Gas Recirculation.NOx - Óxidos de nitrogênio. 
MP – Material particulado. 
CONOMA – Conselho nacional do meio ambiente. 
IBAMA – Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais. 
C – Celsius. 
K – Kelvin. 
CAI - Autoignição controlada, do inglês Controlled Auto-Ignition. 
EPA – Agência de proteção ambiental do Estados Unidos, do inglês Enviromental 
protection agency. 
H2SO4 - Ácido sulfúrico. 
CO – Monóxido de carbono. 
HC – Hidrocarbonetos. 
CHO – Aldeídos. 
NMHC – Hidrocarbonetos não metano. 
OCE – Emissões fora do ciclo, do inglês off-cycle emissions 
WNTE – Mundo para não exceder, do inglês World Not to exceed. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 10 
1.1 Objetivo geral ......................................................................................................................... 11 
1.2 Objetivo específico ............................................................................................................... 11 
2 REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................................................ 11 
2.1 Motores ..................................................................................................................................... 12 
2.2 Autoignição ............................................................................................................................. 13 
2.3 Combustão por autoignição controlada e EGR ............................................................. 14 
2.4 EGR (Exhaust Gas Recirculation) ..................................................................................... 14 
2.5 Óxidos de Nitrogênio (NOx) ................................................................................................ 16 
2.6 Material Particulado .............................................................................................................. 19 
2.7 PROCONVE ............................................................................................................................. 19 
2.8 PROCONVE P-7 e P-8 ........................................................................................................... 22 
3. CFD .................................................................................................................................................. 27 
3.1 Independência de malha ...................................................................................................... 29 
3.2 Simulação ................................................................................................................................ 29 
3.3 Procedimentos ....................................................................................................................... 31 
3.3.1 Geometria ............................................................................................................................. 32 
3.3.2 Mesh (Malha) ....................................................................................................................... 33 
3.3.3 Setup .................................................................................................................................. 34 
3.3.3.1 Turbulência ................................................................................................................... 35 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................................. 36 
5 CONCLUSÃO .................................................................................................................................. 38 
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................................ 39 
6. REFERÊNCIAS .............................................................................................................................. 39 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
Como principal escolha de utilização para trabalhos pesados os veículos 
movidos a diesel cresceram no mercado, sendo priorizados em diversos setores por 
sua potência elevada se comparada a outros motores de baixo custo. Entretanto, com 
produção de carbono negro e aerossóis primários, óxido de nitrogênio e material 
particulado, o motor diesel se torna um grande vilão em vista das agências 
regulamentadoras. 
Considerando a preocupação com questões globais de emissões de gases 
poluentes, surgiram novas ideias para reduzir a quantidade de partículas nocivas 
geradas por motores a diesel na atmosfera, sendo cada vez mais rigorosas as 
organizações, tendo que implementar regras para o controle. No Brasil, as normas de 
emissão para motores rodoviários pesados são de responsabilidade do PROCONVE 
(Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores), que é uma das 
divisões do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente). (Maia, 2012) 
 De acordo com (Cantero, 2012), para seguir uma padronização internacional de 
normas de controle o instituto tem como firmamento as normas europeias, conhecidas 
como EURO, atualmente a norma em vigor no Brasil é o PROCONVE P-7 que é o 
equivalente EURO V, que estabelece uma redução de 60% de óxido de nitrogênio 
(NOx) e 80% de material particulado (MP) quando relacionado ao PROCONVE P-5, 
se basear no início da regulamentação, redução chega a 96,3% de MP e 87,3% de 
NOx. 
O sistema de recirculação dos gases de escape (EGR) vem de encontro com a 
nova norma PROCONVE P7 equivalente a EURO V. Uma das características do EGR, 
é possuir um sistema autossuficiente é independente de reagentes químicos, a partir 
deste conceito a utilização desta tecnologia traz a reintrodução de uma parte dos 
gases de escape para a câmara de combustão, com a utilização do mesmo liquido de 
arrefecimento do motor para o resfriamento dos gases pós combustão no trocador de 
calor. Entretanto com a aplicação deste sistema o motor tende a ser complexo, por 
possui maior sensibilidade em relação ao teor de enxofre do diesel. (Maia, 2012) 
A recirculação dos gases de escape é utilizada para reduzir as emissões de 
óxido de nitrogênio (NOx) dos motores diesel, é utiliza também de um filtro de 
particulados para reduzir a emissão de material particulado para o meio ambiente. 
(Miller, 2019) 
 
 
Tendo em vista que o mundo está se encaminhando cada vez mais na busca de 
fontes de energia renováveis e formas de redução de poluentes gerados por motores 
a combustão, e seguindo conceitos de trabalhos anteriores (Moraes, 2010) acreditava-
se por um período que a redução de NOX por meio do EGR fosse resultado do 
aumento da capacidade de absorção do calor do ar aspirado pelo motor devido à 
presença de CO2 recirculado. À medida que aumenta a capacidade de absorção do 
calor da entrada, a temperatura da chama durante a combustão diminui, levando a 
condições desfavoráveis para a formação de NOx, pois o mecanismo de formação de 
NOx é extremamente dependente da alta temperatura trazendo uma redução 
significativa de emissão de NOx, entretanto, uma peculiaridade está no acúmulo de 
MP emitido por conta do excesso de condensado do motor. 
Nessa pesquisa será avaliado e estudado formas de medição do volume de 
condensado gerado, com o excesso de líquido no sistema o motor pode vir a ser 
prejudicado tanto em eficiência, quanto em desempenho. Catalogando as 
temperaturas de trabalho do motor onde pode ser avaliar uma menor geração de 
volume condensado e levando em consideração que a quantidade de emissão de NOx 
e MP não vai se alterar. 
1.1 Objetivo geral 
Medir o volume do condensado em diferentes temperaturas no trocador de calor 
do EGR através de simulação utilizando o software ANSYS. 
1.2 Objetivo específico 
Analisar o aumento de volume de condensado através de simulação sobre as 
emissõesdo sistema de recirculação dos gases e as principais consequências na sua 
utilização em diferentes temperaturas. 
2 REFERENCIAL TEÓRICO 
Este capítulo tem o intuito de demonstração do funcionamento do motor a diesel 
e como se aplica o sistema EGR por completo, incluindo sua consequência de 
utilização. 
 
 
Dell
Destacar
Dell
Sublinhar
Dell
Linha
Dell
Destacar
 
 
2.1 Motores 
Segundo (Brunetti, 2012), motores são dispositivos que possibilitam a 
transformação de calor em trabalho como forma de obtenção do calor, utilizando os 
processos de combustão como energia atômica e energia elétrica, sendo os motores 
a combustão interna a fonte mais utilizada, gerada através da mistura química de 
oxigênio e combustível. 
Ao considerar que a combustão é uma operação química exotérmica de 
oxidação de fontes de energia, o oxigênio precisa reagir com o combustível, sendo 
algo que encadeie a reação, conhecida como ignição. Nos motores diesel ocorre uma 
ignição espontânea, sendo através da alta taxa de compressão e mistura de 
comburente e combustível ao ponto de início do processo, a temperatura de 
autoignição do diesel é equivalente à 246ºC. Seu funcionamento se dá quando o 
combustível é injetado em alta pressão e velocidade dentro da câmara, entrando em 
estado de combustão em segundos, o tempo entre a injeção inicial e o início da 
queima é denominado atraso de combustão, essa primeira liberação de energia eleva 
a temperatura e pressão interna do cilindro, que reduz o atraso e queima de forma 
controlada a mistura. 
 
Figura 1 - Gráfico comportamento pressão 
Fonte: (Brunetti, 2018) 
 
Na Figura 1 é possível visualizar o ângulo da árvore de manivelas, que é uma 
forma muito precisa da análise da queima em motores de combustão interna. Com o 
indicativo de posicionamento da agulha do injetor em conjunto com a liberação de 
calor é um ótimo indicador de quando o combustível é injetado na câmara. Ao analisar 
 
 
é possível ver uma coloração em cinza claro, que corresponde a combustão em pré-
mistura, tendo uma grande relevância na taxa de liberação de calor, já a próxima área 
com o tom de cinza escuro, mostra a taxa de liberação de calor mais controlada. 
Seguindo o estudo realizado por (Gervásio, 2017) para descrever o desempenho 
em motores de combustão interna alternativos é a pressão média efetiva, ou PME. A 
pressão média efetiva é a pressão teórica que, se atuasse no pistão durante o curso 
de potência, produziria o mesmo trabalho líquido que é realmente produzido no ciclo. 
Assim, para motores com mesmo volume de deslocamento, o de maior PME produzirá 
o maior trabalho líquido e na mesma rotação, a maior potência. 
2.2 Autoignição 
Com um atraso de tempo entre a adição de combustível e ar no motor até o 
processo de queima, temos dois processos, um físico e outro químico, que pode se 
assemelhar ao motor Otto, ao incorporar esses dois processos temos a construção do 
retardamento total, onde temos a injeção do combustível sem ocasionar o aumento 
de pressão e temperatura, se a operação se estender mais do que o habitual, irá criar 
uma sobressalência de combustível que ao queimar acarretará ao acréscimo abrupto 
de pressão no motor, gerando uma aspereza. 
Decorrente a trabalhos passados (Ferreira, 2017) na fase final da combustão, 
devido às condições finais de pressão, temperatura e tempo, o gás remanescente 
entra em ignição espontaneamente e a pressão oscila muito, o que é chamado de 
detonação do motor. A amplitude da onda de pressão gerada por uma autoignição de 
grande escala pode ocasionar danos no motor devido ao aumento do estresse 
mecânico e térmico, a ocorrência desse fenômeno depende do projeto do motor e das 
características da mistura ar-combustível. 
A pressão em conjunto com a temperatura atua diretamente na influência da 
autoignição por conta do ambiente da fusão ar-combustível no processo de atraso da 
ignição. Considerando que a taxa de compressão é um ponto crucial no ciclo diesel 
que se elevado afeta diretamente o atraso de ignição e tende a comprometer a 
eficiência do motor em sua parte mecânica, mas se aumentarmos a pressão e a 
temperatura até 750ºC, o efeito de atraso será reduzido e o motor não será 
prejudicado. 
As câmaras de combustão devem ser projetadas para reprimir o processo de 
produção de poluentes, por exemplo o NOx (Óxido de nitrogênio), visto que durante a 
 
 
queima as paredes internas do cilindro podem sofrer uma alteração na temperatura 
que pela troca de calor aceleram o processo de combustão e elevam a temperatura 
da pré-mistura que gera uma alta taxa de emissão de partículas nocivas. (Brunetti, 
2012) 
2.3 Combustão por autoignição controlada e EGR 
O processo de CAI (Controlled Auto-Ignition) permite uma redução expressiva 
das emissões e paralelamente a redução de utilização de combustível, sendo um 
método de combinação de características de motores de centelha e ignição por 
compressão, tendo como base a compressão com a temperatura para acelerar a 
autoignição da mistura. Como também visto por (Meier, 2016) EGR também é usado 
como um método para controlar a taxa de ignição e combustão em HCCI 
(Homogeneous Charge Compression Ignition). O primeiro efeito é o pré-aquecimento 
da mistura, o que facilita a ignição. O segundo efeito é a diminuição da concentração 
de oxigênio, o que dificulta a ignição. O terceiro efeito é um aumento do calor 
específico médio, o que reduz o aumento da temperatura da mistura, com um controle 
de temperatura e composição de elementos, a autoignição controla as misturas 
estequiométricas e misturas com uma elevada taxa de diluição (diluição com EGR), 
resultando em baixas atmosferas de combustão, gerando menos emissões de NOx e 
material particulado (fumaça preta), também agregando mais eficácia a troca de calor 
no sistema de arrefecimento. 
Além de seu benefício primário de auxílio de redução de gases poluentes, o EGR 
tem duas vantagens em apoio ao CAI, sendo uma o auxílio de ignição dando a 
quantidade de calor necessária para que o sistema alcance a temperatura de 
autoignição e a outra é a liberação de calor para que o aumento de pressão não 
transforme em uma detonação precoce, entretanto o CAI é limitado a regiões de baixo 
torque, pois possuí uma limitação quanto a operação e controle de combustão por 
conta da carga diluída. 
2.4 EGR (Exhaust Gas Recirculation) 
A recirculação de gás de exaustão desempenha um papel de grande valia para 
a redução de missões de poluentes em motores a diesel e com ignição por centelha 
ou pressão. (Bosh, 2005) 
 
 
De acordo com (Abdilahi, 2019), o EGR é um dispositivo que pode ser entendido 
como um redutor de óxido de nitrogênio para motores de combustão interna. A 
recirculação das emissões pode ser substancialmente influenciada a diminuição de 
calor de calor e pressão dos motores. 
 
Figura 2 - Diagrama de funcionamento motor diesel com EGR 
Fonte: (Abdilahi, 2019) 
Na Figura 2 é possível observar que o funcionamento do sistema é simples, ao 
adentrar o motor o ar (Fresh-Air) é direcionado a câmara de combustão dentro do 
motor (Engine), onde passa pelos seguintes processos de admissão, compressão, 
explosão e exaustão. Após ser expelido da câmara os gases possuem dois caminhos, 
sendo o primeiro o trocador de calor EGR (EGR Cooler) e o segundo caminho o gás 
gerado pela combustão é expelida do sistema. No trocador de calor EGR ocorre a 
troca de temperatura entre os fluídos, sendo um refrigerante e o outro aquecido, 
também é coletado a fuligem (MP). Ao atingir uma temperatura próxima ao do ar de 
admissão o gás é redirecionado a válvula EGR (EGR valve) que permitirá a 
reintrodução ao ciclo. A quantidade de gás reintroduzido no motor pode variar de 
acordo com a carga do motor, mas em todos os métodos pesquisados se tem a 
necessidade da mistura entre o ar que está entrado e o gás a ser reintroduzido. 
Os motores a diesel maisnovos se beneficiam de filtros coletores de partículas 
para remover a fuligem, cinzas e outros resíduos gerados na exaustão, e em layouts 
mais avançados as partículas passam por um filtro depois de sair do trocador de calor. 
Porém em motores mais antigos que possuem o EGR, sem a implementação desse 
filtro, ocorre um acumulo do material, no qual ao longo do tempo pode ocasionar 
problemas no funcionamento do moto, além de impactar na perda de potência. 
Como mencionado por (Maia, 2012), mesmo tendo uma redução significativa da 
formação de NOx, o EGR apresenta um sério problema que é a formação de 
condensado no trocador de calor onde ocorre a degradação de componentes do motor 
Dell
Ondulado
 
 
pois possuí um alto nível de concentração do condensado, e se adentrar ao processo 
de admissão irá contribuir para o mal funcionamento do motor. 
Em acordo com (Souza, 2010) a baixa temperatura do gás provoca entupimentos 
em tubos internos, pois com a degradação natural dos gases esse processo tende a 
se agravar. 
2.5 Óxidos de Nitrogênio (NOx) 
Conforme mencionado por (Muraro, 2016), o óxido de nitrogênio é a somatória 
do monóxido de nitrogênio (NO) em 90% e o dióxido de nitrogênio (NO2). Em contato 
com a atmosfera o NO se altera para o NO2, e fazendo contato com o vapor de água, 
o óxido de nitrogênio forma o ácido nítrico, que em combinação com o ácido sulfúrico 
(H2SO4), derivado da queima de combustível com o enxofre, geram a chuva ácida. 
 
 
O+N2 
𝐾1+
→ NO+N 
N+O2 
𝐾2+
→ NO+O 
N+OH 
𝐾3+
→ NO+H 
Figura 3 - Formação de NOx. 
Fonte: (Brunetti, 2018) 
 
 Reações Const. Energética(cm3/mol.s) Temperatura (K) 
 O + N2 = NO + O 7,6 x 1013exp[-38.000/T] = K1 Entre 2.000 e 5.000 
 N + O2 = NO + O 6,4 x 109exp[-3150/T] = K2 Entre 300 e 3.000 
 N + O2 = NO + H 4,1 x 1013 =K3 Entre 300 e 2.500 
Tabela 1 Constantes relativas ao mecanismo de Zeldovich 
Fonte: (Brunetti, 2018) 
 
De mesmo modo o (Brunetti, 2018), afirma que o grande requisito para a 
formação do óxido de nitrogênio é a temperatura, na Figura 3 em conjunto com a 
Tabela 1 podemos observar que a formação é mais evidente a partir de 1.726ºC, mas 
se inferior a essa temperatura praticamente cessam. Outro ponto a se observar é a 
quantidade de nitrogênio e oxigênio que adentraram ao cilindro, pois a temperatura 
depende da mistura entre os reagentes. 
 
 
A temperatura especulativa de queima do diesel é em torno de 2.126ºC, faz com 
que todas as reações citadas acima ocorram com absorção de calor, por isso são 
consideradas endotérmicas, por conta de seu fator de maior incidência, a temperatura. 
Se durante o processo há falta de oxigênio, o calor tende a ser liberado e 
paralelamente a temperatura teórica vai cair. Mas se temos o contrário, ou seja, o 
excedente de oxigênio, todo o calor é destinado a aumentar a temperatura dos gases 
em excesso fazendo com que reduza a temperatura dos demais. Isso induzira a 
redução da formação de NOx, pela quantidade de ar disponível. (Vlassov, 2007) 
 
Figura 4 - Monóxido de nitrogênio em função do excesso de ar 
Fonte: (Vlassov, 2007) 
 
De acordo com a Figura 4 o pico de afluência de monóxido de nitrogênio é no 
ponto de combustão onde o ar se encontra em excesso. Em zonas com uma grande 
concentração de misturas ricas o aumento de NO é determinado pelo acréscimo de 
temperatura, o qual como mencionado se dá pelo aumento da concentração de 
oxigênio, (Vlassov, 2007) também menciona no momento da combustão a um 
aumento abrupto da temperatura que varia de 1499ºC a 1995ºC, que gera uma 
gradação de 38 vezes de NO, concluindo que para reduzir a formação de NO é preciso 
diminuir a temperatura no ponto de combustão. 
 
 
 
 
Figura 5 - Simulação de NOx em um motor a diesel 
Fonte: (Abdilahi, 2019) 
 
Como demonstrado na Figura 3 as moléculas de N2 possuem uma ligação tripla 
que se torna necessário uma alta concentração de energia cinética para liberar tais 
reações. 
Na Figura 5 vemos que o ponto chave para a rápida produção ocorre em um 
processo iniciado pela reação de radicais com a molécula de nitrogênio para construir 
compostos de ciano ou formações subsequentes. (Abdilahi, 2019) 
 
Figura 6 - Redução de NOx e aumento do índice EGR 
Fonte: (Muraro, 2016) 
 
 
 
Como mencionado anteriormente, conforme aumentamos a razão de 
reintrodução dos gases, ocorre uma redução considerável de emissões de gases NOx, 
na Figura 6, é possível visualizar uma queda de até 50% com uma razão de apenas 
20% de EGR. 
2.6 Material Particulado 
Consoante a (Brunetti, 2018) uma parte considerável do material particulado 
produzido é decorrente da combustão incompleta de hidrocarbonetos combustíveis 
puros, sendo quase que composto somente pelo carbono gerado, no qual alimenta a 
ideia que outros elementos orgânicos são fixados. Atentando a temperaturas acima 
de 500ºC, as partículas se tornam um adensado, na medida que a temperatura reduz 
e fica menor que 500ºC, compostos se condensam sobre às moléculas de carbono. 
Decorrente o estudo realizado por (Costa, 2017) o material particulado consiste 
basicamente em um agregado central de carbono, hidrocarbonetos, enxofre e água. 
Pode ser subdividido em duas fases: a fase insolúvel está na forma sólida, formada 
por carbono e substâncias orgânicas (sulfatos e metais), produzida pelo desgaste de 
componentes e aditivos de lubrificação do motor, enquanto a fase solúvel é formada 
por hidrocarbonetos, combustível e lubrificantes. 
O material particulado é um transgressor devido à emissão de fumaça preta, 
prejudicial aos seres humanos. O princípio de sua formação está no processo de 
combustão do motor, tendo como influência altas temperaturas em pontos da câmara 
de combustão com alta concentração de combustível com alta massa molar e menos 
oxigênio (Squaiella, 2010). 
 Um ponto de grande peso na formação do MP é o resfriamento dos gases no 
ponto de exaustão, pressupõe que o núcleo do material é muito volátil é estruturado 
por hidrocarbonetos e moléculas de ácido sulfúrico. Devido à complexidade de sua 
composição que não permite avaliação de uma análise química, a medição tem de ser 
feita por amostragem, onde os gases são concentrados em uma diluição com o ar e 
passam por um filtro, no qual as moléculas ficam grudadas, sendo futuramente 
analisado e pesado. 
2.7 PROCONVE 
Em conformidade com o (Squaiella, 2010), a normativa do PROCONVE 
(Programa de controle da poluição do Ar para veículos automotores) foi baseada nas 
 
 
versões europeias de controle de emissões de poluentes, cujo o nome é EURO, e a 
agência regulamentadora EPA (Enviromental protection agency), dos Estados Unidos 
da América. 
Em 1986 o conselho nacional do meio ambiente, o CONAMA implementou as 
seguintes medidas com a resolução 18/1986 com suporte da lei 8.723/1993. 
I. Fixação de limites de emissão para reduzir a contaminação da atmosfera. 
II. Investimento nas áreas de pesquisa em função dos limites. 
III. Acompanhamento estatístico e certificação de protótipos de veículos de 
produção. 
IV. Passar para o IBAMA a autorização de utilização de combustíveis 
alternativos. 
V. Proibição da comercialização de modelos não homologados. 
 
Veículos pesados para transporte de passageiros ou cargas, com massa 
máxima maior que 3.856kg, ou veículos que em ordem de marcha tenham mais que 
2.720kg direcionados ao transporte de passageiros e cargas iniciaram o controle de 
fumaça (material particulado) em 1987 com um limite total de opacidade K>2,5 em 
toda curva de máximo torque dos motores a diesel, enquanto o controle de emissões 
pelo exaustor de veículos pesados iniciou em 1993, mas de forma constante 
introduzindo limites das novas fases, sendo elas P-3 em 1994, a fase P-4 em 1998, a 
P-5 em 2004, a P-6 foi adianta para ser introduzida em conjunto com a P-7 em2012. 
(Ibama, 2011) 
 
 
Figura 7 - Evolução da frota de veículos do ciclo diesel até 2009 
Fonte: (Ibama, 2011) 
 
 
Ao observar a Figura 7 percebe-se que ao longo dos anos o número de veículos 
pesados movidos a diesel cresceu bastante, mas devido a introdução das normas de 
controle e cobrança de mercado sobre a melhoria do controle de emissões o impacto 
ambiental foi reduzido. 
Também segundo o (Ibama, 2011), os resultados obtidos são positivos, mostram 
reduções expressivas de fatores como emissões de monóxido de carbono (CO), 
óxidos de nitrogênio (NOx), hidrocarbonetos (HC), Material particulado (MP) e aldeídos 
(CHO). 
 
 
Figura 8 - Emissões estimadas de CO 
Fonte: (Ibama, 2011) 
 
Figura 9 - Emissões estimadas de NMHC (Hidrocarbonetos não metano) 
Fonte: (Ibama, 2011) 
 
Ao analisar as Figuras 8 e 9, é notável o impacto de automóveis pequenos nas 
emissões de CO e NMHC, a estimativa de emissões até 2020 para ambos os casos 
 
 
eram maiores de 50% para veículos de pequeno porte. Entretanto os veículos 
pesados que são os grandes vilões nas emissões de MP e NOx, já não geram tanto o 
impacto. 
 
 
Figura 10 - Emissões estimadas de NOx 
Fonte: (Ibama, 2011) 
 
Figura 11 - Emissões estimadas de Material particulado 
Fonte: (Ibama, 2011) 
 
Tendo como base as Figuras 10 e 11, os veículos pesados são responsáveis por 
mais da metade das emissões de MP e NOx, devido a isso veio a implementação das 
regras da P-7 e P-8. 
2.8 PROCONVE P-7 e P-8 
A norma em vigor no Brasil é o PROCONVE P-7 que entrou em vigor em 2012, 
sendo equipolente a EURO V, os novos limites de emissões exigem modificações nos 
 
 
motores e sistemas de pós-tratamento dos gases e diesel com teor de enxofre 
reduzido em sua composição. A norma P-7 tem em seus requisitos a redução de óxido 
de nitrogênio em 60%, além da diminuição de emissão do material particulado em 
80%. Ao defrontar a primeira norma do PROCONVE criada em 1986, temos uma 
redução total de 96,3% e 87,3% de NOx e MP. (Miller, 2019) 
A P-7 impõe a implementação de um turbo mais complexo e um filtro de 
partículas no sistema de exaustão, conectada direto ao escape. Outra exigência é a 
instalação de um reagente químico que atua pulverizando as partículas no 
escapamento, também conhecido como SCR (Selective Catalitye Reduction) que 
aplica o Arla 32 que realiza uma reação química no catalisador e paralisa a geração 
de NOx. Oferece o opcional da instalação do EGR, que trata diretamente na 
combustão como mencionado nos textos acima. (Cantero, 2012) 
 
 
Figura 12 - Diagrama de funcionamento do Arla 32 no motor diesel 
Fonte: (Volkswagen, 2018) 
 
 
 
 
 
Figura 13 - Desenho esquemático do Arla 32 no motor a diesel 
Fonte: (Volkswagen, 2018) 
 
De acordo com as Figuras 12 e 13 o SCR corresponde a injeção por bico injetor 
de uma solução líquida à base de ureia no sistema de exaustão. Seguindo a 
explicação de (Gomes, 2014) uma reação química no sistema de redução catalítica 
seletiva onde ocorre a conversão dos óxidos de nitrogênio NOx, em nitrogênio puro 
N2 e vapor de água, que não causam danos ambientais quando expelidos na 
atmosfera, mas necessitam de uma solução aquosa de ureia, o consumo do Arla 32 
é de aproximadamente 5% em relação ao tanque de combustível. 
Segundo (Miller, 2019) a norma PROCONVE P-8 foi estabelecida em 16 de 
novembro de 2018, aplicando-se a todos veículos novos de carga e de passageiros 
que possuam um peso mínimo de 3,856 Kg. Será implementado entre 2020 e 2023, 
no qual a estimativa é de 70% dos veículos novos no mundo atendam aos padrões 
das normas reguladores de emissões. 
 
 
 
 
Figura 14 - Implementação normas PROCONVE 
Fonte: (Miller, 2019) 
 
Na Figura 14 o cronograma de implementação da P-8 será a partir do ano de 
2022 a parte de homologações na qual consiste em mudanças para os testes mais 
complexos além da adição de exigências de avaliação durante a vida útil do motor, 
testes de emissões de partida a frio para comparação com tráfego real, acréscimo de 
emissões fora do ciclo (off-cycle emissions, OCE) tendo como base a WNTE (World 
Not to Exceed). Todos os novos procedimentos vão atestar que as emissões sejam 
reduzidas. Em 2023 os veículos pesados precisam já sair da fábrica com a 
homologação da agência regulamentadora e comprovação de realização dos testes. 
A norma P-8 também impõe novos limites de emissões gases de veículos, os 
padrões são baseados na EURO VI, na tabela abaixo consta a barreira de emissão 
dos motores a combustão. 
 
 
Dell
Linha
 
 
 
Figura 15 - Limite de emissões dos motores PROCONVE P-8 
Fonte: (Miller, 2019) 
 
Nos motores turbos compressores, o limite de emissão terá a aplicação da 
somatória das emissões do escapamento e do cárter de acordo com os procedimentos 
da WHSC, WHTC ou WNTE. 
Mesmo a norma P-8 entrando em vigor a partir do ano de 2022, o mercado atual 
já tem a disponibilidade de veículos movidos a diesel sistema EGR instalado. 
 
Figura 16 - Gráfico Torque x Potência MAN D08 de 4 cilindros, a Diesel 
Fonte: (Volkswagen, 2018) 
 
 A Figura 16 apresenta o gráfico de torque e potência do motor MAN/D08 a venda 
no mercado, é possível visualizar uma faixa plana no gráfico de torque que se deve a 
instalação de um sistema de turbo duplo estágio (Bi turbo) que é otimizado para baixas 
rotações e altas rotações, que supre a falta de potência em baixa rotação devido a 
instalação do EGR e também reduz o estresse das peças do motor, no qual prolongam 
a vida útil e menor consumo de combustível e geração de menos poluentes. 
 
 
 
3. CFD 
A dinâmica de fluidos computacional (CFD) é uma subdivisão da mecânica dos 
fluidos que emprega à análise numérica para resolver problemas envolvendo o fluxo 
de fluidos. Segundo (Anon., 2018) a indústria de motores foi uma das primeiras a dar 
credibilidade e adotar o CFD como forma de prever fluxos internos altamente 
compressíveis, sendo assim com a aplicação do CDF permite que os ciclos de design 
e inovação tenham uma diminuição e custos reduzidos em conformidade. Decorrente 
ao estudo de realizado por (Santos, 2008) as técnicas em CFD por simulação tem sido 
uma das mais utilizadas para solução de problemas na área de mecânica dos fluidos 
onde a modelagem permite simular os efeitos nas concentrações em diferentes 
condições. 
Os hardwares são frequentemente usados para realizar cálculos necessários 
para simular a interatividade de líquidos e gases com as definições de condições de 
contorno, essas definições prever o escoamento do fluido, transferência de calor e 
massa como também reações químicas e fenômenos relacionados. As equações 
geralmente usadas, são de condições não lineares e utilizadas para analisar e 
solucionar fatores que envolvem escoamento de fluido, tendo uma análise CFD da 
modelagem da geometria desejada usando o software de modelagem. (Pandey, 2019) 
Os critérios de modelagem podem consistir em uma única peça ou em um 
conjunto de montagem de várias peças tendo como base, cálculos analíticos ou 
características geométricas reais sendo então simplificado para estudo CFD. Sendo 
assim e feita a discretização em vários pequenos volumes através da criação de 
malhas do modelo, onde o solucionador através dos métodos interativos irá obter uma 
solução convergente utilizando algumas equações para dar início a analise com a 
definição do limite e das condições iniciais. (Pandey, 2019) 
Cada vez mais a simulação computacional está se tornando mais importante 
devido ao seu baixo custo e resultados acurados, indo mais a fundo temos a dinâmica 
computacional de fluidos traduzida do computational fluid dynamics fornece de forma 
qualitativa e quantitativa a predição do comportamento do fluído através de métodos 
matemáticos. (Shrestha, 2016) 
Para calcular o modelo geométricos em 3 dimensões há várias formas que 
podemos escolher sendo elas o tetraedro (Tetrahedron), pirâmidequadrilateral 
(Quadrilateral pyramid), prisma triangular (Triangular prism) e hexaedro (hexahedron), 
 
 
algo que dá para se observar na figura 17, é que todos têm faces triangulares e 
quadrilaterais. De forma complementar a face quadrilateral em 3 dimensões pode não 
ser totalmente plana, sendo assim, não sendo plana pode ser considerado um volume 
fino que é compartilhado por dois vizinhos. 
 
Figura 17 Tipos de Meshing 
Fonte: (Pandey, 2019) 
 
Ao se atentar a figura 17 temos os 4 principais meshings sendo eles: 
I. Tetraedro (Tetrahedron), possuí 4 vértices, 6 arestas e está restrito a 4 faces 
triangulares, na maioria das simulações o tetraedro é gerado de forma 
automática. 
II. Pirâmide (Pyramid), tem em sua estrutura 5 vértices, 8 arestas e é restringida 
por 4 faces triangulares e 1 quadrilateral, é utilizado de forma efetiva em 
transições de elementos com faces triangulares e quadradas. 
III. Prisma Triangular (Triangular Prism), contém 6 vértices, 9 arestas e é restrita a 
2 faces triangulares e 3 quadrilaterais. 
IV. Hexaedro (Hexahedron), com a maior precisão de soluções o hexaedro está 
restrito a 6 faces quadrilaterais, 8 vértices e 12 arestas. 
No software escolhido para simulação o ANSYS 2019, dispõe de dois tipos de 
meshing, sendo elas a malha fina e malha grossa, em modelos geométricos 
complexos a melhor escolha e malha tetraédrica. (Pandey, 2019) 
 
 
3.1 Independência de malha 
De acordo com (Rocha, 2017) na simulação de malhas de maneira amiúde o 
resultado não é idêntico ao medido, tais diferenças são originárias de erros numéricos 
que são inerentes à discretização, para reduzir realiza-se a independência de malha. 
O qual é fundamentado na depuração das malhas, reduzindo e executando as 
simulações, até que os resultados confluam para um valor, ao se assemelharem será 
o ponto de continuidade da simulação. Ao refinar a malha há um acréscimo da 
quantidade de elementos, para aplicação do método tem de ser considerado o limite 
computacional disponível. 
Bem como dito por (Çengel, 2004) a etapa mais importante para uma simulação 
é a geração de malha, para a construção da malha é necessário às coordenadas x, y 
e z, que vai percorrer toda a estrutura. A fabricação de uma boa malha é uma 
operação demorada e que leva mais tempo que a própria solução do CFD, porém o 
tempo é recompensado com o resultado com maior confiabilidade. O resultado 
convergirá para um valor com a tendência de mudança, sabendo que refinar a malha 
significa aumentar o número de elementos, a metodologia para teste de 
independência de malha tem em vista os resultados, caso esses valores não mudarem 
de forma considerável, a malha original pode ser considerada como apropriada para 
a simulação. Caso o resultado obtiver alteração de forma significativa, a malha original 
terá uma resolução inapropriada para o problema. 
3.2 Simulação 
O trocador de calor EGR tende a ter um acumulo de condensado sendo 
prejudicial a longo prazo o funcionamento do motor, devido ao alto custo de um motor 
de bancada para realização dos testes, será feita uma simulação pelo software 
ANSYS 2019 R2. 
Nesse estudo em ordem de simplificar a metodologia de simulação como líquido 
refrigerante foi selecionado a água em uma temperatura de 32ºC, e como fluído 
quente também foi selecionado a água nas temperaturas de 450º, 650ºC ,750ºC e 
850ºC. Para modelagem do trocador de calor do EGR foi selecionado o AISI 304L 
devido a sua alta temperatura de fusão e resistência a corrosão, na figura 17 é 
apresentado o modelo selecionado para teste. 
Dell
Destacar
Dell
Máquina de escrever
METODOLOGIA:
Dell
Linha
Dell
Máquina de escrever
confuso
parágrafo
Dell
Sublinhar
Dell
Máquina de escrever
Geometria do trocador (modelo xx adaptado para trabalho)
 
 
 
Figura 18 Vista Frontal Trocador de calor EGR 
Fonte: Própria 
 
 
Figura 19 Vista Isométrica Trocador de Calor 
Fonte: Própria 
 
Figura 20 Trocador de calor visão interna 
Fonte: Própria 
 
Dell
Destacar
Dell
Lápis
Dell
Lápis
 
 
As medidas selecionadas seguem na tabela 2. 
 
Número Local Medida (mm) Espessura (mm) 
I Entrada/ Saída Fluído Frio 90 7 
II Tubos internos 20 2 
III Corpo 110 4 
IV Corpo 500 2 
V Entrada/Saída Fluído Quente 64 4 
 
Tabela 2 Medidas Trocador de Calor EGR 
Fonte: Própria 
3.3 Procedimentos 
 Para alcançar um resultado plausível na simulação da troca de calor dos gases 
no trocador de calor EGR e avaliar a temperatura de formação do condensado o 
método de pesquisa e avaliação será a simulação de fluídos, devido ao custo de 
análise de motores em bancadas, também a interação por software é mais rápida e 
qualquer alteração, por menor que seja, pode ser detectada. As peças foram 
desenhadas em modelo 3D no software SolidWorks versão 2020, e passaram por 
testes no software ANSYS Workbench na versão de 2019 R2. Esses resultados foram 
feitos através de um computador com as seguintes configurações: processador Ryzen 
3 3200g 3.60Ghz, com 16 GB de memória RAM DDR4, uma placa de vídeo RX 5500 
XT 8GB e um SSD. 
 
Figura 21 Quadro de seleção ANSYS 2019 
Fonte: Própria 
De acordo com a figura 18 observamos que há 6 passos de configuração do 
software sendo Fluid Flow, Geometry, Mesh, Setup, Solution e Results. 
Dell
Destacar
Dell
Destacar
Dell
Lápis
 
 
3.3.1 Geometria 
Seguindo a ordem no primeiro o Fluid Flow é basicamente a seleção do tipo de 
simulação que será utilizado, como mencionado no parágrafo acima resultará nos 
dados de temperatura, escoamentos, transferências de calor, flutuações, combustões 
e reações químicas e particle tracking. 
 
A B 
C 
 
D
 
 
Figura 22 - Preenchimento volume trocador de calor EGR 
Fonte: Própria 
 
 Ao observar a figura 21 temos a parte de Geometry onde deverá ser inserido 
o modelo que será testado, para simulação utilizamos o modelo apresentado na figura 
20, na qual foi elaborada uma configuração e limitação da área de teste que pode ser 
observada na figura 19, sendo o quadrante A o trocador de calor sem as definições 
de volume de fluído quente e fluído frio para a troca de calor. No B quadrante temos 
o trocador preenchido por completo, em que ambos trabalham em conjunto. 
Respectivamente nos quadrantes C e D temos o volume ocupado pelo fluído quente 
e fluído frio. 
Dell
Lápis
 
 
3.3.2 Mesh (Malha) 
Na parte de Mesh que é o processo de transformação de formas irregulares em 
volumes do modelo selecionado, na simulação foram utilizadas as seguintes principais 
configurações de acordo com a tabela abaixo. 
Display 
Display Style Use Geometry Setting 
Defaults 
Physics Preference CFD 
Solver Preference CFX 
Element Order Quadratic 
Element Size 0,002m 
Quality 
Check Mesh 
Quality 
Yes, Errors And 
Warnings 
Smoothing Medium 
Mesh Metric None 
 
Tabela 3 Configurações Mesh ANSYS 2019 
Fonte: Própria 
 
Seguindo a tabela 3 observamos que foi utilizado para cálculo a preferência de 
solução CFX, formas dos elementos tetraédricas e tamanho dos elementos de 0,002 
m com a checagem de erros e avisos quanto a qualidade dos elementos formas, 
sendo assim ao finalizar o cálculo foi gerado um total de 7.156.184 nós e 4.602.474 
elementos, demorando 10 minutos para sua execução. 
 
 
Figura 23 Malha em Vista Frontal Trocador de Calor EGR 
Fonte: Própria 
Dell
Destacar
 
 
 
 
Figura 24 Malha em Vista Lateral Trocador de calor EGR 
Fonte: Própria 
 
 
 
Figura 25 Malha em Vista Isométrica Trocador de calor EGR 
Fonte: Própria 
 
Visualizando as figuras 23, 24, 25 podemos ver que devido a forma complexa do 
trocador de calor, há pontos no qual há uma complexidade de cálculo pelo sistema, 
por isso há uma necessidade de um elemento em tamanho reduzido. 
3.3.3 Setup 
A etapa do Setup é a configuração das condições de contorno a serem 
introduzidas na análise. Para a separação dos dados das condições de contorno no 
software foi criado trêsdomínios sendo eles o EGR, fluído frio, fluído quente, a pressão 
de entrada e saída, turbulência e velocidade do fluído foram as mesmas para todas 
as simulações, exceto as temperaturas de fluído quente 450ºC, 650ºC, 750ºC, 850ºC, 
e o fluído frio sempre de 32ºC. 
 
 
3.3.3.1 Turbulência 
Como mencionado no (ANSYS, Inc, 2019) a turbulência corresponde a 
flutuações no espaço e tempo de um campo, devido a ser tridimensional, composto 
de várias escalas e instável se torna algo complexo. Para que se suceda a turbulência 
as forças de inércia devem se tornar significativas se comparadas as forças viscosas 
e também a caracterização de um alto número de Reynolds. 
Na simulação será utilizado o modelo de K-Ɛ (k-épsilon) por possuir regime bem 
estabelecido dentro do software, também a precisão quanto a malha, de forma que as 
constantes do modelo de k-Ɛ estão com os valores padrões do ANSYS. 
Para poder gerar as equações do fluído no trocador de calor colocamos as 
seguintes condições. 
I. O fluído refrigerante é incompressível e o fluxo de fluído gás de recirculação é 
compressível 
II. Condutividades e viscosidades térmicas são isotrópicas e dependentes da 
temperatura. 
III. Simulação deverá ser realizada em uma condição estável. 
IV. Propriedades do Ar são constantes e a temperatura dos tubos EGR é fixa. 
Como dito por (Hoseini, 2018) nos baseando nas presunções feitas acima, será 
apresentado as três equações base, sendo elas a equação do momento, da 
continuidade e da energia. 
Momento 
𝜕𝑢𝑖𝑢𝑗
𝜕𝑥𝑖
= −
𝜕𝑝
𝜌𝜕𝑥𝑖
+
𝜕
𝜕𝑥𝑗
((𝑢 + 𝑢𝑡)(
𝜕𝑢𝑗
𝜕𝑥𝑖
+
𝜕𝑢𝑖
𝜕𝑥𝑗
)) 
 
Continuidade 
 
𝜕𝑢𝑖
𝜕𝑥𝑖
= 0 
 
 
Dell
Máquina de escrever
(numeração equação e citar no texto)
 
 
Energia 
 
𝜕𝑢𝑖𝑇
𝜕𝑥𝑖
= 𝜌
𝜕
𝜕𝑥𝑖
((
𝜇
𝑃𝑟
+
𝜇𝑡
𝑃𝑟𝑡
)
𝜕𝑇
𝜕𝑥𝑖
) 
 
Como já mencionado será utilizado o modelo K-Ɛ na forma das seguintes 
equações: 
I. Taxa de dissipação da energia cinética turbulenta. 
 
𝜕𝑢𝑖𝑘
𝜕𝑥𝑖
=
𝜕
𝜕𝑥𝑖
((𝜇 +
𝜇𝑡
𝜎𝑘
)
𝜕𝑘
𝜕𝑥𝑖
) +Φ − 𝜀 
 
II. Modelo dos coeficientes de turbulência em K-Ɛ 
𝜕𝑢𝑗𝜀
𝜕𝑥𝑗
=
𝜕
𝜕𝑥𝑖
((𝜇 +
𝜇𝑡
𝜎𝜀
)
𝜕𝜀
𝜕𝑥𝑖
) + 𝑐1Φε − 𝑐2
𝜀2
𝑘 + √𝜇𝜀
 
Podemos visualizar que na resolução abaixo o quantitativo de 𝑐𝜇 é diretamente 
ligado a pressão rotacional e a tração, há um impacto no comportamento da 
velocidade no sistema em K e Ɛ, sendo assim 𝑐𝜇 não é constante ao longo de seu 
trajeto, mas é em função da turbulência, pressão e a rotação do fluído. (Hoseini, 2018) 
Φ = 𝜇 (
𝜕𝑢𝑖
𝜕𝑥𝑗
+
𝜕𝑢𝑗
𝑥𝑖
)
𝜕𝑢𝑖
𝜕𝑥𝑖
 
𝑢𝑡 = 𝑐𝜇
𝑘2
𝜀
 
C1=max [0.43, µ/(µt + 5)], C2= 1, 𝜎k= 1.0, 𝜎𝜀=1.2 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Durante a simulação foram gerados mais de 7.156.184 elementos tetraédricos 
para cálculo do objeto, o tempo médio de cálculo foi de 9 horas para cada simulação 
considerando mais de 60 interações, se juntar toda a memória de cálculo das 4 
Dell
Linha
Dell
Lápis
Dell
Lápis
 
 
simulações executadas no período temos um total de 198,5 Gigabytes gerados, nos 
mostra que quanto mais variáveis forem consideradas na configuração das condições 
de contorno do projeto, mais poder computacional será necessário para realizar tal 
simulação. 
 
 
 
I - 450ºC 
 
 
 
II - 650ºC 
 
 
III - 750ºC 
 
 
IV - 850ºC 
 
Figura 26 – Fluxo da Temperatura 
Fonte: Própria 
 
Conforme observado na figura 26 temos a exibição das quatro simulações 
sendo a única alteração entre elas o valor da temperatura de entrada 450º, 650º, 
750º,850º no trocador de calor, todas trabalharam com a pressão de entrada e saída 
no sistema de 1 atm, todos com a turbulência e troca de calor entre a peça, fluido 
quente e fluido frio. 
Dell
Destacar
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
 
 
Ao observar atentamente a figura 26 vemos que todo mapeamento de 
temperatura está similar em todas as simulações sendo a coloração em amarelo o 
ponto de maior intensidade entre elas e o único em todo o resultado, o restando do 
volume de temperatura vemos que ao passar da entrada do fluido quente, se estabiliza 
na mesma temperatura, não surtindo efeito o cálculo da troca de calor conforme foi 
configurado no software, vemos que a temperatura de entrada do fluido frio e a mesma 
da de saída, não sendo eficaz a troca de calor. 
Mesmo não atingindo o resultado esperado na simulação, temos um 
quantitativo considerável de dados gerados em todas simulações, conforme 
mencionado no primeiro parágrafo são 198,5GB de dados calculados pelo sistema. 
Para solucionar o problema temos que ser necessário remodelar o modelo do 
trocador de calor, para simplificar sua forma e deixar ele mais simples de ser modelado 
pelo sistema e reduzir seu número de nós e elementos para reduzir o poder 
computacional necessário para realizar o experimento, além de que quanto mais 
condições de contorno forem alocadas a simulação, mais precisa será o resultado, 
entretanto, mais vai demorar o resultado final. Também será ideal a realização de um 
ensaio de bancada como forma de comprovação de dados. 
 
5 CONCLUSÃO 
Baseado nos dados apresentados nos capítulos anteriores e o resultado da 
simulação deste trabalho a confrontação de dados entre as pesquisas e a simulação 
mostram que é possível identificar as temperaturas em que temos a melhor eficiência 
do trocador de calor e como é possível trabalhar em temperaturas mais baixas 
evitando ainda mais a emissão de gases sem prejudicar o motor, se configuradas 
corretamente. 
As possíveis diferenças entre a análise de um trocador de calor instalado em um 
motor real e a simulação se deve ao fato de não ser possível configurar todas as 
variáveis reais em um sistema, como por exemplo a diversificação da perda de 
temperatura em vários pontos do trocador de calor. 
Durante a execução também foi considerado as limitações da versão estudantil 
do ANSYS e do SolidWorks, que afeta muito o design da peça e a quantidade de 
malhas que podem ser calculadas. O principal objetivo dessa etapa foi a catalogação 
do comportamento da temperatura no momento da passagem no trocador e a 
Dell
Riscar
Dell
Riscar
Dell
Destacar
Dell
Riscar
Dell
Lápis
Dell
Lápis
Dell
Lápis
 
 
formação do condensado no sistema e a partir de que temperatura tende a se formar. 
Quanto maior a capacidade de troca térmica entre o fluído refrigerante e o fluído 
quente e a peça, menor será a temperatura de saída. 
Sendo assim, o presente estudo mostra que a análise CFD é muito eficaz na 
economia de tempo e custo associado aos métodos experimentais de previsão do 
desempenho de um projeto proposto. Sendo assim, o CFD torna - se uma ferramenta 
de grande relevância para o design e desenvolvimento de um sistema EGR no qual 
está sendo estudado neste presente trabalho, pois com seu uso elimina o tempo e 
custo no desenvolvimento do protótipo do projeto proposto. 
 
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 
Com base nos dados obtidos e nas conclusões tiradas, são apresentadas algumas 
sugestões para trabalhos futuros, como melhorias no sistema de separação 
gás/liquido para um controle mais efetivo do condensado gerado que será direcionado 
para o coletor de admissão, ou realizar testes em diferentes pontos de cargas e com 
mais repetições afim de diminuir os erros de incerteza das medições. Também sendo 
possível trabalhar com diferentes estratégias de injeção afim de melhorar os valores 
de particulado nos pontos de alta carga, com a estratégia de recirculação de gases 
para diferentes porcentagens, sendo capaz de avaliar a degradação do motor para 
altos volumes de condensado admitido. 
 
6. REFERÊNCIAS 
 
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