tcc victor hugo taglieber
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Calibração de um motor de competição 
utilizando simulação computacional, projeto de 
experimentos (DOE) e análise da taxa de liberação 
de calor 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO 
 
 
 
 
 
 
 
Victor Hugo Taglieber 
 
 
 
 
Santa Maria, RS, Brasil 
 
2015 
 
 
Calibração de um motor de competição 
utilizando simulação computacional, projeto de 
experimentos (DOE) e análise da taxa de liberação 
de calor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Victor Hugo Taglieber 
 
 
 
 
Trabalho apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica, 
da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como 
requisito parcial para obtenção do grau de 
Engenheiro Mecânico. 
 
 
 
 
 
 
Orientador: Prof. Mario Eduardo Santos Martins, PhD 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Santa Maria, RS, Brasil 
 
2015 
 
 
Universidade Federal de Santa Maria 
Centro de Tecnologia 
Curso de Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, 
aprova o Trabalho de Conclusão de Curso 
 
 
Calibração de um motor de competição 
utilizando simulação computacional, projeto de 
experimentos (DOE) e análise da taxa de liberação 
de calor 
 
 
elaborado por 
Victor Hugo Taglieber 
 
 
 
como requisito parcial para obtenção do grau de 
Engenheiro Mecânico 
 
 
COMISSÃO EXAMINADORA: 
 
 
Mario Eduardo Santos Martins, PhD 
(Orientador - UFSM) 
 
 
Fernando Mariano Bayer, Msc. 
(UFSM) 
 
Fabio Ecke Bisogno, PhD 
 (UFSM) 
 
 
 
 
 
Santa Maria, 17 de julho de 2015. 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 Primeiramente, gostaria de agradecer aos meus pais, Canísio e Vera, pelo 
apoio e carinho durante todo o meu tempo de graduação, e por dar esta 
oportunidade de realizar este trabalho. 
 Gostaria de agradecer também às minhas irmãs Édina e Arthiese e a minha 
avó Romana por sempre me ajudarem quando foi necessário. 
 Ao professor Mario E. S. Martins pela oportunidade de fazer parte do Grupo 
de Pesquisa em Motores, Combustíveis e Emissões (GPMOT), passando todos os 
seus conhecimentos na área de motores. 
 Aos professores Fernando M. Bayer e Paulo Romeu M. Machado e ao Eng. 
Joelson Bilhão pela disponibilidade e ajuda quando necessário. 
 A todos os professores que de alguma forma passaram algum conhecimento 
durante as disciplinas do curso de engenharia mecânica. 
 Aos colegas, principalmente do GPMOT e Formula UFSM, por todo o apoio 
passado durante a graduação, pela parceria na hora dos estudos, testes e dos 
churrascos. 
 Ao meu amigo Gabriel Heck, pela amizade desde criança e pela oportunide 
de conviver diariamente durante os ultimos 3 anos. 
 A todos os meus amigos que de alguma forma tiveram uma participação 
durante esta graduação, especialmente aos amigos da CabraLoca e CD pela 
amizade durante este período. 
 Por fim, este trabalho é dedicado a todos aqueles que prestaram qualquer 
ajuda para a realização deste trabalho, que este sirva de auxilio para trabalhos 
futuros. 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
Curso de Engenharia Mecânica 
Universidade Federal de Santa Maria 
 
 
Calibração de um motor de competição 
utilizando simulação computacional, projeto de 
experimentos (DOE) e análise da taxa de liberação 
de calor 
AUTOR: VICTOR HUGO TAGLIEBER 
ORIENTADOR: MARIO EDUARDO SANTOS MARTINS 
Data e Local da Defesa: Santa Maria, 17 de Julho de 2015. 
 
 
A competição Formula SAE é um conhecido evento mundial que desafia 
estudantes de engenharia a desenvolver um protótipo de corrida que seja rápido e 
confiável. Para isso, a calibração do motor torna-se um fator essencial para diminuir 
o consumo de combustível e aumentar potência e torque. Porém, a calibração do 
motor muitas vezes necessita de muito tempo e dinheiro gastos em horas de testes 
em dinamômetro, prejudicando também as partes mecânicas do motor. Uma forma 
de melhorar a potencia e torque é através da utilização da simulação computacional, 
uma vez que reduz o tempo dos testes e ajuda a prever mapas ideais de injeção de 
combustível e ponto de ignição. Portanto, este trabalho tem o objetivo de gerar um 
modelo computacional confiável e depois utilizar o design of experiment (DOE) para 
prever estes mapas ótimos em uma ampla faixa de rotações do motor. Através da 
variação da razão ar-combustível e do ponto de ignição busca-se um aumento no 
torque e consumo de combustível em todos pontos de carga e rotação do motor, 
para melhorar a estabilidade da combustão e dirigibilidade do protótipo. 
; 
Palavras chave: Formula SAE, estabilidade da combustão, otimização. 
 
 
 
ABSTRACT 
 
Course Conclusion Work 
Mechanical Engineering Course 
Federal University of Santa Maria 
 
 
 Engine calibration using computational simulation, design 
of experiment (DOE) and heat release analysis 
AUTHOR: VICTOR HUGO TAGLIEBER 
ADVISER: MARIO EDUARDO SANTOS MARTINS 
Defense place and date: Santa Maria, July 17th, 2015. 
 
 
The formula SAE competition is a well known global event that challenges the 
engineers students to develop and design a fast and reliable racing prototype. The 
engine calibration becomes an essential factor to reduce the fuel consumption and 
increase the torque and power. However, can be very costly and time consuming, 
demanding from the teams many hours of dynamometer testing. To increase the 
power and torque the computational simulation becomes important, due to the time 
reducing and predicting ideal maps of fuel injection and ignition timing. So, this work 
has the objective to predict optimum maps using design of experiment (DOE). 
Varying the air-fuel ratio and ignition timing found an increase in torque and reducing 
in fuel consumption in all loads and engine speeds to improve combustion stability 
and drivability of the prototype. 
 
Key Words: Formula SAE, combustion stability, optimization.
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 - Os quatro ciclos de operação ................................................................... 17 
Figura 2 - Diagrama p x V real .................................................................................. 19 
Figura 3 - Diagrama p x V ideal ................................................................................. 19 
Figura 4 - Eventos em um motor ciclo Otto ............................................................... 21 
Figura 5 - Pressão do cilindro na câmara de combustão de um motor de ignição por 
centelha como função do ângulo do virabrequim ...................................................... 22 
Figura 6 - Variabilidade cíclica da pressão do cilindro e taxa de liberação de calor 
calculada ................................................................................................................... 25 
Figura 7 - (a) Influência do avanço de ignição na pressão do cilindro e (b) Torque 
relativo em função do avanço de ignição .................................................................. 26 
Figura 8 - Formato da propagação da frente de chama em relação ao ponto morto 
superior ..................................................................................................................... 29 
Figura 9 - Curva de liberação de calor do combustível ............................................. 32 
Figura 10 - Efeito do Knock no sinal de pressão ....................................................... 34 
Figura 11- Posicionamento dos sensores instalados no motor ................................. 38 
Figura 12 - Sensor de Pressão no cilindro ................................................................