Análise dos Requisitos dos Sistemas de Condicionamento de Temperatura de um Banco de Ensaios e Modelação do Sistema de Arrefecimento de um Motor de Combustão Interna

Abstract

O principal objetivo deste trabalho é analisar às necessidades de condicionamento de temperatura de um banco de ensaios para a sua implementação no Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC). Foram estabelecidos diversos parâmetros que os equipamentos e a instalação devem cumprir para um seguro e bom funcionamento do banco de ensaios. São feitas algumas recomendações acerca do trabalho que deve ser feito após a instalação estar concluída.Entre os diversos parâmetros estabelecidos encontram-se a potência de arrefecimento/aquecimento, o caudal de água necessário para humidificação do sistema de AVAC (aprovisionamento de ar devidamente condicionado ao motor de combustão interna) para as condições de projeto estabelecidas e caudal de ventilação da célula do banco de ensaios.São apresentados sistemas de segurança indispensáveis à implementação do banco de ensaios. É feita uma discussão acerca das várias opções e é selecionada a melhor ou melhores tendo em conta vários critérios.O controlo do caudal proveniente do chiller para o permutador, que promoverá o arrefecimento do motor, terá que ser analisado e aperfeiçoado em trabalhos futuros (testes experimentais e posterior comparação experimental de vários métodos).Foi feita a modelação do sistema de arrefecimento de um motor de combustão interna com o objetivo de posteriormente perceber o que esperar nos ensaios realizados. A modelação tem como principal objetivo, prever o comportamento do sistema de arrefecimento em diversos regimes, constantes e dinâmicos. Foram analisados alguns parâmetros que afetam o funcionamento do sistema de arrefecimento. Os parâmetros analisados foram: temperatura ambiente, inclinação da rodovia, mudança de radiador, velocidade do veículo e incrustações no radiador (todos eles revelam algum impacto no sistema).Foi concluído que todos os parâmetros testados afetam o funcionamento do radiador. A presença de incrustações leva a um aumento elevado da abertura do termóstato. A temperatura ambiente elevada afeta diretamente o consumo de combustível, pela temperatura mais elevada do óleo e menor resistência do ar resultando numa diminuição do consumo de combustível. Os regimes de maior esforço para o sistema de arrefecimento são regimes de elevada potência e baixa velocidade do veículo. Foi concluída que para todos os casos modelados o líquido de arrefecimento no interior do motor mantem a sua homogeneidade de temperatura, havendo um gradiente de temperatura muito baixo ao longo da passagem do líquido de arrefecimento pelo motor.

The main objective of this work is to analyze the temperature conditioning requirements of a test bench for its implementation in the Department of Mechanical Engineering (DEM) of the Faculty of Sciences and Technology of the University of Coimbra (FCTUC). Several parameters have been established that the equipment and the installation must comply with, for a safe and well functioning test bench. Some recommendations are made about the work that must be done after the installation is complete.Some of the various parameters established include the cooling / heating power, the water flow required for humidification of the HVAC (heat ventilation and air conditioning) system (air supply properly conditioned to the internal combustion engine) for the established design conditions and the ventilation of the test bench.Safety systems that are essential for the implementation of the test bench are presented. A discussion is made about the various options and is selected the best or best considering several criteria.Control of the flow from the chiller to the heat exchanger, which will promote the cooling of the engine, will have to be analyzed and improved in future work (experimental tests and later experimental comparison of several control methods).The modeling of the cooling system of an internal combustion engine was designed in order to later understand what to expect in the tests performed. The main purpose of the modeling is to predict the behavior of the cooling system in several constant and dynamic regimes. Some parameters were analyzed that affect the operation of the cooling system. The parameters analyzed were: ambient temperature, road slope, radiator change, vehicle speed and fouling in the radiator (all of them reveal some impact on the system).It was concluded that all parameters tested affect the radiator operation. The presence of fouling highly increases the thermostat opening. The high ambient temperature directly affects the fuel consumption, the higher oil temperature and lower air resistance resulting in a decrease in fuel consumption. The most stressful regimes for the cooling system are high power and the vehicle at low speed. It was concluded that for all modeling cases produced the coolant inside the engine maintains its homogeneity of temperature, there being a very low temperature gradient along the passage of the coolant by the engine.