transporte de calor

Prévia do material em texto

Troca de Calor em Sistemas Automotivos: Condução de Calor na Solução da Partida a Frio com Etanol
Discentes: Guilherme Moura, Vilma Novaes, Marcos Argolo e Kauan Carmo
Docente : Maxson Vieira
Data 16/05/2025
Instituto Federal da Bahia - Campus Jequie
‹#›
Sumário
INTRODUÇÃO 
FUNDAMENTOS DA CONDUÇÃO DE CALOR
APLICAÇÕES DA CONDUÇÃO DE CALOR EM MOTORES
ESTUDO DE CASO: SISTEMA DE AQUECIMENTO DE COMBUSTÍVEL
MODELAÇÃO E CONTROLE DO PROCESSO
BENEFÍCIOS E IMPACTOS
CONCLUSÃO
REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
INTRODUÇÃO
Transferência de calor é o fluxo de energia térmica de regiões quentes para frias. O processo pode ser por condução, convecção ou radiação.
 
Controle térmico em veículos é crucial para desempenho e emissões, sendo a condução fundamental no aquecimento de combustível e motores automotivos.
FUNDAMENTOS DA CONDUÇÃO DE CALOR
A condução de calor é a transferência de energia entre moléculas em contato. 
Governada pela Lei de Fourier, ela depende da condutividade térmica do material, da área de contato e da diferença de temperatura.
Equação de Fourier: 
A condução de calor é influenciada por variáveis como a área de contato, que aumenta a transferência de calor, e a espessura do material, que a reduz. 
A diferença de temperatura (ΔT) entre as superfícies também intensifica o fluxo de calor. 
A condutividade térmica (𝑘) do material é fundamental para a eficiência da condução. 
 
A variação da condutividade térmica (no S.I.) com a temperatura é mostrada para algumas substâncias.
APLICAÇÕES DA CONDUÇÃO DE CALOR EM MOTORES
A condução térmica nos motores automotivos ocorre quando o calor gerado nas câmaras de combustão é transferido para partes como o bloco do motor, o cabeçote e componentes do sistema de escape. 
Esse processo é essencial para evitar o superaquecimento, manter a integridade dos materiais e garantir o funcionamento eficiente do motor, especialmente em ciclos continuos de alta temperatura.
O cabeçote é uma das regiões mais críticas para dissipação de calor, pois concentra os ciclos de combustão e, consequentemente, altas temperaturas.
A condução térmica transfere esse calor para o bloco do motor, evitando o superaquecimento e preservando os componentes.
O bloco pode ser feito de ferro fundido ou alumínio, ajuda a distribuir e dissipar o calor graças à sua boa condutividade térmica.
Representa a simulação da temperatura uniforme de 130 °C na parede interna do cilindro e a distribuição da temperatura nas paredes internas. 
Os sistemas de escapamento do motor também dependem de uma boa condução térmica para evitar o acúmulo excessivo de calor, que poderia comprometer o desempenho do motor. Componentes como o turbo e o coletor de escape são projetados para maximizar a transferência de calor para o ambiente.
Mostra o sistema de escapamento de um veículo com destaque para cinco componentes principais: coletor de escape (550–790 °C), tubo de escape (380–620 °C), conversor catalítico (320–560 °C), silenciador central (240–480 °C) e silenciador traseiro (190–430 °C).
ESTUDO DE CASO: SISTEMA DE AQUECIMENTO DE COMBUSTÍVEL
Problema da partida a frio com etanol :
Em temperaturas ambientes mais baixas, o etanol apresenta dificuldades na ignição devido à sua baixa pressão de vapor e ponto de vaporização mais alto em relação à gasolina. 
Isso torna a formação de mistura ar-combustível menos eficiente, dificultando a combustão. 
O gráfico compara a volatilização da gasolina e do etanol anidro. A gasolina, composta por vários hidrocarbonetos, começa a vaporizar a 37 °C e atinge 100% a 220 °C. Já o etanol, por ser puro, vaporiza completamente a uma temperatura fixa de 78,2 °C.
Para contornar essa limitação, alguns veículos utilizam velas aquecedoras que são dispositivos elétricos que funcionam por resistência. A transferência de calor das velas para o combustível ocorre majoritariamente por condução. 
O calor gerado pela resistência elétrica se propaga através do material metálico do tubo até alcançar o líquido. 
O aumento da temperatura favorece a vaporização do etanol e, consequentemente, uma combustão mais eficiente no momento da partida.
MODELAÇÃO E CONTROLE DO PROCESSO
O sistema de aquecimento de combustível utilizado em veículos reais controla o funcionamento da vela aquecedora por meio da modulação por largura de pulso (PWM), com gerenciamento eletrônico feito pela unidade de controle (HCU). 
Dessa forma, o sistema aquece o etanol na linha de combustível até a temperatura ideal para facilitar a partida a frio, atuando de forma automática, precisa e energeticamente eficiente.
O grafico mostra que, com o aumento do duty cycle, a temperatura da vela aquecedora se eleva de forma não linear.
O controle preciso da vela aquecedora permite o aquecimento rápido e eficiente do combustível, o que é fundamental em baixas temperaturas, quando o etanol pode dificultar a partida do motor.
Além disso, o uso do PWM no controle das velas possibilita ajustar a potência conforme as condições ambientais e operacionais, aumentando a potência em dias frios e diminuindo em dias mais quentes.
CONCLUSÃO
TRANSFERÊNCIA DE CALOR NA ENGENHARIA
CONDUÇÃO TÉRMICA EM SISTEMAS AUTOMOTIVOS
IMPORTÂNCIA DOS MATERIAIS CONDUTORES
INOVAÇÕES EM TECNOLOGIAS DE CONDUÇÃO TÉRMICA
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E REDUÇÃO DE EMISSÕES
IMPORTÂNCIA DO PROJETO GEOMÉTRICO NA RESPOSTA TÉRMICA
REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
ALSHWAWRA, A. et al. Aumentando a arredondabilidade do revestimento de cilindros deformados em motores de combustão interna por meio de um perfil não circular de revestimento. Leibniz Universität Hannover, 2024.
ARAÚJO, D. C. Sistema de controle para aquecimento de combustível em automóveis. Revista FT, 2023.
 https://revistaft.com.br/sistema-de-controle-para-aquecimento-de-combustivel-em-automoveis/
FUJIMOTO, T. et al. Measurement of Cylinder Liner Deformation in Operating Engines. SAE Technical Paper Series, 2018.
GOMES, A.; PEREIRA, C. Controle adaptativo de sistemas de aquecimento automotivo considerando temperatura ambiente. Journal of Automotive Engineering, 2021.
KOCH, T. et al. Cylinder Liner Deformation – An Investigation of Its Decomposition Orders Under Varied Operational Loads. SAE Technical Papers, 2022.
LIANG, X. et al. Simulation of Cylinder Liner Distortion Caused by Bolt Tightening Forces Using Finite Element Analysis. Journal of Mechanical Engineering, 2021.
OLIVEIRA, A. V. S. et al. Fenômenos de termodinâmica e transferência de calor em sistemas de aquecimento de combustível para partida a frio de motores de combustão interna. 12º CNEG, 2016.
 https://www.proceedings.blucher.com.br/article-details/23731
SILVA, R. et al. Controle térmico de velas aquecedoras com PWM em sistemas flex. Congresso Brasileiro de Engenharia Automotiva – AEA, 2019
 
OBRIGADO PELA ATENÇÃO!
image4.jpg
image6.png
image1.png
image8.jpg
image5.png
image2.png
image7.gif
image3.png