Iniciação Científica

Iniciação Tecnológica

IEPUC

Orientador:

Sergio Leal Braga

Alunos:

LEONARDO PEDREIRA PEREIRA - PIBIT JESSICA SANCHES DE ARAUJO - PIBIC

Índice

Introdução.........................................................................................................................3

1- Motores Alternativos e Rotativos.................................................................................4

2- Projeto Inicial - Motor Kopelrot...................................................................................7

3- Projeto PUC-Rio - Desenvolvimento com ingresso dos Bolsistas.............................12

3.1- Projeto no SolidWorks.................................................................................12

3.2- Cálculos de Resistência................................................................................13

3.3- Procura de componentes no mercado..........................................................14

3.4- Primeiro Protótipo.......................................................................................16

4- Final do Período - 2° Protótipo...................................................................................19

4.1- Parte Fria......................................................................................................19

4.2- Parte Quente.................................................................................................24

Conclusão do Projeto.......................................................................................................26

Conclusão Pessoal...........................................................................................................27

Referências Bibliográficas...............................................................................................28

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Introdução

Este relatório apresenta, de forma reduzida, o trabalho realizado pelos alunos LEONARDO PEDREIRA PEREIRA, do programa PIBITI e JESSICA SANCHES DE ARAUJO, do programa PIBIC. Este foi realizado no Instituto de Energia PUC-Rio (IEPUC) orientado pelo Coordenador do IEPUC, o Prof. Sergio Leal Braga e pelo Engenheiro Mecânico e pesquisador Alexandre Guarato. O objetivo final é o desenvolvimento e aprimoramento de um motor rotativo Kopelrot idealizado e primeiramente construído pelo inventor Hugo Júlio Kopelowicz.

Nesse projeto, o objetivo é a otimização de um novo motor pensado pelo inventor Júlio, o qual procurou a PUC-Rio após ter construído um primeiro protótipo sozinho, sem a orientação da Universidade.

Esse é um motor rotativo, um modelo já existente mas pouco explorado no mercado atualmente, diferentemente do motor alternativo, que compõe a enorme maioria dos motores de combustão interna da atualidade.

O aspecto inovador desse motor é o fato de ser realmente flex, isto é, a possibilidade de injetar qualquer tipo de combustível, em suas respectivas faixas de taxa de compressão ideal. Isso é conseguido, não alterando o tempo de ignição, mas sim o volume interno de compressão da câmara de combustão, consequentemente a taxa de compressão.

Nessa pesquisa, houve a participação de um grupo grande de colaboradores, dentre professores-pesquisadores, alunos de graduação e consultores. Podemos citar: Alexandre Guarato, Segio Braga e Guilherme Lorenzoni como professores-pesquisadores; Este relatório foi elaborado por LEONARDO PEDREIRA PEREIRA, do programa PIBITI e JESSICA SANCHES DE ARAUJO, do programa PIBIC. Além destes, Cristiano Români, Gabriel Godinho, Jéssica Brito, Matheus Mendes e Thiago Bastos também participaram como alunos de graduação bolsistas. Epifânio Ticona participou como pesquisador responsável pela simulação termodinâmica. José Lamosa e Henrique Olcese como consultores. Finalmente, Hugo Júlio Kopelowicz como idealizador do motor.

Adiante, serão apresentados, primeiramente os motores alternativos e rotativos convencionais, juntamente com suas bases de teoria e de funcionamento. Em seguida, será apresentado o motor rotativo Kopelrot e seu mecanismo, em contraste com os modelos convencionais.

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1- Motores Alternativos e Rotativos

Motores alternativos são aqueles convencionais, de 4 ou 2 tempos (Figuras 1 e 2), vindo tal nome do movimento alternativo dos pistões, isto é, movimento de "vai e vem" linear. Podem ainda ser divididos em ciclo Otto e ciclo Diesel.

Figura 1: Motor alternativo de 4 tempos.

O Ciclo Otto é um ciclo termodinâmico, que idealiza o funcionamento de motores de combustão interna de ignição por centelha. Foi definido por Beau de Rochas e implementado com sucesso pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto em 1876, e posteriormente por Étienne Lenoir e Rudolf Diesel [1].

Figura 2: Motor alternativo de 2 tempos.

A designação motor a diesel é uma homenagem a Rudolf Diesel, engenheiro alemão. Diesel construiu seu primeiro motor em 1893. O motor explodiu e quase o matou, mas com isso, ele provou que o combustível poderia ser inflamado sem uma centelha. Diesel colocou em funcionamento o primeiro motor bem sucedido em 1897.

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Os motores rotativos introduzem um novo conceito. Em vez de movimento alternado linear, os pistões apresentam movimento rotativo, o que confere maior eficiência, pois o pistão não precisa "ir-parar-vir", apenas "ir-parar-ir".

Figura 3: Motor rotativo Wankel.

Já existem diversos modelos de motores rotativos, inclusive disponíveis no mercado, não apenas em pesquisas. Dentre os mais importantes e que mais se destacam, podemos citar o motor Wankel, modelo alemão aplicado pela Mazda (Figuras 3 e 4) e o Quasiturbine (Figura 5), criado por um grupo encabeçado pelo físico Gilles Saint-Hilaire, recebeu este estranho nome por funcionar de forma semelhante a uma turbina, gerando potência em quase todo o intervalo de 360° de uma volta do eixo [1].

Figura 4: Esquematização dos 4 tempos convencionais no motor Wankel.

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Figura 5: Motor rotativo Quasiturbine.

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2- Projeto Inicial - Motor Kopelrot

O conceito trazido pelo inventor Júlio Kopelowicz foi o de um rotativo, chamado Kopelrot (Figura 6 e 7), com taxa de compressão variável, objetivo conseguido através de um mecanismo de excentricidade. Isto é, desalinhar os eixos de geração e de transmissão de potência, alterando o volume entre os pistões dentro da câmara de combustão. Dessa maneira, obtém-se uma taxa de compressão variável.

Esse motor permite a troca da taxa de compressão do motor com o mesmo em funcionamento, e consequentemente, a injeção de combustíveis diferentes com sua eficiência conservada. Tal mecanismo permite ainda que o motor trabalhe em ciclo Otto (convencional - que preza pela potência e não eficiência energética) ou ciclo Atkinson (que preza pela eficiência energética e não potência). Ou seja, é realmente um motor flex, que permite ao usuário regulá-lo de acordo com sua necessidade [2].

Além dessas qualidades, o motor Kopelrot, segundo o calculado, consegue atingir potências elevadas, com um torque máximo equivalente ao de um motor alternativo projetado para caminhões (cerca de 400 Nm) [4]. E com o tamanho muito mais reduzido, tendo a câmara cerca de 300 mm de diâmetro e o comprimento de todo o motor também com pouco mais de 300 mm.

Figura 6: Câmara do motor Kopelrot com pistões.

O funcionamento desse motor baseia-se no deslocamento angular concêntrico de dois pares de pistões (Figura 6). Deslocamento promovido com velocidades angulares variáveis e defasadas entre os pares, enquanto o volante do motor mantém uma velocidade angular constante. O que é conseguido através de um mecanismo inovador (Figura 7) patenteado por Hugo Júlio.

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Figura 7: Mecanismo que permite o movimento circular dos pistões.

O deslocamento defasado entre os pistões cria 4 subcâmaras de volume variável dentro da própria câmara do motor, acontecendo cada tempo do motor em um local específico da mesma (Figura 8). As extremidades dos pistões são as próprias superfícies internas que aguentam a explosão e compressão da mistura ar-combustível, visto que enquanto um dos pares permanece parado, o outro está em movimento angular.

Figura 8: Esquema dos 4 tempos convencionais no motor Kopelrot.

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O mecanismo de acionamento, que permite uma velocidade angular variável dos pistões e constante do eixo de potência do motor, é composto por 2 quadriláteros articulados, que compartilham o braço estático, chamado também de excentricidade. O braço, que se move a uma velocidade angular constante para cada um dos quadriláteros, é o raio do volante do motor conforme apresentado nas figuras 9, 10 e 11.

Figura 9: Especificação de cada componente chave do mecanismo.

Para o entendimento do mecanismo de funcionamento deste motor [3], em primeiro lugar deve-se explicar o mecanismo do quadrilátero articulado. Segundo as figuras 9 e 10, têm-se quatro barras articuladas (algumas virtuais), das quais a barra A se move a uma velocidade angular constante. O mecanismo proposto por Kopelowicz permite que B e C se movam com velocidades angulares variáveis. A barra D é o braço estático ou imóvel, chamado também de excentricidade, já que representa o comprimento entre o eixo de potência e o eixo dos braços.

Figura 10: Relação entre os deslocamento dos pistões e dos braços do volante.

Cada um destes dois quadriláteros tem um eixo motriz de velocidade angular variável (o eixo de cada quadrilátero encontra-se solidário ao braço C). Cada eixo motriz dos quadriláteros articulados tem uma engrenagem de diâmetro "D" acoplada a seu eixo motriz de velocidade angular variável. Cada engrenagem de diâmetro "D" é acionada por outra engrenagem de diâmetro "2D" de maneira que a relação entre ambas é de 1 : 2, como se vê na figura 7.

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Figura 11: Funcionamento do mecanismo em ciclo - comparável ao virabrequim de um motor alternativo.

Hugo Júlio projetou e construiu um protótipo inicial (Figuras 12 e 13) sem auxílio da Universidade PUC-Rio. O protótipo funcionou por poucos minutos e em seguida sofreu uma falha mecânica de um dos componentes com carga crítica.

Figura 12: Protótipo inicial, produzido por Júlio Kopelowicz.

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Figura 13: Alguns componentes do protótipo em comparação a uma régua.

O inventor procurou a instituição de ensino para que fosse auxiliado no projeto de um novo protótipo que se mantivesse em funcionamento estável por tempo suficiente para realização de testes no dinamômetro. Esse auxílio viria na forma de estudos matemáticos e termodinâmicos [4], além de adaptações técnicas, visando a otimização do motor Kopelrot. Dentre os principais problemas a serem solucionados, pode-se citar o dimensionamento correto dos componentes e a questão da vedação da câmara com formato tão peculiar.

O projeto então tornou-se uma pesquisa de Iniciação Científica orientada pelo professor-pesquisador Alexandre Guarato, em conjunto com outros participantes já citados anteriormente. Nesse momento, foram selecionados 3 alunos de graduação em Engenharia Mecânica para trabalhar como bolsistas no projeto Kopelrot. A seguir, será apresentado a fase de desenvolvimento do primeiro protótipo do motor.

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3- Projeto PUC-Rio - Desenvolvimento com ingresso dos Bolsistas

Desde o início, os alunos foram incumbidos de tarefas de todos os tipos, abrangendo o desenho dos componentes do motor, pesquisa no mercado, cálculos de resistência e trabalho manual.

3.1- Projeto no SolidWorks

Pode-se dizer que a ferramenta computacional de desenho mecânico SolidWorks 2015 é a base de nosso trabalho. Os três alunos bolsistas utilizam tal programa para diversas tarefas, sendo a principal o desenho em si das peças que compõem o motor. Grande parte foi desenhado pelo aluno Mateus, englobando a grosso modo a parte quente (câmara de combustão e arrefecimento), componentes da redução e transmissão (engrenagens, eixos, volantes), componentes da excentricidade e a carcaça externa.

Além do desenho, tal programa foi utilizado também para testes e simulações computacionais. O aluno Gabriel realizou diversos testes de resistência mecânica para peças projetadas, como engrenagens, bielas e eixos, ajudando a otimizar os componentes, na relação resistência por peso.

Figura 14: Modelo computadorizado do motor Kopelrot no software SolidWorks.

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Logo no início do projeto, o aluno Cristiano realizou simulações no SolidWorks para obter resultados que mostrassem a relação entre as posições dos pistões e a excentricidade aplicada, assim como a posição inicial dos pistões. Os testes eram realizados no computador, aplicando-se inicialmente uma excentricidade entre os eixos da câmara de combustão e de transmissão, e uma posição inicial para os pistões através da angulação da engrenagem solar. Os dados fornecidos pelo SolidWorks eram convertidos para planilhas de Excel, com as quais obtinha-se diversos gráficos, cada uma relacionada a uma excentricidade e angulação inicial única do volante.

O intuito dessas simulações era obter mais informações sobre o tempo de ignição do motor, o intervalo angular entre os pistões no momento da ignição, e qual seria a melhor posição da engrenagem solar para cada excentricidade. Ou seja, informações para otimizar o motor no quesito ignição.

Após mais de 30 testes, na diversas posições dos eixos e do volante, muitos gráficos foram obtidos. Entretanto, a confiabilidade dos resultados não podia ser assegurada, tendo em visto que um erro automático de posicionamento no SolidWorks resultou em algumas simulações claramente erradas, e que carregavam a dúvida se as outras também apresentavam resultados falsos, tendo em vista que o aluno Cristiano não percebera tais erros anteriormente. A tarefa, pela falta de êxito e por demandar muito tempo, foi abandonada e o aluno redirecionado para novos trabalhos.

3.2- Cálculos de Resistência

Com a informação do torque máximo gerado pelo motor, foram feitos cálculos de resistência, baseados na mecânica dos sólidos. Foram definidas as dimensões de certos componentes, como diâmetro mínimo dos eixos e dimensões mínimas para batentes altamente estressados no funcionamento (Figura 15). Essas informações foram vitais para o direcionamento do projeto, tendo valores reais para o ponto de partida do desenho de diversas peças. Os materiais não haviam sido definidos, mas para tais cálculos, utilizou-se aços de alta resistência. Foi utilizado um fator 2 de segurança.

Figura 15: Tabela em Excel para cálculo de dimensões e esforços em eixos e batentes.

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Além de definir dimensões, alguns cálculos foram realizados para verificar se algumas peças aguentariam os esforços requeridos e/ou estavam dentro da norma técnica. Nesses se encaixam os rolamentos comprados que precisavam suportar a rotação dos eixos, a placa do volante que precisava estar no diâmetro e massa adequados ao motor, e o cárter, cujo volume foi definido nessa etapa.

3.3- Procura de componentes no mercado

Algumas peças do motor não precisavam ser projetadas, por já existirem no mercado. As medidas de componentes existentes nos promoveram mais um guia dimensional.

Na lista de material para compra, estão incluídos os rolamentos, componentes de vedação entre os pistões e a câmara, parafusos e porcas, e peças referentes ao mecanismo de excentricidade. Desses, alguns já foram escolhidos e comprados, enquanto outros foram deixados para uma etapa mais avançada do projeto, devido ao grau de importância de cada grupo de componentes.

Um desses grupos, de grande importância, são os rolamentos. Escolhidos a partir de catálogos da fabricante NSK, de acordo com especificações dimensionais, limites de velocidade de rotação e limite de carga suportada. Todo o motor conta com cerca de 30 rolamentos, dos tipos cônico, agulha, esférico e axial (Figura16). Desse grupo, os rolamentos necessários a montagem do primeiro protótipo (impresso em 3D, apenas para visualização e estudo) já foram comprados e estão em uso. Para o protótipo final (usinado em metal), novos rolamentos adicionais e substitutivos foram selecionados e orçados, mas ainda não comprados.Mais adiante, ambos os protótipos serão melhor detalhados.

Figura 16: Tabela de orçamento dos componentes a serem comprados prontos de fábrica.

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Parafusos, porcas e demais componentes de junção foram selecionados para toda a parte fria do motor (Figura 16). Em relação a parte quente, apenas os parafusos que promovem a coesão da câmara de combustão foram selecionados, de acordo com cálculos de resistência mecânica, visto a importância dos mesmos.

Na parte da vedação, os componentes para a vedação pistão-câmara já foram comprados. Porém, para a vedação câmara-disco, foi feita uma análise de mercado e o fornecedor não possui atualmente soluções adaptadas para a geometria da câmara Kopelrot.

Tendo em vista a possibilidade de compra e com intuito de diminuir o número de peças modeladas sem necessidade, o mecanismo que promoverá a excentricidade entre eixo gerador e eixo de transmissão será um kit de mesa CNC inteiramente comprado de um fornecedor do Mercado Livre (Figura 17). Tais componentes já estão escolhidos e orçados. Com o intuito de obter um controle fino da posição, um fuso adequado foi selecionado (passo fino, para ajuste mais fino do movimento da câmara, visto que o máximo deslocamento previsto é de 11mm.

Figura 17: Kit de mesa CNC.

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3.4- Primeiro Protótipo

O objetivo desta etapa foi de materializar a primeira versão do motor Kopelrot no projeto da Iniciação. Foi determinado que para um primeiro momento, não seria necessário um protótipo definitivo, mas sim um provisório, de menor custo e rápida produção, para que proporciona-se um estudo dos mecanismos na realidade, e consequentemente futura melhora dos mesmos.

Para tal, foram enviados os desenhos dos principais componentes juntamente com o desenho de peças simplificadas (apenas para essa montagem ) para fabricação no Instituto Nacional de Tecnologia (INT). Pela facilidade e rapidez na produção, o processo de impressão 3D em nylon foi escolhido para a fabricação da maior parte das peças.

3.4.1- Fabricação

Foram utilizados dois materiais: nylon e madeira; e dois processos de fabricação das peças: impressão 3D em nylon e fresagem em madeira. Ambos terceirizados junto ao INT.

Figura 18: Componentes impressos em processo de montagem.

Os principais componentes, com formas mais complexas, foram impressos (Figura 18). E os mais simples, como mancais, apoios e bases foram todos cortados a partir de chapas de madeira, com desenhos simplificados. Essa escolha de simplificação de algumas peças para tal etapa teve o intuito de diminuir o custo desse protótipo inicial, já que em sua maioria, seria impresso 3D, cuja matéria prima tem um custo

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relativamente alto. Logo, peças simples como mancais, foram adaptadas para produção em madeira.

Devido a problemas no desenho e na fabricação (ambos os processos), algumas peças precisaram ser refeitas e outras foram adaptadas, visto o alto custo de produção, já citado, em equipamentos de impressão 3D, sendo ainda o primeiro protótipo.

3.4.2- Montagem

Componentes do motor finalizados, contando peças impressas, apoios de madeira e rolamentos, o motor já se encontrava em fase de montagem manual (Figura 19), a qual foi realizada por Alexandre e alunos no Laboratório de Tecnologia Mecânica anexo ao IEPUC, com as ferramentas do mesmo.

A montagem do motor foi prejudicada pelos erros de fabricação de alguns componentes e pela falta de guias nas bases, como furos guias para os parafusos de sustentação.

Figura 19: 1° Protótipo, destaque para a câmara e engrenagens de redução.

3.4.3- Avaliação do protótipo

O primeiro protótipo mesmo composto por algumas peças com formato errado, fixações inadequadas e sem o funcionamento perfeito quando acionado manualmente, cumpriu seu propósito, evidenciar falhas para melhorar o projeto. A partir da materialização dos desenhos, foi possível enxergar e perceber muito mais do que a visualização em computador proporcionava.

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Um dos pontos mais importantes foi o efeito da gravidade sobre diversos eixos em balanço, em especial o do volante. Muito pesado devido à necessidade de um momento de inércia alto e sem a possibilidade de seu eixo ser biapoiado, sua flexão prejudicava consideravelmente a rotação de todo o mecanismo interno do motor. Foi proposto resolver o problema com roletes (rolamentos com molas) abaixo e nas laterais do volante, apoiando-o e atenuando sua vibração. Outros eixos também sofriam do mesmo problema, mas tais, agora, estão biapoiados, devido a possibilidade dessa solução.

A posição certa dos mancais e dos diversos componentes móveis entre si é de suma importância para perfeita rotação do mecanismo, visto o grau de sensibilidade do mesmo. Isso não foi atingido nesse protótipo, mas foi resolvido definindo a posição exata dos furos de parafuso entre a base e os mancais, além do uso de espaçadores entre engrenagens, bielas e braços (peças que tem movimento de rotação entre si) que evitam o "vai e vem" desses componentes paralelamente a seus eixos (Figura 20).

Figura 20: Detalhe para espaçadores e rolamentos.

A partir da construção e análise do Primeiro Protótipo, foram compiladas informações suficientes para melhorar e otimizar o projeto, com o objetivo de construir um novo protótipo, agora em metal e definitivo.

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4- Final do Período - 2° Protótipo

Na segunda fase do projeto, a meta era de finalizar o modelo computacional do projeto e fabricar as peças para o 2° protótipo, em metal. Para completar essa tarefa, o motor foi dividido em duas áreas básicas, Parte Fria (não sofre ação do calor da combustão) e Parte Quente (sofre ação do calor da combustão), por apresentarem tipos de peças e exigência completamente diferentes, além da defasagem do grau de conclusão de cada uma.

Importante citar que nessa fase do projeto, ingressaram mais dois alunos bolsistas no projeto do motor rotativo, Thiago e Jéssica, o que agilizou bastante a evolução do mesmo.

4.1- Parte Fria

Todas a peças que não compõem a câmara de combustão nem seus arredores, isto é, não sofrem uma variação de temperatura considerável (Figura 21), nem constituem a sustentação da câmara. Essa era a área do motor mais avançada na conclusão, pois já havia sido toda "pensada" e formulada, apenas era necessário acertar problemas técnicos. Enquanto na Parte Quente, ainda haviam muitas questões teóricas a serem concluídas.

Figura 21: Parte Fria e seus mecanismos em evidência.

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4.1.1- Finalização do projeto em SolidWorks

Todo o projeto em SolidWorks referente a essa parte foi concluído, incluindo modelagem 3D (Figura 22) e desenhos técnicos 2D (Figura 23) para serem enviados para fabricação. Etapa essencial para a o andamento do motor.

Figura 22: Parte Fria com sua carcaça e paredes em evidência.

Figura 23: Exemplo 1 de desenho técnico de um dos componentes - "Engrenagem Planetária".

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4.1.2- Listagem de componentes

Para melhor organização do projeto, foi feita uma listagem de todos os componentes finalizados do motor (Figura 23), os quais, nesse momento, englobavam toda a parte fria, incluindo peças que seriam compradas prontas de mercado. Nesta lista, organizamos as peças por tipo de finalidade, região do motor, processo de fabricação e, mais importante, material a partir do qual seria feito. Esse último, definido de acordo com o grau de esforço mecânico que o componente em questão sofreria. Na maioria, aços AISI 1020, 1045 e 4340.

Figura 24: Lista com todos os componentes com projeto finalizado ao término do período.

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4.1.3- Envio para fabricação

A lista de peças citada acima (Figura 24) foi utilizada à medida q entrava-se em contato com fornecedores para orçar tudo e efetivar os pedidos de fabricação. A maioria dos componentes da Parte Fria foi projetada para ser produzida em chapas de aços (Figura 25), logo, todas as peças de sustentação foram uniformizadas em relação à espessura da chapa que seria utilizada, para facilitar a produção. Assim, ficou definido: fino - 12,5 mm; médio - 25 mm; grosso - 50 mm. Apenas componentes que não poderiam ter suas espessuras modificadas devido ao comprometimento do funcionamento dos mecanismos foram mantidos fora desse padrão.

Figura 25: Exemplo 2 de desenho técnico de um dos componentes - 'Mancal do Volante".

É importante frisar que praticamente toda a Parte Fria está sendo produzida na própria PUC-Rio, em laboratórios dirigidos pelo professor Pedro Paulo do Dpto. de Mecânica, com o objetivo de diminuir o custo de produção, O orçamento da fabricação das peças na Universidade é de R$18.000, enquanto o que os orçamentos recebidos por empresas terceiras fora da PUC-Rio se aproximam de R$50.000,00 (Figura 26).

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Figura 26: Tabela de orçamento dos componentes da Parte Fria para fabricação fora da PUC-Rio.

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4.2- Parte Quente

Referente a câmara de combustão, sua sustentação, arrefecimento e eixos vindos dessa região (Figura 27). Essa parte do motor não estava em fase de conclusão ainda, pois haviam muitas incertezas sobre como seriam seus componentes, devido a diversos problemas ainda não solucionados, sendo os principais deles a vedação dentro da câmara de combustão e a lubrificação interna dos componentes móveis. Dessa maneira, ainda era necessário pensar em como seria a Parte Quente, antes de começar sua fabricação, o que evoluiu paralelamente à finalização da outra parte, com passo mais lento.

Figura 27: Pistões na câmara de combustão toroidal.

4.2.1- Tipos de Pistões

Devido aos problemas de vedação, definir qual a forma dos pistões era essencial. Estavam acertados como seções toroidais desde o início do projeto, mas pela dificuldade na produção, esse tipo foi abandonado momentaneamente. Uma outra geometria foi posta em pauta: anular (do mesmo formato que o projeto inicial do inventor Hugo Júlio - Figura 28). Foi definido então, que o formato dos pistões do primeiro motor, feito por Júlio, seria o melhor para esse momento, em que visávamos a materialização da primeira câmara de combustão em metal.

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Figura 28: Pistões com geometria anular.

Independentemente do tipo de pistão, estava certo que seria preciso arrefecer internamente essas peças, o que seria feito com dutos de óleo internos à cada pistão, promovendo uma distribuição térmica mais uniforme no interior. Devido a esses dutos, o formato interno do pistão apenas nos deixava uma opção de fabricação, impressão tridimensional em metal, aço INOX nesse caso. O que seria feito no Laboratório de Fabricação Digital, pelo Pesquisador Guilherme Lorenzoni, na impressora EOSint m280.

Figura 30: Modelo de impressora 3D EOSint m280.

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Conclusão do Projeto

Durante esse período de trabalho, o projeto obteve uma imensa evolução, tanto na questão teórica de pesquisa e otimização, quanto na parte técnica e prática, sobretudo nessa última. Os resultados desse período foram alcançados com o 1° protótipo e agora com o 2° protótipo, em fase de fabricação e muito mais completo e profissional que seu antecessor.

O projeto propriamente dito não está concluído, afinal o motor definitivo ainda não está construído. Entretanto pode-se dizer que o projeto Kopelrot está fluindo muito bem, tendo em vista o fato de ser conduzido em uma iniciação científica, pois em 6 meses foram resolvidos todos os problemas de dimensionamento da Parte Fria.

Esse período termina, mas o projeto continua. Ainda é necessário montar a Parte Fria do motor quando suas peças chegarem de fabricação, terminar a modelagem da Parte Quente, a qual já apresenta o dimensionamento correto e definitivo de muitos componentes mas não ainda soluções definitivas no quesito vedação, e fabricar e montar a Parte Quente.

Com o protótipo definitivo do motor pronto, este será testado no dinamômetro, para assim serem obtidos dados e resultados experimentais e reais sobre o funcionamento do motor. E assim, poderão ser projetadas otimizações para o motor, como sistemas de excentricidade e de mudança de ciclo Otto para Atkinson que possam ser acionados com o motor em funcionamento.

Dessa maneira, pode-se concluir que o motor Kopelrot não está pronto para ser lançado no mercado, mas já está encaminhado para sua finalização de projeto acadêmico. A conclusão da fabricação e montagem do protótipo 2 deste motor está prevista para dezembro de 2015.

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Conclusão Pessoal

De experiência pessoal, podemos afirmar que a ideia de um motor rotativo e verdadeiramente flex nos chamou atenção desde o início, o que nos fez ingressar no projeto. Durante do período, percebemos que não havíamos feito uma má escolha, pois tal projeto de iniciação se mostrou tanto técnico, quanto científico e com aplicações diretas daquilo que aprendemos no curso de Engenharia. Justamente o que nós procurávamos numa iniciação. Tarefas importantes, como cálculos de resistência e modelagem de componentes mecânicos, e não apenas análise de dados e tabelas em Excel.

Em relação à teoria, podemos dizer que as aulas de Termodinâmica, Máquinas Térmicas, Mecânica dos Fluídos e principalmente Mecânica dos Sólidos foram a base de todo o pensamento e cálculos para projetar o motor. Ou seja, vimos a aplicação prática das aulas, o que nos orientou a escolher matérias que pudessem nos ajudar na iniciação, como Transferência de Calor e Vibrações Mecânicas.

Em relação à parte técnica, aprendemos muito sobre a engenharia posta em prática, por exemplo: projetar uma peça pensando em seu processo de fabricação e montagem; projeto de mancais de rolamentos, como escolher o melhor rolamento para sua necessidade; como escolher um parafuso, sua resistência e seu passo; como escolher o melhor ajuste entre duas peças conhecendo seu funcionamento e finalidade. Tendo em vista que estávamos nos aprimorando em conhecimentos técnicos, acabamos também nos inscrevendo em matérias que fossem nos ajudar nessa área.

Além da experiência acadêmica e técnica demos um salto em relação ao momento de ingresso no projeto, o que melhora bastante o currículo para futuras oportunidades. Esta pesquisa nos aprimorou em diversas outros quesitos. Trabalho em grupo, organização de tarefas, apresentação de resultados em reuniões, utilização frequente da ferramenta Excel, ou seja, aprendemos a trabalhar numa empresa, apesar de não estar em uma.

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Referências Bibliográficas

[1] KAIOH DUTRA. Título: Motores de Combustão Interna. Disponível em: < https://kaiohdutra.files.wordpress.com/2010/10/motores-de-combustc3a3o-interna-aula-2>

[2] GUARATO, ALEXANDRE. Application of Atkinson Miller cycle on a rotary internal combustion engine. 23º Congresso ABCM COBEM, dezembro de 2015.

[3] KOPELOWICZ, H.J., Desenvolvimento de um motor a combustão interna rotativo com deslocadores de velocidade angular variável e mecanismo inovador. Dalvic Comércio e Indústria, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

[4] TICONA, EPIFANIO. Mathematical modeling and analysis of thermodynamic processes of an irreversible miller cycle working on a piston rotary engine. 23º Congresso ABCM COBEM, dezembro de 2015.