RECIPIENTE DE CARVÃO ATIVADO - Mahle.com

Relação de pressão
Linha operacional do motor
Variante A
Variante B
limite de sobrepressão
Fluxo de massa
Fig. 2: Mapa do compressor.
n1
A Fig. 1 mostra o resultado de uma análise
CFD (dinâmica computacional de fluido; em
inglês, computational fluid dynamics) As linhas
mostram a distribuição de pressão em uma
seção meridional do canal das palhetas. Com
base nos vetores de fluxos superpostos, fica
visível uma zona de recirculação na região
próxima à carcaça. No ponto operacional sob
análise neste artigo, deve se esperar um comportamento
de fluxo instável.
A instabilidade de fluxo se desenvolve a taxas
de rendimento relativamente baixas e relações
de pressão elevadas nos canais das palhetas
do rotor ou no interior do difusor. Se a instabilidade
for extremamente acentuada, ela poderá
dar origem a uma inversão temporária da
direção de fluxo no compressor, juntamente
com uma grave pulsação de pressão de baixa
pressão. A isso se denomina “sobrepressão”,
sendo esse um modo operacional inaceitável
que pode danificar o rotor e o mancal axial do
turbo-alimentador. O “limite de sobrepressão”
forma a borda esquerda da faixa operacional
de um compressor (Fig. 2).
Requisitos mecânicos estruturais
A resistência do rotor é avaliada por meio do
método FE. Uma carga centrífuga de acordo
com uma velocidade periférica definida é aplicada
ao rotor. A Fig. 3 ilustra a distribuição
típica de tensões em um rotor de compressor.
As forças centrífugas mais elevadas são
n2
Limite de estrangulamento
n3
n4
n5
Linhas constantes de
velocidade rotacional
do compressor
n1 < n2 < n3 ...
geradas na área que tem o acúmulo radial
mais alto de material e, por conseguinte, os
níveis mais altos de tensão estão presentes no
interior do cubo no diâmetro interno do rotor.
O comportamento de vibrações das palhetas
é verificado por análise modal. O objetivo
é configurar as palhetas de modo que as
suas freqüências naturais não coincidam com
um múltiplo da freqüência giratória durante
o funcionamento, a fim de evitar excitações
provocadas por ressonância. Além da carga
estática, deve-se também levar em conta o
tipo de carga cíclica ao avaliar a adequação de
um determinado projeto de rotor. Com relação
a materiais de alumínio comumente utilizados,
o comportamento de fadiga (fadiga de baixo
ciclo) desempenha um papel vital. Material
apropriado e dados corretos de componentes
constituem a base para uma previsão de vida
útil operacional.
Processo de desenvolvimento simultâneo
O desenvolvimento de um compressor é eficiente
somente quando realizado simultaneamente
com ferramentas de simulação adequadas.
Campos especializados como, por exemplo,
aerodinâmica, mecânica estrutural, ciência
dos materiais e teste devem atuar em estreita
cooperação. A partir de um esboço de rotor
(geometria), um modelo em 3D é gerado em
CAD, com base em análises unidimensionais.
Durante essa etapa, já são levados em conta
os requisitos dos futuros processos para sua
produção como, por exemplo, fundição ou fresagem
a partir de cinco eixos geométricos.
Requisitos do cliente
(fluxo de massa, relação de
pressão etc.)
Geometria básica
aerodinâmica em 1D
Simulação de combinação
de processo do motor
TURBO-ALIMENTADORES A GÁS DE ESCAPAMENTO
Geometria de superfície
determinada por processamento
via CAD/CAM
Análise aerodinâmica
CFD em 3D
Fig. 3: Distribuição calculada da relação da tensão
de Mises e o limite de escoamento da liga de alumínio
em chapa utilizada.
O modelo CAD forma a base para a análise
FE e CFD ligeiramente deslocada em termos
de tempo. Os processos padronizados para
articulação e computação, relatórios formalizados
e interfaces desenvolvidas internamente
asseguram um fluxo de trabalho eficiente com
curtos períodos de preparação. Isso abrange a
etapa de prototipagem por meio da fresagem
de cinco eixos geométricos.
A engenharia de produção, compras e qualidade
assegurada devem também ser integradas
ao processo de desenvolvimento no
estágio inicial.
Autores: Dr. Bertold Engels, Dr. Michael Wein
Fig. 4: Processo de desenvolvimento do rotor.
Construção de amostras/
prototipagem por fresagem
de cinco eixos geométricos
Análise de mecânica
estrutural FE
MAHLE Performance 7