Estudo da otimização topológica de uma válvula de admissão

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí

Resumo

A indústria automotiva busca continuamente soluções para aumentar a eficiência energética de motores de combustão interna, sendo a redução de peso dos componentes um fator crucial. Este trabalho tem como objetivo realizar a otimização topológica (OT) de uma válvula de admissão, utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) para reduzir sua massa sem comprometer a integridade estrutural. A modelagem e as simulações numéricas foram desenvolvidas no software Ansys, utilizando as propriedades do aço 4Cr10Si2Mo. O processo de otimização analisou diferentes níveis de retenção de massa, variando de 80% a 20% do volume original. Os resultados demonstraram que o modelo com retenção de 25% de massa foi o mais eficiente, mantendo as tensões abaixo da tensão admissível de 22 MPa e proporcionando uma redução total de massa de 65.2% na válvula, resultando em uma peça final de 5.971 g. Complementarmente, a análise modal indicou frequências naturais entre 0.174 Hz e 6.501 Hz, afastando o risco de ressonância com a frequência de operação do motor (50 Hz). Por fim, a análise econômica evidenciou que a redução de massa proporciona uma economia financeira direta e proporcional na aquisição de matéria-prima, mostrando um potencial industrial a ser explorado do modelo otimizado.

Description

Keywords

Válvula de admissão, Otimização topológica, Método dos Elementos Finitos

Citation

SÁ, Gabriel Santos de. Estudo da otimização topológica de uma válvula de admissão. Orientador: Guilherme Oliveira Ferraz de Paiva. 2025. 42 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí, Campus Teresina Central, 2025.

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