BIA - IFPI Campus Teresina Central Bacharelado Bacharelado em Engenharia Mecânica - Teresina Central
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Estudo da otimização topológica de uma válvula de admissão
Autor: Sá, Gabriel Santos de
Orientador(a): Paiva, Guilherme Oliveira Ferraz de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Serra, Petteson Linniker Carvalho
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.
Abstract: The automotive industry is constantly seeking solutions to increase the energy efficiency of internal combustion engines, with weight reduction of components being a crucial factor. This work aims to perform the topological optimization (TO) of an intake valve using the Finite Element Method (FEM) to reduce its mass without compromising structural integrity. The modeling and numerical simulations were developed in Ansys software, using the properties of 4Cr10Si2Mo steel. The optimization process analyzed different levels of mass retention, ranging from 80% to 20% of the original volume. The results demonstrated that the model with 25% mass retention was the most efficient, keeping stresses below the allowable stress of 22 MPa and providing a total mass reduction of 65.2% in the valve, resulting in a final part weighing 5,971 g. Additionally, modal analysis indicated natural frequencies between 0.174 Hz and 6,501 Hz, eliminating the risk of resonance with the motor’s operating frequency (50 Hz). Finally, economic analysis showed that the mass reduction provides a direct and proportional financial saving in the acquisition of raw materials, demonstrating an industrial potential to be explored with the optimized model.
Palavras-chave: Válvula de admissão
Otimização topológica
Método dos Elementos Finitos
Cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::MECANICA DOS CORPOS SOLIDOS, ELASTICOS E PLASTICOS
metadata.dc.language: por
País: Brasil
Editor: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí
Sigla: IFPI
Unidade: Campus Teresina Central
Citação: 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.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://bia.ifpi.edu.br/jspui/handle/123456789/5372
Data do documento: 2025
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