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Título: Rotina computacional para análise de estanqueidade em motores de combustão interna
Título(s) alternativo(s): Computational method for sealing analysis in internal combustion engine
Autor(es): Moreira, Heloísa Colli
Orientador(es): Pintaúde, Giuseppe
Palavras-chave: Motores de combustão interna
Aspereza de superfície - Modelos matemáticos
Compostos de vedação
Mecânica do contato
Superfícies (Tecnologia)
Vedação (Tecnologia) - Propriedades mecânicas
Internal combustion engines
Surface roughness - Mathematical models
Sealing compounds
Contact mechanics
Surfaces (Technology)
Sealing (Technology) - Mechanical properties
Data do documento: 5-Dez-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: MOREIRA, Heloísa Colli. Rotina computacional para análise de estanqueidade em motores de combustão interna. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
Resumo: A estanqueidade entre o cabeçote e a tampa de válvulas em motores de combustão interna depende da interação entre as rugosidades das superfícies e o comportamento do selante durante o processo de montagem. Neste trabalho, desenvolveu-se um método computacional para avaliar a vedação metal–polímero com base em parâmetros de rugosidade 3D e na teoria de Persson para contato mecânico de superfícies rugosas. A metodologia integrou caracterização experimental por interferometria óptica, cálculo do espectro de potência e extração de parâmetros multiescalares utilizados para modelar a área real de contato, o limiar de percolação e o comportamento de fluid squeeze-out do silicone. Os resultados mostraram que a rugosidade e a anisotropia exercem papel determinante na conectividade dos vales e na formação de caminhos preferenciais de fluido. A combinação metal–polímero modificou de forma significativa a morfologia espectral da interface, reduzindo a anisotropia do alumínio e equilibrando a distribuição estatística das alturas. As superfícies combinadas apresentaram regime intermediário de contato, com gradiente médio das asperezas como principal parâmetro de controle da percolação, em acordo com as previsões multiescalares da teoria. A análise de squeeze-out indicou que superfícies altamente anisotrópicas ou excessivamente rugosas tendem a reter maior volume de selante, enquanto superfícies combinadas favorecem drenagem equilibrada e fechamento hidráulico mais estável. O método desenvolvido permite correlacionar diretamente os parâmetros topográficos com o desempenho de vedação, oferecendo uma ferramenta robusta para diagnóstico de falhas e otimização de superfícies usinadas e moldadas em aplicações automotivas.
Abstract: Sealing between the cylinder head and the valve cover in internal combustion engines depends on the interaction between surface roughness and the behavior of the silicone sealant during assembly. In this work, a computational method was developed to evaluate metal–polymer sealing based on 3D surface roughness parameters and Persson’s theory for rough elastic contacts. The methodology integrated optical interferometry measurements, power spectral density, computation, and extraction of multiscale parameters, which were used to model the real contact area, the percolation threshold, and the fluid squeeze-out behavior of the silicone. The results showed that roughness and anisotropy play a determining role in valley connectivity and in the formation of preferential fluid-flow channels. The metal–polymer pairing significantly altered the spectral morphology of the interface, reducing the aluminum anisotropy and stabilizing the statistical distribution of heights. Combined surfaces exhibited an intermediate contact regime, in which the mean surface slope emerged as the primary controlling parameter of percolation, in agreement with multiscale theoretical predictions. The squeeze-out analysis indicated that highly anisotropic or excessively rough surfaces tend to retain larger volumes of sealant, whereas combined surfaces promote balanced drainage and more stable hydraulic closure. The developed method enables a direct correlation between topographic parameters and sealing performance, providing a robust tool for diagnosing failures and optimizing machined and molded surfaces in automotive applications.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40408
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