Ensaios Dinamometricos

7/25/2019 Ensaios Dinamometricos

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ENSAIOS DINAMOMTRICOS

ESCOLA SENAI CONDE JOS VICENTE DE AZEVEDO 1

CURSO TCNICO DE AUTOMOBILSTICA


2004


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CURSO TCNICO EM AUTOMOBILSTICA

ESCOLA CONDE JOS VICENTE DE AZEVEDO2

2004. SENAI-SP

Ensaios Dinamomtricos

Publicao organizada e editorada pela Escola SENAI Conde Jos Vicente de Azevedo.

Coordenao geral Luiz Carlos Emanuelli

Coordenador do projeto Jos Antonio Messas

Planejamento e Alberto Otero Costoya

organizao de contedo

Elaborao Alberto Otero Costoya

Regina Clia Roland Novaes

Teresa Candolo

Editorao Teresa Cristina Mano de Azevedo

SENAI Servio Nacional de Aprendizagem Industrial

Escola SENAI Conde Jos Vicente de Azevedo

Rua Moreira de Godi, 226 - Ipiranga - So Paulo-SP - CEP. 04266-060

Telefone (011) 6166-1988

Telefax (011) 6160-0219

E-mail [email protected]

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SUMRIO

INTRODUO 5

MOTORES DE COMBUSTO INTERNA:OBTENO DE TORQUE 7

Motor: foras e reaes 7

DINAMMETROS 9

Finalidade 9

Dinammetro de Prony 10

Dinammetro hidrulico 14

Dinammetro de correntes de Foucault(Parasitas) 15

Dinammetro de corrente contnua 15

Resultados dos ensaios em dinammetros 16

CONCEITOS BSICOS DOS MOTORES DE COMBUSTO INTERNA 19

Rendimento trmico do motor 19

Rendimento mecnico do motor 20

Rendimento global do motor 21

Rendimento volumtrico 22

Cilindrada total do motor 26

Taxa de compresso terica ou volumtrica 27

Taxa de compresso real ou dinmica 28

Velocidade e acelerao do mbolo 31

COMBUSTO NOS MOTORES 34

Relao ar-combustvel 34

Relao combustvel-ar 35 Relao lambda ou frao relativa ar-combustvel 35

Poder calorfico do combustvel 36

Volatilidade 37

DETONAO,AUTO-IGNIO E PR-IGNIO 39

Retardamento da combusto 39

Principais causas para surgimento da detonao nos motores Otto 43

ndice de Octanas 43


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Influncia da estrutura qumica dos combustveis fsseis no 45

surgimento da detonao

Determinao do ponto de ignio dos motores Otto 46

Combusto nos motores Diesel 49

Causas da detonao nos motores Diesel 50

Consumo especfico de combustvel 50

POTNCIA ESPECFICA 52

Aumento da potncia especfica 52

Influncia de variveis na potncia do motor 53

Clculo da presso mdia utilizando unidades coerentes 57

NORMALIZAO DOS ENSAIOS DE MOTORES DE COMBUSTO 59

Fator de reduo da potncia 59

Condies atmosfricas de referncia 60

Clculo para determinao do fator de reduo 61

Fator fm 62

Curvas caractersticas dos motores 63

UNIDADES DE MEDIDAS 68

Principais unidades de comprimento 68 Principais unidades de massa 68

Principais unidades de velocidade 68

Principais unidades de fora 68

Principais unidades de presso 69

Principais unidades de energia e trabalho 69

Principais unidades de potncia 69

Principais unidades de velocidade angular 70

Prefixos do Sistema Internacional 70

QUESTES PARA AVALIAO 72

REFERNCIAS PARA A REALIZAO DOS CLCULOS DOS ENSAIOS 111

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 114


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INTRODUO

Esta apostila destinada ao futuro Tcnico de Automobilstica e pretende demonstrar

alguns conceitos e caractersticas de motores de combusto interna que so utilizados,

principalmente, na rea de desenvolvimento de motores e ensaios dinamomtricos.

Devido ao grande universo de informaes nesta rea, no sero mencionados detalhes de

todos os ensaios dinamomtricos existentes, sendo dada maior nfase a aspectos

referentes aos clculos e resultados que so comumente utilizados na rea de

desenvolvimento de motores.

de suma importncia que o aluno tenha absorvido os conhecimentos das disciplinas

ministradas anteriormente sobre o funcionamento do motor, seus componentes,

termodinmica, fsica e sistema de unidades.

Os itens aqui abordados, de maneira geral, so vlidos para os motores ciclo Otto e Diesel,

porm, caso o aluno tenha interesse em aprofundar-se, deve consultar obras especializadas

principalmente quanto aos itens de combusto, combustveis e gerenciamento eletrnico do

sistema formador de mistura desses motores.

Durante as aulas, sero abordadas algumas situaes dos ensaios dinamomtricos que no

se encontram nesta apostila. Diante disto, o aluno deve fazer as anotaes que, porventura,

forem necessrias.

Este trabalho dedicado s pessoas mais especiais e importantes na minha vida, as minhas

irms Ana e Paloma, a meus pais Jose e Clia que so os principais responsveis pela

minha formao como homem e profissional e a minha maravilhosa esposa Rita que tantome compreende e amo.

No poderia deixar de agradecer ao colega Fbio Gonalves que atravs de suas sugestes

contribuiu na melhoria da qualidade tcnica desta apostila.

Desde j tambm agradeo a todos por crticas, correes e sugestes visando a melhora

desta apostila e por conseqncia disto o crescimento do profissional brasileiro.

Bom Curso!Junho 2 5

Alberto Otero Costoya


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MOTORES DE COMBUSTO INTERNA:

OBTENO DE TORQUENos motores de combusto interna ciclo Otto ou ciclo Diesel quando ocorre a combusto

surgem foras as quais sero responsveis pelo desempenho do mesmo. Neste captulo,

sero apresentadas as foras que atuam quando o motor est em movimento e por

conseqncia a obteno de torque do motor.

MOTOR:FORAS E REAES

Nos motores de combusto interna, a fora devida combusto, ao ser aplicada na parte

superior do mbolo, gera uma srie de outras foras e reaes no pino do mbolo, na biela,

na rvore de manivelas e nos mancais. Comentaremos aqui uma parcela dessas foras,

demonstradas na ilustrao abaixo:

FB

FG

Ft

Torque no eixo devido aFora tangencial (Ft)

multiplicada pela distncia r(lembrar que r vale metade

do curso do mbolo)

Fora Fc devido combusto

FN

FL

FB

r


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O mbolo exerce uma fora FG no pino devido fora da combusto Fc. A fora FGno

pino decomposta na fora FLlateral (no mbolo) e na fora FB(na biela).

A fora FB (na biela) transmitida rvore de manivelas atravs da decomposio de

outras duas foras: FNe Ft.

Como a fora Fcno constante, pois varia entre o incio e o final da combusto (ou seja

ao longo de um ngulo da rvore de manivelas), temos que FN e Ft tambm sero

variveis (em funo do prprio ngulo ).

Com o motor em operao, obtm-se o momento torsor efetivo mdio, conjugado efetivomdio ou simplesmente torque efetivo mdio do motor (Tm), devido multiplicao da

fora Fttangencial na rvore de manivelas pela distncia r entre os centros do munho e do

moente.

OBSERVAO

A distncia rnada mais do que a metade do curso do mbolo.

Veremos adiante que a fora Fcde combusto , entre outros itens, funo da rotao domotor e da posio do acelerador (ou carga do motor).

Com isso, pode-se, a partir de agora, deduzir que otorque do motor (Tm)tambm

funo de rotao e carga de trabalho.


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DINAMMETROS

FINALIDADE

Um motor de combusto interna apresenta caractersticas especficas tais como torque,

potncia, rendimento, etc.

Todas essas propriedades podem ser comprovadas e medidas, mediante a realizao de

ensaios, chamados de dinamomtricos. Esses so realizados em equipamentos

chamados, por sua vez, de dinammetros.

Dinammetro um instrumento utilizado para medir o torque do motor,

equilibrando-se a rotao do motor por meio da aplicao de um torque externo.

Torque do motor o esforo de toro mdio exercido sobre a rvore de manivelas,

atravs da fora devido combusto recebida dos mbolos. Essa toro destinada a

movimentar o motor. O torque calculado multiplicando-se a fora tangencial exercida no

contato entre o moente da rvore de manivelas e a biela pela distncia do brao da

manivela, que nada mais do que a metade do curso do pisto.

Existem vrios tipos de dinammetros, tais como:

Dinammetro de Prony;

Dinammetro hidrulico;

Dinammetro de correntes de Foucault (ou Parasitas) etc.

Neste captulo inicial, sero apresentados alguns tipos de dinammetros, seu modo de

funcionamento e utilizao.

Vejamos mais detalhadamente os tipos mais utilizados.


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DINAMMETRO DE PRONY

O dinammetro de Prony (tambm chamado de freio de Prony) um dinammetro de

frico no qual o atrito (frenagem) de um volante medida por uma balana de mola ou uma

alavanca com pesos.

No freio de Prony, um disco de raio r, fixo no eixo de um motor, operando em uma rotao

conhecida, circundado por uma cinta. Esta cinta gera uma fora de atrito fatcom o disco.

Ela est conectada a um brao cuja extremidade se apia sobre a plataforma de uma

balana. O movimento do eixo do motor restringido pela presso aplicada pela cinta. Esta,por sua vez, transmite o esforo ao brao apoiado sobre a balana. A leitura obtida na

balana (que nada mais que a fora F), multiplicada pelo comprimento Rdo brao, fornece

o torque no eixo. Observe a representao esquemtica a seguir:

Distncia R

Regulagem da tensoda correia

(fora de atrito fat)

Motor em funcionamento gerando umtorque Tm, com disco de raio racoplado

submetido a uma fora de atrito fat

Balana

fat

r

Tm

Fora F


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Esse dinammetro funciona sob o princpio que estabelece que, ao se aplicar uma fora F

em um brao de comprimento R rigidamente apoiado, surgir um momento M calculado

como sendo M = F x R, conforme a figura a seguir:

Para obter os dados fornecidos pela aplicao do freio de Prony, preciso saber que:

Trabalho definido pela multiplicao da fora aplicada em um ponto material pela

distncia percorrida pelo mesmo mediante a aplicao da fora:

(1) = F x d

Permetrode uma circunferncia calculado como sendo 2 raio da circunferncia:

(2) P= 2r

Potncia a relao entre um trabalho realizado e o tempo despendido nessa

realizao:

(3) Potncia N = Trabalho

Tempo t

Com os elementos acima e sabendo-se que a periferia do volante percorre, no intervalo de

uma rotao, a distncia 2 r (permetro) contra a fora de atrito fat (aplicada pela

cinta), teremos, a cada rotao:

(4) Trabalho = 2 r fat

O torque resistente ao atrito formado pelo produto da leitura P da balana e do valor do

comprimento do brao de alavanca R. Esse torque ser exatamente igual ao produto

resultante de rvezes fat. til notar que tal torque tende a mover o brao de alavanca.

Ento, temos que:

(5) r x fat = F x R

ApoioFixo

Fora Faplicada

Brao de comprimento R

Momento TorsorMgerado


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Fazendo a substituio de r x fat = F x Rem 2 r fat (equao 5 na equao 4),

teremos:

Trabalho (em uma rotao do motor) = 2 x x F x R

Se o motor funcionar a n rotaes, o trabalho desenvolvido no tempo (ou potncia) ser

dado por:

(6) N=2 x x F x R x n

Ou seja, mantendo-se constante a rotao do motor e conhecendo-se o braoRdo

dinammetro associado leituraFda balana, pode-se obter o torque no eixo do motor.

Uma vez tendo-se obtido o torque no eixo do motor (F x R), pode-se calcular a potncia do

motor, utilizando unidades coerentes.

Assim, pode-se calcular:

a) Potncia do motor ( simbolizada por N) em quilowatts (kW).

A potncia em quilowatts dada pela expresso:

(7)1000

602 nxFxRxx

N

= ou simplificando => (7a) xFxRxnN 00010472,0=

ou ainda (7b) xTmxnN 00010472,0=

Onde:

- F dado em newton (N) Representando a fora lida na balana

- R dado em metros (m) Brao do dinammetro

- n dado em rpm (rotaes por minuto do motor)

- Tm dado em newton metro (Nm) Representando o torque obtido pelo dinammetro

ATENO!

1. As expresses acima j fornecem o valor da potncia do motor em quilowatts, pois o

valor de 2 x x F x R x n dividido por 1000.

2. O torque no eixo do motor (Tm) dado em Newton x metro (Nm), e obtido atravs da

multiplicao F x R.


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b) Potncia em cavalo vapor (cv).

A potncia em cv dada pela expresso:

(8)4500

2 xFxRxnxN

= ou simplificando => (8a) xFxRxnN 001396,0=

ou ainda (8b) xTmxnN 001396,0=

Onde:

- F dado em quilograma-fora (kgf) Representando a fora lida na balana

- R dado em metros (m) Brao do dinammetro- n dado em rpm (rotaes por minuto do motor)

- Tm dado em metro-quilograma-fora (mkgf) Representando o torque obtido pelo

dinammetro

ATENO!

1. A expresso acima j fornece o valor em cavalo vapor, pois o valor de 2 x x F x R x n

dividido por 4500(fator de converso).

2. O torque no eixo do motor (Tm) dado em metro x quilograma x fora (mkgf), e obtido

atravs da multiplicao F x R.

OBSERVAES

A potncia calculada sem a utilizao do fator de converso obtida na unidade

(mkgf/min). A constante 4500 resultante da definio de cv, que a potncia

necessria para elevar uma carga de 75 quilogramas altura de um metro no intervalo

de um segundo, o que corresponde a 75 x 60 = 4500.

comum encontrar-se dinammetros em que a leitura do instrumento de medio j o

prprio torque, ou seja, j so levados em conta o comprimento do brao e a fora

aplicada. Nestes casos, a potncia calculada diretamente sem a preocupao com Fe

R.

INCONVENIENTES DO DINAMMETRO DE PRONY


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O Freio de Pronyapresenta vrios inconvenientes operacionais, destacando-se o fato de

manter a carga constante independentemente da rotao empregada. Assim, se a rotao

cai em virtude de o motor no suport-la, teremos o incio de uma queda contnua at a

parada total do motor.

Por causa disso, essas mquinas foram substitudas por dinammetros mais versteis, com

a predominncia dos dinammetros hidrulicos, nos quais a carga aplicada varia em razo

diretamente proporcional ao cubo da rotao. Se a rotao cair, a carga imposta pelo

dinammetro diminuir, dando tempo ao operador de reajustar a carga e corrigir a rotao

para o valor desejado.

DINAMMETRO HIDRULICO

O dinammetro hidrulico constitudo de uma carcaa metlica estanque apoiada em dois

mancais coaxiais com os mancais do eixo. Duas sries de conchas, uma montada sobre o

eixo e outra na carcaa, encontram-se em contraposio. O espao interno entre ambas as

sries de conchas preenchido com gua que, ao ser impulsionada pelas conchas do rotor,

aplica uma fora nas conchas da carcaa. Essa fora, ao ser medida, possibilita a leitura do

torque gerado pelo motor.

Nos dinammetros hidrulicos, o freio exercido pela ao de um rotor que, pressionando

gua contra aletas fixas na carcaa, produz o mesmo efeito fsico presente no Freio de

Prony. O brao e a balana, embora possam ser empregados neste tipo de equipamento,

foram substitudos por uma clula de cargaas quais j fornecem o valor de torque do motor

(Tm).

As clulas de carga, muitas vezes, so constitudas de um cristal de quartzo. A compresso

exercida pela extremidade do brao do dinammetro gera um efeito piezeltrico no cristal de

quartzo, que se transforma em leitura para o instrumento. Em alguns casos, em vez de

cristal de quartzo, utiliza-se uma cmara de presso acoplada a um transdutor que executa

a mesma funo.

OUTROS DINAMMETROS

A ttulo de informao, lembramos que existem outros tipos de dinammetros, comentados

resumidamente a seguir.


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DINAMMETRO DE CORRENTES DE FOUCAULT(PARASITAS)

constitudo por um rotor acionado pelo motor em prova, girando imerso em um campo

magntico. A intensidade do campo controlada atravs de uma bobina alimentada por

corrente contnua, podendo-se, assim, variar a carga aplicada. Em um circuito de

arrefecimento, a gua dissipa o calor gerado pelas correntes parasitas.

Como nos demais dinammetros, o esforo que tende a transmitir movimento carcaa

medido, e ento podem-se conhecer os valores de potncia e torque.

DINAMMETRO DE CORRENTE CONTNUA

Este dinammetro o mais utilizado nos trabalhos de pesquisa e desenvolvimento de

motores, admitindo as seguintes configuraes:

passiva (o dinammetro movimentado pelo motor de combusto interna);

ativa (o dinammetro movimenta o motor de combusto interna).

O dinammetro de corrente contnua composto por um gerador eltrico que, ao ser

acionado pelo motor em prova, produz energia eltrica. Tal energia ser consumida por uma

carga varivel (cuba eletroltica ou resistores). A medio do torque exige correo dos

instrumentos eltricos para compensar o rendimento do gerador.

Esse dinammetro tem a vantagem de poder ser utilizado como motor eltrico para medio

da potncia de atrito do motor que est sendo testado; pode-se tambm, com ele, simular as

condies de freio motor.

OBSERVAO

Lembre-se de que os detalhes tcnicos de cada dinammetro devem ser pesquisados,

sempre, em consulta a catlogos do prprio fabricante.


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RESULTADOS DOS ENSAIOS EM DINAMMETROS

Dependendo do local onde a medio realizada, obtm-se um valor determinado pelas

circunstncias da medio: as caractersticas de presso, umidade e temperatura.

Outro fator que influi no resultado o ponto do motor onde feita a medio: se na cmara

de combusto ou no eixo do motor.

Assim, quando so efetuados os ensaios, deve-se levar em conta os seguintes conceitos:

Valores observados: valores obtidos nas condies de temperatura, presso e

umidade no instante do ensaio.

Valores corrigidos ou reduzidos: valores obtidos devido correo dos valores

observados. Esta correo refere-se s condies padro de temperatura, presso e

umidade da norma (no nosso caso a ABNT ISO1585). Note que o termo reduo NO

se refere somente diminuio de valores e sim a alterao dos valores para mais ou

menos, referente aos valores observados.

Valores indicados:valores obtidos na cmara de combusto.

Valores efetivos:valores obtidos no eixo do motor, ou seja, so considerados os atritos

internos e externos devido movimentao dos componentes do motor.

Valores Lquidos: Valores obtidos com todos os perifricos do motor acoplados

escapamento, filtro de ar, alternador, bomba de gua etc.

Valores Brutos:Valores obtidos quando do ensaio de desempenho do motor sem

os perifricos escapamentos, direo hidrulica, ar condicionado e filtro de ar

(opcional).

Com a associao dos valores listados acima aos conceitos de torque e potncia,

obtm-se uma nomenclatura dos resultados obtidos nos ensaios dinamomtricos.


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Isto , quando so realizados esses ensaios, possvel obter valores referentes a:

Torque efetivo observado lquido: o torque obtido no eixo do motor com todos os

seus perifricos e consumidores acoplados nas condies de temperatura, presso e


Torque efetivo observado bruto: o torque obtido com o motor operando sem

escapamento, ventilador e filtro de ar (opcionalmente) nas condies de temperatura,

presso e umidade no instante do ensaio. Geralmente, dependendo da rotao de

trabalho do motor, o torque efetivo bruto fornece valores maiores quando comparado ao

torque efetivo lquido.

Torque efetivo reduzido lquido: o torque obtido no eixo do motor com todos os seus

perifricos e consumidores acoplados nas condies de temperatura, presso e umidade

corrigidas conforme a norma NBR ISO1585.

Torque efetivo reduzido bruto: o torque obtido com o motor operando sem


presso e umidade, corrigidas conforme a norma NBR ISO1585.

Torque de atrito: o torque consumido internamente pelo motor devido s partes

mveis do mesmo e compresso (ou bombeamento) do gs. O torque de atrito

tambm chamado de torque de perdas. Em alguns casos, o torque devido

compresso considerado parte.

Potncia efetiva observada lquida: a potncia obtida no eixo do motor com todos os



Potncia efetiva observada bruta: a potncia obtida com o motor operando sem


presso e umidade no instante do ensaio. Comumente a potncia efetiva bruta fornece

valores maiores quando comparada potncia efetiva lquida.


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Potncia efetiva reduzida lquida: a potncia obtida no eixo do motor com todos os


umidade, corrigidas conforme a norma NBR ISO1585.

Potncia efetiva reduzida bruta: a potncia obtida com o motor operando sem


presso e umidade corrigidas, conforme a norma NBR ISO1585.

Potncia indicada observada lquida: a potncia desenvolvida pelo motor devido ao

trabalho de combusto gerado na parte superior dos mbolos, com todos os seus

perifricos e consumidores acoplados, nas condies de temperatura, presso e


Potncia indicada reduzida lquida: a potncia desenvolvida pelo motor devido ao

trabalho de combusto gerado na parte superior dos mbolos, com todos os seus

perifricos e consumidores acoplados, nas condies de temperatura, presso e

umidade corrigidas conforme a norma NBR ISO1585.

Potncia de atrito: a potncia consumida internamente pelo motor devido s partes

mveis do mesmo e compresso (ou bombeamento) do gs. A potncia de atritotambm chamada de potncia de perdas.


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A energia.

Q disponvel pelo combustvel no totalmente aproveitada na transformao da

potncia e do torque do motor devido s perdas que ocorrem nas trocas de calor com o

fluido de arrefecimento e o ambiente externo; alm disso, em algumas situaes, a

combusto no completa.

Diante desses fatos, pode-se definir o rendimento trmico como sendo a relao entre a

potncia indicada (ouseja, obtida na cmara de combusto) e o fluxo de energia

(ou calor) fornecido pelo combustvel.

A representao matemtica dessa relao a seguinte:

(10) .Q

Ni

t=

Onde:

- t o rendimento trmico (adimensional)

- Ni a potncia indicada (kcal/s; kcal/h; kW; cv etc.).

-.

Q o calor fornecido pelo combustvel por unidade de tempo ou fluxo de calor (kcal/s;kcal/h; J/s; kW etc.)

OBSERVAO: Os valores referenciais de rendimento trmico dos motores de

combusto interna esto na ordem de 32%. Os motores que operam sob o ciclo

Diesel tm valores de rendimento trmico comumente maiores que os motores que

operam sob o ciclo Otto.

RENDIMENTO MECNICO DO MOTOR

Levando-se em considerao as definies e conceitos apresentados no captulo anterior,

pode-se verificar que os valores indicados so normalmente superiores aos valores efetivos.

Isso se deve, principalmente, s perdas da energia necessria para a movimentao do

motor.

Com isso, pode-se definir o rendimento mecnico como sendo:

(11)

Ni

Ne =m


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Onde:

- m o rendimento mecnico (adimensional)

- Ni a potncia indicada (kcal/s; kcal/h; kW; cv etc.).

- Ne a potncia efetiva (kcal/s; kcal/h; kW; cv etc.).

OBSERVAO: Os valores referenciais de rendimento mecnico dos motores de

combusto interna esto na ordem de 82% dependendo da rotao de trabalho,

quantidade de vlvulas, tipo de acionamento etc.

RENDIMENTO GLOBAL DO MOTOR

Rendimento global do motor ou rendimento trmico efetivo do motor o rendimento total do

motor considerando-se todas as perdas envolvidas. Pode ser calculado das seguintes

maneiras:

(12).

Q

Ne =g

Ou, ainda,

(13) g = t x m

Onde:

- g o rendimento global (adimensional)

- t o rendimento trmico (adimensional)

- m o rendimento mecnico (adimensional)

- Ne a potncia efetiva (kcal/s; kcal/h; kW; cv etc.).

-.

Q a energia fornecida pelo combustvel por unidade de tempo ou fluxo de calor (kcal/s;

kcal/h; J/s; kW etc.).

A seguir, apresentamos uma representao esquemtica das relaes entre os rendimentos

e potncias resultantes.


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Verifique atravs do esquema as seguintes relaes:

(14) Ni = Ne + Na

(15) Ne = Ni Na

(16) Na = Ni Ne

RENDIMENTO VOLUMTRICO

Rendimento volumtrico a relao entre a massa de ar que o motor admite e a massa de

ar que o motor poderia admitir nas condies de entrada, ou seja, considerando-se a

temperatura e a presso externas.

g t

m

Q(calor fornecido)

Ni(potncia indicada)

Na(potncia de atrito)Ne(potncia efetiva)

Te, mae,Pe, e

Tc, mac,Pc, c


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(17)

Onde:

v o rendimento volumtrico (adimensional)

.

mac o fluxo em massa de ar no cilindro do motor, ou seja, o fluxo de ar efetivamenteadmitido (kg/h; kg/s etc.)

.

mae o fluxo em massa de ar na entrada do motor (kg/h; kg/s etc.).

Tc a temperatura do ar dentro do cilindro na fase de admisso (K)

Te a temperatura do ar na entrada do motor (K)

Pe a presso do gs na entrada do motor (kgf/cm ;bar etc.).

Pc a presso do gs no cilindro do motor na fase de admisso (kgf/cm ;bar etc.).

e a densidade do ar na entrada do motor (kg/dm; g/cm etc.).

c a densidade do ar no cilindro do motor na fase de admisso (kg/dm; g/cm etc.).

Considerando o ar como gs perfeito e lembrando da equao de Clapeyron, temos:

(18) P x V = m x R x T

Onde:

P a presso do gs (kgf/cm ;bar; etc.).

V o volume especfico do gs (dm; cm; etc.).

m a massa do gs (kg; g; etc.).

R a constante universal do ar (29,3kgfm/kgK ou 8,31 J/molK ou 0,082 atml /molK)

T a temperatura do gs (K)

Tambm sabemos que a densidade equivale relao entre a massa e o volume, ou seja:

(19)vm=

ou

(20) x v = m

Onde:

a densidade do gs (kg/dm; g/cm; etc.).

v o volume do gs (dm; cm; etc.).

m a massa do gs (kg; g; etc.).

.

.

mae

macv =


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Fazendo x v em P x v = m x R x T, teremos :

P x v = x v x R x T

Resultando em:

21) TR

P=

22)TR

P=

Lembremos que, durante a fase de admisso, o ar entra nos cilindros devido diferena de

presso entre a regio da entrada e a cmara de combusto. Alm disso, o ar sofre um

aumento de temperatura.

Ou seja:

Tc > Te

Pc < Pe

Considerando o que j foi dito e a expresso (22) TRP= , teremos que a densidade do ar

na cmara de combusto menorque a densidade do ar na entrada do motor, ou seja:

c < e

Onde:

c a densidade do ar na cmara de combusto (kg/dm; g/cm etc.).

e a densidade do ar na entrada do motor (kg/dm; g/cm etc.).

Com isso, verificamos que o enchimento do motor d-se com o ar mais rarefeito em

relao ao ar na entrada.

Pode-se calcular a massa de ar na entrada do motor como sendo:

Para motores 4 tempos:

(23) 2

nCte

mae

.

=


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(23a) nCtemae.

=

Pode-se calcular, tambm, a massa de ar no cilindro como sendo:


(24) v2

nCtemac

.

=


(24a) vnCtemac.

=

Onde:

mae.

= o fluxo em massa de ar na entrada do motor (kg/s; kg/h etc.).

mac.

= o fluxo em massa de ar no cilindro (kg/s; kg/h etc.).

e a densidade do ar na entrada o motor (kg/dm; g/cm etc.).

Ct a cilindrada do motor (dm; cm; etc.). n a rotao do motor (rpm; rps etc.).

v o rendimento volumtrico do motor (adimensional)

OBSERVAO REFERENTE A TURBOCOMPRESSORES

Normalmente denominada turbina, turbocompressor, sobre-alimentador, supercarregador,

ou simplesmente turbo, o turbo alimentador um dos responsveis pelo aumento do

rendimento volumtrico do motor.

No caso dos motores Diesel, o turbo alimentador tem a finalidade de elevar acima da

presso atmosfrica a presso do ar no coletor de admisso. Isso torna possvel depositar

maior massa de ar no mesmo volume; conseqentemente, a quantidade de combustvel

aumentada, resultando em mais potncia para o motor.

Para melhorar os efeitos do turbo alimentador, adiciona-se ao sistema de admisso de ar

um processo de arrefecimento do ar admitido, normalmente denominado de aftercoolerou

intercooler(dependendo da posio em que se encontra instalado). Esse processo tem a


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finalidade de reduzir a temperatura do ar, contribuindo para aumentar, ainda mais, a massa

de ar no interior dos cilindros.

A tendncia, para o futuro, que todos os motores Diesel sejam turbo-alimentados. Nos

motores turbo-alimentados, o rendimento volumtrico pode chegar a ser maior que 100%.

CILINDRADA TOTAL DO MOTOR

A cilindrada definida como sendo a soma dos volumes dos cilindros do motor, sendo este

volume caracterizado pelo dimetro do mbolo e pelo espao que ele percorre entre o PMS

(ponto morto superior) e PMI (ponto morto inferior), ou seja, o curso do mbolo.

Pode-se calcular a cilindrada total do motor com o auxlio da seguinte frmula:

(25)4

nchDCt

2 =

Onde:

Ct a cilindrada total do motor (dm; cm; l etc.)

a constante 3,1416

D o dimetro do mbolo (mm; cm etc.).

h o curso do mbolo (cm; mm etc.).

nc o nmero de cilindros do motor

Analogamente, pode-se definir a cilindrada unitria do motor utilizando a mesma frmula e

considerando nc = 1.

OBSERVAES

1. O curso do mbolo noleva em considerao o volume da cmara de combusto.

2. Cmara de combusto a regio onde a mistura ar-combustvel comprimida. O

volume da cmara de combusto definido como sendo o volume entre a parte superior

do mbolo (quando este encontra-se no PMS) e a superfcie do cabeote.


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TAXA DE COMPRESSO TERICA OU VOLUMTRICA

Quando o mbolo encontra-se no PMI, o volume ocupado pelos gases caracterizado pela

soma do volume referente cilindrada unitria e o volume da cmara de combusto.

A lei de Boyle-Mariottesobre a compressibilidade dos gases estabelece que, mantendo-se a

temperatura constante (reao isotrmica), os volumes de uma massa de gs esto na

razo inversa das presses que so exercidas. Por causa disso, quando o volume de uma

massa gasosa diminuda em x vezes, aumenta-se a presso na mesma proporo.

Como no motor de combusto interna o volume da mistura ar-combustvel comprimido na

razo do volume referente cilindrada unitria, e do volume da cmara de combusto, de

se esperar que a presso aumente conforme aumentea relao desses volumes.

Assim sendo, o significado de um motor ter taxa de compresso (ou relao de compresso)

de 10,0:1 que, entre o incio da fase de compresso (mbolo no PMI) e final da fase de

compresso (mbolo no PMS), o volume da mistura ser reduzido em 10 vezes;

conseqentemente, a presso aumentar em 10 vezes em relao s condies iniciais.

Da lei de Boyle-Mariotte, pode-se obter a seguinte relao:

Pi

Pf

Vf

Vi=

Onde:

Vi o volume inicial da massa gasosa

Vf o volume final da massa gasosa

Pi a presso inicial da massa gasosa

Pf a presso final da massa gasosa

Estabelecendo a relao acima com o motor de quatro tempos, iremos obter:

(26) TctPi

Pf

Vc

CuVc==

+


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Onde:

Vc o volume total da cmara de combusto (dm; cm; l etc.).

Cu a cilindrada unitria (dm; cm; l etc.).

Tct a taxa de compresso terica (adimensional)

TAXA DE COMPRESSO REAL OU DINMICANa sesso anterior, verificamos que a relao de compresso pode ser definida atravs da

lei de Boyle-Mariotte. Porm, isso s vale para condies de temperatura constante. No

motor de combusto interna, durante a fase de compresso, ocorre um aumento de

temperatura com conseqente aumento da presso interna.

Em conseqncia disso, a taxa de compresso terica sofrer correes. O novo valor

obtido denominado de relao ou taxa de compresso real ou dinmica.

Retornando definio de taxa de compresso terica, temos:

(26) TctPi

Pf

Vc

CuVc==

+

Isolando a presso final, teremos:

(27) PfPixTctVc

PixCu)(Vc==

+

Considerando-se agora a temperatura inicial absoluta (Tiabs) e a temperatura final absoluta

(Tfabs), teremos que a taxa de compresso real (ou dinmica) :

(28)Tiabs

Tfabs

Vc

CuVcTcr

+=

Ou seja, a taxa de compresso real (ou dinmica) dada por:

(29)Tiabs

TfabsxTctTcr=


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Podemos ainda determinar a presso final dinmica (Pfd) como sendo:

(30) Pfd = Pi x Tcr

Onde:

Vc o volume da cmara de combusto (dm; cm; l etc.).

Cu a cilindrada unitria (dm; cm; l etc.).

Tct a taxa de compresso terica (adimensional)

Pi a presso inicial (bar; kgf/cm etc.).

Pf a presso final (bar; kgf/cm etc.).

Pfd a presso final dinmica (bar; kgf/cm etc.).

Tcr a taxa de compresso real (adimensional) Tiabs a temperatura inicial absoluta (K)

Tfabs a temperatura final absoluta (K)

EXEMPLO DE CLCULO DE TAXA DE COMPRESSO TERICA

Os componentes de um motor de combusto interna ciclo Otto 4 tempos foram medidos

conforme os valores fornecidos abaixo. Determine a taxa de compresso terica desse

motor.

Volume da cmara no cabeote = 30cm

Dimetro do mbolo = 81mm

Curso do mbolo = 85mm

Espessura da junta do cabeote = 2,0mm

Volume entre a face superior do mbolo e a face do cabeote = 8,5cm

Resoluo

Para verificar a taxa de compresso terica do motor, calcula-se inicialmente:

A cilindrada unitria;

O volume da junta do cabeote;

O volume da cmara de combusto (volume da junta do cabeote + volume da face

superior do mbolo + volume da cmara no cabeote).


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A cilindrada unitria calculada atravs da expresso:

332

cm437,78oumm4377824

18581Cu =

=

O clculo do volume referente junta do cabeote realizado com a expresso:

332

cm10,3oumm103004

2,081juntadaVolume =

=

O volume total da cmara de combusto :

Vc = 10,3 + 30 + 8,5 = 48,8 cm

De posse desses valores, pode-se calcular a taxa de compresso terica como sendo:

Tct = 48,8 + 437,78 = 9,97 :1

48,8

EXEMPLO DE CLCULO DE TAXA DE COMPRESSO DINMICAAps ter sido determinada a taxa de compresso terica, o motor foi enviado para um

dinammetro a fim de que fossem efetuados alguns levantamentos acerca de seu

desempenho (performance). Ao ser submetido a uma determinada condio de rotao e

carga, os seguintes valores mdios foram obtidos:

Temperatura no incio da compresso = 37C

Temperatura no final da compresso = 190C

Determine a taxa de compresso dinmica do motor nas condies indicadas acima.

Resoluo

Para determinar a taxa de compresso dinmica do motor, necessrio, primeiramente,

converter os valores das temperaturas inicial e final de compresso para valores absolutos

(ou seja converter graus Celsius para Kelvin):

37C = 37 + 273 K = 310 K

190C = 190 + 273 K = 463 K


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A expresso usada para o clculo a seguinte:

Tiabs

TfabsxTctTcr=

1:14,89310

463x9,97Tcr ==

VELOCIDADE E ACELERAO DO MBOLO

Os motores de combusto interna possuem uma cinemtica que parte de um movimento de

translao alternativo, gerando um movimento rotativo atravs da rvore de manivelas. Os

esforos decorrentes dos movimentos dos componentes precisam ser conhecidos para que

com isto sejam efetuados os dimensionamentos necessrios.

preciso lembrar, inicialmente, que uma rotao do motor equivale ao movimento de subida

e descida do mbolo, ou seja, o curso do mbolo multiplicado por 2.

A velocidade mdia do mbolo pode ser calculada conhecendo-se os valores referentes aocurso e rotao do motor. Para isso, usa-se a seguinte expresso:

31)60

n2hVme

= ou 31a) nxhx0,033Vme=

Onde:

Vme a velocidade mdia do mbolo (m/s; mm/s etc.).

h o curso do mbolo (m; mm etc.). n a rotao do motor (rpm)

2 uma constante, porque o espao percorrido pelo mbolo considerado quando da

sua subida e descida em uma rotao do motor.

60 uma constante relativa converso de rotaes por minuto do motor para rotaes

por segundo.


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EXEMPLO DE CLCULO DE VELOCIDADE MDIA DO MBOLO

O motor dos nossos exemplos 1 e 2, quando do ensaio em dinammetro, estava a 6000

rpm. Qual a velocidade mdia do mbolo?

Resoluo

De posse dos valores do curso do mbolo (fornecidos anteriormente) e da rotao do motor,

pode-se calcular a velocidade mdia como sendo:

m/s17,0mm/s1700060

6000285Vme ==

=

De modo extremamente resumido, iremos definir a velocidade instantnea e a aceleraoinstantnea do mbolo.

Observe o esquema a seguir:

r

r+l

x

PMS

rcos

lcosl


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A determinao da posio instantnea do mbolo a partir do PMS ser dada por:

(32) Xins = (r + l) ( rcos+ lcos)

Denominando como sendo a relao entre r e l, ou seja, =l

r, a determinao da

velocidade instantnea do mbolo a partir do PMS ser dada por:

(33) )

sen22

(senrVins +=

A determinao da acelerao instantnea do mbolo a partir do PMS ser dada por:

(34) )

cos6x0,703cos4-4

-cos2a(cosrAins 53

2 ++=

Onde:

Xins a posio instantnea do mbolo (m; cm; mm etc.)

Vins a velocidade instantnea do mbolo (m/s; mm/s etc.).

Ains a acelerao instantnea do mbolo (m/s; mm/s etc.). a velocidade angular (rad/s).

OBSERVAO

As expresses anteriores so simplificadas e so vlidas para relaes r/l menores que

0,33. Recomenda-se que seja consultada literatura especializada, caso se queira aprofundar

nos mtodos para obteno das expresses.


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COMBUSTO NOS MOTORES

Como sabemos, nos motores a lcool ou gasolina, a produo de movimento comea pela

queima de combustvel na cmara de combusto. O desempenho do motor depende

fundamentalmente da maneira como essa queima se processa, ou seja, se todo o

combustvel utilizado se transforma realmente em trabalho.

Em um ciclo completo do pisto, o trabalho s realizado quando ocorre a exploso do

combustvel. Isso depende de uma srie de fatores como, por exemplo, o poder calorfico do

combustvel, a temperatura da cmara de combusto, a quantidade de combustvel

fornecida, o instante da ignio etc.

Neste captulo, estudaremos o processo de combusto nos motores e todas as variveis

que influem nesse processo.

RELAO AR-COMBUSTVEL

A relao ar-combustvel a relao entre a massa de ar (ma)e a massa de combustvel

(mc), ou seus respectivos consumos. Matematicamente, essa relao representada por:

mc

mareal

F

A=

Onde:

(35) motordoreallcombustve-arrelaorealFA =


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OBSERVAES

Para a gasolina brasileira, que contm lcool em sua composio, a relao

estequiomtrica em peso vale aproximadamente 13,3:1 (gasolina com 22% de lcool

anidro comumente denominada E22% ou B22%). Isso significa que so necessrias

13,3 partes de ar para cada parte de combustvel.

Para o lcool hidratado, a relao estequiomtrica em peso vale aproximadamente 8,4:1,

ou seja, seriam necessrias 8,4 partes de ar para cada parte de combustvel.

Para o lcool anidro, a relao estequiomtrica em peso vale aproximadamente 9:1.

Assim, so necessrias 9 partes de ar para cada parte de combustvel.

OBSERVAO

No caso do lcool hidratado verifica-se que a gua presente no participa da combusto,

devido a isto dependendo do estudo que est sendo efetuado considera-se a relaoestequiomtrica do lcool hidratado igual a 9:1

PODER CALORFICO DO COMBUSTVEL

a quantidade de energia por unidade de massa que se desprende durante a combusto

completa do combustvel.

O poder calorfico pode ser classificado em poder calorfico superiorou poder calorfico

inferior.

Tem-se o poder calorfico superior (PCS)quando a gua proveniente da combusto obtida

na forma lquida.

O poder calorfico inferior (PCI) obtido quando a gua proveniente da combusto obtidana forma de vapor.

O poder calorfico utilizado nos clculos de calor em motores de combusto interna deve ser

o inferior (PCI).

Carbono (C)e hidrognio (H)so os elementos que mais contribuem para o poder calorfico

dos combustveis. O oxignio (O) est geralmente presente em combustveis vegetais

(como o lcool) e sua presena diminuio poder calorfico alm das exigncias tericas (ouestequiomtricas) de ar na combusto, conforme descrito no item anterior.


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Diante dessas duas observaes, possvel entender algumas das razes da diferena de

consumo entre motores lcool e gasolina. Como curiosidade, observe a tabela a seguir:

TIPO DE COMBUSTVEL GASOLINA PURA E0% (EUROPA)

GASOLINA COM22% LCOOL ANIDRO E22% (BRASIL)

LCOOL ETLICOHIDRATADO

COMBUSTVEL- E100%(AEHC)

FRMULA QUMICA(CORRELACIONANDO OS VOLUMES

DAS MISTURAS ENVOLVIDAS)C8H18(ISOOCTANA) 0,78C8H17 + 0,22C2H5OH

0,956C2H5OH +0,014H2O + 0,03C8H17

RELAO ESTEQUIOMTRICA 14,6:1 em peso 13,3:1 em peso

8,4:1 8,98:1 em peso(dependendo da

quantidade de gua e doestudo a ser efetuadoconforme observao

anterior)

pci (kcal/kg) 10311 9458 6496

OBSERVAES

Os dados da tabela podem sofrer pequenas alteraes dependendo do combustvel utilizado.

O lcool combustvel utilizado no Brasil pode ser acrescido de at 3% de gasolina.

O lcool hidratado possui 6,4% de gua em sua composio.

VOLATILIDADE

A volatilidade a tendncia que o combustvel tem de se evaporar. Os ensaios de

destilao demonstram a parcela evaporada do combustvel em funo da temperatura para

gasolina brasileira (E22%).

Destilao Ponto Inicial Ebulio (C) 30-45

Destilao 10% Evaporado (C) 45-70



Destilao Ponto Final Ebulio (C) 220


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Por se tratar de substncia pura, o lcool tem seu ponto de ebulio em torno de 79Ca

presso de 1 bar.

Por ser menos voltil, o lcool tem maior dificuldade de combusto, dificuldade esta

aumentada devido maior massa utilizada. Em funo do baixo poder calorfico do lcool,

torna-se necessrio o aumento da massa de combustvel para obter a mesma energia

(quando comparado com a gasolina).

Diante disso, possvel entender algumas das razes da necessidade de implementao de

novas tecnologias ou da adoo de sistemas auxiliares para otimizao do funcionamento

de motores a lcool devido a diferena de funcionamento quando comparado com motores a

gasolina:

Durante a fase de partida do motor, quando a temperatura ambiente encontra-se entre

13C e 25C, acontecem s dificuldades de partida (tempos prolongados), com

conseqente aumento das emisses de escapamento (hidrocarbonetos).

Em temperaturas abaixo de 10C, surge necessidade de vrias partidas ou at a

impossibilidade de funcionamento do motor, pois, medida que a temperatura diminui,

aumenta a diferena em relao ao ponto de ebulio. Desenvolvimentos constantesso efetuados visando a definio de novos componentes ou sistemas de partida que

possibilitem a partida do motor nestas temperaturas.


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DETONAO,AUTO-IGNIO E PR-IGNIO

Nos motores de ignio por fasca (sem injeo direta), ocorre a alimentao de uma

mistura ar-combustvel durante a fase de admisso. Durante a fase de compresso, ocorre a

fasca proveniente dos eletrodos da vela provocando, com isto, o incio de reaes de

oxidao do combustvel. Tais reaes, por sua vez, geram a propagao da chama na

cmara de combusto.

Neste captulo, estudaremos os fenmenos fsico-qumicos que resultam na detonao,

auto-ignio e pr-ignio.

RETARDAMENTO DA COMBUSTO

O processo que provoca as reaes de oxidao ocorre sob presso constante

(transformao isobrica) demandando um tempo que denominado de retardamento

qumico da combusto.

Esse atraso implica a necessidade de que a fasca ocorra antes do mbolo estar no PMS,

pois, para que sejam obtidos os melhores resultados de potncia, desejvel que a mxima

presso provocada pela combusto ocorra quando o mbolo encontra-se ainda muito

prximo do PMS.

Aps terminada a fase do retardamento qumico, ocorre a propagao da chama, em

velocidade que determinada pelas seguintes variveis:

Relao ar-combustvel: condies onde verifica-se misturas ricas provocam maior

velocidade de propagao da chama.

Turbulncias na cmara: as turbulncias tendem a aumentar conforme aumenta a

rotao do motor ou at mesmo conforme alteraes nos projetos de sistemas de

induo de ar. Com isso, cresce tambm a ao de contato entre as partculas em

combusto e as que devem reagir na frente da chama, gerando uma maior velocidadena reao.


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Temperatura e presso: a elevao dessas duas variveis tende a aumentar a

velocidade da chama.

Gases de escape residuais (efeito EGR): os gases residuais tendem a diminuir a

velocidade da chama.

O retardamento da combusto e a propagao da chama podem ser verificados atravs de

sensores de presso na cmara de combusto dos motores ciclo Otto atravs da evoluo

da variao da presso.

Os exemplos a seguir mostram o comportamento da evoluo da presso em funo do

instante da fasca. Neles, pode-se verificar que o retardamento da combusto dado peladiferena em graus entre o instante da fasca e a ocorrncia da variao da presso em

uma taxa de acrscimo diferenciada da taxa de acrscimo devida somente compresso.

A velocidade da combusto pode ser obtida atravs da tangente do ngulo formado pela

inclinao da curva de variao de presso em funo do ngulo da rvore de manivelas.

Ou seja, a velocidade da chama pode ser obtida atravs de dp/d.

EXEMPLO DE IGNIO ATRASADA (APS O PONTO IDEAL)

Trabalhogerado > 0

Ocorrncia da fasca muito atrasadagerando um pequeno trabalho

positivo e com isto pouca potncia

Presso nacmara de

combusto (p)

Avano deignio ()PMS

Variao de presso devido compresso

Variao de presso devido combusto (incio aps o PMS)


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EXEMPLO DE IGNIO ADIANTADA (ANTES DO PONTO IDEAL)

OBSERVAES

A regio 1 indica a ocorrncia de trabalho negativo. Este se deve ao incio da elevao

da presso, uma vez que a fasca inicia-se muito antes do PMS.

A regio 2 indica a ocorrncia de trabalho positivo.

Ocorrncia da fasca muito adiantadagerando um trabalho negativo e um

aumento de presso

Presso nacmara de

combusto (p)

Avano deignio ()PMS


Variao de presso devido combusto (incio antes do PMS)

21


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EXEMPLO DE IGNIO NO PONTO IDEAL

Nos motores ciclo Otto, aps o fornecimento da fasca, ocorre o avano da chama a partir

da vela. Nesse momento, a mistura ainda no queimada comprimida pela fase queimada,

sofrendo com isso um aquecimento.

Esse aquecimento pode ser suficiente para que ocorra a auto-ignio do combustvel

(ignio espontnea), provocando um aumento brusco de presso e a propagao de

ondas de choque. Essas ondas geram um rudo metlico com freqncias superiores a

5kHz (normalmente na faixa de 7kHz a 15kHz).

Esse fenmeno denominado de detonaoe comumente chamado pelos mecnicos de

batida de pino, devido correlao com o rudo metlico gerado.

A detonao gera um aumento da presso, da temperatura e das tenses nos mbolos,

vlvulas, cabeotes, velas e junta, podendo gerar danos irreversveis a esses componentes

quando da sua ocorrncia em grande intensidade ou em tempo contnuo.

Ocorrncia da fasca no ponto idealde funcionamento

Presso nacmara de

combusto (p)

Avano deignio ()PMS


Variao de presso devido acombusto


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Detonaes seguidas iro provocar o aparecimento de pontos quentes na cmara de

combusto, os quais podem provocar a ignio espontnea da mistura sem que ocorra a

fasca por parte da vela. Esse fenmeno denominado pr-ignio (ignio espontnea

antes da fasca). Da mesma maneira que a detonao a pr-ignio trar srios danos ao

motor

PRINCIPAIS CAUSAS PARA SURGIMENTO DA DETONAONOS MOTORES OTTO

Os principais fatores que geram a detonao nos motores ciclo Otto so os seguintes:

Temperatura elevada do ar de admisso ou da mistura na cmara;

Temperatura elevada do lquido de arrefecimento;

Temperatura elevada do leo lubrificante;

Aumento da presso do ar de admisso;

Ignio adiantada;

Baixa turbulncia da mistura;

Aumento da carga do motor;

Empobrecimento da mistura;

Elevadas taxas de compresso; Baixo ndice de octanas do combustvel.

NDICE DE OCTANAS

O ndice de octanas do combustvel, geralmente chamado de octanagem, refere-se ao

poder antidetonante do combustvel.

O ndice de octanas do combustvel obtido por meio de ensaios em um motor especial

monocilndrico denominado CFR (Cooperative Fuel Research). necessrio observar que o

CFR tem sua taxa de compresso varivel.

Dois combustveis padres de referncia so utilizados nos ensaios:

a isooctana, que um combustvel com alta resistncia detonao;

a heptananormal, que tem baixa resistncia detonao.


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O mtodo de ensaio consiste em operar o motor com o combustvel a ser conhecido em

condies padro, ajustando-se a relao de compresso do motor CFR at que ocorra a

detonao, em uma intensidade tambm padronizada.

Depois disso, a relao de compresso mantida e so testadas misturas de heptana

normal e isooctana em propores em que se obtm detonao com intensidade igual do

combustvel previamente testado.

O percentual de isooctana na mistura heptana-isooctana denominado

ndice de octanasdo combustvel em questo.

Existem alguns padres de ensaio com motor CFR de referncia para determinao do

nmero de octanas; tais padres, devido s diferenas que apresentam de operao do

motor, fornecem resultados prprios.

Os padres mais usuais so denominados de RON (Research Octane Number) -

comumente chamado de mtodo pesquisae MON (Motor Octane Number) - comumente

chamado de mtodo motor.

Segue abaixo uma tabela comparativa de algumas condies padro de ensaio do ndice deoctanas pelos padres RON e MON:

MTODO MON RON

Rotao do motor 900rpm 600rpm

Temperatura do coletor 149C 52C

Temperatura do lquido de arrefecimento 100C 100C

Em geral, o padro de medio MON referencia-se a condies de rotao elevadas e o

padro RON a condies de baixa rotao, ou seja, quando para o mesmo motor efetuamos

uma comparao de combustveis A e B em baixa rotao e observamos que para amostra

A de combustvel surge a detonao com menores taxas de compresso ou avano de

ignio teremos um indicativo que o ndice RON da amostra A menor que o ndice RON da

amostra B.


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OBSERVAO

Em alguns pases comum definir-se o ndice de octanas atravs da mdia aritmtica entre

o padro MON e o padro RON, ou seja, o ndice antidetonante (IAD) do combustvel

calculado como sendo (MON + RON) / 2, o IAD (ndice antidetonante) tambm chamado

de AKI (antiknock index).

Sensibilidade do combustvel a diferena entre o ndice de octanas obtido no mtodo

pesquisa menos o ndice de octanas obtido no mtodo motor, ou seja:

Sensibilidade = RON - MON

Para a gasolina brasileira com 22% de lcool anidro, o nmero de octanas especificadocomo mnimo 82MON o qual equivale a aproximadamente 92RON.

Para o lcool, o nmero de octanas varia entre 104RON e 106RON.

A determinao do ndice de octanas do lcool (maior que 100) verificada com a adio de

chumbo tetraetila (que agente antidetonante) no combustvel isooctana pura, efetuando-se

o seguinte clculo:

20,505T5,57T12,78T1

107T

+++

Onde Tso os mililitros de chumbo tetraetila por litro de isooctana.

OBSERVAO

Esse clculo vlido somente quando o nmero de octanas for maior que 100.

INFLUNCIA DA ESTRUTURA QUMICA DOS COMBUSTVEISFSSEIS NO SURGIMENTO DA DETONAO

A composio qumica dos combustveis varia em funo da fonte de origem e dos

processos utilizados para sua refinao.


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Como a gasolina normalmente uma associao de hidrognio e carbono (hidrocarbonetos

ou, simplesmente, HxCy), obtm-se gasolina com diferentes tipos de estrutura qumica. A

maneira como a cadeia de hidrognio e carbono formada tem influncia na tendncia de

surgimento da detonao.

Por exemplo: a cadeia a seguir tem sete tomos de carbono alinhados em uma seqncia

direta ou parafinas normais denominada de heptana normal.

H H H H H H HHC-C-C-C-C-C-CH

H H H H H H H

J a cadeia abaixo tem quatro tomos de carbono em uma estrutura em anel (nafteno):

H HHC CH

HC CHH H

A detonao influenciada tanto pela quantidade de carbono presente no tomo

quanto pela sua estrutura, em termos gerais:

Quanto menor a quantidade de carbono, menor a tendncia de detonao.

Quanto mais ramificada a cadeia de tomos, menor a tendncia de detonao.

DETERMINAO DO PONTO DE IGNIO IDEAL PARAMOTORES OTTO

O ponto de ignio ideal dos motores Otto definido em bancos dinamomtricos conforme o

descrito abaixo: Fixam-se as condies de rotao, carga do motor, temperatura do ar de admisso,

lquido de arrefecimento, leo lubrificante e relao ar-combustvel, de acordo com as

situaes requeridas de funcionamento do motor.

Regula-se o valor de avano de ignio em condio na qual o motor no opere em

regime de detonao; a seguir, verifica-se o torque fornecido pelo motor.

Altera-se o avano de ignio aumentando-o em intervalos de 0,5 e obtm-se o novo

valor de torque.


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Com isso, so levantados os requisitos de ignio do motor conforme o exemplo abaixo:

No exemplo acima, verifica-se que, conforme o avano de ignio aumentado, tambm

aumenta o torque do motor, pois a tendncia de gerar trabalho aps o PMS confira no

exemplo de ignio no ponto ideal ilustrado anteriormente.

A partir de um determinado ponto, verifica-se que ocorre um patamar nos valores de torque,

mesmo quando o avano de ignio aumentado.

Aps o patamar ser atingido, ocorre uma queda progressiva do torque, iniciada devido ao

excesso de avano, pois isso gera trabalho antesdo PMS. Em virtude disso, h perda de

performance, conforme mostrado no exemplo da ignio adiantada.

No grfico tambm possvel verificar os pontos denominados como MBT e LDI. Esses

pontos correspondem respectivamente ao menor avano para omaior torque fornecido eao ponto onde se inicia o processo da detonao .

No exemplo dado, o responsvel pela definio do mapa de avano do sistema de injeo

eletrnica ou da curva do distribuidor deveria estabelecer o ponto de avano de 27 APMS

para condio especfica de funcionamento do motor conforme item 1, pois neste ponto

que se obtm o melhor torque do motor.

Acima desse ponto, alm de no haver ganho de torque, pode-se ter vibraes indesejveis,aumento das emisses de NOx e at mesmo detonao, dependendo do valor aplicado.

Requisito de Ignio

15

20

25

30

0 5 10 15 20

APMS

Torque[Nm]

MBT LDI


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Aps ser levantado este ponto, prossegue-se com o levantamento de outros tantos em

outras cargas e rotaes efetuando-se, com isso, o mapeamento geral do motor.

O exemplo mostrado pode variar de acordo com as condies de funcionamento do motor

(carga, rotao, temperatura, presso, relao ar-combustvel), o tipo de combustvel

empregado e a taxa de compresso do motor, podendo ocorrer condies em que o

patamar maior ou menor, a taxa de crescimento do torque em funo do avano

diferenciada, o LDI encontra-se muito distante do MBT, j na regio de queda de torque ou,

at mesmo, o LDI encontrar-se antes do MBT.

Esta ltima situao indesejvel, porm muitas vezes obtida nos motores atuais, pois

implica em limitaes da performance do motor.

Por causa disso, podem ocorrer modificaes no projeto de maneira a elevar o LDI para

valores acima do MBT ou at mesmo para valores prximos, de maneira que o

compromisso entre as vrias situaes de funcionamento do motor ainda seja compensador.

EXEMPLO DE CLCULO DE TEMPO DE RETARDO DA COMBUSTO

A seguir, apresentado um diagrama de presso na cmara de combusto em funo do

ngulo do virabrequim durante um ensaio de desempenho em um motor de quatro tempos,ciclo Otto, operando a 2000 rpm Sabendo-se que, no instante considerado, a fasca ocorre a

20 APMS, deseja-se saber qual o tempo de retardo da combusto.

PMS


122030 10 20

P bar

Avano deignio

Variao de presso devido combusto

30

20

10


51/117



Resposta: A ignio se d a 20 APMS. No grfico, verifica-se que ocorre um aumento

brusco de presso a partir de 12 APMS, devido ao incio da combusto, o que ocasiona um

atraso de 8 (20 12 = 8) na rvore de manivelas para o incio a combusto. necessrio

identificar o que representa esse deslocamento de 8 no tempo.

Na situao apresentada, sabe-se que se trata de um motor de quatro tempos, operando a

2000 rpm.

Assim, tem-se:

2000 rpm = 2000 voltas por minuto, ou seja:

2000 x 360 = 720000/min ou 12000 /s

12000 = 1 segundo

8 = X

ms0,612000

8

12000

18X ==

=

COMBUSTO NOS MOTORES DIESEL

Diferentemente dos motores ciclo Otto, a ignio do combustvel nos motores Diesel ocorre

devido auto-ignio, quando do contato do combustvel injetado com o ar aquecido pela

compresso provocada pelo mbolo.

A injeo de combustvel deve ser programada considerando-se o retardamento devido ao

tempo necessrio para que o combustvel misture-se com o ar, absorva o calor, sofra osprocessos das reaes qumicas preliminares e gere novas reaes, contribuindo para o

surgimento do trabalho da combusto.

A esta programao do tempo de injeo d-se o nome de avano de injeo. Se o

retardamento for superior ao esperado, teremos um acmulo de combustvel na cmara

que, ao inflamar-se, ir gerar um aumento muito brusco da presso, denominado

detonao, no motor Diesel.


52/117



CAUSAS DA DETONAO NOS MOTORES DIESEL

Os principais fatores que geram a detonao nos motores ciclo Diesel so similares aos do

ciclo Otto. Porm, nos motores que operam com combustvel Diesel, a expresso ndice de

octanasdeve ser substituda por ndice de cetanas.

O mtodo para a determinao do ndice de cetanas similar ao mtodo para a

determinao do ndice de octanas; porm, no primeiro, so utilizados os combustveis

padro cetano(com ndice de cetanas igual a 100), de fcil auto-ignio (condio ideal ao

combustvel de um motor operando em ciclo Diesel) e o alfametilnaftaleno, que tem ndice

de cetanas igual a 0 (zero).

Podem ser utilizados, tambm, o heptametilnonano, que tem ndice de cetanas igual a 15,

obtendo-se, quando da mistura com a cetana, o ndice de cetanas interpolado; e o leo

Diesel brasileiro, que tem especificao de ndice de cetanas mnimo de 45.

CONSUMO ESPECFICO DE COMBUSTVEL

O consumo especfico de combustvel a relao entre o consumo de combustvel e a

potncia efetiva do motor, ou seja:

(39)Neo

mcCe

.

=

O consumo especfico tambm est ligado diretamente ao rendimento global do motor

atravs de:

(40)mtpcimc

mcCe

.

.

=

Ou ainda:


53/117



(41)gpci

1Ce

=

Onde:

Ce o consumo especfico (g/kWh ou g/cvh etc.);

.

mc o consumo ou fluxo em massa de combustvel (kg/h; kg/s etc.);

Neo a potncia efetiva observadado motor (kW; cv etc.);

pci o poder calorfico inferior do combustvel (kcal/kg etc.);

g o rendimento global (adimensional);

t o rendimento trmico (adimensional);

m o rendimento mecnico (adimensional).

Durante os ensaios em dinammetros possvel definir qual ser o consumo de um

determinado veculo atravs da seguinte frmula:

(42)CexNeo

cvvVFC

=

ou

(43) .mc

cvv

VFC

=

Sendo:

VFC= Consumo do Veculo em km/l (Vehicle Fuel Consumption)

vv= Velocidade do veculo em km/h

c= densidade do combustvel utilizado em g/l

Ce= Consumo Especfico em g/cvh ou g/kWh

Neo= Potncia Efetiva Observada do Motor em cv ou kW.mc = Consumo ou fluxo em massa ou consumo mssico de combustvel (g/h)

OBSERVAO

Como j visto anteriormente na disciplina de TAB a potncia efetiva observada para manter

o veculo em determinada condio de velocidade ser funo de variveis tais como:

Caractersticas do piso, tipo de pneu, relao de transmisso, rendimento da transmisso,

inclinao da pista, massa do veculo, coeficiente de penetrao aerodinmica, rea frontal

da carroceria, densidade do ar, velocidade do vento, etc.


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POTNCIA ESPECFICA

A potncia especfica a relao entre a potncia efetiva reduzida lquida e a cilindrada domotor.

Os desenvolvimentos efetuados principalmente nos motores de competio visam o

aumento da potncia especfica. Aumenta-se a potncia mantendo-se a cilindrada.

AUMENTO DA POTNCIA ESPECFICA

A potncia especfica que, como j vimos acima, a relao entre a potncia efetiva

reduzida lquida e a cilindrada do motor, pode ser representada matematicamente por meio

da seguinte expresso:

(44)Ct

NerPe=

Onde:

Pe a potncia especfica do motor (kW/l; cv/l etc.)

Ner a potncia efetiva reduzida lquida do motor (kW; cv etc.).

Ct a cilindrada total do motor (cm; l etc.).

As tcnicas e mecanismos que contribuem para o aumento da potncia especfica visam

basicamente melhorar os rendimentos trmicos, mecnico e volumtrico do motor.

Visando tal resultado, pode-se otimizar a performance dos motores atravs dos exemplos a

seguir:

Adoo de maior nmero de vlvulas, modificao de coletores de admisso, adoo de

turbo-compressores tais procedimentos resultaro em melhorias no rendimento

volumtrico;

Otimizao de folgas entre componentes, adoo de defletores de leo, alterao das

caractersticas dos elementos sob frico (tribologia) essas aes traro melhorias no

rendimento mecnico;


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Melhoria do gerenciamento eletrnico do motor, adoo de tcnicas que aumentem a

eficincia da queima (motores de injeo direta a gasolina), otimizao da taxa de

compresso com auxlio do prprio gerenciamento eletrnico do motor e/ou alterao

das caractersticas dos combustveis utilizados, otimizao da cmara de combusto -

essas alteraes produziro melhorias no rendimento trmico.

INFLUNCIA DAS VARIVEIS ESTUDADAS NA POTNCIA DOMOTOR

Nos captulos anteriores foram apresentados alguns conceitos sobre motores tais como:

Rendimento trmico; Rendimento mecnico;

Rendimento global;

Rendimento volumtrico;

Cilindrada total do motor;

Taxa de compresso terica ou volumtrica;

Taxa de compresso real dinmica;

Velocidade e acelerao do mbolo.

Estes conceitos, como vimos, podem ser representados matematicamente por uma srie de

expresses. Alm da sua prpria importncia isolada, essas expresses podem, quando

agrupadas, estabelecer a potncia do motor como funo.

Se efetuarmos uma associao entre as equaes estudadas anteriormente e mostradas

abaixo:

xpcimcQ..

=

.

Q

Nit =

Ni

Nem =


56/117



.

Q

Neg =

g = t x m

Ni = Ne + Na

4

nchDCt

2 =

ma

mcreal

A

F=

( )idealA/F

realA/FLambda =

mae

macv=

2nCtemae

. =

v2

nCtemac

.

=

Teremos:

(45) vmxtpciA

F

maeNe

.

=

Ou ainda:

(46) vmtpciA

F

i

nCtpeNe

=

(47) mtpciA

F

macNe

.

=


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Onde:

Ne a potncia efetiva do motor (kW; cv etc.).

mae o fluxo em massa de ar na entrada do motor (kg/h; kg/s etc.).

F/A a relao combustvel-ar do motor (adimensional)

pci o poder calorfico inferior do combustvel (kcal/kg; MJ/kg etc.).

t o rendimento trmico do motor (adimensional)

m o rendimento mecnico do motor (adimensional)

v o rendimento volumtrico do motor (adimensional)

e a densidade do ar na entrada do motor

Ct a cilindrada total do motor (cm; l, etc.).

n a rotao do motor (rpm)

i o ndice definido em funo do tempo do motor: i =1 para motores 2 tempos ; i = 2

para motores 4 tempos

mac o fluxo em massa de ar no cilindro (kg/h; kg/s etc.).

Agora, verifique atravs das equaes do que depende a potncia no eixo de um motor!

PRESSO MDIA INDICADA (PMI)

Presso mdia indicada a presso constante que, aplicada no topo do mbolo, produziriao mesmo trabalho no ciclo termodinmico. Portanto, a presso mdia no uma grandeza

medida com instrumento (por exemplo, manmetro) e, sim, uma analogia.

(48)nCt

NiiPmi

=

Onde:

Pmi a presso mdia indicada (bar; kgf/cm etc.). i o ndice definido em funo do tempo do motor: i =1 para motores 2 tempos ; i = 2


Ni a potncia indicada do motor (kW; cv etc.).

Ct a cilindrada total do motor (cm; dm etc.).



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PRESSO MDIA EFETIVA (PME)

A presso mdia efetiva uma varivel muito expressiva no julgamento da eficcia com que

um motor tira proveito do seu tamanho (cilindrada), sendo, por isso, muito usada para fins

de comparao entre motores. O torque, por exemplo, no se presta muito para compararmotores porque depende das dimenses do motor. Os motores maiores normalmente

produziro maiores torques.

A potncia tambm no um bom elemento para permitir a comparao de motores, pois

depende, no somente das dimenses, mas tambm da velocidade de rotao. Por isso, em

um projeto, tem-se sempre em mente construir o motor de presso mdia efetiva elevada,

levando logicamente em conta os limites quanto aos esforos trmicos e mecnicos

envolvidos.

Podemos definir a presso mdia efetiva como sendo:

(49)nCt

NeiPme

=

Onde:

Pme a presso mdia efetiva (bar; kgf/cm etc.). i o ndice definido em funo do tempo do motor: i =1 para motores 2 tempos; i = 2

para motores 4 tempos.

Ne a potncia efetiva do motor (kW; cv etc.).


n a rotao do motor por minuto (rpm)

Presso Mdia de Atrito (Pma)

A presso mdia de atrito a presso hipottica constante que seria necessria no interior

do cilindro, durante o curso de expanso, para desenvolver uma potncia igual potncia

de atrito.

(50)nCt

NaiPma

=


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Onde:

Pma a presso mdia de atrito (bar; kgf/cm etc.).

i o ndice definido em funo do tempo do motor: i =1 para motores 2 tempos ; i = 2


Na a potncia de atrito do motor (kW; cv etc.).



Verifique que, da mesma maneira que para as potncias, podemos definir as seguintes

relaes entre as presses:

(51) Pmi = Pme + Pma

(52) Pme = Pmi Pma

(53) Pma = Pmi Pme

CLCULO DA PRESSO MDIA UTILIZANDO UNIDADES

COERENTESPresso Mdia (Pm)em bar

Potncia (N)em kW

Cilindrada total (Ct)em dm3

Rotao do Motor (n)em rotaes por minuto (rpm)

PARA MOTORES 4 TEMPOS PARA MOTORES 2 TEMPOS

(54)nCt

N1200Pm

= (55)

nCt

N600Pm

=


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Presso Mdia (Pm) em bar

Potncia (N)em cv


Rotao do motor (n) em rotaes por minuto (rpm)


(56)nCt

N833Pm

= (57)

nCt

N441Pm

=

Presso Mdia (Pm)em barTorque do motor (Tm)em Nm



(58)Ct

Tm0,1257Pm = (59)

Ct

Tm0,0628Pm =


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NORMALIZAO DOS ENSAIOS DE MOTORESDE COMBUSTO

Como vimos anteriormente nas equaes referentes potncia do motor, esta funo de

uma srie de variveis como a presso, a temperatura e a umidade do local onde o motor

est sendo ensaiado. Por exemplo, se um motor estiver trabalhando em local de baixa

presso baromtrica, a potncia observada ser menor devido diminuio da massa de ar

disponvel nos cilindros. Da mesma forma, temperaturas elevadas fazem com que a massa

de ar admitida diminua.

Devido a fatores como esses, torna-se necessria a normalizao dos ensaios e a correo

da potncia observada para condies denominadas condies padro de referncia.

As condies padro de referncia so estabelecidas conforme normas. A norma existente

atualmente no Brasil que define os critrios para reduo da potncia do motor a ABNT

ISO 1585.

De maneira muito resumida, segue abaixo o procedimento de reduo da potncia tomando-se como referncia a norma ABNT NBR ISSO 1585. Vale a pena lembrar que, para a

execuo dos ensaios, o aluno deve pesquisar a norma ABNT em sua ltima edio.

Nas citaes a seguir levaremos em conta somente as medies efetuadas no eixo do

motor, ou seja, os valores efetivos.

FATOR DE REDUO DA POTNCIA

O fator de reduo o nmero que dever ser multiplicado pela potncia efetiva

observada no ensaio, gerando com isto a potncia efetiva reduzida (ou corrigida). O fator

leva em conta as condies atmosfricas de referncia.


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Dados a potncia efetiva observada no instante do ensaio e o fator (ou c) podemos

calcular a potncia efetiva reduzida como sendo:

60) Ner = x Neo

Onde:

Ner a potncia efetiva reduzida (kW; cv)

o fator de reduo da potncia para motores de ignio por centelha ou c para

motores de ignio por compresso (adimensional)

Neo a potncia efetiva observada (kW; cv).

CONDIES ATMOSFRICAS DE REFERNCIA

As condies atmosfricas tomadas como referncias na norma so:

ta a temperatura ambiente de referncia = 298 K ou 25C

pas a presso do ambiente do ar seco de referncia = 99kPa

pv a presso do vapor de gua da umidade do ar de referncia = 1 kPa

patm a presso atmosfrica de referncia dada por pas + pv = 100 kPa

Mesmo estabelecendo o fator de reduo, a norma define limites dentro dos quais os

motores possam ser ensaiados. Estes limites so:

Temperatura Ambiente (ta)

Para motores de ignio por centelha: 288 K < ta < 308 K (ou seja entre 15C e 35C);

Para motores de ignio por compresso: 283 K < ta < 313 K (ou seja entre 10C e

40C).

Presso Seca (pas)

Para ambos os motores: 80 kPa < pas < 110 kPa.


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CLCULO PARA DETERMINAO DO FATOR DE REDUO

Para motores ciclo Otto, o fator de reduo ou c deve ser calculado de acordo com a

seguinte equao:

0,61,2

298

te273

pas

99

+

= x

J a presso do ar seco calculada por meio da expresso:

[ ] ( )

= +

100patmtbutbs0,49

7,51patmpas e 273tbu5345,521,106 xx

Onde:

pas- presso do ar seco na entrada do motor, no local onde efetuado o ensaio (kPa).

te- temperatura do ar na entrada do motor (C)

patm- presso atmosfrica no local do ensaio (kPa)

tbu- temperatura de bulbo mido no local do ensaio (C)

tbs- temperatura de bulbo seco no local do ensaio (C).

O fator deve ser mantido dentro do intervalo de 0,93 a 1,07.

Caso seja observado valor diferenciado, isso deve ser anotado no relatrio de ensaio.

Para motores Diesel, o fator de reduo ou c deve ser calculado de acordo com a

seguinte equao:

c = fafm

Onde:

fa o fator atmosfrico dependente do local de ensaio

fm o fator do motor que dependente da quantidade de combustvel injetado


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O fator cdeve ser mantido dentro do intervalo de 0,9 a 1,1.

O fator fa dependente do tipo de aspirao do motor Diesel. Assim, para motores Diesel

de aspirao natural, o fator dever ser calculado como:

0,7

298

te273

pas

99fa

+

= x

Para motores Diesel turbo-alimentados sem ps-arrefecedor de ar ou com ps-arrefecedor

tipo ar/ar, o fator dever ser calculado como:

1,20,7

298

te273

pas

99fa

+

= x

Para motores Diesel turbo-alimentados com ps-arrefecedor de ar pelo lquido de

arrefecimento do motor, o fator dever ser calculado como:

0,70,7

298

te273

pas

99fa

+

= x

FATOR FM

Dentro dos limites estabelecidos para c, o fator do motor (fm) uma funo do parmetro

da vazo corrigida do combustvel qc, sendo:

Fm= 0,036qc 1,14

Onde:

r

qqc=


65/117



00 ,20 ,40 ,60 ,8

11 ,21 ,4

0 2 0 4 0 6 0 8 0

q c

fm

q um parmetro de vazo do combustvel em miligramas por ciclo por litro do volume

deslocado do motor [(mg/(l x ciclo)], e dado por:

( ) ( )( ) ( )minutopormotordorotaolemtodeslocamen

g/semlcombustvedevazoZq

=

Onde:

Zcorresponde a 120.000 para motores Diesel 4 tempos e a 60.000 para motores Diesel

2 tempos

r a relao da presso esttica absoluta na sada do sobre-alimentador ou ps-

arrefecedor do ar, quando utilizado, e da presso ambiente (r = 1 para motores de

aspirao natural).

A equao para o fator do motor (fm) vlida somente para um valor de qc dentro do

intervalo de 37,2 mg/lciclo e 65 mg/lciclo. Valores fora deste intervalo devem ser

consultados na norma.

CURVAS CARACTERSTICAS DOS MOTORES

Alguns dos conceitos dos motores de combusto interna, apresentadas anteriormente, no

so constantes. Isto quer dizer que elas variam em funo das condies da carga e da

rotao do motor e, conseqentemente, dos seus rendimentos.

As curvas mais usuais depreendidas de tais variaes referem-se a:

Torque efetivo reduzido lquido;

Potncia efetiva reduzida lquida.


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Essas curvas podem ser obtidas uma em funo da outra.

A seguir so dadas curvas caractersticas de um motor de combusto interna em condio

de carga mxima a qual comumente denominada de WOT (W ide OpenThrotlle borboleta

totalmente aberta). Os valores listados foram obtidos em um ensaio de um motor em banco

de dinammetros. A partir desses valores, possvel gerar o grfico do desempenho do

motor (cf. logo adiante, aps a tabela das curvas). Analisando-se as curvas caractersticas

do motor, pode-se verificar que torque, potncia e consumo no so constantes.

Conseqentemente, os valores, quando especificados, devem ser os seguintes:

Potncia Mxima Efetiva Lquida Reduzida 65,4 kW a 5600 rpm.

Torque Mximo Efetivo Lquido Reduzido 130 Nm a 3800 rpm.

Na tabela a seguir, observe que foram especificados, para a construo das curvas, as

seguintes variveis:

A carga de operao do motor: os valores mximos referem-se plena carga.

A rotao de operao em que foi obtido o valor mximo.

Os valores obtidos (para torque e potncia) nessas respectivas rotao e carga.


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CURVAS CARACTERSTICAS DE UM MOTOR OPERANDO EM PLENA CARGA(WOTWIDE OPEN THROTLLE)

ROTAO DO MOTOR

[rpm]

TORQUE EFETIVO REDUZIDO

[Nm]

POTNCIA EFETIVA REDUZIDA

[kW]

1000 91,7 9,6

1200 96 12,1

1400 100 14,7

1600 102,8 17,2

1800 105,3 19,8

2000 108 22,6

2200 110,9 25,5

2400 113,4 28,5

2600 116 31,6

2800 120 35,2

3000 122,9 38,6

3200 124,5 41,7

3400 127 45,2

3600 129,7 48,9

3800 130 51,7

4000 128,4 53,8

4200 127 55,9

4400 125,9 58,0

4600 123,5 59,54800 121 60,8

5000 118,3 61,9

5200 116,7 63,5

5400 114 64,5

5600 111,5 65,4

5800 107 65,0

6000 102 64,1

6200 96 62,3


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Performance do Motor

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1000

1400

1800

2200

2600

3000

3400

3800

4200

4600

5000

5400

5800

6200

rotao do motor

Torque[Nm]

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

Potncia[kW]

Torque Efetivo Reduzido[Nm] Potncia Efetiva Reduzida [kW]


69/117



UNIDADES DE MEDIDAS

PRINCIPAIS UNIDADES DE COMPRIMENTO

PRINCIPAIS UNIDADES DE MASSA

PRINCIPAIS UNIDADES DE VELOCIDADE

X km/h m/s

km/h 1 0,28

m/s 3,6 1

PRINCIPAIS UNIDADES DE FORA

X dina N kgf lbf

dina 1 10-5 0,102x10-5 2,3x10-6

N 105 1 0,102 0,225

kgf 980665 9,80665 1 2,205

lbf 4,45x105 4,45 0,453 1

X km hm dam m dm cm mm in Nome

km 1 10 102 10 104 105 106 39370 quilmetro

hm 10-1 1 10 102 103 104 105 3937 hectmetro

dam 10-2 10-1 1 10 102 103 104 393,7 decmetro

m 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 39,37 metro

dm 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 3,94 decmetro

cm 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 0,394 centmetro

mm 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 0,39x10-1 milmetro

in 2,54x10-5 2,54x10-4 2,54x10-3 2,54x10-2 2,54x10-1 2,54 25,4 1 polegada

X kg g utm lb

kg 1 103 0,102 2,205

g 10-3 1 1,02x10-4 2,2x10-3

utm 9,8066 9806,65 1 21,62

lb 0,4535 453,5 6,25x10-2 1


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PRINCIPAIS UNIDADES DE PRESSO

X Pa atm bar kgf/m2 psi Torr inHg

Pa 1 9,869x10-6 10-5 10,2x10-2 1,45x10-4 7,5x10-3 2,95x10-4

atm 101325,0 1 1,01325 10,332x103 14,6959 760 29,92

bar 105 9,869x10-1 1 10,197x103 14,5 750 29,53

kgf/m2 9,80665 9,6784x10-5 9,8x10-5 1 14,2x10-4 735x10-4 28,9x10-4

psi 6894,8 6,8x10-2 68,95x10-3 703 1 51,7 2,04

Torr 133,3 13,16x10-4 133,3x10-5 13,595 19,3x10-3 1 39,4x10-3

inHg 3386,5 3,34x10-2 33,9x10-3 345,3 49x10-2 25,4 1

PRINCIPAIS UNIDADES DE ENERGIA E TRABALHO

X J kcal kgfm Btu

J 1 23,9x10-5 10,2x10-2 94,8x10-5

kcal 4,1868x103 1 426,9 3,97

kgfm 9,80665 2,3x10-3 1 93x10-4

Btu 1055 0,252 107,59 1

PRINCIPAIS UNIDADES

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