Relatorio de Motores Diesel

7/25/2019 Relatorio de Motores Diesel

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Pontifcia Universidade Catlica do

Rio de Janeiro

Motores de Combusto Interna

Relatrio do motor diesel

Relatorio # 2


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Relatrio do motor diesel

1. INTRODUO

O presente trabalho tem como objetivo avaliar as principais caractersticas de um motor

diesel de quatro tempos (potencia, rendimentos, consumo especifico de combustvel, etc.)

a diferentes condies de trabalho. Assim se tem como dados de entrada para o calculo o

dimetro do cilindro, presso no interior do cilindro, ngulo do virabrequim, presses e

temperaturas dos fluidos (em diversos pontos do motor), consumo mssico do ar mido e

consumo do combustvel.

As principais caractersticas a avaliar foram:

Potncia indicada.

Potncia consumida por atrito e por equipamento auxiliares (bombas de combustvel ede leo, etc.).

Rendimento mecnico.

Rendimento trmico.

Rendimento volumtrico.

Consumo especfico de combustvel.

Relao massa de ar seco / massa de combustvel.

Calor liberado pelos gases de escape.

Calor trocado no intercooler.


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2. ANLISE TERICA

2.1.

Motor diesel.

O motor diesel um motor trmico de combusto interna que funca quando este

atinge elevadas temperaturas produzidas pelo efeito da compresso do ar no interior

do cilindro.

Este motor foi inventado e patenteado por Rudolf Diesel em 1892, do qual deriva o

nome. Ele foi desenhado inicialmente e apresentado na feria internacional de 1900

em Pars como o primeiro motor a bicombustvel. Diesel tambm reivindicou sua

patente ao uso de carvo em p como combustvel, mais anos depois demonstrara

que ele muito abrasivo para ser utilizado em motores.

O motor diesel tem duas verses uma de dois tempos e outra de quatro tempos,sendo os motores de dois tempos utilizados na indstria naval.

2.2.Ciclo diesel

Para explicar o funcionamento de um motor Diesel, preciso conhecer algumas

caractersticas termodinmicas referentes teoria de mquinas trmicas, mais

concretamente aos ciclos trmicos. O ciclo Diesel representa, em teoria, o

funcionamento do motor com o mesmo nome. A realidade no difere muito deste

modelo terico, mas devido a variados fatores, o ciclo trmico no passa mesmodisso. Na prtica, o funcionamento possui algumas diferenas.

Processo 1 2Compresso isentrpica
http://pt.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A2micahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A2mica


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Processo 2 3Fornecimento de calor a presso constante (isobrico) Processo 3 4Expanso isentrpica Processo 4 1Cede calor a volume constante

Ciclo ideal Diesel Real de um motor de quatro tempos.

O processo de 6-1 um processo a presso constante ento o trabalho realizado pelo

ciclo nesta esta dada por a seguinte equao:

6= ( 6)

O processo 1-2 um processo de compresso isentrpico, aqui tem-se todas asvlvulas fechadas.

= (/) = (/) = ()

= (/) = = (/) = ()

= 0

= ( )/(1 ) = ( )/(1)

=( )= ( )

O processo 2-3 um processo a presso constante ali donde inicia a combusto.

= = = ( )= (+ )( )

= ( + 1)( )

= = ( )=( )

= ( )= ( )


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=

O processo 3-4 um processo isentrpico.

= 0

= ( ) = ( )

= ( ) = ( )

= ( )/(1 ) = ( )/(1)

=( )= ( )

5= = =

5= 0

5= = (5 )= ( )

5= = (5 )=(5 )= ( )

O processo 5-6 um processo feito a presso constante, onde a vlvula de escapamento fica

aberta e a vlvula de admisso permanece fechada.

56= (6 5)= (6 )

A eficincia trmica do sistema Diesel fica assim:

() =||/||= 1 (||/||)

= 1 [( )/( )]

= 1 ( )/( )

Ento podemos escrever a equao de eficincia para um ciclo diesel assim:

() = 1 (1/)( 1)/{( 1)}

A equao da acima esta em funo dos parmetros de radio de compresso (), = / ea relao de temperaturas nos pontos 3 e 2 ),

= /

Para os processos isentrpicos envolvidos no ciclo diesel o valor de k um valor que

comumente varia entre 1,2 e 1,4, sendo o valor de 1,4 um valor terico para um ciclo ideal


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3. DESCRIPO EXPERIMENTAL E INSTRUMETAO

O procedimento experimental foi feito num motor diesel de quatro cilindros no

local do LEV-PUCRJ. O motor foi adequadamente instalado com sensores de

presso e temperatura, etc. Assim tambm se contou com ajuda de umdinammetro para medir a potencia de freio no eixo.


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O motor foi testado a diferentes posies do acelerador e diferentes revolues e

potencias.

A tabela 3.1 apresenta as diferentes condies de trabalho do motor. Podem-se

observar diferentes regimes de trabalho a diferentes velocidades

Ensaio RotaoPosio

doacelerador

Torque

no. rpm % N.m

1 1600 100 373.9

2 1600 49 281

3 1600 43 187

4 1600 36 112.1

5 1800 100 410.46 1800 55 308

7 1800 48 205.1

8 1800 40 123

9 2200 100 401.9

10 2200 68 300

11 2200 60 200.1

12 2200 53 120.1

Tabela 3.1 Diferentes condies de operao no motor

Fig. 3.1 ngulo do virabrequim Vs. Presso de trabalho a 1600 rpm.


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As figuras 3.1, 3.2 e 3.3 apresentam os trs diferentes testes a diferentes

velocidades e a diferentes posies do acelerador. Pode-se notar que as pressesde trabalho a 1600 rpm. So menores com as presses a 2200 rpm.


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4. REDUO DE DADOS

Com os dados experimentais obtidos podem-se calcular as diversas propriedades

que envolvem um processo de combusto, assim tem-se:

4.1.Potncia indicada (Pi).

A potncia indicada resultante do trabalho transferido pelo gs ao pisto. diferente da potncia efetiva disponvel no flange de acoplamento do eixo dovirabrequim pois inclui a potncia de atrito dos componentes mveis e a deacionamento dos acessrios do motor. A potncia indicada bruta corresponde soma da potncia efetiva mais a potncia de atrito e a potncia de bombeamentodos gases. A potncia indicada bruta a melhor definio, pois a soma da

potncia til no eixo mais a potncia perdida durante o funcionamento do motor

Fig. 3.4 Volume deslocado Vs. Presso de trabalho a 1600 rpm.

Fig. 3.5 Torque VS RPM a 100% da posio do acelerador.


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Fig. 3.6 Pot(KW) VS RPM a 100% da posio do acelerador.

Onde:

PMI = Presso indicada meia

Wi= Trabalho indicado

Pi= Potencia indicada

Vcil= Volume do cilindro (m3)

n = Nmero de cilindros

N = Revolues por segundo (rps)


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Tabela 4.1 Potencia indicada no motor

4.2.

Potncia consumida por atrito e por equipamento auxiliar (Pc)

A potncia consumida por atrito das partes mecnicas a diferena entre a

potencia indicada menos a potencia no eixo do motor, assim tem-se a seguinte

expresso.

Pc = Pi- PE

A tabela 4.2 apresenta os diferentes comportamentos da potencia consumida

nas diferentes operaes de trabalho do motor, assim pode-se observar um

aumento da potencia consumida com uma menor posio do acelerador a

Ensaio RotaoPosio

doacelerador

Potenciaconsumida

no. rpm % %

1 1600 100 0.54872747

2 1600 49 0.562050237

3 1600 43 0.5973161884 1600 36 0.642284034

5 1800 100 0.560034759

6 1800 55 0.572378487

7 1800 48 0.600771733

8 1800 40 0.653950788

9 2200 100 0.559781601

10 2200 68 0.59427873

11 2200 60 0.62708087

12 2200 53 0.686543454

Tabela 4.2 Potencia consumida no motor


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4.3. Rendimento mecnico (RM).

O rendimento mecnico representa o percentual de energia mecnica nos

pistes que est sendo convertido em energia mecnica no volante motor. calculado pela seguinte equao:

Onde:

RM = Rendimento mecnico

PE= Potencia

mecnica

Pi = Potenciaindicada

Tabela 4.3 Rendimento

mecnico do motor

Na tabela 4.3,

mostra claramente uma

baixa eficinciamecnica a

baixas posies do

acelerador,

assim tem-se para

1600 rpm. Uma variao na faixa de 70% at 56%.

4.4.Rendimento trmico.(RTM).

Rendimento termo-mecnico representa o percentual de energia trmica que

est sendo convertido em energia mecnica no volante motor. calculado pela

seguinte equao:

Ensaio RotaoPosio

do

acelerador

mecanico

no. rpm % %

1 1600 100 0.45127253

2 1600 49 0.437949763

3 1600 43 0.402683812

4 1600 36 0.357715966

5 1800 100 0.439965241

6 1800 55 0.427621513

7 1800 48 0.399228267

8 1800 40 0.3460492129 2200 100 0.440218399

10 2200 68 0.40572127

11 2200 60 0.37291913

12 2200 53 0.313456546


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RTM = Rendimento trmico

PE= Potencia mecnicaPT= Potencia total

Ensaio RotaoPosio

doacelerador

termico

no. Rpm % %

1 1600 100 0.509023836

2 1600 49 0.5107632383 1600 43 0.519311051

4 1600 36 0.513026725

5 1800 100 0.528050232

6 1800 55 0.527935472

7 1800 48 0.516367753

8 1800 40 0.53136477

9 2200 100 0.504183407

10 2200 68 0.528705364

11 2200 60 0.534615758

12 2200 53 0.540885234

Tabela 4.4 Rendimento trmico do motor

Os valores de rendimento trmico variam na faixa de 50% at 54%

dependendo do valor de revolues.

4.5.Rendimento volumtrico. (v).

A eficincia volumtrica o parmetro utilizado para medir a taxa efetiva de

volume de ar deslocado pelo mbolo.


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a vazo de ar mido que entra no motor em [kg/s], ar a massa

especfica do ar na admisso em [kg/m3], Vd o volume deslocado por ciclo

em [m3] e N a velocidade angular mdia [rps].

A densidade do ar ar dado pela lei dos gases ideais

PVRT

= mAr

P = [Pa]; T = [K]

R = [kj/kg-K]; mAr= [kg]

Ensaio RotaoPosio

doacelerador

volumetrico

no. rpm % %

1 1600 100 0.260327049

2 1600 49 0.22842669

3 1600 43 0.204831898

4 1600 36 0.180928047

5 1800 100 0.301231068

6 1800 55 0.259636171

7 1800 48 0.230103765

8 1800 40 0.196519332

9 2200 100 0.327848651

10 2200 68 0.294187954

11 2200 60 0.256329712

12 2200 53 0.221579367

Tabela 4.5 Rendimento volumetrico do motor

4.6.Consumo especfico de combustvel (CeCD).

O consumo especfico dado pela razo entre o consumo do combustvel

Diesel e a potncia lquida no eixo do motor


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Ensaio RotaoPosio

doacelerador

Consumo de

Comb

no. rpm % g/Kw.h

1 1600 100 218.2043646

2 1600 49 224.076609

3 1600 43 239.6893371

4 1600 36 273.1254289

5 1800 100 215.7480335

6 1800 55 222.0240713

7 1800 48 243.1420391

8 1800 40 272.58994269 2200 100 225.8310804

10 2200 68 233.6678473

11 2200 60 251.4108596

12 2200 53 295.6364522

Tabela 4.6 Consumo especfico de combustvel do motor

4.7.

Relao massa de ar seco / massa de combustvel.

Para o clculo da massa de ar mido suprido na unidade de tempo utilizou-se a

seguinte formula:

w= umidade absoluta

Ensaio RotaoPosio doacelerador

Ar(seco)/Combu

no. rpm % kg / s1 1600 100 27.11766886


16/17

2 1600 49 30.807935443 1600 43 38.642367674 1600 36 50.169027495 1800 100 28.939055286 1800 55 32.1606848

7 1800 48 39.618872478 1800 40 50.257315769 2200 100 30.90479976

10 2200 68 35.6231114411 2200 60 43.4176947512 2200 53 53.03964765

Tabela 4.7 Consumo Ar(seco)/Combustvel do motor

4.8.Calor liberado pelos gases de escape.

O calor liberado pelos gases de escapamento dado pela seguinte formula

Qexa= Cpf(T)

Onde o valor dos coeficientes para combustvel diesel so os seguintes:

Af1= -9.1063 Af2= 246.97

Af3= -143.74 Af4= 32.329 Af5= 0.0518

Ensaio RotaoPosio

doacelerador

Q(Exausto)

no. rpm % Kj/gmol

1 1600 100 195.6312879

2 1600 49 172.631853

3 1600 43 128.5690182

4 1600 36 92.28374999

5 1800 100 180.2227642

6 1800 55 156.16260047 1800 48 127.3918467

8 1800 40 93.20522291

9 2200 100 190.5806671

10 2200 68 139.5635671

11 2200 60 108.9050771

12 2200 53 88.65341208

4.9. Calor trocado no intercooler.

O calor no intercooler esta dado pela formula de transferncia de calor por

conveco


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Assim tem-se que:

QTroca= har(T)

5.

COMENTRIOS []

A potencia consumida pelos atritos mecnicos esto em uma faixa de 50%- 60%,

este pode ser devido ao desgaste j prematura de algumas peas mecnicas ou a

toma de dados numa temperatura no estvel.

O rendimento mecnico para as diferentes faixas de revolues fica em 31-45%,

assim mesmo os valores de rendimento trmico so numa faixa de 45-50 %, o qual

um valor razovel para motores de combusto interna. Pode-se notar uma

discrepncia com os dados de rendimento mecnico y trmico, isto pode serexplicado devido ao funcionamento deficiente de alguns instrumentos de controle

ou ao mal controle de medidas

Com respeito a relao Ar- Combustvel este incremente a maiores cargas de eixo e

a maiores revolues

Os valores de Calor liberado pelos gases de escapamento so altos devido a alta

temperatura de ele no escapamento.

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