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%A2mica7/25/2019 Relatorio de Motores Diesel
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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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Fig. 3.2 ngulo do virabrequim Vs. Presso de trabalho a 1800 rpm.
Fig. 3.3 ngulo do virabrequim Vs. Presso de trabalho a 2200 rpm.
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
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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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