MOTORES TÉRMICOS · Motores As propriedades dos motores variam em função das condições de funcionamento. Para se ter uma visualização dessas variações são construídas curvas

MOTORES TÉRMICOS

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 20-21 – MCI: CICLOS E CURVAS

Diagrama P-v Ciclo Otto 4T◦Os aspectos qualitativos de umdiagrama p-v real de um motorciclo Otto está representado aolado.

◦Esse diagrama representa ociclo desse tipo de motornaturalmente aspirado (NA)operando a plena carga.

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Diagrama P-v Ciclo Otto 4T◦Note que podem-se fazer

análises do funcionamento domotor, por exemplo, que as áreasentre os processos e o eixo dosvolumes correspondem aotrabalho realizado.

◦ Cada ângulo α de rotação damanivela corresponde a certovolume do FA contido entre acabeça do pistão e o cabeçote.

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Diagrama P-v Ciclo Otto 4T

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Diagrama P-v Ciclo Diesel 4T◦A figura ao ladomostra o esboço deum diagrama p-vde um motor cicloDiesel a 4T.

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Comparativo MIF - MIE

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Diagrama P-v Ciclo Otto 2T◦Nesse motor é difícilassociar os processose eventos aos cursosdo pistão, já quealguns delesacontecemconcomitantemente.

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Propriedades do MotorPotência Efetiva - Ne

◦É a potência medida no eixo do motor:

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Propriedades do MotorPotência indicada - Ni

◦É a potência desenvolvida pelo ciclo termodinâmico do fluidoativo. Essa potência pode ser medida com um indicador depressão, que permita traçar o ciclo do fluido ativo.

◦Onde: Wi – Trabalho realizado no ciclo termodinâmico; n –rotação do motor; x – 1 ou 2, dependendo do motor serrespectivamente 2T ou 4T; z – número de cilindros do motor.

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Propriedades do MotorRelação Entre Potências

◦Como o motor de combustão é uma máquina térmica, aprodução de potência provém do fornecimento de calorproveniente da combustão.

◦No caso:

◦Dessa forma, como exige a Segunda Lei da Termodinâmica:

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◦O que se pode observar ainda é que:

◦Onde Na representa a potência perdida poratrito.

◦A eficiência global efetiva fica:

◦A eficiência mecânica fica:

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◦Desta forma, agrupando as eficiência temosque:

◦Pode-se escrever a potência efetiva da seguinteforma:

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◦Defini-se a relação combustível-ar como sendoa relação entre a massa de combustível (mc) e amassa de ar (ma), ou seja:

◦Desta forma temos:

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Propriedades do MotorEficiência Volumétrica

◦Para o estudo da admissão de ar para o motor,em lugar do ma, prefere-se o termoadimensional denominado eficiênciavolumétrica(ηv).

◦A eficiência volumétrica é a relação entre amassa de ar realmente admitida no motor (ma)e a massa de ar que poderia preencher omesmo volume com propriedades iguais daatmosfera local onde o motor funciona (mae).

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◦Sabe-se que a temperatura no interior docilindro é maior que temperatura na atmosferaexterior (Ti>Te) e que a pressão no interior docilindro é menor que a atmosfera no exterior(Pi<Pe).

◦Então pode-se afirmar que: ρi<ρe

◦Onde ρi é a massa específica do ar de admissãoe ρe é a massa específica do ar atmosféricolocal.

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◦Sabendo-se que: ρi<ρe

◦Logo, o enchimento dos cilindros se faz comum ar mais rarefeito do que aquele que formao ambiente que envolve o motor.

◦A eficiência volumétrica irá então representar aeficiência do enchimento dos cilindros, emrelação àquilo que poderia ser admitido com amesma massa específica do ambientecircundante.

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◦Pode-se escrever os fluxos mássicos da seguinteforma:

◦Assim a potência efetiva pode ser escrita:

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Propriedades do MotorControle ou Variação da Potência

◦Através da equação da potência efetiva épossível obter uma equação para o torque:

◦Mostrando que, para uma dada cilindrada,ambiente e combustível, fixada a relaçãocombustível-ar, o torque varia com: ηt.ηm.ηv

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◦Se supuséssemos as eficiênciasconstantes para um motor, emqualquer condição, o queobviamente não é verdade, otorque seria constante emqualquer rotação.

◦Por outro lado, teríamos apotência:

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◦Observa-se que a potência do motor podevariar com a rotação ou comandada pelavariação do acelerador, que no motor Ottoaciona a borboleta e no motor Diesel o débitoda bomba injetora.◦Quando o acelerador do motor estátotalmente acionado, qualquer que seja arotação, diz-se que o motor está a plena carganessa rotação, e estará desenvolvendo amáxima potência que pode ser desenvolvidanessa rotação.

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◦Assim, no banco de provas, é possível efetuardois tipos de ensaios básicos:◦Medição da variação das propriedades do motor,

mantida a carga e variando a rotação;

◦Medição da variação das propriedades do motor,mantida a rotação e variando a carga.

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Propriedades do MotorConsumo Específico - Ce

◦O consumo específico é a relação entre oconsumo de combustível e a potência efetiva:

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◦A potência efetiva é medida no dinamômetro eo consumo de combustível é medido de duasmaneiras:◦Medição Volumétrica: Utiliza-se um frasco de

volume calibrado para medição do volumeconsumido;

◦Medição gravimétrica: Utiliza-se uma balança paramediação do peso consumido.

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◦O gráfico apresenta uma curva aplena carga de um motor cicloDiesel, relacionando a rotação como consumo de combustível.

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Propriedades do MotorPressão Média - Pm

◦Durante o ciclo termodinâmicodesenvolvido no fluido ativo deum motor de combustãointerna, o trabalho pode serobtido por:

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◦Defini-se pressão média do ciclo oupressão média indicada, como sendouma pressão que aplicadaconstantemente na cabeça do pistãoao longo do curso de expansão,produziria o mesmo trabalho dociclo.

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◦Observa-se que Pm representa otrabalho por unidade de cilindrada.

◦Como a Pm é, no fundo, uma médiadas pressões do gás ao longo do ciclo,pressões médias mais altas significamque o motor está sujeito a maioresesforços e maiores cargas térmicas.

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◦Lembrando que:

◦Pode-se escrever:

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◦Os mesmo conceitos são utilizados para a definição de:◦ Pressão média efetiva:

◦ Pressão média de atrito:

◦ Pressão média calorífica:

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◦Assim, as relações que podem ser escritascomo potências, também podem serefetuadas com pressão média, como porexemplo:

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Propriedades do MotorCurvas Características dos Motores◦As propriedades dos motoresvariam em função das condiçõesde funcionamento. Para se teruma visualização dessasvariações são construídas curvascaracterísticas a partir de ensaiosrealizados em laboratório.◦As mais usuais para finscomerciais são as curvas a plenacarga de Ne, T e Ce em função darotação.

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Propriedades do MotorCurvas Características dos Motores◦É importante notar que, sendo:

◦Tem-se:

◦Traçando-se uma reta a partir daorigem, o ângulo β formado como eixo das abscissas tem aseguinte característica:

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Propriedades do MotorCurvas Características dos Motores◦Logo, os pontos (a) e (c) quecorrespondem a um mesmo βapresentarão um mesmotorque. A tangente traçada daorigem resultará no βmax e,portanto determinará o pontode torque máximo.

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Propriedades do MotorCurvas Características dos Motores◦Para agrupar num único gráficoos ensaios de variação doconsumo específico com arotação e com a carga, costuma-se fazer o chamadomapeamento do motor no qualdiversas variáveis são lançadasno mesmo gráfico.

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Propriedades do MotorCurvas Características dos Motores

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