ESTUDO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

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1 ESTUDO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA Luiz Atilio Padovan Prof. Eng. Agrônomo EVOLUÇÃO DA MECANIZAÇÃO 1

2 TREM DE FORÇA SISTEMA MECÂNICO Diferencial Motor Câmbio Embreagem FUNCIONAMENTO DO MOTOR Motor DEFINIÇÃO É um mecanismo que transforma qualquer forma de energia (química, elétrica, hidráulica, eólica, solar, etc) em energia mecânica. Motor de Combustão Interna - M.C.I. É um mecanismo que transforma a energia química dos combustíveis (diesel, gasolina, álcool, gás, etc) em energia térmica e esta em energia mecânica (Rotação). 2

3 FUNCIONAMENTO DO MOTOR HISTÓRICO Nikolaus A. Otto Construiu o motor de combustão interna de quatro tempos, conhecido por Ciclo OTTO Rudolf Diesel Inventou um motor de quatro tempos com princípio diferente do ciclo Otto, conhecido por Ciclo DIESEL COMBUSTÃO Três elementos da combustão: FUNCIONAMENTO DO MOTOR Triângulo do fogo 3

4 FUNCIONAMENTO DO MOTOR COMBUSTÃO COMPONENTES FUNCIONAMENTO DO MOTOR 4

5 OS QUATROS TEMPOS DO MOTOR FUNCIONAMENTO DO MOTOR 1º Admissão 2º Compressão 3º Explosão 4º Escape FUNCIONAMENTO DO MOTOR Obs: Animação Motor de Automóvel 5

6 FUNCIONAMENTO DO MOTOR FUNCIONAMENTO DO MOTOR SISTEMA DE VÁLVULAS 6

7 Turbo compressor SUPERALIMENTAÇÃO DE MOTORES TURBINA MOTOR SUPERALIMENTADO TURBINA Turbo compressor 7

8 Turbo compressor INTERCOOLER MOTOR SUPERALIMENTADO INTERCOOLER 8

9 INTERCOOLER INTERCOOLER * Vista superior do motor 25 C Entrada Filtro de Ar 41 C Entrada Turbo 450 C Entrada Silencioso 170 C Entrada Intercooler 650 C Coletor Escape 110 C Intercooler 65 C 60 C Saída Intercooler Pontos de Coleta das Temperaturas 65 C Entrada Coletor de Admissão Combustão 9

10 Euro2 6.9litre 206kW Caminhão de 18 ton Com a cabina basculada P = barom T = 400 C Turb Comp P = bar T = 25 C ρ = 1.1kg/m³ Silenciador Filtro de Ar P = barom (0 bar) T = 21 C MOTOR DE 2 TEMPOS 10

11 MOTOR DE 2 TEMPOS MOTOR DE 2 TEMPOS 11

12 CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO DE MOTORES 31 hp VELOCIDADE DO ÊMBOLO CILINDRADA RELAÇÃO DE COMPRESSÃO MOMENTO DE FORÇA (TORQUE) POTÊNCIA 3500 hp RESERVA DE TORQUE CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL 1. CURSO DO ÊMBOLO VELOCIDADE DO ÊMBOLO (Metro/segundo) V= h (m) x 2 x rpm 60 Diâmetro do cilindro: permite obter a área da superfície deslocada pela pressão de expansão dos gases. Tipos de cursos do êmbolo (h) Curto = curso do êmbolo é menor que o diâmetro. Longo = curso do êmbolo é maior que o diâmetro Quadrado = curso do êmbolo é igual ao diâmetro. Para tratores a tendência é de curso curto. 12

13 2. CILINDRADA V d 2 4 h n V r 2 h n 3. RELAÇÃO DE COMPRESSÃO RC V v v RC = Cilindrada + Volume da câmara de combustão Volume da câmara de combustão 13

14 4. MOMENTO DE FORÇA : TORQUE R R Torque = Força x Distância R = h 2 UNIDADES DE TORQUE N.m Kgf.m lbf.pé EQUIVALÊNCIA ENTRE UNIDADES DE TORQUE 1 kgf.m = 9,8066 N.m = 7,2344 lbf.pé UNIDADES INDIVIDUAIS 1N = 0,10197 kgf 1 kgf = 9,8066 N 1 lbf = 0,4535 kgf 1 kgf = 2,2050 lbf 1 pé = 0,3048 m 1m = 3,2808 pé 14

15 5. POTÊNCIA Potência = Força x Distância Tempo Potência = Torque x Rotação Potência = Força x Velocidade R Potência = Pressão x Vazão POTÊNCIA Norma DIN - A unidade mais comum para expressar a potencia é o CAVALO- VAPOR (CV) DIN/ISO/NBR = Normas Internacionais SAE = Norma Americana 15

16 POTÊNCIA DIN, NBR, ISO: A potência do motor é medida com o ventilador, bomba de água, bomba injetora, alternador, silencioso e filtro de ar. CUNA (Itália): A potência do motor é medida sem o filtro de ar e sem silencioso. É de 5 a 10% superior aos valores em DIN, NBR e ISO SAE: A potência do motor é medida sem os agregados e consumidores de energia. É de 10 a 25% superior aos valores em DIN, NBR e ISO. * Não se deve comparar Normas diferentes (DIN x SAE). POTÊNCIA 1 cv = 75 kgf.m s 1 hp = 76 kgf.m s 1 kw = 102 kgf.m s P (cv) = T(Nm). rpm 7023 P (kw) = T(Nm). rpm 9549 P (hp) = T(lbf.ft). rpm 5250 P (cv) = T(kgf.m). rpm 716 P (kw) = T(kgf.m). rpm W = 1 N.m s 1 hp = 550 lbf.ft s 16

17 POTÊNCIA CONVERSÃO DE UNIDADES x CV HP KW Kgf.m/s CV 1 0,9868 0, HP 1, , kw 1,3596 1, ,97 kgf.m/s 0,0133 0,0131 0, CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL Definição: É a quantidade de combustível gasta por unidade de potência, em uma hora. Unidades: g/kw.h g/cv.h l/cv.h lb/hp.h 17

18 7. RESEVA DE TORQUE RT(%) Definição: É a resposta do motor, através do torque (força), quando ocorre a queda rotação e a perda potência ocasionada por um aumento na força de tração. RT (%) = Torque Máximo Torque na Potência Máxima x 100 Torque na Potência Máxima RESEVA DE TORQUE RT = RT = 21,9% 18

19 Curvas do Motor Uma curva de motor é obtida através de um teste realizado na saída de potencia desse motor (volante) aplicando ela um dispositivo chamado DINAMÔMETRO. O levantamento da curva define o comportamento do motor quando é submetido à cargas. Esta curva é chamada de curva de PLENA CARGA Motor Mercedez 19

20 Torque Máximo Torque na Potência máxima EXERCÍCIOS 1 - Qual a cilindrada de um motor de seis cilindros, cujo diâmetro e o curso do êmbolo é de 9 centímetros. 2 - Dados de um motor: - Diâmetro do cilindro...10 cm - Curso do êmbolo...10 cm - Volume da câmara de combustão (1 cilindro) cm 3 - Número de cilindros...4 Calcule: a) Qual a cilindrada deste motor em cm 3 e em litros? b) Qual a relação de compressão do motor e o tipo de combustível? 3 - Dados de um motor à gasolina: - Diâmetro do cilindro...7,70 cm - Curso do êmbolo...8,35 cm - Volume da câmara de combustão (1 cilindro)... 48,59 cm 3 - Número de cilindros...4 Calcule: a) Qual a cilindrada deste motor em cm 3 e em litros? b) Qual a relação de compressão do motor? c) Qual a relação de compressão deste mesmo motor na versão álcool, sabendo-se que o volume da câmara de combustão de 35,34 cm 3? 20

21 EXERCÍCIOS 4 - Dados de um motor: Dados do motor Motor A Motor B Versão 1 Versão 2 Versão 1 Versão 2 Diâmetro do cilindro 81 mm 81 mm 82,5 mm 82,5 mm Curso do êmbolo 86,4 mm 86,4 mm 92,8 mm 92,8 mm Volume da câmara de combustão (1 cilindro) 59,4 cm 3 39,4 cm 3 55 cm 3 43,1 cm 3 Número de cilindros Calcule: a) A cilindrada dos motores A e B nas versões 1 e 2, em cm 3 e em litros? b) A relação de compressão de cada um dos motores e o tipo de combustível? 5 - Com os dados de um motor, calcule: - Diâmetro do cilindro...82 mm - Curso do êmbolo...66,2 mm - Volume da câmara de combustão (total) ,5 cm 3 - Número de cilindros...4 a) Qual a cilindrada deste motor em cm 3? b) Qual a relação de compressão do motor? EXERCÍCIOS 6 - Qual o volume da câmara de combustão de 1 cilindro, num motor 2.0 litros, de 4 cilindros, sabendo-se que, a relação de compressão é de 17 :1? 7- Qual a cilindrada total e o volume individual da câmara de combustão de um motor de seis cilindros, cujo diâmetro e o curso do êmbolo é de 10,6 e 12,4 centímetros, respectivamente e. a relação de compressão é de 16,5 :1? 8 - Qual a potência em C.V. (cavalo vapor), h.p. (horse power) e em kw (quilowatts), exigida por um arado de aivecas, que necessita de 1900 kgf para ser tracionado, sabendo-se que o conjunto opera na velocidade de 9 km/h? 9 - Qual a potência em CV, HP e kw, exigida por uma semeadora de arrasto (plantio direto) com 9 linhas, que necessita de 7000 kgf para ser tracionada, sabendo-se que o conjunto opera na velocidade de 50 metros em 36 segundos? 10 - Quantas vezes por segundo estará abrindo a válvula de admissão de um motor de quatro tempos, girando a 5400 rpm? 21

22 EXERCÍCIOS 11 Complete o quadro com as medidas de torque e potência: (Motor em situação A) Rotação rpm Torque Potência N.m Kgf.m lbf.pé CV HP kw EXERCÍCIOS 12 Complete o quadro com as medidas de torque e potência: (Motor em situação B) Rotação rpm Torque Potência N.m Kgf.m lbf.pé CV HP kw

23 EXERCÍCIOS 13 Calcule a reserva de torque para o motor em situação A (11ª questão), com as unidades: a - N.m b - kgf.m c - lbf.pé 14 Calcule a reserva de torque para o motor em situação B (12ª questão), com as unidades: a - N.m b - kgf.m c - lbf.pé EXERCÍCIOS 15 - Com analise do gráfico de potência e torque de um motor de ciclo diesel, determine a reserva de torque. 23

24 EXERCÍCIOS 16 (Provão Agronomia 2001) Em uma propriedade agrícola tem-se um motor a combustão interna, ciclo diesel, cujas curvas características de desempenho de um motor a combustão interna, ciclo diesel, envolvendo as suas relações entre rotações por minuto (rpm), potência (kw), torque (Nm), e consumo específico de combustível (g/kwh), estão representadas na figura abaixo. A rotação em que o motor opera em condição mais adequada é: a rpm b rpm c rpm d rpm e rpm FINAL Obrigado pela Atenção Prof. Luiz Atilio Padovan 48 24