ANEXO I - EDITAL 01/ 2013 FORMULÁRIO PARA INSCRIÇÃO DE PROJETOS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA.

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1 ANEXO I - EDITAL 01/ 2013 FORMULÁRIO PARA INSCRIÇÃO DE PROJETOS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA. Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Engenharia Mecânica Curso (s): Engenharia Mecânica Nome do projeto: Análise de Temperatura de Trabalho de Motores Utilizados em Sistemas Estacionários Para Quantificação de Perda Térmica. Nome do(s) acadêmico(s) envolvido(s): Nome do professor orientador: Luciano de Souza Ribeiro Bueno Nome do professor co-orientador: Nome do coordenador(a) do Curso: Moisés Luiz Parucker Ao Programa de Incentivo à Pesquisa PROINPES do Centro Universitário Católica de Santa Catarina. Encaminhamos anexo, Projeto de Iniciação Científica a ser submetido ao Edital 01/2013, e declaramos nosso interesse e prioridade conferida ao desenvolvimento do projeto ora proposto, assim como nosso comprometimento de que serão oferecidas as garantias necessárias para sua adequada execução, incluindo o envolvimento de equipe, utilização criteriosa dos recursos previstos e outras condições específicas definidas no formulário anexo. Joinville, 01 de Abril de Acadêmico(a) Acadêmico(a) Professor orientador Professor coorientador Coordenador do Curso 1

2 2 DESCRIÇÃO DO PROJETO Orientações para organização do texto( projeto): Fonte: Times New Roman ou Arial, 12. Espaçamento entre linhas simples, o texto deverá estar justificado. Todos os autores deverão estar corretamente citados no texto e descritos nas referências. Título do Projeto: Análise de Temperatura de Trabalho de Motores Utilizados em Sistemas Estacionários Para Quantificação de Perda Térmica. Tipo de Projeto ( 12 meses ) ( ) Elaborado pelo professor orientador; (X ) Apresentado pela instituição; Resumo do Projeto Motores estacionários são usados para diversos fins e nas mais variadas aplicações e situações, sendo assim, estudos sobre situações de regime de trabalho, desgaste, análise de falhas e desempenho de combustíveis são de vital importância para o desenvolvimento de novos projetos e referenciar à aplicabilidade sugerida pelo fabricante. Este projeto consiste em construir metodologias para análise térmicas de motores, para previsão de temperatura de trabalho em regime de trabalho permanente. De posse destes dados, que irão subsidiar análise termodinâmica de ciclo de potência, será possível quantificar perdas térmicas podendo assim fornecer dados para possíveis propostas de melhoras na eficiência de funcionamento e geração de conhecimento acadêmico para os discentes envolvidos. Problematizacão Carência de metodologias viáveis economicamente para análise de motores de baixa cilindrada e a falta de aprendizagem acadêmica nesta área, tornam-se empecilhos para o desenvolvimento mais acurado da indústria nacional neste setor. Com estudos dedicados a esta área seria possível fomentar o uso mais racional dos recursos energéticos disponíveis em nossa nação, impulsionando assim com um custo energético mais baixo, todos os setores envolvidos, bem como proporcionaria reduções de impacto ambientais tanto almejadas e cobradas por organizações de ordem sócio-econômico mundial. Então se faz a seguinte pergunta, é possível construir uma metodologia experimental mais econômica para o estudo de motores? Justificativa Tendo em vista que muitas atividades no campo e de obras urbanas são realizadas com implementos equipados com motores de pequeno porte e exigências quanto à eficiência energética estão entre características mais fomentadas em qualquer segmento da indústria, produtos com esta característica atraem consumidores e torna-se um diferencial perante os concorrentes. Para alcançar este tipo de características em produtos como motores a combustão faz-se necessário o uso de pesquisa e desenvolvimento, sobre as características construtivas, operacionais e ambientais envolvidas na utilização destes. Bem como direcionar estudos dos discentes criando grupo de pesquisa nesta área, para um melhor aproveitamento e aplicabilidade das disciplinas, pois esta área é de interesse nato de muitos acadêmicos das engenharias. Objetivo Geral: O projeto visa obter metodologia e construir aparato experimental para análise térmica de motores para fomentar possíveis propostas de melhorias na eficiência de funcionamento de motores de combustão interna. 2

3 Objetivos específicos Compreender a análise termodinâmica de ciclos de potencia Adquirir informações sobre tipos de sensores de temperatura. Desenvolvimento de um sistema de sensoriamento e interface para aquisição de dados térmicos. Criar metodologia para análise de máquinas térmicas. Criar metodologia para análise termodinâmica de motores. Diagnosticar possíveis problemas e potenciais melhorias para motores baseadas na diminuição de perdas térmicas. Metodologia Para o desenvolvimento desse projeto será necessário primeiramente fazer um levantamento bibliográfico sobre análises térmicas, tipos de sistemas de sensoriamento capazes de medir temperatura, bem como de metodologias utilizadas para análises e coletas de dados. De posse destas informações será desenvolvido um sistema envolvendo hardware e software capaz de fornecer dados e relatórios sobre o funcionamento térmico dos motores analisados. De posse destes dados será possível analisar e avaliar condições de trabalho, eficiência, bem como defeitos e possíveis melhorias para estes motores. Texto limitado em 02 página Fundamentação Teórica Segundo Baid a corrida por eficiência energética nos dias atuais esta alem do diferencial, mas sim como necessidade, um dos principais meios de obtenção de trabalho, já de longa data, é feita através de motores de combustão interna, cuja eficiência varia, dependendo o tipo construtivo, combustíveis e regimes de trabalho, de 20 a 40% somente mencionado por Carvalho, com o restante sendo desperdiçado. Para tanto tendo como embasamento a 1ª Lei da termodinâmica segundo Shapiro, temse que para um volume de controle de um sistema aberto, como no caso um motor de combustão interna, a equação do balanço de massa e de energia torna-se a seguinte equação termodinâmica: Como é analisado em regime permanente: Mas sabendo que o motor de combustão interna é um ciclo de potência, e sua análise de eficiência pode ser medida por: Então para realizar a análise dos combustíveis, faz-se necessário o sensoriamento do motor em questão, seguindo o desenho esquemático: 3

4 Conclui-se com o referido aparato experimental, será possível analisar o desempenho de diferentes tipos de combustíveis, em diversos tipos de motores de combustão interna. Para que seja entendido o funcionamento e quais as principais variáveis que afetam este sistema, é necessário uma analise termodinâmica clássica e macro, considerando o motor como um volume de controle, que tem seu funcionamento baseado em um sistema aberto, sendo necessário para seu estudo, balanço de massa e energético como apresentado por Shapiro. Motores estacionários são sistemas classificados dentro de ciclos de potencia, construídos para serem acoplados ao acionamento de maquinas estacionarias, como por exemplo, geradores, maquinas, bombas ou demais aplicações que necessitam uma rotação constante. Assim como explica Knapp. Motores a combustão de ciclo ottos, assim como explica Knapp e Shapiro Sao motores que aspiram à mistura de arcombustivel antes de ser comprimida, onde a combustão é provocada por centelha produzida por uma vela de ignição. É o caso de todos os motores a gasolina, alcool, ou gas natural, que são geralmente utilizados em aplicações automotivas ou de geração de energia. Para desolvimneto do projeto tornam de suma importancia o monitoramento de varios fatores que devem ser levados em consideração para uma correta análise, não só da combustação, como do funcionamento em motores estacionairos como referencia Silva Jr.. Muitos sensores foram desenvolvidos exclusivamente para o uso em motores, são eles: Sonda lambda, tem a capacidade de gerar sinal eletrico variado, dependendo da quantidade de oxigenio que se encontra no escapamento do motor. Sensor de temperatura do ar (pt100, termopar), utilizado para medição de temperatura do ar do motor. Sensor de rotação (encoder) emite um sinal pulsado, onde a variação desse sinal (frequencia) é proporcional à velocidade de rotação do motor (RPM). Sensor de posição da borboleta, sensore este que auxilia na quantida de ar que entra para se fazer a mistura com o combustivel. Sensor de pressao, utilziado para monitorar a pressao do ar de admissão, do oleo do motor e combustivel. Para a interpretação dos sisnais enviados pelos sensores, faz necessário um sistema de aquisição e armazenamento de dados para análise, este sistema pode ser demonstrado por Silva Jr. em seu livro sobre Instrumentação e Automação. Utilizando os princípios da termodinamica enunciados por Shapiro, pode-se medir a eficiência energética de motores em diferentes regimes de trabalho, sendo a mensuração deste 4

5 valor o objetivo do presente projeto, para posterior proposta de melhoria utilizando analises termodinâmicas, de mecânica de fluídos e de transferência de calor; para atuação em seu regime de trabalho para otimização de sua eficiência. Um dos principais motivos da baixa eficiência de motores de combustão esta relacionada com a perda de energia através da transferência térmica para o meio, esta se dá por condução, convecção e radiação, sendo que um dos métodos para quantificação deste fenômeno se dá primeiramente pelo modelamento numérico, baseado em dados experimentais de temperatura do volume de controle que se trata do próprio bloco do motor. Texto limitado em até 05 páginas 3. CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ETAPA OU FASE DO PROJETO Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Especificação (Como?) Início Semanas e meses Término Semanas e meses Compreender a análise termodinâmica de ciclos de potencia Adquirir informações sobre tipos de sensores Estudo especifico sobre o assunto Estudo especifico sobre o assunto Desenvolvimento de um Construção do sistema sistema de sensoriamento de sensoriamento e e interface para leitura do ciclo. aquisição de dados. Criar metodologia para análise de máquinas térmicas e de fluxos. Compreender a influência das propriedades das substâncias envolvidas sobre o desempenho do motor. Diagnosticar possíveis problemas encontrados no motor Revisão bibliográfica, desenvolvimento da metodologia Revisão bibliográfica, estudo dos dados conseguidos com as leituras. Fazer analise e um estudo dos dados obtidos experimentalmente. Elaboração de Relatório Escrever relatório com dados e conclusões obtidas. Levantamento bibliográfico, pesquisa. Pesquisa com fornecedores, e revisão bibliográfica. Compra instalação e leitura dos sensores, e desenvolvimento do software para comparação dos dados. Semana 1 Semana 4 Semana 1 Semana 4 Semana 4 Semana 20 Semana 10 Semana 20 Semana 20 Semana 25 Semana 25 Semana 30 Semana 30 Semana 32 5

6 4. REFERÊNCIAS (Descrever as utilizadas na elaboração do projeto.todas as referências deverão estar citadas no corpo do projeto, conforme normas ABNT) Knapp, Mateus Borges. Analise de emissoes de gases em motor diesel comparando diesel com biodisel Graduação Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porta Alegre, Disponivel em: Acesso em: 14/09/2012 Silva Jr., Manoel Feliciano; Pereira, Paulo Sérgio; Regazzi, Rogério Dias / Rogério Dias Regazzi. Soluções Práticas de Instrumentação e Automoção - Utilizando a Linguagem Labview MORAN, Michael J.; SHAPIRO, Howard N. Princípios de termodinâmica para engenharia. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, p. ISBN FOX, Robert W.; PRITCHARD, Philip J; MCDONALD, Alan T. Introdução à mecânica dos fluidos. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, p. INCROPERA, Frank P.; DEWITT, David P.. Fundamentos de transferência de calor e de massa. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, p. ISBN situ em 18 de setembro de situ em 18 de setembro de 2012 BAIRD, C. Química Ambiental. 2. ed. Porto Alegre, Bookman, 2002, 622 p. CARVALHO JUNIOR, J. A.; Princípios de Combustão Aplicada. 176p, Florianópolis: Ed. Da UFSC, HEYWOOD, J. B. Internal combustion engine fundamentals. Vol. 3, New York McGraw-Hill Science, 1988, 930 p. REID, R. C.; PRAUSNITZ, J. M.; POLING, B. E. The Properties of Gases and Liquids, 4th ed., McGraw-Hill, New York, pp. 6