UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO I Departamento de Engenharia ÁREA DE MÁQUINAS E ENERGIA NA AGRICULURA I 154- MOORES E RAORES DEERMINAÇÃO DA OÊNCIA DE MOORES Carlos Alberto Alves Varella 1 A potência representa a taxa de transformação da energia ao longo do tempo. Nos motores de combustão interna, a energia térmica é proveniente da reação de combustíveis com o ar atmosférico. Nem toda a energia térmica gerada na combustão é transformada em energia mecânica. Assim, para fins de avaliação desses motores, temos três tipos de potências: teórica, indicada e efetiva. otência teórica É a potênica estimada com base em propriedades físicas e consumo de combustível. Essa potência considera que toda energia térmica proveniente da combustão é convertida em energia mecânica. No Quadro 1 são apresentadas algumas características dos principais combustíveis p c q d = potência teórica; p c = poder calorífico do combustível, kcal.kg -1 ; q = consumo de combustível, L.h -1 ; d = densidade do combustível, kg.l -1 ; ara calcular a potência teórica em cavalo vapor a equação é: (cv) pcqd427 360075 1 rofessor. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, I-Departamento de Engenharia, BR 465 km 7 - CE 23890-000 Seropédica RJ. E-mail: varella@ufrrj.br. 1
Quadro 1. Algumas características dos principais combustíveis Combustível Densidade (kg/l) oder Calorífico Superior (kj/kg) kcal/kg Unidades usuais de potência hp (horse power)... 76 kgf.m.s -1 cv (cavalo vapor)... 75 kgf.m.s -1 cv... 0,736 kw hp... 0,746 hp Relação Estequiométrica Ar/Combustível Butano 0,580 49500 11831 15,50 ropano 0,509 50300 12022 15,70 Gasolina Comum 0,735 47600 11377 15,20 Diesel N. 1 0,823 45700 10923 15,00 Diesel N. 2 0,834 45500 10875 15,00 Álcool Metílico 0,792 22700 5426 6,49 Álcool Etílico 0,785 29700 7099 9,03 Álcool Butílico 0,805 36100 8628 11,20 Fonte: http://www.ipem.sp.gov.br/5mt/cv2/index.htm Acesso em: 06 nov. 2007. otência indicada A potência indicada é estimada a partir da pressão sobre o pistão e das características dimensionais do motor. A potência indicada é pode ser estimada pela seguinte equação: I A L N n k I = potência indicada; = pressão média efetiva na cabeça do pistão, kgf.cm -2 ; A = área do cilindro, cm 2 ; L = curso do pistão, cm; 2
N = rotação do motor, rpm; n = número de cilindros do motor; = 2 para motores 4 e 1 para motores 2; k = fator de conversão de unidades. A equação para calcular a potência indicada em motores 4 em cv é: (cv) I L A N n, onde 100 60 75 2 1 k 1006075 e 2. otência efetiva A potência efetiva é obtida no volante do motor utilizando-se um dinamômetro. É a potência expressa pelo fabricante. em como princípio o funcionamento de um dispositivo denominado freio dinamométrico. W F d F V = potênica; W = trabalho; = tempo; F = força; d = distância; V = velocidade. V C 2 R C = comprimento da circunferência do volante motor; R = raio do volante motor; ara uma volta completa C 2R e a velocidade angular (V) do volante motor é: V 2 R N N = rotação do volante motor, rpm; 3
A potência efetiva é calculada pela seguinte equação: E F 2 R N E F R N = potência efetiva; = força tangencial no eixo do volante motor; = raio do volante motor; = Rotação no volante motor. A potência efetiva é obtida em função do torque e da rotação no volante do motor. O torque é obtido pela seguinte equação: O F R O F R = torque no volante motor; = força tangencial no eixo do volante motor; = raio do volante motor; Assim a potência efetiva pode ser calculada pela seguinte equação: E 2 O N E O N = potência efetiva; = torque no volante motor; = rotação no volante motor. ara calcular a potência efetiva em cavalo vapor a equação é: 2 O N E (cv) 60.75 E O N = potência efetiva, cv; = torque no volante motor, m.kgf= 9,80665 N.m; = rotação no volante motor, rpm; 4
RENDIMENOS DE MOORES ÉRMICOS Os rendimentos dos motores térmicos são usados como parâmetros comparativos entre motores na avaliação de perdas caloríficas e mecânicas. São coeficientes que expressão a eficiência dos motores térmicos na conversão da energia proveniente da combustão. Rendimento térmico O rendimento térmico representa o percentual de energia térmica que está sendo convertido em energia mecânica nos pistões. É calculado pela seguinte equação: R I R I = rendimento térmico; = potência indicada; = potência teórica. Rendimento mecânico O rendimento mecânico representa o percentual de energia mecânica nos pistões que está sendo convertido em energia mecânica no volante motor. É calculado pela seguinte equação: R M E I R M = rendimento mecânico; E = potência efetiva; = potência indicada. I 5
Rendimento termo-mecânico O rendimento termo-mecânico representa o percentual de energia térmica que está sendo convertido em energia mecânica no volante motor. É calculado pela seguinte equação: R M E R M E = rendimento mecânico; = potência efetiva; = potência teórica. CURVAS CARACERÍSICAS DO MOORES As curvas características são utilizadas para analisar o comportamento do torque, potência e consumo de combustível em função da rotação da árvore de manivelas dos motores. As Figuras 1 e 2 ilutram a variação do torque (N.m), potência (kw) e consumo de combustível (g.kwh -1 ) de dois motores, de diferentes fabricantes, em função da rotação da árvores de manivelas (rpm). erkins Série 800 Número de cilindros = 4 em linha; Diâmetro x Curso = 94 mm x 120 mm; Cilindrada = 3,3 L; Ciclo = 4 tempos; axa de compressão = 19:1; eso = 269 kg. Figura 1. Variação do torque e da potência em função da rotação do motor. 6
Figura 2. Variação do torque, potência e consumo de combustível em função da rotação do motor. 7