ANÁLISE DE CICLOS DE MOTORES TÉRMICOS

Documentos relacionados
Motores Térmicos. 8º Semestre 4º ano

LABORATÓRIO DE TÉRMICA TRANSFERÊNCIA DE CALOR NOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

PQI 3103 Conservação de Massa e Energia

W = Q Q Q F. 1 ε = 1 1 re γ. 1 r c. r e

As Leis da Termodinâmica

3.1. Algoritmos de Solução (algoritmo N 1) o chiller acompanha a carga. os programas N 1.1 e N 1.2 (algoritmo N 2) (algoritmo N 3)

Variação de Entropia em Processos Reversíveis. 1 rev. Podemos constatar que, se o processo é reversível e adiabático

a) pressão máxima do ciclo; b) rendimento térmico; c) pressão média

Lista de Exercícios - Máquinas Térmicas

CAPÍTULO 2: MODELOS UNIDIMENSIONAIS DE COMBUSTÃO EM MOTORES DIESEL

2. Modelagem de ciclo motor em regime permanente

ESTUDO E OTIMIZAÇÃO DE PLANTA DE COGERAÇÃO INDUSTRIAL PARA APROVEITAMENTO DE GÁS POBRE

ESTUDO NUMÉRICO DA IMPORTÂNCIA DAS TUBULAÇÕES DE ADMISSÃO E ESCAPE DO MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Aula 12 Ciclo Otto e Ciclo Diesel

Voo Nivelado - Avião a Jacto

A Atribuição de Custos em Sistemas Energéticos: A Termoeconomia como base de cálculo

UFABC Fenômenos Térmicos Prof. Germán Lugones. Aula 11: Máquinas de combustão interna

Disciplina: Motores a Combustão Interna. Ciclo Ideal e Real

Motores de Combustão Interna Simulação

A Energia Interna, Entalpia e Calor Específico de Gases Perfeitos

PROPULSÃO II Análise de Ciclo TurboFan com Correntes Misturadas e Pós-queimador

TM-182 REFRIGERAÇÃ ÇÃO O E CLIMATIZAÇÃ ÇÃO. Prof. Dr. Rudmar Serafim Matos

PROPULSÃO I Turbojato Análise de Ciclo

Ciclos de turbina a gás

Combustão Industrial

Ciclos de turbina a gás

Rendimentos e perdas em um motor real. Eng. Julio Cesar LODETTI

Simulação numérica de MCI usando AVL-BOOST

Estimativa da potência dos motores de combustão interna IT 154- MOTORES E TRATORES

Funcionamento de um motor CAPITULO 11. Curvas características de um motor - Influencia dos parâmetros de regulagem, de uso e concepção

APLICAÇÃO DAS FUNÇÕES DE PARTIDA E EQUAÇÕES CÚBICAS DE ESTADO NOS CICLOS TERMODINÂMICOS DE POTÊNCIA A VAPOR

Profa.. Dra. Ana Maria Pereira Neto

DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA DE MOTORES

SISTEMAS TÉRMICOS DE POTÊNCIA

Capítulo 5: Análise através de volume de controle

CAPITULO 2. Potência e pressões médias de um motor de combustão. Eng. Julio Cesar Lodetti

JOSÉ EDUARDO MAUTONE BARROS

MOTORES TÉRMICOS AULA MCI: CICLOS E CURVAS

PREVISÃO DE COEFICIENTES DE WIEBE PARA UM MOTOR SI BASEADO EM

ESTIMATIVA DA POTÊNCIA DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

MÁQUINAS TÉRMICAS Prof. Dr. Charles Assunção

TRANSFORMAÇÕES TERMODINÂMICAS. Alterações das grandezas termodinâmicas.

Motores Térmicos. Problemas das Aulas Práticas

CICLOS MOTORES A GÁS. Notas de Aula. Prof. Dr. Silvio de Oliveira Júnior

MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS TÉRMICOS

CARATERÍSTICAS E PRESTAÇÕES DOS MOTORES ALTERNATIVOS UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

5. Verificação Numérica do Modelo

4 - RESULTADOS E ANÁLISES

PMC5617. Motores Flexíveis. Semana de Eng. Mackenzie. Eduardo S. Oliveira, José Maria Muniz, Luciana R. Colin José Mauro, Roger Guilherme.

MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA I

Disciplina: Motores a Combustão Interna. Ciclos e Processos Ideais de Combustão

27/Fev/2013 Aula 5 Segunda lei da termodinâmica Máquinas térmicas; eficiência. Formulação de Kelvin

5. RESULTADOS E ANÁLISE

Exemplo para Fixar a Matéria Vista Até Agora: Modelagem de Reações Químicas

Parâmetros de performance dos motores:

CAPITULO 11. Curvas características de um motor - Influencia dos parâmetros de regulagem, de uso e concepção

Máquinas térmicas. Máquina térmica Dispositivo que converte calor em energia mecânica (trabalho) Reservatório a alta temperatura T H

Máquinas Térmicas I Prof. Eduardo Loureiro MÁQUINAS TÉRMICAS I. Motores de Combustão Interna. Prof. Eduardo C. M. Loureiro, DSc.

Torção Deformação por torção de um eixo circular

Agenda. Combustíveis Fosseis X Combustíveis Renováveis. Matrizes Energéticas no Transporte. Alternativas aos Motores Diesel. Opções Tecnológicas

MÁQUINAS TÉRMICAS

ESTUDO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

AVALIAÇÃO DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM MODELO DE COMBUSTÃO DE DUAS ZONAS PARA O ETANOL COMBUSTÍVEL.

Aula 9 Sistema Flex. Introdução. Introdução UGA. Introdução UGA 23/04/2014

FENÔMENOS DE TRANSPORTE

Energética Industrial

ESTUDO DA COMBUSTÃO DA OPERAÇÃO BICOMBUSTÍVEL DIESEL-ETANOL NUMA MÁQUINA DE COMPRESSÃO RÁPIDA

LINTEC VEÍCULOS E MOTORES ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

PARTIDA A FRIO DE MOTORES MOVIDOS A ETANOL E MISTURAS ETANOL- GASOLINA - INFLUÊNCIA DA VAPORIZAÇÃO DE COMBUSTÍVEL NO COLETOR DE ADMISSÃO

PROPULSÃO II Motores Foguete Parâmetros de Desempenho

Simulação do Ciclo OTTO - Motor 4 tempos Professora: Cristiane Aparecida Martins Alunos: Nathália Matos da Silva e Alexander Minagawa

Capítulo 5. Resultados

Estimação de Parâmetros de um Modelo Semi-Empírico de Transferência Simultânea de Calor e Água no Solo

UNIDADE 2 10º ANO REVISÃO SISTEMA COMPLEXO SISTEMA TERMODINÂMICO

SISTEMA DE ADMISSÃO DE AR COM ALTA DENSIDADE PARA AUMENTO DE PERFORMANCE EM MOTORES A COMBUSTÃO

Ciclos de Potência a Gás

Simulação do rendimento de um motor do ciclo Otto ideal alimentado com álcool e gasolina em diferentes condições de ignição

MOTORES TÉRMICOS AULA MCI: NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO PROF.: KAIO DUTRA

Avaliação individual. Questões: 1) Apresente a leitura completa correspondente a cada uma das medidas abaixo ilustradas:

Cap. 4: Análise de Volume de Controle

MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA JONEY CAPELASSO-TLJH GE-OPE/OAE-UTE-LCP/O&M

3. Aparato e Procedimento Experimental

BC 0303: Fenômenos Térmicos 2 a Lista de Exercícios

CAPITULO 2. Potência e pressões médias de um motor de combustão. Eng. Julio Cesar Lodetti

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

LINTEC VEÍCULOS E MOTORES ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

Processo adiabático e o ciclo de Carnot

BC1309 Termodinâmica Aplicada

Máquinas Térmicas I Prof. Eduardo Loureiro. O Ciclo Ideal OTTO

PME 3344 Exercícios - Ciclos

LINTEC VEÍCULOS E MOTORES ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

NOVOS MATERIAIS E TECNOLOGIAS PARA A INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA

LOQ Fenômenos de Transporte I

η = potência de saída potência de entrada energia de saída energia de entrada P = Quantidade escalar: du du dt

(21) BR A

Relatório PRP-38. Simulação Ciclo Otto

-Semelhança geométrica. -Semelhança cinemática. Semelhança hidrodinámica. - Semelhança dinámica.

Máquinas Térmicas, Refrigeradores, e a Segunda Lei

4. APARATO EXPERIMENTAL

Reservatório a alta temperatura T H. Ciclos reversíveis

Transcrição:

ANÁLISE DE CICLOS DE OTORES TÉRICOS José Eduardo autone Barros JEB - dezembro de 2 - ranha

rinípios de Termodinâmia Grandezas L [m] t [s] [kg] g [m/s 2 ] F [N] τ [N.m] T [K] [a] N [rad/s] [kmol/kg] ot[w] Runiversal = 84 kj/(kmol.k) Outras unidades: atm = 25 a bar = 5 a H = 745,7 W C =,986 H ª Lei da Termodinâmia dq(+) ara sistemas fehados dw(-) de = δq δw Desprezando as energias inétia e potenial du = δq δw JEB - dezembro de 2 - ranha 2

rinípios de Termodinâmia Gás Ideal = ρrt Constante do gás R = Runiversal/gás Atmosfera padrão (para motores) 25 a ( atm) C (,5 K) 4% UR Razão de alores espeífios do ar =,4 Constante do gás (Rair) = 287,4 J/kg/K JEB - dezembro de 2 - ranha

JEB - dezembro de 2 - ranha 4 Cilos termodinâmios roessos de ompressão e expansão Isentrópio (entropia onstante, n = γ = p / v ) Isotérmio (temperatura onstante, n = ) Isobário (pressão onstante, n = ) Isoório (volume onstante, n = - ) olitrópio (real) n 2 n n 2 2 ν ν T T

Cilos termodinâmios Cilo de Carnot áquina térmia ideal η Carnot W Q net H QH Q Q H L T T L H W Q roessos: -2 expansão isotérmia 2- expansão isentrópia -4 ompressão isotérmia 4- ompressão isentrópia JEB - dezembro de 2 - ranha 5

Cilos termodinâmios Cilo Otto (queima a volume onstante) otores de ignição a entelha ηotto γ r r roessos: - admissão isobária -2 ompressão isentrópia 2- queima isoória -4 expansão isentrópia 4- exaustão isoória - exaustão isobária JEB - dezembro de 2 - ranha 6

Cilos termodinâmios Cilo Diesel (queima a pressão onstante) otores de ignição por ompressão η Diesel r β γ β γ γβ 2 roessos: - admissão isobária -2 ompressão isentrópia 2- queima isobária -4 expansão isentrópia 4- exaustão isoória - exaustão isobária JEB - dezembro de 2 - ranha 7

Cilos termodinâmios Cilo isto (Sabathé ou Sieliger) η Sabathé otores Otto e Diesel r αβ γ β γ α - γαβ 2 4 α roessos: - admissão isobária -2 ompressão isentrópia 2- queima isoória -4 queima isobária 4-5 expansão isentrópia 5- exaustão isoória - exaustão isobária JEB - dezembro de 2 - ranha 8

Cilos termodinâmios Comparação entre ilos ara ilos om a mesma razão de ompressão, o ilo mais efiiente é o ilo Otto (quant. alor menor, maior expansão) η th Otto,525 Sabathé,5 Diesel,8 γ =, r = 2 Q/( v T) = 8,525 JEB - dezembro de 2 - ranha 9

Cilos termodinâmios Comparação entre ilos ara ilos Otto e Diesel om a mesma pressão máxima de operação, o ilo mais efiiente é o ilo Diesel (quant. alor menor, maior expansão) JEB - dezembro de 2 - ranha

Cilos termodinâmios Comparação entre ilos A taxa de ompressão do ilo Otto é limitada pela detonação do ombustível ara o ilo de Diesel e Sabathé foi onsiderado um valor de α = β = 2 JEB - dezembro de 2 - ranha

Cilos termodinâmios Comparação entre ilos ideal, simulado e real JEB - dezembro de 2 - ranha 2

Cilos termodinâmios Outros ilos Cilo Stirling (otor de ombustão externa) TH T ηstirling TH -2 e -4 são proessos isotérmios Cilo Brayton (Turbina a gás) η Brayton ilo aberto (4-) r L γ γ JEB - dezembro de 2 - ranha

Cilos termodinâmios Cilo Otto real Cilo indiado para o motor FIRE FLEX. 8, queimando E94, om taxa de ompressão de :, ECU ote 4 a 25 rpm JEB - dezembro de 2 - ranha 4

Cilos termodinâmios Cilo Otto real lena arga Carga parial Diferenças: A erda de alor pelas paredes B Queima finita C Abertura anteipada da válvula de exaustão D erdas de bombeamento JEB - dezembro de 2 - ranha 5

Cilos termodinâmios Cilo Otto real Efeito do avanço de ignição Efeito da abertura das válvulas de admissão e exaustão JEB - dezembro de 2 - ranha 6

Cilos termodinâmios Outros ilo Otto ideais Considerando arga parial Considerando uso de um sobrearregador (turbo ou ompressor) JEB - dezembro de 2 - ranha 7

Cilos termodinâmios Cilo Otto real Curva de pressão no ilindro em um ilo do motor de ignição por entelha JEB - dezembro de 2 - ranha 8

Cilos termodinâmios Cilo Diesel real Diferenças: A erda de alor pelas paredes B Queima finita (tipo Sabathé) C Abertura anteipada da válvula de exaustão D erdas de bombeamento JEB - dezembro de 2 - ranha 9

Cilos termodinâmios Índies de efiiênia eloidade média de rotação (rpm) assa de ar na admissão ideal (kg) - é a massa máxima que poderia ser admitida no ilindro (r. d ). Efiiênia volumétria (%) - definida omo a massa de ar admitida no motor pela massa de ar na admissão ideal. assa de ar admitida no motor no ilo (kg) azão mássia ideal de admissão (kg/h) azão mássia média admitida (kg/h) assa de gás retida no ilindro no final do ilo (kg) Efiiênia de retenção (h ex ) (Trapping effiieny) (%) - definida omo a massa de ar retida no ilindro pela massa de ar admitida no ilindro. JEB - dezembro de 2 - ranha 2

Cilos termodinâmios Índies de efiiênia Razão estequiométria ar/ombustível, em massa Razão ar/ombustível, em massa - é a razão entre a massa total de ar admitida e massa total de ombustível injetada. Fator lambda Razão de ompressão volumétria Razão de ompressão efetiva - é a pressão máxima atingida dentro do ilindro durante um ilo sem ombustão. ressão atmosféria (a) ressão máxima no ilindro no ilo (a) ressão média no ilindro no ilo (a) JEB - dezembro de 2 - ranha 2

Cilos termodinâmios Índies de efiiênia ressão média efetiva (E) (a) - é a pressão média que deveria ser exerida sobre o pistão durante a fase de expansão para que fosse gerado o mesmo torque médio. A equação que a define é, para motores de quatro tempos: 4 π τef E d Torque máximo indiado em um ilo (N.m) é o torque máximo sem onsiderar as perdas de atrito (indiado) Torque médio indiado em um ilo (t id )(N.m) otênia média indiada desenvolvida no ilo ( id ) (kw) JEB - dezembro de 2 - ranha 22

Cilos termodinâmios Índies de efiiênia oder alorífio inferior do ombustível (CI) (J/kg) - é definido omo o alor de ombustão da mistura estequiométria ombustível/oxigênio om o sinal troado, nas ondições padrão de temperatura e pressão e onsiderando a ombustão ompleta gerando apenas CO2(g) e H2O(g). Calor padrão de ombustão do ombustível (Dh ) (J/kg) - é definido omo o alor de ombustão da mistura ombustível/ar, nas ondições padrão de temperatura e pressão e onsiderando a omposição de equilíbrio para os gases de ombustão. Calor de ombustão do ombustível (Dh ) (J/kg) - é definido omo o alor de ombustão da mistura ombustível/ar, nas ondições loais de temperatura e pressão e onsiderando a omposição de equilíbrio para os gases de ombustão. JEB - dezembro de 2 - ranha 2

Cilos termodinâmios Índies de efiiênia Energia ideal disponível na ombustão (DH ) (J) é a energia alulada multipliando o CI pela massa de ombustível admitida. Energia total disponível na ombustão (DH ) (J) é a energia é alulada multipliando o alor de ombustão do ombustível (Dh ) pela massa de ombustível admitida. Energia total perdida para o sistema de resfriamento (Q l ) (J) Efiiênia da ombustão (h b ) (%) - é definida omo a razão entre a energia total disponível na ombustão pela energia ideal disponível na ombustão Δ H η b CI f JEB - dezembro de 2 - ranha 24

Cilos termodinâmios Índies de efiiênia Efiiênia térmia padrão (h t ) (%) - é definida omo a razão entre o trabalho útil pela energia ideal disponível na ombustão η t Wútil CI f 4π τef CI Efiiênia térmia termodinâmia (h t ) (%) - é definida omo a razão entre o trabalho útil pela energia total disponível na ombustão f η t W H útil 4π τ H ef JEB - dezembro de 2 - ranha 25

Cilos termodinâmios Índies de efiiênia Efiiênia exergétia (h ex ) (%) - é definida omo a razão entre o trabalho útil pelo trabalho útil máximo obtido pela análise de ilo baseada na 2ª Lei da Termodinâmia, (Gallo, 99) η ex W W W útil max útil útil max Ex Q T T q T ex ig ex 72º Q Tgás onde, ad é a massa de mistura admitida no ilo, ex ig é a disponibilidade dos gases na ignição, ex 72º é a disponibilidade dos gases no fim do ilo e é a temperatura média do gás dentro do ilindro. T gás ad ex h T s JEB - dezembro de 2 - ranha 26

Cilos termodinâmios Índies de efiiênia Efiiênia térmia ideal (h ti ) (%) - é definida omo a razão entre o trabalho útil e o alor liberado na ombustão, definidos pelo ilo Otto ideal η i t r γ Consumo de ombustível (kg/h) Consumo espeífio ombustível (kg/kw/h) Temperatura média de exaustão (K) JEB - dezembro de 2 - ranha 27

odelo de ilo não-ideal Objetivos Obter entendimento físio de ada etapa de funionamento do motor CARE Obter as ordens de grandeza das efiiênias envolvidas e orrelaionar os dados de ilo om os parâmetros de desempenho do motor Implementar um modelo analítio rápido e preiso do motor para ser usado em simulações de sistemas omplexos (interação motor/arga/subsistemas/veíulos) JEB - dezembro de 2 - ranha 28

odelo de ilo não-ideal ressão ( 5 a) Equações.... etodologia de Barros,2, adaptada de Oates, 988, para turbinas a gás aeronáutias 2 6 Cilo Não-Ideal odelo Algébrio otor FIAT FIRE. 4 5 Admissão (-) π ad τ ad T T R T R T η v olume (m ) JEB - dezembro de 2 - ranha 29

odelo de ilo não-ideal ressão ( 5 a) Equações... Compressão (-2) e = efiiênia politrópia 2 6 Cilo Não-Ideal odelo Algébrio otor FIAT FIRE. 4 5 τ π r T T 2 2 r γ 2 4. olume (m ) τ π γ e γ JEB - dezembro de 2 - ranha

odelo de ilo não-ideal ressão ( 5 a) Equações.... 2 6 Combustão (2-) Cilo Não-Ideal odelo Algébrio otor FIAT FIRE. olume (m ) 4 5 v T T2 Qb ηb f Δhf Δ U τ f f π b b vi f v τb b Ri γ i f η b τ f τ ar Δ h ad f T onde, i ou b JEB - dezembro de 2 - ranha

odelo de ilo não-ideal ressão ( 5 a) Equações... 2 6 Expansão (-4) Cilo Não-Ideal odelo Algébrio otor FIAT FIRE. 4 5 τ e π e T T 4 4 τ e π e e e r γ γ γ b b b. olume (m ) JEB - dezembro de 2 - ranha 2

odelo de ilo não-ideal Equações Exaustão de pressão (4-5) (Blow-out ou Blow-down) τ bo T T 5 4 ressão ( 5 a)... 2 6 Cilo Não-Ideal odelo Algébrio otor FIAT FIRE. 4 5 τ π bo bo 5 4 π η bo bo ξ bo 4. olume (m ) JEB - dezembro de 2 - ranha

odelo de ilo não-ideal Equações ressão ( 5 a)... Exaustão (5-6) 2 6 Cilo Não-Ideal odelo Algébrio otor FIAT FIRE. 4 5 τ π ex ex T T 6 5 6 5 ξ ex. olume (m ) JEB - dezembro de 2 - ranha 4

odelo de ilo não-ideal Equações Trabalho realizado (W) ressão ( 5 a)... 2 6 Cilo Não-Ideal odelo Algébrio otor FIAT FIRE. 4 5 W W W ilo η m W Q bombeament o ilo 2 W Q 6 bombeamento 4 d v τ τ ad T τ τ T τ τ τ b vb πex πbo πe πb π πad R T ad e b. olume (m ) JEB - dezembro de 2 - ranha 5

odelo de ilo não-ideal Implementação Dados requeridos: T [K], [a], R [J/(kg K)], [kg/kmol], g, R b [J/(kg K)], b [kg/kmol], g b, d [m ], r, N il [ilindros], N [rps], h f [J/kg], f [p/p], h v, e, h b, e e, x bo, h bo, x ex Saídas: W/ [J/(kg ilo ilindro)], [kg/(ilo ilindro)], h t, m[kg/s], C f [kg ombustível/s], t ef [Nm], ef [W], SFC [kg ombustível/s/w], E [a], [a], T [K], [m ] para os 7 pontos do ilo (no mínimo) JEB - dezembro de 2 - ranha 6

odelo de ilo não-ideal Implementação arâmetros do ilo η t d π R τ ad W f Δh f T ad C f τ ef f SFC E m C f ef W W N Nil 4 π il d m 2 N ef τ ef 2π N JEB - dezembro de 2 - ranha 7

otênia (kw) odelo de ilo não-ideal Resultados As urvas de potênia e torque versus rotação do motor são retas, sendo que a potênia tem sua origem em zero; As urvas de potênia versus rotação do motor para arga parial formam uma família de 6 4 retas rotaionadas na origem omum em zero. O mesmo oorre para o ilo não ideal em relação 2 ao ilo ideal; 2 4 5 6 7 Rotação (rpm) 4 2 8 otor FIAT FIRE. = 9592 a T = 25 ºC Experimental Ideal Não Ideal JEB - dezembro de 2 - ranha 8

tênia (kw) Torque (Nm) Consumo Espeífio de Combustível (g/kw/h) odelo de ilo não-ideal Resultados A efiiênia volumétria na admissão tem influênia direta na vazão de ar e no onsumo de ombustível, mas apresenta pequena influênia perentual nos valores de torque e potênia; 4 5 25 2 5 8 6 4 2 A efiiênia de ombustão apresenta influênia direta nos valores de torque e potênia, o que permite afirmar que é a ontroladora da posição e formato das urvas de torque e potênia; 4 2 8 otor FIAT FIRE. = 9592 a T = 25 ºC Experimental Ideal Não Ideal 8 6 JEB - dezembro de 2 - ranha 9 6

otênia (kw) Torque (Nm) Consumo Espeífio de Combustível (g/kw/h) odelo de ilo não-ideal Resultados 4 5 As efiiênias de ompressão e expansão apresentam uma signifiativa influênia no torque e potênia e ontrolam as pressões e temperaturas do ilo; As efiiênias e perdas na exaustão afetam pouo o torque e potênia, da ordem de alguns pontos perentuais, mas ontrolam a ondição de saída dos gases. Isto é importante para estudos envolvendo turboompressores; 25 2 5 4 2 8 6 4 2 otor FIAT FIRE. = 9592 a T = 25 ºC Experimental Ideal Não Ideal 2 4 5 6 7 Rotação (rpm) 8 6 4 2 8 6 JEB - dezembro de 2 - ranha 4

odelo de ilo não-ideal Resultados Os valores de efiiênia de retenção na Exaustão de ressão ( blowdown ) indiam que a % do gás no ilindro é expulso nesta etapa, para garantir que a temperatura dos gases de exaustão se situe na faixa típia de motores ICE (4 a 9 ºC). ressão ( 5 a).... 2 6 Cilo Não-Ideal odelo Algébrio otor FIAT FIRE. 4 5 olume (m ) JEB - dezembro de 2 - ranha 4

Bibliografia Barros, J. E.. Estudo de motores de ombustão interna apliando análise orientada a objetos. Belo Horizonte: Tese de Doutorado, Engenharia eânia, UFG, 2. Ferguson, C. R., Internal ombustion engines: applied thermosienes. New York, John Wiley & Sons, 986. Giaosa, D. otori Endotermii. ilano: Hoepli, 5ª ed., 2. Heywood, J. B. Internal ombustion engine fundamentals. New York: Graw-Hill, 988. Oates, G. C. Aerothermodynamis of gas turbine and roket propulsion. AIAA Eduation Series. Washington, DC: AIAA, 988. Wark, K. Thermodynamis. New York: Graw-Hill, 977. JEB - dezembro de 2 - ranha 42

odelo de anete de otênia otores a istão Caso otor ilo Otto odelo de álvula borboleta JEB - dezembro de 2 - ranha 4

odelo de anete de otênia otores a istão Caso otor ilo Otto odelo de álvula borboleta JEB - dezembro de 2 - ranha 44

odelo de anete de otênia otores a istão Caso otor ilo Otto odelo de fluxo JEB - dezembro de 2 - ranha 45

Carga (%) odelo de anete de otênia otores a istão Caso otor ilo Otto - odelo de álvula borboleta Exemplo 2, Borboleta de Aeleração, 8, 6, 4, 2,, 5 5 2 25 5 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 ângulo de abertura (graus) JEB - dezembro de 2 - ranha 46

odelo de anete de istura otores a istão Controle de mistura (fator Lambda) istura naturalmente ria para promover resfriamento do motor (lambda < ) istura mais ria implia em reduzir a razão Ar/Combustível (AF), reduzir lambda (,9l<) istura mais pobre implia em aumentar a razão Ar/Combustível (AF), aumentar lambda (<l,) isturas pobres são usadas para aqueer o motor em ondições atmosférias adversas (temperatura muito baixa) JEB - dezembro de 2 - ranha 47

Exemplo Análise de Cilo otor Otto Dados do otor Lyoming IO-54-K otor om 6 ilindros, 4 tempos Cilindrada 54 in (8849 m ) Razão de ompressão 8.7: otênia máxima ontinua (C) hp (22,7 kw) para AGAS om SFC de (289,5 g/kwh) 2 hp (28,6 kw) para Etanol om SFC de (4,9 g/kwh) Rotação de C 27 rpm (4,67 rps) (282,7 Hz) eso 466 lbs (2, kg) Sem turboompressor JEB - dezembro de 2 - ranha 49

Exeríio Análise de Cilo otor Lyoming IO-54-K ) Calular as urvas de potênia (kw) versus rotação (R), para as argas de %, 75%, 65% e 5%. Calular as urvas de onsumo de ombustível nas mesmas ondições. O intervalo de rotações é de a rpm. Fazer os mapas para AGAS e Etanol. O programa em linguagem ATLAB sript deve ser alibrado para as ondições publiadas para a aeronave Ipanema pelo fabriante Neiva/Embraer: Combustível Consumo (L/h) Densidade (kg/m ) Consumo (kg/h) otênia 75% (kw) Consumo Espeífio SFC (g/kwh) Custo (R$) AGAS 68,4 7 48,6 67,8 289,5,6 Etanol 98,4 789 77,6 79, 4,9 2,58 AGAS/Etanol 7% 94% 75% JEB - dezembro de 2 - ranha 5

Exeríio Análise de Cilo otor Lyoming IO-54-K 2) Calular o teto de voo do Ipanema para o motor a gasolina e para o motor a etanol. Considere que é neessário 5% da C (potênia máxima ontínua) ao nível do mar para manter o voo de ruzeiro. O modelo de atmosfera é o ISA para alular as ondições de entrada de ar no motor. Observar a pressão de exaustão do motor. O programa deve ter sido alibrado para os seguintes dados ao nível do mar: Combustível Consumo (L/h) Densidade (kg/m ) Consumo (kg/h) otênia 75% (kw) Consumo Espeífio SFC (g/kwh) Custo (R$) AGAS 68,4 7 48,6 67,8 289,5,6 Etanol 98,4 789 77,6 79, 4,9 2,58 AGAS/Etanol 7% 94% 75% JEB - dezembro de 2 - ranha 5

Exeríio Análise de Cilo otor Lyoming IO-54-K ) Calular a regulagem da manete de potênia para as argas de %, 75%, 65% e 5% para o motor Lyoming IO-54-K ao nível do mar. O diâmetro da válvula é 5mm. De que maneira o piloto poderia ter uma informação de potênia em voo em função da altitude. JEB - dezembro de 2 - ranha 52

odelo de ilo não-ideal Cilo Sabathé Equações etodologia de Barros, 2, adaptada de Oates, 988, originalmente usada para turbinas a gás aeronáutias T ' Admissão (-) τad T 2 6 4 5 π ad R T R T η v JEB - dezembro de 2 - ranha 5

odelo de ilo não-ideal Cilo Sabathé Equações Compressão (-2) e = efiiênia politrópia ' 2 4 6 5 r τ π τ π γ e T T 2 γ 2 2 r γ 4 JEB - dezembro de 2 - ranha 54

odelo de ilo não-ideal Cilo Sabathé Definições para ombustão 2- Queima a volume onstante - Queima a pressão onstante sf = Split fator fator de divisão da injeção de ombustível entre queima de pré-mistura (p) e queima difusiva (d) sf = fp fd f p = f α = 2 β = sf sf + 2 6 ' f d = f sf + 4 5 f = fp + fd JEB - dezembro de 2 - ranha 55

odelo de ilo não-ideal Cilo Sabathé Equações Combustão Isoória (2-) 2 6 ' v T T2 Qbp ηb fp Δ h f Δ U 4 5 f τ p π b b vi fp τ b η v b Ri γ i b f τ f fp p τ ad ar Δ h T f onde, i f sf sf ou b JEB - dezembro de 2 - ranha 56

odelo de ilo não-ideal Cilo Sabathé Equações Combustão Isobária (- ) ' 2 6 ' ' ' R b T p T ' T Qbd ηb fd Δ h f Δ H 4 ' 5 R b f τ d π T b' b' fd b' fd p ' f η b b f τ ' d τ ar Δ h ' ad f T f sf ar ar fp JEB - dezembro de 2 - ranha 57 f

odelo de ilo não-ideal Cilo Sabathé Equações Expansão (-4) ' 2 4 6 5 τ r e e τ e π e π e e e γ γ T T 4 ' b b 4 ' 4 ' 4 r γ e b r JEB - dezembro de 2 - ranha 58

odelo de ilo não-ideal Cilo Sabathé Equações Exaustão de pressão (4-5) (Blow-out ou Blow-down) τ bo T T 5 4 2 ' 4 π bo 5 4 ξ bo 4 6 5 τ bo π η bo bo JEB - dezembro de 2 - ranha 59

odelo de ilo não-ideal Cilo Sabathé Equações Exaustão (5-6) ' τ ex T T 6 5 2 4 6 5 π ex 6 5 ξ ex JEB - dezembro de 2 - ranha 6

odelo de ilo não-ideal Cilo Sabathé Equações W bombeamento Trabalho realizado (W) 6 d W η m W ilo W bombeamento πex πbo πe πb' πb π πad R T ' W ilo Q 2 Q ' Q 4 2 4 6 5 W ilo v τ τ ad T τ τ τ T τ τ T τ τ τ b p b ad b' vb ad e b' b JEB - dezembro de 2 - ranha 6

odelo de ilo não-ideal Cilo Sabathé Implementação Dados requeridos: T [K], [a], R [J/(kg K)], [kg/kmol], g, R b [J/(kg K)], b [kg/kmol], g b, d [m ], r, N il [ilindros], N [rps], h f [J/kg], f [p/p], sf, h v, e,h b, e e, x bo, h bo, x ex Saídas: W/ [J/(kg ilo ilindro)], [kg/(ilo ilindro)], h t, m [kg/s], C f [kg ombustível/s], t ef [Nm], ef [W], SFC [kg ombustível/s/w], E [a], α, β, [a], T [K], [m ] para os 8 pontos do ilo (no mínimo) JEB - dezembro de 2 - ranha 62

odelo de anete de otênia otores a istão Caso motor ilo Diesel Controle de débito de ombustível (bomba) Alterar a razão Ar/Combustível através do aumento do fator lambda (l ) JEB - dezembro de 2 - ranha 6

Exemplo otor Diesel Dados do otor SA SR5-2E otor om 4 ilindros 4 tempos Cilindrada 4,988 L Razão de ompressão 2 (?) otênia máxima ontinua (C) 2 kw para Jet A Consumo espeífio 26 g/kwh Rotação de C 22 rpm eso 27 kg JEB - dezembro de 2 - ranha 64

Exeríio otor Diesel 4) Considerando dados de atálogo da Aeronave Ipanema e dados do motor Diesel SA SR5-2E. Qual seria o nível do arga do motor neessário para manter voo nivelado a 2km/h, na altitude de 8m para uma efiiênia de hélie de 85%? Estime o oefiiente de arrasto da aeronave arregada. Usando o modelo do motor, alular o onsumo de ombustível nesta ondição e omparar om o onsumo de gasolina itado no atálogo. Comentar. JEB - dezembro de 2 - ranha 65