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8/12/2019 Relatório Curvas Caracteristicas Motores
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RESUMO
O ensaio de levantamento das curvas características de motores foi realizado no dia
27 de Maio de 2014 no Laboratório de Máquinas Térmicas (LMT) da UniversidadeFederal de Itajubá (UNIFEI). O motor ensaiado foi um motor da marca YANMAR NBS75 R, alternativo, 4 tempos, 1 cilindro, refrigerado a água, tendo como combustívelóleo diesel. Sua potência é de 5,5 CV à 7,5 CV com rotação de 1800 a 2400 rpm. Oensaio consistiu em aplicar uma carga constante ao motor ensaiado através dautilização de um freio hidráulico. Variando-se a posição do acelerador do motor,alterava-se a rotação do mesmo. Após definir um decréscimo de aproximadamente100 rpm, a partir da posição de acelaração máxima, para cada ponto de medição,foram medidos para cada posição do acelerador os valores do consumo decombustível, tempo de consumo, rotação do motor e força aplicada no freio. Mediçõesforam feitas até que o motor atingisse uma rotação na qual não conseguiria se
estabilizar. Assim obteve-se os parâmetros necessários ao levantamento das curvascaracterísticas da máquina ensaiada. A partir dessas curvas pode-se fazer umaanálise mais minuciosa do motor em questão, verificando, através de resultadospadronizados por norma, as condições de operação deste motor, de forma a se poderdiscutir as condições ideias de operação da máquina ensaiada, admitindo-se a partirdai possíveis problemas para a não verificação real destas condições.
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 3
2. OBETIVOS .............................................................................................................. 4
3. CONSIDERAÇÕES TEÓRICAS ............................................................................. 5
3.1 MOTORES A PISTÃO DE COMBUSTÃO INTERNA ........................................................ 5
3.2 CLASSIFICAÇÃO DOS MOTORES ............................................................................. 7
3.2.1 Quanto ao tipo de ignição do combustível ................................................... 7
3.2.2 Quanto ao ciclo de trabalho (mecânico) ...................................................... 8
3.2.3 Quanto ao sistema de alimentação de combustível .................................... 83.2.4 Quanto ao número e disposição dos cilindros ............................................. 8
3.2.5 Quanto à utilização ...................................................................................... 9
3.3 DESCRIÇÃO DO FUNCIONAMENTO DE MOTORES .................................................... 10
3.3.1 Funcionamento dos motores de quatro tempos (4T) ................................. 10
3.3.2 Funcionamento dos motores de dois tempos (2T) ..................................... 12
3.4 COMPONENTES PRINCIPAIS DE UM MOTOR ........................................................... 13
4. ESQUEMA DO ENSAIO ....................................................................................... 19 4.1 B ANCO DE ENSAIO .............................................................................................. 19
4.2 TÉCNICA DE ENSAIO ............................................................................................ 19
5. DESENVOLVIMENTO DOS DADOS .................................................................... 21
5.1 T ABELA DE V ALORES LIDOS ................................................................................. 21
5.2 FORMULÁRIOS E C ÁLCULOS................................................................................. 22
5.3 C ÁLCULOS PARA A PRIMEIRA MEDIÇÃO ................................................................. 25
5.4 ANÁLISE DOS RESULTADOS ................................................................................. 29
5.4.1 Tabela de valores calculados .................................................................... 29
5.4.2 Gráficos ..................................................................................................... 30
6. CONCLUSÃO ....................................................................................................... 32
7. REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 32
ANEXOS ................................................................................................................... 36
ANEXO A – ESPECIFICAÇÕES ............................................................................ 36
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1. INTRODUÇÃO
As máquinas são onipresentes no nosso mundo. Usamo-las para facilitar a
nossa vida, para nos movimentarmos e para produzirmos bens e serviços. Este
relatório vai inicidir sobre uma dessas máquinas, o motor de combustão interna,
disseminado por inúmeras utilizações, das quais, sem dúvida, a mais importante é ser
fonte de potência para locomoção de veículos. Neste campo, o motor de combustão
interna é usado em automóveis, motos, caminhões, locomotivas, navios, aviões, além
de ter utilização em inúmeros outros campos tais como a produção de eletricidade
(larga e pequena escala) e outras menores aplicações.
Embora seja reconhecido que o motor de combustão interna é um dos maiores
responsáveis pela poluição atmosférica e pela diminuição das reservas de petróleo
bruto, o seu uso continua a intensificar-se, principalmente nos transportes.
O motor de combustão interna (a pistão) foi inventado no século XIX sendo das
invenções de maior impacto na sociedade e no nível de vida das populações.
Atualmente, embora já ultrapassado por outras tecnologias ao nível da aviação
(turbinas), dos caminhos férreos (motores elétricos) e dos navios de muito grande
porte e submarinos (usando motores nucleares), continua sem concorrência no campo
do transporte rodoviário. Podem-se encontrar motores térmicos com potencias entre
10 W e 10 MW, mas a maioria apresenta valores na ordem das dezenas ou centenas
de quilowatts. Outros aspectos extremamente importantes são o rendimento e a
emissão de poluentes destas máquinas. O rendimento dos motores tem subido ao
longo das décadas desde menos de 10% para valores perto dos 50% (alguns motores
Diesel) e a emissão dos poluentes é hoje mais de 100 vezes inferior à de há 40 anos
atrás (MARTINS, 2013).
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2. OBETIVOS
Obtenção dos parâmetros para determinação das curvas características de um
motor a combustão interna; Reprodução gráfica do comportamento dos parâmetros através das curvas
(potência, torque, consumo específico, rendimento);
Utilização das normas ABNT [MB 372 (NBR-5484/MB-749 (NBR-6396)] para
motores;
Correção da potência para a condição padrão;
Simular situações reais de motores veiculares com relação à variação de
rotação para carga constante com seus efeitos sobre potência, consumo etorque.
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3. CONSIDERAÇÕES TEÓRICAS
3.1 Motores a Pistão de Combustão Interna
Máquina térmica refere-se à todo transformador de energia que troca com o
meio externo as formas de energia trabalho e calor, e o fluido de trabalho retorna às
condições iniciais após realizar um ciclo (FLORES, 2014).
De maneira geral pode-se ter:
Máquina Térmica Motora: recebe uma forma disponível de energia e a converte
em trabalho mecânico.
Máquina Térmica Geradora: recebe energia na forma de trabalho e a converte
numa forma de energia disponível.
Motores são máquinas térmicas motoras destinadas a converter qualquer forma
de energia (térmica, elétrica, hidráulica, etc.) em energia mecânica. No caso de
motores de combustão interna, há transformação de energia térmica/química (queima
de combustível) em trabalho mecânico. (MAHLE METAL LEVE S.A., 2012) A
obtenção de trabalho é ocasionada por uma sequência de processos realizados numasubstância denominada fluido motor ou fluido ativo, que evolui ciclicamente e
transmite aos órgãos mecânicos do motor a energia térmica liberada pelo combustível.
O fluido fornece trabalho aos órgãos mecânicos do motor através de variações de
pressões e volume criadas pelo fornecimento de calor (MARTINS, 2013).
O fluido motor pode evoluir de forma intermitente numa cavidade de volume
variável (máquina volumétrica ou à pistão) ou pode ter fluxo contínuo, com a utilização
de sua energia cinética. Neste caso, a máquina designa-se por dinâmica ou de fluxo. As máquinas volumétricas dividem-se em alternativas e rotativas Nas primeiras, o
fluido ativo evolui dentro de dum cilindro de volume variável, e transmite sua energia
à parede móvel desse cilindro (êmbolo ou pistão) que no movimento de vaivém
impulsiona o motor, geralmente usando um sistema biela-manivela. Nas máquinas
rotativas, o volume variável desenvolve-se entre um rotor e uma carcaça envolvente,
estando o motor direta ou indiretamente acoplado ao rotor (MARTINS, 2013).
Os motores térmicos denominam-se de combustão externa quando o fluido
motor não participa da combustão, isto é quando a combustão se processa
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externamente ao fluido ativo, que será apenas o veiculo da energia térmica a ser
transformada em trabalho. , O calor é transferido ao fluido através da parede de um
permutador de calor. Quando o fluido ativo participa diretamente da combustão, isto
é, se o combustível for queimado no seio do fluido motor, a máquina denomina-se por
combustão interna. Neste caso, geralmente, o fluido é constituído por uma mistura de
ar-combustivel que vai ser queimado num local apropriado do ciclo (dentro do motor).
(MARTINS, 2013; BRUNETTI, 2012).
A Figura 1 a seguir resumo as classificações das máquinas térmicas
mencionadas até aqui.
Figura 1 - Classificação das máquinas térmicas
Fonte: (Florês, 2014)
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3.2 Classificação dos Motores
Além da classificação das máquinas térmicas apresentada anteriormente,
podemos ainda fazer uma classificação dos motores de combustão interna,volumétricos, alternativos quanto a inúmeros outros fatores, alguns dos quais serão
descritos a seguir.
3.2.1 Quanto ao tipo de ignição do combustível
A combustão é um processo químico exotérmico de oxidação de um
combustível. Para que o combustível reaja com o oxigênio do ar necessita-se dealgum agente que provoque o inicio da reação. Denomina-se ignição o processo que
provoca o inicio da combustão.
Quanto à ignição os motores alternativos são divididos em dois tipos
fundamentais:
MIF – Motores de ignição por faísca ou Otto
Nesses motores, a mistura ar/combustível é admitida, previamente dosada ouformada no interior dos cilindros, quando há injeção direta de combustível (GDI –
Gasoline Direct Injection), e inflamada por uma faísca que ocorre entre os eletrodos
de uma vela.
MIE – Motores de ignição espontânea ou Deisel
Nesses motores, o pistão comprime somente ar, até que o mesmo atinja uma
temperatura suficientemente elevada. Quando o pistão aproxima-se do ponto mortosuperior (PMS), injeta-se o combustível que reage esponteneamente com o oxigênio
presente no ar quente, sem a necessidade de uma faísca. A temperatura do ar
necessária para que aconteça a reação espontânea do combustível denomina-se
“temperatura de autoignição” (BRUNETTI, 2012)
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3.2.2 Quanto ao ciclo de trabalho (mecânico)
Ciclo de trabalho, ou simplesmente ciclo, é a sequência de processos sofridos
pelo fuido ativo, processos estes que se repetem periodicamente para a obtenção detrabalho útil. Entende-se por tempo o curso pistão, e não se deve confundir tempo
com processo, pois, ao longo de um tempo, poderão acontecer diversos processos.
Quando ao numero de tempos, os motores alternativos, sejam MIF ou MIE, podem
ser divididos em dois grupos.
Motores alternativos a quatro tempos (4T)
Neste caso o pistão percorre quatro cursos, correspondendo a duas voltas da
manivela do motor, para que seja completado um ciclo. Os quatro tempos são: tempo
de admissão, tempo de compressão, tempo de expansão e tempo de escape.
Motores alternativos a dois tempos (2T)
Nesses motores o ciclo se completa com apenas dois cursos do pistão,
correspondendo a uma única volta doo eixo do motor. Os processos indicados no
motor 4T são aqui realizados da mesma maneira, entretanto, alguns deles se
sobrepõem num mesmo curso (BRUNETTI, 2012).
3.2.3 Quanto ao sistema de alimentação de combustível
Os motores ciclo Otto são alimentados por combustível por meio de um
carburador ou de um sistema de injeção de combustível. O carburador é utilizado em
aplicações e baixa potência nas quais as limitações de emissão de poluentes são
menos restritivas do que em aplicações automotivas. A injeção de combustível, além
de mais precisa premite melhores resutados no controle de emissões podendo ocorrer
no coletor de admissão ou diretamente na câmara de combustão (GDI – Gasoline
Direct Injection) (BRUNETTI,2012).
3.2.4 Quanto ao número e disposição dos cilindros
Quanto ao número de cilindros os motores podem ser classificados em
monocilíndricos ou policilindricos. Esses cilindros podem estar dispostos de diversas
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maneiras no motor: cilindros em linha, cilindros opostos, cilindros em V, em W, em H,
em estrela, etc. (MARTINS,2013).
3.2.5 Quanto à utilização
Estacionários
Destinados ao acionamento de máquinas estacionárias, tais como geradores,
máquinas de solda, bombas ou outras máquinas que operam em rotação constante;
Industriais
Destinados ao acionamento de máquinas de construção civil, tais como
tratores,carregadeiras, guindastes, compressores de ar, máquinas de mineração,
veículos de operação fora-de-estrada, acionamento de sistemas hidrostáticos e outras
aplicações onde se exijam características especiais específicas do acionador;
Veiculares
Destinados ao acionamento de veículos de transporte em geral, tais como
caminhões e ônibus;
Marítimos
Destinados à propulsão de barcos e máquinas de uso naval. Conforme o tipo
de serviço e o regime de trabalho da embarcação, existe uma vasta gama de modelos
com características apropriadas, conforme o uso - laser, trabalho comercial leve,
pesado, médiocontínuo e contínuo (MARTINELLI, 2008)
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3.3 Descrição do Funcionamento de Motores
3.3.1 Funcionamento dos motores de quatro tempos (4T)
Ciclo Otto
1º Tempo: Admissão
À medida que o pistão move-se do ponto morto superior (PMS) para o ponto
morto inferior (PMI), a válvula de admissão se abre e a mistura de ar e combustível
vaporizada é aspirada para o interior do cilindro. O virabrequim efetua meia volta
(180°).
2º Tempo: Compressão
A seguir, a válvula de admissão fecha-se. À medida que o pistão desloca-se
para o PMS, comprime a mistura de combustível e ar. O virabrequim executa outra
meia volta, completando a primeira volta completa (360°).
3º Tempo: Combustão
Pouco antes do pistão atingir o PMS, o sistema de ignição transmite corrente
elétrica à vela, fazendo saltar uma centelha entre os ele trodos desta, que inflama a
mistura fortemente comprimida. Os gases em expansão, resultantes da combustão,
forçam o pistão do PMS para o PMI. O virabrequim efetua outra meia volta (540°).
4º Tempo: Escape
Depois da queima da mistura e expansão dos gases, a válvula de escape se
abre. Os gases queimados são forçados para fora do cilindro, quando
o pistão se movimenta do PMI para o PMS. O virabrequim executa outra meia-volta,
completando a segunda volta completa (720°).Uma vez que o pistão realiza quatro
tempos - admissão, compressão, combustão e escape - o nome técnico dessa
operação é ciclo de quatro tempos. A Figura 2 a seguir ilustra os ciclos.descritos.
É importante salientar que nos motores de quatro tempos, somente no tempo
de combustão, se produz energia mecânica, enquanto que os outros três são
passivos, isto é, absorvem energia (MAHLE METAL LEVE S.A., 2012).
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Figura 2 - Ciclo Otto para motores a quatro tempos (4T)
Fonte: (MAHLE metal leve S.A., 2012)
Ciclo Diesel
Nos motores tipo diesel ha somente admissao de ar puro, que ao ser
comprimido pelo pistao se aquece o suficiente para inflamar o oleo diesel pulverizado
no interior da camara de combustao. Tem seu funcionamento semelhante ao do motor
a gasolina. Assim, temos no motor Diesel:1° tempo - Admissão (de ar puro); 2° tempo
- Compressão (de ar puro); 3° tempo - Combustão (pulverizacão de óleo diesel e
expansao dos gases); 4° tempo - Escape (dos gases queimados). (MAHLE METAL
LEVE S.A., 2012). A Figura 3 ilustra este ciclo.
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Figura 3 - Ciclo Diesel para motores a quatro tempos (4T)
Fonte: (MAHLE metal leve S.A., 2012)
3.3.2 Funcionamento dos motores de dois tempos (2T)
Motor a gasolina ou a álcool
Os motores deste tipo combinam em dois cursos as funcões dos motores de
quatro tempos. Sendo assim, ha um curso motor para cada volta do virabrequim.
Ocorrendo a combustão, o pistão e impulsionado para baixo, fornecendo trabalho. Ao
mesmo tempo, comprime no carter a mistura que vai ser utilizada no tempo seguinte.
Continuando a descer, o pistão descobre as janelas de escape, por onde são
expelidos os gases queimados. Simultaneamente, descobre também as janelas de
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Coletor de Escape
Móveis
Biela
Pistão/Anel
Virabrequim
Eixo comando de válvulas
Válvulas
Conjunto de acionamento das válvulas
Com ponen tes Estacio nários
Bloco
E o motor propriamente dito, no qual estao localizados os cilindros ou os furos
para a colocação das camisas (Figura 5).Os motores arrefecidos a ar levam cilindros
aletados separados do bloco. Na parte inferior do bloco estão localizados os
alojamentos dos mancais centrais onde se apoia o virabrequim e em muitos casos o
eixo comando de válvulas. Nos motores horizontais de cilindros contrapostos, o
virabrequim esta posicionado no centro do bloco (carcaça). Este por sua vez e
composto de duas partes justapostas, fixadas por parafusos.
Cabeçote
Serve de tampa dos cilindros, contra a qual o pistão comprime a mistura
combustivel/ar (Figura 5). Suporta o conjunto de valvulas e em alguns casos tambem
o eixo comando de válvulas.
Cárter
Tampa inferior do bloco, que protege os componentes inferiores do motor
(Figura 5). É onde esta depositado o óleo lubrificante
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Figura 5 - Componentes estácionários de um motor
Fonte: (MAHLE metal leve S.A., 2012)
Coletor de admissão
Recebe e distribui aos cilindros a mistura (Ciclo Otto) ou o ar (Ciclo Diesel)aspirado pelo pistão, através do filtro de ar.
Coletor de escape
Recebe os gases queimados para lanca-los a atmosfera atraves do tubo de
escape e silencioso.
Compo nentes Móveis
Biela
Braço de ligacão entre o pistao e o virabrequim; recebe o impulso do pistao,
transmitindo-o ao virabrequim. E importante salientar que este conjunto transforma o
movimento retilíneo alternado do pistão em movimento rotativo do virabrequim (Figura
6).
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Pistão
E a parte móvel da câmara de combustão. Recebe a força de expansão dos
gases queimados, transmitindo-a a biela, por intermédio de um pino de aço (pino do
pistão). Em geral o pistão e fabricado em liga de aluminio (Figura 6).
Anéis
Compensam a folga entre o pistao e o cilindro, dando a vedacao necessaria
para uma boa compressão do motor e um melhor rendimento termico (Figura 6).
Virabrequim ou eixo de manivelas ou árvores de manivelas
Eixo motor propriamente dito, o qual na maioria das vezes e instalado na parte
inferior do bloco, recebendo ainda as bielas que lhe imprimem movimento. Somente
em motores de grande porte o virabrequim é instalado no cárter (Figura 6).
Eixo Comando de Válvula
A função deste eixo e abrir as valvulas de admissão e escape. E acionado
pelo virabrequim, através de engrenagem ou corrente, ou ainda correia dentada.
Válvulas
Válvula de Admissão: tem a finalidade de permitir a entrada da mistura
combustivel/ar (somente ar no motor diesel) no interior do cilindro.
Válvula de Escape: tem a finalidade de permitir a saida dos gases queimados.
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Figura 6 - Componentes móveis de um motor
Fonte: (MAHLE metal leve S.A., 2012)
Conjunto de acionamento das válvulas
Compreende o tucho e uma haste, que o interliga ao balancim, sendo que este
atua diretamente sobre a válvula. No momento em que o eixo comando de válvulas
gira, o ressalto deste aciona o tucho, que por sua vez move a haste, fazendo com
que o balancim transmita o movimento a válvula, abrindo-a (Figura 7).
Há um conjunto destes (tucho, haste e balancim) para cada ressalto, isto e, um
para cada valvula, tanto de admissao quanto de escape. O conjunto de acionamento
das válvulas pode ser acionado através de engrenagem.
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Figura 7 - Conjunto de acionamento das válvulas de um motor
Fonte: (MAHLE metal leve S.A., 2012)
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4. ESQUEMA DO ENSAIO
4.1 Banco de Ensaio
Figura 8 - Esquema do banco de ensaio
4.2 Técnica de Ensaio
Para o estudo experimental dos motores de combustão interna, buscando
conhecer suas características de desempenho para posterior aplicação ou a fim de
desenvolve-lo de forma a torna-lo mais eficiente, é utilizado um conjunto de
propriedades que, além de fornecer informações relevantes sobre suas condições de
funcionamento, pode gerar curvas que irão caracteriza-lo individualmente.
As propriedades, conjugado na árvore de manivelas ou torque (Ʈ), potência
e consumo especifico (Ce), são as que serão utilizadas para o "levantamento" das
curvas características de um motor de combustão interna, todas elas obtidas em
função da rotação.
O motor ensaiado foi um motor da marca YANMAR, alternativo, 4 tempos, 1cilindro, refrigerado a água, tendo como combustível óleo diesel. Iniciou-se o ensaio
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fazendo as leituras das condições ambientais iniciais momentâneas. Em seguida deu-
se então partida manual, por meio de uma manivela, no motor a ser ensaiado. O
acelerador do motor foi então colocado, inicialmente, na condição teórica de rotação
máxima (acelerador no máximo). Variando-se a posição do acelerador, alterava-se
assim a rotação do motor. Foram então pré-estipulados alguns valores aproximados
de rotação, adotando-se uma diferença de aproximadamente -100 rpm de uma
rotação para outra. Essas rotações eram medidas através de um tacômetro e admitia-
se como rotação para medição a medida estabilizada próxima ao valor estipulado.
Com a estabilização, media-se, para cada posição do acelerador, os valores do
consumo de combustível, tempo de consumo, rotação e força aplicada no freio. O
consumo de combustível foi medido volumetricamente. Utilizou-se um frasco devolume calibrado com uma válvula de três vias, que podia ser acionada para
preencher o frasco e posteriormente alimentar o motor. Um volume de consumo de
combustível foi então pré-determinado, estabelecendo-se o valor de 5 cm³ para cada
uma das medições realizadas. O tempo necessário para consumir o combustível em
cada medição foi cronometrado. Para se medir o torque numa dada rotação do motor
foi necessário, como já mencionado, impor ao eixo um momento externo resistente ao
produzido pelo motor (momento torçor motor). Esse efeito pode ser obtido aplicando-se uma carga constante ao motor através de um freio hidráulico. Esse freio estava
acoplado à um dinamômetro, através do qual leituras da força aplicada no freio era
realizada. O numero de medições realizadas foi determinada pela rotação na qual o
motor não conseguia mais se estabilizar. Quando um valor assim foi atingido,
encerraram-se os procedimentos. Mediu-se então por último, as condições ambientais
finais momentâneas. Desta forma, obteve-se os parâmetros necessários ao
levantamento das curvas características da máquina ensaiada.
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5. DESENVOLVIMENTO DOS DADOS
5.1 Tabela de Valores Lidos
Tabela 1 - Valores Lidos
Grandezas V t F n
unidade cm³ s kgf rpm
Origem Reservatório Crônometro Freio Tacômetro
1 5 20,17 1,00 2315
2 5 21,45 0,90 2210
3 5 27,72 0,85 2100
4 5 33,69 0,80 1970
5 5 34,45 0,75 1850
6 5 41,47 0,70 1720
7 5 45,87 0,67 1600
8 5 50,84 0,63 1485
9 5 58,12 0,60 1345
10 5 60,5 0,60 1245
11 5 69,13 0,59 1180
Condições Ambientais Inicial, Final e Média
Condições Ambientais Inicial Final Média
Ψ % 78,0 77,0 76,5
T °C 18,0 19,0 18,5
Pb mmHg 697 697 697
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5.2 Formulários e CálculosNesta seção será realizado um detalhamento das equações utilizadas neste
relatório que permitirão calcular os valores das grandezas da Tabelas 2 – Valores
Calculados.
A. Consumo de Combustível
= ×
,
= í ()
= í 833 (/³)
= í ()
(1)
= () ×833×10− (/³) ×3600
() (2)
=3 × ()
() (/ℎ) (3)
B. Potência Efetiva (Eixo)
= 0,001 × () × () ()
, = çã () = ç ô ()
(4)
C. Torque
Ʈ =() × 716,2
() (.) (5)
Observação : Tor que (Ʈ) nada mais é do eu o momento de torção a que está
submetido o eixo motor, o qual pode ser medido através de um dinamômetro.
Sendo “F” a força aplicada no braçoda alavanca de comprimento “L”, para uma
dada rotação, o momento de torção (torque) será:
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Ʈ = × (. )
Em relação à potência:
Ʈ =() × 716,2
() (.) (6)
Para L = 0,7162 m
=Ʈ (.) × ()
716,2=
() × () × ()
716,2
= () × 0,7162 () × ()
716,2= 0,001 × × () (7)
D. Potência do combustível
= (/) × (/)
736
()
, = í
= 10000 (/) = 41800 (/)
(8)
E. Consumo Específico de Combustível
= (/ℎ) × 1000 (/)
() (/. ℎ) (9)
F. Rendimento Global
ɳ = ()
()× 100 (%) (10)
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24
G. Potência Perdida no Motor
= () () () (11)
H. Potência Efetiva Reduzida
Motores Estacionários - Norma MB-749 (NBR-6396)
=
()
()
,
= (, , )
(12)
A fim de se obter resultados em condições padronizadas, o fator αA é um fator
de redução dado na Tabela 6.4.1.A, da norma MB-749 (NBR-6396), para pressões
barométricas de B = 760 mmHg à 600 mmHg, a intervalos de 5 mmHg, e temperaturas
de 10 ºC a 50 ºC, a intervalos de 2 ºC e humidade relativa de 30 % a 100 %, a
intervalos de 10 %, assumindo-se um rendimento mecânico de ɳ m
= 0,85. Para valores
diferentes de ɳ m, o fator de redução αA, obtido da Tabela 6.4.1.A, deve ser reduzidoconforme a Tabela 6.4.1.B, que dá os valores correspondentes para ɳ = 0,85 até
0,65, a intervalos de 0,05. Valores de αA para condições intermediárias podem ser
obtidos por interpolação linear.
Ou
Motores veiculares – Norma MB-372 (NBR-5484)
= () × ()
,
=736
é ()
× [(é (°) + 273)/303]
(13)
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5.3 Cálculos para a Primeira Medição
Nesta seção serão explicitados os cálculos das grandezas de acordo com os
dados coletados para a primeira leitura. Todas as demais leituras seguirão o mesmoprincipio de cálculo, e portanto não serão também explicitadas aqui, tendo seus
resultados diretamente dispostos na Tabelas 2 - Valores Calculados.
Os valores correspondentes à primeira leitura estão dispostos na Tabela 1.1 a
seguir.
Tabela 1.1 - Valores lidos para a primeira medição
Grandezas V t F N
unidade cm³ s kgf Rpm
Origem Resevatório Crônometro Freio Tacômetro
Leitura 1 5 20,17 1,00 2315
A. Consumo de Combustível
=3 × ()
() (/ℎ) (3)
=3 × 5 ()
20,17 ()= 0,7437 (/ℎ)
B. Potência Efetiva de Eixo
= 0,001 × () × () () (4)
= 0,001 × 1,00 × 2315 = 2,315 ()
C. Torque
Ʈ =() × 716,2
() (.) (5)
Ʈ =2,315 () × 716,2
2315 () = 0,7162 (.)
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D. Potência do Combustível
= (/) × (/)
736 ()
, = 41800 (/)
(8)
=
0,7437 (/ℎ)3600 (/ℎ) × 41800(/) × 1000 (/)
736= 11,732 ()
E. Consumo Específico de Combustível
= (/ℎ) × 1000 (/)
() (/. ℎ) (9)
=0,7437 (/ℎ) × 1000 (/)
2,315()= 321,24 (/. ℎ)
F. Rendimento Global
ɳ = ()
()× 100 (%) (10)
ɳ =2,315 ()
11,732 ()× 100 = 19,73 (%)
G. Potência Perdida no Motor
= () () () (11)
= 11,732 () 2,315() = 9,417 ()
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F. Potência Efetiva Reduzida
Motores Estácionários – Norma MB-749 (NBR-6396)
= ()
()
,
= (, , )
(12)
O fator αA é um fator de redução dado na Tabela 6.4.1.A, da Norma MB-749
(NBR-6396), para motores estácionários Este fator é função das condições ambientais
medidas durante a realização do ensaio: humidade relativa () , temperatura (T) epressão atmosférica/barométrica (Pb). Temos como condições médias ambientais
medidas para este esaio, as seguintes:
Condições Ambientais Média
Ψ % 76,5
T °C 18,5
Pb mmHg 697
Para essas condições, de acordo com a Tabela 6.4.1.A da referida norma MB-
749, obteve-se o seguinte valor para αA.
= 0,95
Assim, temos:
= 2,315 ()
0,95= 2,44 ()
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28
Admitindo-se agora a Norma MB-372 (Norma-5484), para motores veiculares, temos:
= () × ()
,
=736
é ()
× [(é (°) + 273)/303]
(13)
Assim, temos:
=736
697 ()
× [(18,5 (°) + 273)/303] = 1,017
= 2,315 () × 1,017 = 2,35 ()
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29
5.4 Análise dos Resultados
Neste subitem, os resultados deste ensaio serão explicitados em forma de uma
Tabela de valores calculados (Tabela 2). A partir do ensaio realizado foram tambémconstruídas curvas características do motor ensaiado, uma vez que as propriedades
calculadas variam em função das condições de funcionamento, e estas curvas
auxiliam na visualização dessa variação Os gráficos apresentados são:
ɳ, C × n
Ʈ, P , P × n
PC,P, P × n
5.4.1 Tabela de valores calculados
Tabela 2 - Valores Calculados
Grandeza mc Pef Ʈ PC Ce ɳ g Ppm PefR PefR
Unidade
(leitura)kg/h CV kgf.m CV g/CV.h % CV MB-749 CV MB-372 CV
10,7437 2,3150 0,7162 11,7323 321,2435 19,7319 9,4173 2,4368 2,3518
20,6993 1,9890 0,6446 11,0321 351,5841 18,0291 9,0431 2,0937 2,0206
30,5411 1,7850 0,6088 8,5368 303,1516 20,9095 6,7518 1,8789 1,8133
40,4452 1,5760 0,5730 7,0240 282,5101 22,4373 5,4480 1,6589 1,6010
50,4354 1,3875 0,5372 6,8691 313,8116 20,1992 5,4816 1,4605 1,4095
60,3617 1,2040 0,5013 5,7063 300,4213 21,0996 4,5023 1,2674 1,2231
70,3270 1,0720 0,4799 5,1589 305,0477 20,7796 4,0869 1,1284 1,0890
8 0,2950 0,9356 0,4512 4,6546 315,3688 20,0995 3,7190 0,9848 0,9504
90,2581 0,8070 0,4297 4,0716 319,8101 19,8204 3,2646 0,8495 0,8198
100,2479 0,7470 0,4297 3,9114 331,9061 19,0980 3,1644 0,7863 0,7589
110,2170 0,6962 0,4226 3,4231 311,6669 20,3382 2,7269 0,7328 0,7073
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5.4.2 Gráficos
Gráfico 1 - Rendimento Global e Consumo Específico x Rotação
Gráfico 2 - Potência Efetiva e Potência Efetiva Corrigida (MB-372) / (MB-749) x Rotação
17,00
18,00
19,00
20,00
21,00
22,00
23,00
250
270
290
310
330
350
370
1000 1500 2000 2500
R e n d i m e n t o G l o b a l ( % )
C o n
s u m o E s p e c í f i c o ( g / C V . h
)
Rotação (rpm)
Comportamento do Rendimento Global e ConsumoEspecífico com a rotação
Consumo Específico
(Ce)
Rendimento Global
(ɳg)
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
1000 1400 1800 2200 2600
T o r q u e ( k g f . m )
P o t ê n
c i a E f e t i v a
( C V )
Rotação (rpm)
Comportamento do Torque e Potências Efetiva e Efetiva Corrigida(MB-372) / MB-749) com a rotação
Potência Efetiva (Pef)
Potência Efetiva Corrigida (PefR )
- MB-372
Potência Efetiva Corrigida (PefR)
MB-749
Torque (Ʈ)
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Gráfico 3 - Potências Efetiva, do Combustível e Perdida no Motor x Rotação
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
1000 1400 1800 2200 2600
P o t ê n c i a ( C V )
Rotação (rpm)
Comportamento das potências com a rotação
Potência do Combustível (PC)
Potencia perdida no motor (Ppm)
Potênca Efetiva (Pef)
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Relativamente à potência efetiva, como esta é dada pelo produto do torque pela
rotação, a sua forma advirá da curva de torque
Da análise então dos Gráficos (Ʈ, Pef
, Pef R
×n) e (PC, Ppm
, Pef
×n), pode-se observar
parcialmente os comportamentos teóricos esperados descritos anteriormente. Ao
analisar os números obtidos para o torque, por exemplo, verificamos que este
aumentou continuamente no decorrer do ensaio, estando condizente com parte da
teoria. No entanto, não obteve-se um ponto de “máximo” e o decaimento posterior
deste. Esta fato pode estar relacionado à faixa de rotação de ensaio, que pode não
ter abrangido toda a faixa de operação do motor, ou mesmo as condições do
equipamento ensaiado, que pode estar fora das sua condições ideais de operação
Quanto à potência efetiva, ressalta-se a utilização das normas (MB-372) para motores
veiculares e (MB-749) para motores estacionários, que tiveram a função de padronizar
os resultados obtivos, de forma a se obter maior precisão para efeito de comparação
dos valores finais obtidos. No entanto, analisando-se tais valores, e tomando como
base a potência efetiva corrida para a norma (MB-372), observou-se que a máxima
potência verificada à rotação máxima, obteve o valor de 2,3518 CV. Este valor está
extremente divergente se comparado com os valores estipulados pelo fabricante para
o motor ensaiado (5,5 à 7,5 CV). Esse fato apenas reforça a hipótese de que o
equipamento ensaiado está fora de suas condições ideais de operação e/ou mal
regulado.
Resalta-se então que todas as divergências verificadas, principalmente quanto
aos valores finais de algumas grandezas obtidas, podem ter sido geradas por
problemas que vão desde às condições de operação do motor até incertezas inerentes
ao processo de medição do ensaio, incertezas estas que podem ser provenientes
tanto do operador junto a medição das grandezas de ensaio quanto de fatores como,
por exemplo, a não calibração antecedente dos instrumentos de medição, o que que
garantiria a exatidão destes.
As curvas características mostraram-se portanto de extrema importância para
determinação das condições ótimas de operação do equipamento ensaiado quanto a
correção de possíveis fatores/condições de operação. No entanto, para se obter
valores mais próximos do real, aconselha-se fazer a construção do campo básico defuncionamento da máquina térmica, que consiste em outro ensaio no qual, utiliza-se
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a mesma base experimental explicitada neste relatório, porém com um maior número
de pontos de coleta de dados e com mais fatores a serem analisados.
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35
7. REFERÊNCIAS
[1] BRUNETTI, F. Motores de Combustão Interna. Mauá: Blucher. Ed. 1; V. 1; p.
554; 2012.
[2] FLÔRES, L. F. V. Apostila de Sistemas e Centrais Térmicas, UNIFEI,
Capítulo 3, 2014.
[3] MARTINS, J. Motores de Combustão Interna. Publindústria. Ed. 4; p. 512;
2013.
[4] MAHLE METAL LEVE S.A. Manual técnico: Motores de Combustão Interna.
Arquivo original. 2012. Disponível em: http://www.br.mahle.com
[5] MARTINELLI JUNIOR, L. C. Maquinas Térmicas I: Motores de Combustão
Interna. Unijuí: Campus Panambi. 2008.
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4. CRONÔMETRO:
- Marca: Oregon Scientific;
- Tipo: Digital;
- Precisão: 1/100 s.