UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB

CAMPUS ITABIRA

Devans Gomes Rocha - 24799 Felipe Batista Lopes - 19629Fernando Henrique Villa Cripaldi - 19644Giovani Alves Bueno - 19647 Thiago do Couto Rosa e Garcia Oliveira 19672Banco de Teste do Motor de Combusto Interna Caractersticas mecnicas: medio da relao ar/combustvel e a eficincia volumtrica do motor.PRTICA 03 GRUPO TURBOItabira

07 de Outubro de 2013

Sumrio

4Resumo

4Introduo

5Objetivos

5Reviso bibliogrfica

6Materiais Utilizados

7Procedimento Experimental

7Discusso e Resultados

11Observaes sobre os grficos:

13Concluso

14Referncias Bibliogrficas

LISTA DE TABELAS/GRFICOS Tabela 1 Obteno do fator K.Tabela 2 Dados para clculos obtidos por pesquisa.Tabela 3 Dados do primeiro teste, obtidos por testes prticos e clculos.Tabela 4 Dados do segundo teste, obtidos por testes prticos e clculos.Tabela 5 Condies de contorno

Tabela 6 - Razo Ar/Combustvel e Eficincia Volumtrica de acordo com parmetros correspondentes para o teste 1.

Tabela 7 - Razo Ar/Combustvel e Eficincia Volumtrica de acordo com parmetros correspondentes para o teste 2.

Tabela 8 Mdia da Razo Ar/Combustvel e Eficincia Volumtrica.

Grfico 1 Eficincia de Trabalho/Consumo Especfico de Combustvel x Rotao

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB CAMPUS ITABIRA

RELATRIO DE AULA PRTICA

NOME

1. Devans Gomes Rocha - 24799 _________________________________

2. Felipe Batista Lopes - 19629______________________________________

3. Fernando Henrique Villa Cripaldi - 19644____________________________

4. Giovani Alves Bueno - 19647 _____________________________________

5. Thiago do Couto Rosa e Garcia Oliveira - 19672 ______________________

DISCIPLINA

Sistemas Trmicos EME014

PROFESSOR

Joo Carlos Teles

LABORATRIO

LSTFp

ASSUNTO DA AULA PRTICA

Banco de Teste do Motor de Combusto Interna - Caractersticas mecnicas: medio da relao ar/combustvel e a eficincia volumtrica do motor.DATA

07/10/2013

Resumo Este relatrio apresenta um experimento prtico voltado a exemplificar a relao existente entre a quantidade de ar/combustvel adicionado na cmara de combusto e o rendimento volumtrico do motor atravs do teste de determinao do fluxo de entrada de ar utilizado na oxidao do combustvel, este ser determinado a partir de tabelas e grficos gerados junto aos dados obtidos no experimento. Sendo assim, possvel a determinao das condies de trabalho deste motor.

Palavras chave: Motor de combusto interna; Relao ar/combustvel ; Rendimento.

Introduo O principio bsico de funcionamento de um motor a combusto interna a converso de energia, a mistura ar combustvel queimada dentro da cmara de combusto, gerando energia trmica, esta ento convertida em energia mecnica, que poder ser usada para diversos fins como: movimentar veculos, gerar energia eltrica, e propulso de maquinas e ferramentas.

Esta converso de energia suportada teoricamente pela termodinmica clssica, a segunda lei da termodinmica, resumidamente esta lei implica que impossvel construo de um dispositivo que, por si s, isto , sem interveno do meio exterior, consiga transformar integralmente em trabalho o calor absorvido de uma fonte a uma dada temperatura uniforme. A partir desta afirmao pode se deduzir que durante o funcionamento do motor sempre existiro perdas, onde grande parte da energia trmica gerada ser dissipada em forma de calor, enquanto uma frao menor ser aproveitada.

Cada diferente motor precisa de certa quantidade de combustvel para operar, esta quantidade depende do volume de combustvel deslocado pelo motor, da rotao, das condies de funcionamento, e da quantidade de potncia desenvolvida pelo motor. Este consumo de combustvel pode ser facilmente calculado, em seguida relacionado com a potncia desenvolvida pelo motor para se obter um valor de consumo especifico (quantidade de combustvel utilizada para gerar uma determinada potncia). De posse destes dados pode-se estimar a eficincia trmica do motor nas suas diferentes faixas de rotao, e assim aperfeioar o funcionamento do motor ao procurar trabalhar sempre com a mxima eficincia.

Objetivos Conhecer o funcionamento de um motor de combusto interna;

Analisar os parmetros envolvidos no funcionamento do motor;

Medir o combustvel consumido pelo motor em um determinado espao de tempo;

Determinar a relao ar/combustvel e rendimento volumtrico do motor atravs do teste de determinao do fluxo de entrada de ar utilizado na oxidao do combustvel.

Reviso bibliogrfica A anlise de motores a combusto interna comeou com Beau de Rochas, em 1862, sendo finalizada em 1876, com a construo do primeiro motor por Otto. Em 1892, Diesel prope e executa um motor com ignio a compresso (Obert, 1971). Desde ento, os modelos de simulao veem acompanhando e realimentando a evoluo tecnolgica destes motores. No primeiro momento, os modelos so algbricos, baseados na teoria termodinmica clssica, usando de consideraes simplificadoras que permitiram chegar a solues fechadas. O objetivo, perfeitamente cumprido, destes modelos permitir um entendimento do princpio de funcionamento dos motores e avaliar qual a mxima eficincia trmica que estes podem atingir.

As definies de eficincia e de outros termos significativos para a modelagem so derivadas desta anlise e podem ser encontradas em todos os livros da rea, em especial, mencionam-se os trabalhos, em ordem cronolgica, de Obert, 1944 (1 ed.), Taylor, 1968 (1 ed.), Stone, 1985 (1 ed.), Ferguson, 1986 e Heywood, 1988. Esse experimento serve para iniciar uma caracterizao de um motor a combusto interna e posteriormente se requerido criar um mtodo para simulao.Em se tratando do consumo de combustvel, independente do mtodo empregado, a medio do consumo fundamental para que se conhea a eficincia com que o motor transforma energia qumica do combustvel em trabalho til, ou seja, em energia mecnica. Com os valores de massa ou volume de combustvel consumido, potncia medida e tempo, pode-se calcular o consumo especfico de combustvel em g/cvh, g/KWh ou lb./HPh. Tomando medies em diferentes condies de carga e rpm, possvel plotar em grfico os diversos resultados e traar uma curva de consumo para o motor em prova. Em geral, a curva de consumo especfico do motor apresenta os pontos mais favorveis, de menor valor, com carga em torno de 80% da potncia nominal e onde so medidos os valores de torque mais elevados.

Materiais Utilizados Foram utilizados os seguintes equipamentos para a realizao do experimento:

Bancada de testes de motores de combusto interna Didacta Italia T113D.

Motor de combusto interna Tecumseh BH40.

Freio dinmico (motor eltrico de induo):

Sistema de controle e aquisio de dados:

Gasolina comum (mistura com etanol).Procedimento Experimental O experimento foi iniciado medindo-se a temperatura e a presso atmosfrica do laboratrio. Em seguida foi dada partida ao motor; como o motor estudado no conta com motor de arranque prprio utiliza-se o motor eltrico do freio dinmico para dar a partida; sendo que ao perceber que o motor entrou em funcionamento, o motor eltrico desligado, passando, assim, a ser movido pelo motor a combusto. Neste momento o motor eltrico passa a funcionar como carga para o motor a combusto e, ao mesmo tempo, gera corrente e tenso eltrica.

O acelerador do motor foi ento fixado a 100% (entrada cheia), e carga gerada pelo freio dinmico foi ajustada at se obter uma rotao de 3500 rpm no motor de combusto interna, foram ento tomadas as medidas de tenso e corrente geradas pelo freio dinmico, a diferena de presso de entrada de ar medida pelo micro-manmetro, e o tempo necessrio para o motor consumir 8ml de combustvel. A carga foi aumentada gradativamente, para que a rotao diminusse em incrementos de 250 rpm at a rotao mnima de 1250 rpm, a cada incremento tomava-se nota das leituras de tenso e corrente.

Ao finalizar o primeiro ciclo de testes o motor foi desligado para que retornasse a temperatura ideal de trabalho, enquanto a temperatura e presso atmosfrica do laboratrio foram novamente aferidas. Em seguida foi dada uma nova partida ao motor, e o ciclo de testes se repetiu, gerando assim duas amostras de dados para analise.

Discusso e Resultados Clculo da Razo Ar/Combustvel

A razo ar / combustvel, A / F, definida como a razo entre o fluxo de massa de ar de admisso e o fluxo de combustvel consumido, isto :

em que:A / Fproporo ar / combustvel

Qafluxo de massa de ar de admisso (kg / h)

c fluxo de volume de combustvel (litros / h)

fddensidade do combustvel (kg / litros)

Para se obter o valor numrico de Qa deve-se anteriormente obter a constante de proporcionalidade K em :

Assim, utilizando os valores de p e Qa observados na carta, referenciada no roteiro desta aula prtica como figura 3.6, obtemos o valor de K esperimentalmente em uma mdia aritmtica:

Obteno de K

(P)Qak

2,543,81,50

3,396,71,98

4,008,12,03

4,69102,13

4,7910,22,13

4,9010,42,12

5,10112,16

5,1911,52,22

3,326,41,93

Mdia2,02

Tabela 1 Obteno do fator K.Com o valor da constante K pode-se obter agora os valores de Qa. E assim determinar a razo A/F plotada no Grfico 1 no final desse relatrio.Clculo da Eficincia Volumtrica

Eficincia volumtrica (ou o coeficiente enchimento) definido como a razo entre a massa fluxo de ar realmente absorvido pelo motor e um valor de referncia, Com base na definio do coeficiente enchimento, como a seguir:Frmulas do livro em estudo:

Volume do motor estudado: 195 cm3 ou 195cc

Porm para esta bancada foi desenvolvida a seguinte frmula:

em que: v eficincia volumtrica (%)

ad densidade do ar (kg/m3)

Qa fluxo de massa de ar de admisso Qa (kg / h)

V deslocamento (cm3)

n velocidade de rotao (rpm)

N nmero de temposA relao acima pode ser escrita de uma forma mais curta, introduzindo a referncia fluxo de massa de ar que pode ser tomado em, Qt,

em que:v eficincia volumtrica (%)

Qa fluxo de massa de ar de admisso Qa (kg / h)

Qt fluxo de massa de ar que pode ser tomado em (kg / h) Qt = ad V/106n. 60/(N/2)

Dados utilizados para os clculos:

Volume do Combustvel8 cm

Densidade do Combustvel0,718 a 0,775 g/kWh. (mdia usada 0,7465 g/kWh) (FONTE: Petrobrs)

Poder Calorfico Inferior44000 (GASOLINA A) usado 40546 (Gasolina com 20% de Etanol) (FONTE: Instituto de Qumica - USP) [kJ/kg]

Tabela 2 - Dados para clculos obtidos por pesquisas.

Resultados obtidos na aula prtica e clculos:

TESTE 1

n (rpm)E (V)I (A)Pe (kW)trasm *100(%) P (kW)tc (s)p (mm H2O)

150083100,8300,81,03843,326,5

17509511,51,0930,81,36630,5711,5

200010512,51,3130,81,64130,316

2250110131,4300,81,78829,0422

250011513,51,5530,81,94126,9923

2750120141,6800,82,10020,4624

3000120161,9200,82,40018,1726,5

3250125151,8750,82,34417,6827

350090121,0800,81,35026,0411

Tabela 3 Dados do primeiro teste, obtidos por testes prticos e clculos.TESTE 2

n (rpm)E (V)I (A)Pe (kW)trasm *100(%) P (kW)tc (s)p (mm H2O)

150085100,8500,81,063388

175092111,0120,81,26531,7812

200010312,51,2880,81,60927,8817,5

2250109131,4170,81,77126,8820,5

250011313,751,5540,81,94227,5723

2750119141,6660,82,08322,3524,5

3000124151,8600,82,32517,9124,5

3250122151,8300,82,28819,6918

350090110,9900,81,23832,029,5

Tabela 4 - Dados do segundo teste, obtidos por testes prticos e clculos.As condies de contorno de cada teste seguem na tabela abaixo:

Condies de Contorno

Temperatura (C)Presso (PA)

Incio 125101697

Fim 126101667

Incio 226101667

Fim 226101667

Tabela 5 Condies obtidas por equipamentos.

(1) Tabela 3.6

n (rpm)P (kW)Qa (kg/h)Qt (kg/h)C (l/h) A/F (-)v (%)

15001,045,15010,7490,66510,37747,910

17501,376,85012,5410,9429,74054,622

20001,648,08014,3330,95011,38856,375

22501,799,47516,1240,99212,79858,761

25001,949,68817,9161,06712,16254,073

27502,109,89619,7071,4089,41850,215

30002,4010,39921,4991,5858,78848,368

32502,3410,49623,2901,6298,63245,067

35001,356,70025,0821,1068,11526,711

Tabela 6 - Razo Ar/Combustvel e Eficincia Volumtrica de acordo com parmetros correspondentes para o teste 1 Tabela 7

n (rpm)P (kW)Qa (kg/h)Qt (kg/h)C (l/h) A/F (-)v (%)

15001,06255,71310,7490,75810,09953,151

17501,2656,99712,5410,90610,34455,797

20001,6093758,45014,3331,03310,95858,959

22501,771259,14616,1241,07111,43556,722

25001,9421889,68817,9161,04512,42354,073

27502,08259,99819,7071,28910,39450,735

30002,3259,99821,4991,6088,32946,507

32502,28758,57023,2901,4637,84936,797

35001,23756,22625,0820,8999,27324,823

Tabela 7 Razo Ar/Combustvel e Eficincia Volumtrica de acordo com parmetros correspondentes para o teste 2Para uma melhor aproximao foi ainda calculada a mdia dos dois testes, que est plotada logo abaixo:

MEDIA Tabela 8

n (rpm)Qa (kg/h)Qt (kg/h)C (l/h) A/F (-)v (%)

15005,43171610,749380,71135710,2377950,53053

17506,92381912,540940,92416510,0419855,20974

20008,26513314,33250,99174711,1729157,66707

22509,31028916,124061,03158212,1164157,74159

25009,6875817,915631,05583812,2924254,07336

27509,94721419,707191,3481089,90588450,47506

300010,1985421,498751,5965358,55881347,43782

32509,53318123,290311,5458158,24028940,93196

35006,4628225,081881,0027148,69370725,76689

Tabela 8 Mdia da Razo Ar/Combustvel e Eficincia Volumtrica.As curvas caractersticas obtidas nesses testes foram:Grfico 1 Eficincia Volumtrica / Razo ar/combustvel x Rotao

Observaes sobre os grficos:Percebe-se que o comportamento da eficincia volumtrica e da razo ar/combustvel so bem parecidos e por volta de 2000-2500 rpm encontra-se seus maiores valores, indicando a maior eficincia do motor.Concluso:A eficincia volumtrica expressa eficincia com que o volume disponvel no interior dos cilindros (isto , o deslocamento) explorada, a fim de tomar o ar puro no final de cada ciclo. Em alguns casos especficos, a eficincia volumtrica pode ser superior a 100%: para exemplo, aps o aparecimento das variaes de presso nos condutos de admisso, a quantidade de ar que entra no cilindro poder ser superior ao valor de referncia.

Para que as reaes qumicas de combusto ocorram corretamente, o mecanismo deve ter um fluxo de ar contendo uma quantidade de oxignio suficiente para oxidar o combustvel completamente.

Dependendo do tipo de motor e as condies de funcionamento, que podem ter maior ou menor desvios da relao ar / combustvel estequiomtrica.

Lembrando que, em motores Otto a mistura ar / combustvel o intervalo da variao da razo bastante pequeno, uma vez que esta relao deve ser suficiente para assegurar a propagao chama.Por outro lado, nos motores diesel o intervalo de variao considervel, uma vez que o leo diesel de combusto pode tambm ser obtida com propores muito elevadas, como a injeo de combustvel ir acender espontaneamente ao entrar em contato com o ar quente.

Em condies de ingesto completa, como regra geral, a eficincia volumtrica bastante elevada, com valores entre 0,7 e 0,9, que no dado experimento teve valor mximo de aproximadamente 57% como na tabela 4, e depende do tipo de motor e da velocidade de rotao.Em motores a 2 tempos, em vez disso, a eficincia volumtrica muito inferior (cerca de 20-30%).

Referncias Bibliogrficas

GARCIA, R. Combusto e Combustveis. Rio de Janeiro, Editora Intercincia, 2002, 202p.

OBERT, E. P. Motores de Combusto Interna. Trad. de Fernando Luis Carraro. Porto Alegre, Globo, 1971, 618p.

TAYLOR, C. F. Anlise dos Motores de Combusto Interna. Trad. de Mauro Ormeu Cardoso Amorell. So Paulo, EDUSP, 1976. 2v.

HEYWOOD, J. B. Internal Combustion Engine Fundamentals, MIT, 992P.GEPEQ A Energia e Transformaes Qumicas. Edusp. 2000.

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