Trabalho Motores 22

1

UNIVERSIDADE COMUNITRIA DA REGIO DE CHAPEC

(UNOCHAPEC)

Relacionamento:

Motor x Veiculo

Jair Junior Sirena

Gleison Marcante

Chapec SC, nov. de 2013.

2

Universidade Comunitria da Regio de Chapec UNOCHAPEC

rea de Cincias Exatas e Ambientais

Engenharia Mecnica 7 Perodo

Disciplina: Projeto de motores de combusto interna

Professor: Sandro De Lima Ribeiro

Relacionamento:

Motor x Veiculo

Jair Junior Sirena

Gleison Marcante

Chapec SC, nov. de 2013.

3

Sumrio

1 Introduo ............................................................................................................ 4

2 Relacionamento Motor x Veiculo .......................................................................... 5

2.1 Fora de arrasto - Farr ..................................................................................... 5

2.2 Fora de resistncia ao rolamento Frol ......................................................... 5

2.3 Fora de rampa - Fram .................................................................................... 6

2.4 Fora total resistente ao avano de um veculo - Fres .................................... 7

2.5 Autonomia - Au ............................................................................................... 7

3 Memorial De Clculo ............................................................................................ 8

3.1 Fora de arrasto - Farr ..................................................................................... 8

3.2 Fora de resistncia ao rolamento - Frol ......................................................... 8

3.3 Fora de rampa - Fram .................................................................................... 9

3.4 Fora total resistente ao avano de um veculo - Fres .................................... 9

3.5 Autonomia - Au ............................................................................................... 9

4 Concluso .......................................................................................................... 10

5 Referncias ........................................................................................................ 11

6 Anexos ............................................................................................................... 12

Grfico 1 Consumo especifico vrs Rotao ...................................................... 12

FICHA TCNICA ................................................................................................... 13

4

1 Introduo

Quando um corpo est imerso em um fluido em movimento ou se desloca em relao ao fluido, existe uma srie de foras resultantes sobre este. Com o decorrer do tempo, os automveis foram tambm alvo de grandes estudos das foras aerodinmicas neles aplicados, em especial as foras de sustentao e arrasto. Com a melhoria da forma dos veculos o coeficiente de arrasto aerodinmico reduziu drasticamente.Os automveis mais recentes conseguem coeficientes de arrasto que em mdia de 0,35 e o mnimo at agora alcanado foi de 0,15 por um veculo com forma de gota de gua (BRUNETTI, 2012).

O coeficiente de arrasto aerodinmico est associado a uma rea de referncia em que esta rea varia com a forma e com o tipo de utilizao do objeto que se est a estudar. As foras de arrasto aerodinmico de um veculo so devidas resistncia causada pelo fluido que o veculo atravessa durante o seu movimento. Estas foras dependem essencialmente da rea frontal do veculo, da sua forma, da massa volumtrica do fluido e da velocidade qual o veculo se desloca relativamente ao fluido. Assim, este trabalho tem por objetivo o clculo das foras que regem o movimento de um veculo automotor, ou seja, a fora de arrasto, a fora de resistncia ao rolamento, fora de rampa, fora total resistente ao avano de um veiculo, e tambm o clculo da autonomia.

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2 Relacionamento Motor x Veiculo

2.1 Fora de arrasto - Farr Na dinmica dos fluidos, arrasto a fora que faz resistncia ao movimento

de um objeto slido atravs de um fluido (um lquido ou gs). O arrasto feito de foras de frico (atrito), que agem em direo paralela superfcie do objeto (primariamente pelos seus lados, j que as foras de frico da frente e de trs se anulam), e de foras de presso, que atuam em uma direo perpendicular superfcie do objeto (primariamente na frente e atrs, j que as foras de presso se cancelam nas laterais do objeto). Ao contrrio de outras foras resistivas, como o atrito, que quase independente da velocidade, foras de arrasto depende da velocidade. A fora de arrasto possui as seguintes componentes: - Arrasto devido Forma; - Arrasto devido Sustentao Arrasto induzido; - Arrasto devido ao Atrito na Superfcie; - Arrasto devido s Interferncias; - Arrasto ao Fluxo Interno de Ar; Segundo Brunetti(2012) a fora de arrasto pode ser calculada pela seguinte equao:

2

AvCF fr

2

araarr

Onde: Farr = Fora de arrasto; Ca = Coeficiente de arrasto;

ar = Densidade do ar (massa especfica);

v = velocidade constante do veculo; Afr = rea frontal do veculo;

2.2 Fora de resistncia ao rolamento Frol

Em decorrncia das grandes deformaes e deflexes que ocorrem durante o seu rolamento, o pneu requer parte da energia disponibilizada pelo motor para sua simples rotao. Essa energia para girar o pneu est relacionada com a resistncia ao rolamento. A resistncia ao rolamento definida como a energia consumida por unidade de distncia percorrida por um pneumtico rolando sob a carga. A fora de resistnciaao rolamento, tambm segundo Brunetti(2012)pode ser calculada atravs da seguinte equao: cos)Gf()Gf(F ttffrol

Onde: Frol = Fora de resistncia ao rolamento;

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ff = Coeficiente de resistncia ao rolamento dos pneus dianteiros; ft = Coeficiente de resistncia ao rolamento dos pneus traseiros; Gf = Peso nas rodas dianteiras; Gt = Peso nas rodas traseiras; = Inclinao da estrada; Para o clculo do coeficiente de resistncia ao rolamento dos pneus de veculo de passeio em pisos de concreto utiliza-se a seguinte equao:

))161

v(f24,3(ff 5,2s0

Onde: f = Coeficiente de resistncia ao rolamento dos pneus v = Velocidade do centro do pneu ou da roda, em (km/h); f0 = Coeficiente bsico; fs = Efeito da velocidade; Os coeficientes fs e f0 so obtidos atravs da figura abaixo, onde obtido atravs da presso dos pneus em (psi):

Figura 1 - Coeficientes fs e f0versus presso dos pneus em (psi)

2.3 Fora de rampa - Fram Para Brunetti(2012), a fora de rampa a fora necessria para o veculo vencer uma rampa com certa inclinao . Essa fora a componente do peso na direo do aclive, aplicada no centro de gravidade do veculo. A fora de rampa calculada pela seguinte equao: senGFram

Onde: Fram = Fora de rampa; G = Peso total do veculo; = Inclinao da estrada;

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2.4 Fora total resistente ao avano de um veculo - Fres A fora total resistente ao avano do veculo ser obtida pela soma das foras de arrasto, de resistncia ao rolamento e de rampa, atravs da equao a seguir: ramrolarrres FFFF

Onde: Fres = Fora total resistente ao avano de um veculo; Farr = Fora de arrasto; Frol = Fora de rolamento; Fram = Fora de rampa;

2.5 Autonomia - Au A autonomia de um automvel pode ser definido como a distncia que pode percorrer com o consumo total do combustvel a bordo, ou tambm pode ser definido como a quantidade de quilmetros que um automvel faz com o consumo de um litro de combustvel. De acordo com Brunetti(2012), a autonomia de um veculo pode ser calculada pela seguinte equao:

ee

cu

NC

vA

Onde: Au = Autonomia de um veculo; v = Velocidade de um veculo pra uma determinada marcha em (km/h); c = Massa especfica do combustvel; Ce = Consumo especfico na rotao do ponto de equilbrio P em (kg/CVh); Ne = Potncia na rotao do ponto de equilbrio P em (CV);

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3 Memorial De Clculo Para o memorial de clculo ser considerado os dados de um Wolksvagem Voyage, 1.6, confortline, 2012, ao qual os dados do veculo ser mostrado a seguir: DADOS DO VOYAGE: Ca = Coeficiente aerodinmico do automvel; Ca = 0,313 AFR = rea frontal; AFR = 2,03 m

2 Pe = Peso do automvel; Pe = 985 Kg G = Peso do automvel somado com a carga mxima admissvel; G = 1.530 kg Gf = Peso nas rodas frontais; Gf = 750 kg Gt = Peso nas rodas traseiras; Gt = 780 kg = Inclinao da estrada; = 200 v = Velocidade constante do veculo; v = 100 km/h = v = 27,78 m/s c = Massa especfica da gasolina; c = 720 kg/m

3 ar = Massa especfica do ar; ar = 1,225 kg/m

3 Ppne = Presso nos pneus; Ppne = 30 psi

3.1 Fora de arrasto - Farr

2

AvCF fr

2

araarr

2

m03,2)s

m78,27(

m

kg225,1

313,0F

22

3

arr

2arr s

m.kg34,300F Farr = 300,34 N Farr = 30 Kg

3.2 Fora de resistncia ao rolamento - Frol cos)Gf()Gf(F tfrol

Da tabela citada acima, conforme a presso dos pneus de 30 psi, o valor de fs e f0so respectivamente: f0 = 0,010 fs = 0,0025

))161

100(0025,024,3(010,0f 5,2

9

f = 0,01246 Logo:

0rol 20cos)78001246,0()75001246,0(F

Frol = 13,31 Kg

3.3 Fora de rampa - Fram senGFram

0ram 20sen530.1F

Fram= 523,30 Kg

3.4 Fora total resistente ao avano de um veculo - Fres ramrolarrres FFFF

30,52331,1330Fres

Fres = 566,61 Kg

3.5 Autonomia - Au O valor da velocidade (V), foi definido para todos os clculos como sendo

100 Km/h e est em 4 marcha, o que ira resultar em uma rotao do motor de

3000RPM e uma potencia (Ne) de 40 CV. A densidade da gasolina ( c ) fixa e de valor mdio de 720 Kg/m. A partir destas informaes e com o Grfico 1 (em anexo) encontrou-se o valor do consumo especifico (Ce) de 430 g/Kw.h e atravs das converses de unidades chegamos ao valor de 0,31 Kg/CV.h. Sendo assim obteve-se:

ee

cu

NC

vA

4031,0

720,0100Au

L/Km80,5Au

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4 Concluso

Tendo em vista os aspectos observados e aps os clculos realizados, percebe-se que quando um corpo est imerso em um fluido em movimento ou se desloca em relao ao fluido, uma srie de foras resultantes atuam sobre este corpo, afetando-o.

Aps o clculo das foras que regem o movimento de um veculo automotor, encontrou-se uma fora de arrasto de 30,00 Kg, uma fora de resistncia ao rolamento de 13,31 Kg, fora de rampa de 523,30 Kg, resultando em uma fora total resistente ao avano do veculo de 566,61 Kg bem como uma autonomia de 5,8Km/L.

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5 Referncias

BRUNETTI, Franco. Motores de combusto interna. So Paulo: Blucher, 2012.

VOLKSVAGEM.Ficha Tcnica.Disponvel em: acesso em 01/11/2013.

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6 Anexos

Grfico 1 Consumo especifico vrs Rotao

Fonte: Volvo.

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FICHA TCNICA AERODINMICA

Coeficiente aerodinmico Cx 0,313

rea frontal 2,03 m2

Cx x A (m2) 0,635

MOTOR

EA-111 VHT (Volkswagen High Torque); Dianteiro, transversal, 1.6 litros, 4 cilindros em linha, 8 vlvulas; flex

lcool e/ou gasolina

Nmero de vlvulas por cilindro 2; comando no cabeote

Dimetro x curso 76,5 x 86,9 mm

Cilindrada 1.598 cm3

Potncia mxima (cv (kW) / rpm) (NBR ISO 1585)

101,0 (74) / 5.250 (gasolina)

104,0 (76) / 5.250 (lcool)

Torque mximo (kgfm (Nm) / rpm) (NBR ISO 1585)

15,4 (151) / 2.500 (gasolina)

15,6 (153) / 2.500 (lcool)

Taxa de compresso 12,1

Sistema de alimentao Injeo eletrnica multiponto (Bosch ME 7.5.30)

Combustvel Gasolina (E22) e lcool (E100)

TRANSMISSO

Conjunto cmbio-diferencial Cmbio manual de 5 marchas frente, acionamento por cabos; trao dianteira

Relao das marchas

1a marcha - 3,455 1

2a marcha - 1,954 1

3a marcha - 1,281 1

4a marcha - 0,927 1

5a marcha - 0,740 1

R - 3,182 1

Reduo do diferencial 4,188

Embreagem Monodisco, acionamento hidrulico

DIREO

Mecnica; tipo pinho e cremalheira

Dimetro mnimo de curva 10,4 m

Relao de direo 20,3

Nmero de voltas entre batentes 4

SUSPENSO

Dianteira

Independente, tipo McPherson, com braos triangulares transversais, molas helicoidais, amortecedores pressurizados e barra estabilizadora de 19 mm de dimetro

Traseira Interdependente, com braos longitudinais, molas helicoidais e amortecedores pressurizados

FREIOS

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Duplo circuito hidrulico em diagonal, servofreio a vcuo

Dianteiros discos ventilados (256 mm de dimetro)

Traseiros tambores (200 mm de dimetro) com vlvula reguladora de presso sensvel a carga

RODAS / PNEUS

6.0J x 14" polegadas, em ao / 175/70 R14 e Super Calotas

TANQUE DE COMBUSTVEL

55 litros

CAPACIDADE DO PORTA-MALAS (conforme ISO 3832 (V210) (VDA)

480 litros

DIMENSES EXTERNAS

Comprimento 4.230 mm

Largura 1.656 mm

Altura 1.462 mm

Distncia entre-eixos 2.465 mm

Bitola dianteira / traseira 1.425 mm / 1.410 mm

Altura em relao ao solo (vazio / carregado)

161 mm / 120 mm

DESEMPENHO (ao nvel do mar / 25 C)

Velocidade mxima 191 km/h (gasolina)

193 km/h (lcool)

Acelerao de 0 a 100 km/h 10,1 s (gasolina)

9,8 s (lcool)

Acelerao de 0 a 1.000 m 31,5 s (gasolina)

31,3 s (lcool)

Retomada de 80 a 120 km/h (5a marcha)

12,9 s (gasolina)

12,8 s (lcool)

CONSUMO CIDADE / ESTRADA / MDIO (km/l) (NBR 7024)

13,1 / 18,5 / 15,5 (gasolina)

8,8 / 12,4 / 10,4 (lcool)

CARGA TIL

440 kg

PESO (em ordem de marcha)

985 kg

LISTA DE EQUIPAMENTOS DE SRIE E OPCIONAIS

* 2 luzes de leitura -

* 4 alto-falantes e 2tweeters -

* 4 portas S

* Acionamento eltrico dos vidros dianteiros e traseiros mecnico -

* Ajuste manual da altura do banco dianteiro esquerdo S

* Alas escamoteveis no quadro do teto -

* Antena no teto S

* Apoios de cabea atrs S

* Banco e encosto traseiro totalmente rebatvel S

* Bolsa porta-objetos no verso do encosto dianteiro no lado do passageiro S

* Cmbio manual automatizado - 5 marchas -

* Cmbio manual de 5 marchas S

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* Carcaa do espelho retrovisor externo e diversas peas de montagem externa na cor do

veculo -

* Chave estilo canivete sem controle remoto -

* Cintos de segurana automticos de 3 pontos na frente S

* Cintos de segurana automticos de trs pontos nos bancos traseiros externos -

* Coifa da alavanca de mudanas em couro sinttico S

* Coluna de direo com regulagem de altura e profundidade -

* Console central S

* Destravamento eltrico do porta-malas (exceto com alarme) S

* Direo hidrulica -

* Display multifuncional - computador de bordo -

* Espelho de cortesia no para sol direito S

* Espelho de cortesia iluminado no para sol direito -

* Espelho de cortesia no para sol esquerdo S

* Espelho de cortesia iluminado no para sol esquerdo -

* Farol de neblina -

* Farol duplo S

* Friso de proteo lateral cromado -

* Friso de proteo lateral na cor do veculo -

* Ganchos de amarrao da carga no porta-malas -

* Iluminao do porta-malas S

* Imobilizador eletrnico S

* Instrumento combinado com conta-giros e hodmetro parcial -

* Instrumento combinado com hodmetro parcial S

* Luz de neblina traseira -

* Iluminao interna S

* Pacote porta-objetos S

* Pneus 175/70 R14 84T S

* Pneus 195/55 R15 85H -

* Preparao para rdio -

* Rede do porta-mala -

* Revestimento da alavanca de mudanas para cmbio automtico -

* Revestimento da porta e lateral em tecido S

* Rodas de ao 6J x 14 S

* Rodas de ao 6J x 15 -

* Spoiler traseiro na cor do veculo -

* Supercalotas S

* Temporizador do limpador do pra-brisa S

* Tomada(s) de 12 volts S

* Travamento central -

* Vidro traseiro aquecvel S

OPCIONAIS

Mdulo Rodas de Liga-leve 14" OP

Rodas de liga leve 6J x 14 design Manama OP

Pneus 185/65 R14 86T OP

Calotas para rodas de liga leve OP

Mdulo Rodas de Liga-leve 15" OP

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Rodas de liga leve 6J x 15 design Sepang OP

Pneus 195/55 R15 85H OP

Calotas para rodas de liga leve OP

Mdulo Trend -

Painel de instrumentos com conta-giros, relgio e indicador de temperatura -

Adesivo preto na coluna B -

Console central com cobertura do freio de mo -

Cintos de segurana automticos de trs pontos nos bancos traseiros externos -

Friso de proteo lateral na cor do veculo -

Alas de segurana escamoteveis no teto - 1 dianteira e 2 traseiras -

Carcaa do espelho retrovisor externo e maanetas na cor do veculo -

Iluminao do painel com dimmer -

Antena do teto -

Chave Canivete -

Preparao para rdio -

Lanterna traseira com lente escurecida -

Iluminao interna -

Mdulo Trend com Direo Hidrulica -

Painel de instrumentos com conta-giros, relgio e indicador de temperatura -

Adesivo preto na coluna B -

Direo hidrulica -

Console central com cobertura do freio de mo -

Cintos de segurana automticos de trs pontos nos bancos traseiros externos -

Friso de proteo lateral na cor do veculo -

Alas de segurana escamoteveis no teto - 1 dianteira e 2 traseiras -

Carcaa do espelho retrovisor externo e maanetas na cor do veculo -

Iluminao do painel com dimmer -

Antena no teto -

Chave Canivete -

Preparao para rdio -

Lanterna traseira com lente escurecida -

Iluminao interna -

Mdulo Aquecimento OP

Aquecimento com regulagem mecnica OP

Mdulo Ar-condicionado OP

Filtro antip OP

Ar-condicionado com regulagem mecnica OP

Mdulo Funcional #1 OP

Painel de instrumentos com conta-giros, relgio e indicador de temperatura OP

Iluminao interna OP

Mdulo Comfort #1 OP

Cintos de segurana automticos de trs pontos nos bancos traseiros externos OP

Alas de segurana escamoteveis no teto - 1 dianteira e 2 traseiras OP

Mdulo Comfort #2 OP Coluna de direo com ajuste de altura e profundidade OP

Destravamento eltrico da tampa traseira por boto no painel OP

Mdulo Controle Eltrico dos Retrovisores externos OP

Espelho retrovisor externo eletricamente ajustvel OP

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Mdulo Banco Traseiro Bipartido OP

Banco e encosto traseiro dividido e rebtivel 1/3, 2/3 OP

Kit #1 OP

Travamento central OP

Acionamento eltrico dos vidros dianteiros, traseiros mecnico OP

Kit #2 OP




Filtro antip OP

Kit #3 OP

Direo hidrulica OP



Filtro antip OP


Kit #4 OP

Direo hidrulica OP



Kit #5 OP

Travamento central por controle remoto OP

Destravamento da tampa traseira por controle remoto OP

Acionamento eltrico dos vidros OP


Pisca-piscas laterais integrados no retrovisor externo -

Chave Canivete com controle remoto OP

Iluminao interna OP


Filtro antip OP

Imobilizador eletrnico com alarme OP

Kit #6 OP

Direo hidrulica OP

Travamento central por controle remoto OP

Destravamento da tampa traseira por controle remoto OP

Acionamento eltrico dos vidros OP


Chave Canivete com controle remoto OP

Iluminao interna OP


Filtro antip OP

Imobilizador eletrnico com alarme OP

Mdulo Alto-falantes + Tweeters OP

4 alto-falantes e 2 tweeters OP

Mdulo Preparao para som + antena no teto OP

Antena do teto OP

Preparao para rdio OP

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Mdulo Faris + lanterna de neblina OP

Espelho de cortesia iluminado no para sol esquerdo OP

Espelho de cortesia iluminado no para sol direito OP

Alas de segurana escamoteveis no teto - 1 dianteira e 2 traseiras OP

Farol de neblina OP

Luz de neblina traseira OP

Mdulo Airbag + ABS OP

ABS - Sistema antitravamento das rodas OP

Airbag para motorista e passageiro OP

Volante de direo para sistema de airbag OP

Mdulo Sensor de Estacionamento Traseiro OP

Auxlio de estacionamento OP

Mdulo Volante Multifuncional com Airbag OP

Volante de direo multifuncional para sistema de airbag OP

Elemento de comando para rdio OP

Mdulo I-System OP

Painel de instrumentos com conta-giros, relgio e indicador de temperatura OP

Iluminao do painel com dimmer OP

I-System e display multifuncional OP

Mdulo Rdio AM/FM OP

Rdio AM/FM com USB, SD Card e Bluetooth OP

Mdulo Coming & Leaving Home OP

Dispositivo Coming & Leaving Home OP

Legenda S = de srie

OP = Opcional

- = No disponvel

Trabalho Motores 22

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