20/2/2011
ESTUDO DOS MOTORES DE
COMBUSTÃO INTERNA
Luiz Atilio Padovan
Prof. Eng. Agrônomo
EVOLUÇÃO DA MECANIZAÇÃO
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TREM DE FORÇA – SISTEMA MECÂNICO
Diferencial
Motor
Câmbio
Embreagem
FUNCIONAMENTO DO MOTOR
DEFINIÇÃO
Motor
É um mecanismo que transforma qualquer forma de
energia (química, elétrica, hidráulica, eólica, solar, etc)
em energia mecânica.
Motor de Combustão Interna - M.C.I.
É um mecanismo que transforma a energia química
dos combustíveis (diesel, gasolina, álcool, gás, etc) em
energia térmica
e
esta em energia mecânica
(Rotação).
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FUNCIONAMENTO DO MOTOR
HISTÓRICO
1878 - Nikolaus A. Otto
Construiu o motor de combustão interna de quatro
tempos, conhecido por “Ciclo OTTO”
1893 - Rudolf Diesel
Inventou um motor de quatro tempos com princípio
diferente do ciclo Otto,
conhecido por “Ciclo
DIESEL”
FUNCIONAMENTO DO MOTOR
COMBUSTÃO
Três elementos da combustão:
Triângulo do fogo
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FUNCIONAMENTO DO MOTOR
COMBUSTÃO
FUNCIONAMENTO DO MOTOR
COMPONENTES
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FUNCIONAMENTO DO MOTOR
OS QUATROS TEMPOS DO MOTOR
1º
Admissão
2º
Compressão
3º
Explosão
4º
Escape
FUNCIONAMENTO DO MOTOR
Obs: Animação Motor de Automóvel
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FUNCIONAMENTO DO MOTOR
FUNCIONAMENTO DO MOTOR
SISTEMA DE VÁLVULAS
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Turbo compressor
SUPERALIMENTAÇÃO DE MOTORES
TURBINA
Turbo compressor
MOTOR SUPERALIMENTADO
TURBINA
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Turbo compressor
INTERCOOLER
MOTOR SUPERALIMENTADO
INTERCOOLER
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INTERCOOLER
INTERCOOLER
* Vista superior do motor
25 °C
450 °C
Entrada Filtro de
Ar
41 °C
Entrada
Silencioso
Entrada
Turbo
650 °C
170 °C
Coletor
Escape
Entrada
Intercooler
110 °C
65 °C
Intercooler
60 °C
Saída
Intercooler
65 °C
Combustão
Entrada
Coletor de
Admissão
Pontos de Coleta das Temperaturas
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Euro2
6.9litre 206kW
Caminhão de 18 ton
Com a cabina basculada
Comp
P = barom
T = 400°C
Silenciador
Turb
ρ = 1.1kg/m³
P = -0.05 bar
T = 25°C
Filtro de
Ar
P = barom (0 bar)
T = 21°C
MOTOR DE 2 TEMPOS
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MOTOR DE 2 TEMPOS
MOTOR DE 2 TEMPOS
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CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E
DESEMPENHO DE MOTORES
31 hp
VELOCIDADE DO ÊMBOLO
CILINDRADA
RELAÇÃO DE COMPRESSÃO
MOMENTO DE FORÇA (TORQUE)
POTÊNCIA
RESERVA DE TORQUE
3500 hp
CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL
CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
1. CURSO DO ÊMBOLO
VELOCIDADE DO ÊMBOLO
(Metro/segundo)
V= h (m) x 2 x rpm
60
Diâmetro do cilindro: permite obter a área da superfície deslocada pela pressão de
expansão dos gases.
Tipos de cursos do êmbolo (h)
• Curto = curso do êmbolo é menor que o diâmetro.
• Longo = curso do êmbolo é maior que o diâmetro
• Quadrado = curso do êmbolo é igual ao diâmetro.
Para tratores a tendência é de curso curto.
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CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
2. CILINDRADA
d2 h n
4
V
r2 h n
V
CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
3. RELAÇÃO DE COMPRESSÃO
RC
V
v
v
RC = Cilindrada + Volume da câmara de combustão
Volume da câmara de combustão
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CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
4. MOMENTO DE FORÇA : TORQUE
R
R
Torque = Força x Distância
R=h
2
CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
UNIDADES DE TORQUE
N.m
Kgf.m
lbf.pé
EQUIVALÊNCIA ENTRE UNIDADES DE TORQUE
1 kgf.m = 9,8066 N.m = 7,2344 lbf.pé
UNIDADES INDIVIDUAIS
1N = 0,10197 kgf
1 kgf = 9,8066 N
1 lbf = 0,4535 kgf
1 kgf = 2,2050 lbf
1 pé = 0,3048 m
1m = 3,2808 pé
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CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
5. POTÊNCIA
Potência = Força x Distância
Tempo
Potência = Torque x Rotação
Potência = Força x Velocidade
Potência = Pressão x Vazão
R
CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
POTÊNCIA
Norma DIN - A unidade mais comum para expressar a potencia é o CAVALOVAPOR (CV)
DIN/ISO/NBR =
Normas Internacionais
SAE = Norma Americana
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CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
POTÊNCIA
 DIN, NBR, ISO: A potência do motor é medida com o ventilador, bomba de
água, bomba injetora, alternador, silencioso e filtro de ar.
 CUNA (Itália): A potência do motor é medida sem o filtro de ar e sem
silencioso. É de 5 a 10% superior aos valores em DIN, NBR e ISO
 SAE: A potência do motor é medida sem os agregados e consumidores de
energia. É de 10 a 25% superior aos valores em DIN, NBR e ISO.
* Não se deve comparar Normas diferentes (DIN x SAE).
CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
POTÊNCIA
1 cv = 75 kgf.m
s
1 hp = 76 kgf.m
s
P (cv) = T(Nm) . rpm
7023
P (cv) = T(kgf.m) . rpm
716
P (kW) = T(Nm) . rpm
9549
P (kW) = T(kgf.m) . rpm
974
1 kW = 102 kgf.m
s
1 W = 1 N.m
s
P (hp) = T(lbf.ft) . rpm
5250
1 hp = 550 lbf.ft
s
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CONVERSÃO DE UNIDADES
POTÊNCIA
CV
HP
KW
Kgf.m/s
CV
1
0,9868
0,7355
75
HP
1,0133
1
0,7355
76
kW
1,3596
1,3417
1
101,97
kgf.m/s
0,0133
0,0131
0,0098
1
x
CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
6. CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL
Definição:
É a quantidade de combustível
gasta por unidade de potência, em
uma hora.
Unidades:
g/kW.h
g/cv.h
l/cv.h
lb/hp.h
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CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
7. RESEVA DE TORQUE
Definição:
É a resposta do motor, através do
torque (força), quando ocorre a
queda rotação e a perda potência
ocasionada por um aumento na
força de tração.
RT(%)
RT (%) = Torque Máximo – Torque na Potência Máxima
Torque na Potência Máxima
x 100
CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
RESEVA DE TORQUE
RT = 390 – 320 . 100
320
RT = 21,9%
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Curvas do Motor
Uma curva de motor é obtida
através de um teste realizado na
saída de potencia desse motor
(volante) aplicando ela um
dispositivo
chamado
DINAMÔMETRO.
O levantamento da curva define o
comportamento do motor quando
é submetido à cargas.
Esta curva é chamada de curva
de PLENA CARGA
CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
Motor Mercedez
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CONCEITOS SOBRE DIMENSÕES E DESEMPENHO
Torque Máximo
Torque na
Potência
máxima
EXERCÍCIOS
1 - Qual a cilindrada de um motor de seis cilindros, cujo diâmetro e o curso do êmbolo é de 9
centímetros.
2 - Dados de um motor:
- Diâmetro do cilindro.............................................................10 cm
- Curso do êmbolo....................................................................10 cm
- Volume da câmara de combustão (1 cilindro)......................100 cm3
- Número de cilindros..............................................................4
Calcule:
a) Qual a cilindrada deste motor em cm3 e em litros?
b) Qual a relação de compressão do motor e o tipo de combustível?
3 - Dados de um motor à gasolina:
- Diâmetro do cilindro............................................................7,70 cm
- Curso do êmbolo..................................................................8,35 cm
- Volume da câmara de combustão (1 cilindro)................... 48,59 cm3
- Número de cilindros.............................................................4
Calcule:
a) Qual a cilindrada deste motor em cm3 e em litros?
b) Qual a relação de compressão do motor ?
c) Qual a relação de compressão deste mesmo motor na versão álcool, sabendo-se que o
volume da câmara de combustão de 35,34 cm3?
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EXERCÍCIOS
4 - Dados de um motor:
Dados do motor
Motor A
Motor B
Versão 1
Versão 2
Versão 1
Versão 2
81 mm
81 mm
82,5 mm
82,5 mm
Curso do êmbolo
86,4 mm
86,4 mm
92,8 mm
92,8 mm
Volume da câmara de combustão (1 cilindro)
59,4 cm3
39,4 cm3
55 cm3
43,1 cm3
4
4
4
4
Diâmetro do cilindro
Número de cilindros
Calcule:
a) A cilindrada dos motores A e B nas versões 1 e 2, em cm3 e em litros?
b) A relação de compressão de cada um dos motores e o tipo de combustível?
5 - Com os dados de um motor, calcule:
- Diâmetro do cilindro...............................................................82 mm
- Curso do êmbolo.....................................................................66,2 mm
- Volume da câmara de combustão (total)............................... 205,5 cm 3
- Número de cilindros................................................................4
a) Qual a cilindrada deste motor em cm3?
b) Qual a relação de compressão do motor?
EXERCÍCIOS
6 - Qual o volume da câmara de combustão de 1 cilindro, num motor 2.0 litros, de 4 cilindros,
sabendo-se que, a relação de compressão é de 17 :1?
7- Qual a cilindrada total e o volume individual da câmara de combustão de um motor de seis
cilindros, cujo diâmetro e o curso do êmbolo é de 10,6 e 12,4 centímetros, respectivamente e. a
relação de compressão é de 16,5 :1?
8 - Qual a potência em C.V. (cavalo vapor), h.p. (horse power) e em kW (quiloWatts), exigida
por um arado de aivecas, que necessita de 1900 kgf para ser tracionado, sabendo-se que o
conjunto opera na velocidade de 9 km/h?
9 - Qual a potência em CV, HP e kW, exigida por uma semeadora de arrasto (plantio direto)
com 9 linhas , que necessita de 7000 kgf para ser tracionada, sabendo-se que o conjunto opera na
velocidade de 50 metros em 36 segundos?
10 - Quantas vezes por segundo estará abrindo a válvula de admissão de um motor de quatro
tempos, girando a 5400 rpm?
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EXERCÍCIOS
11 – Complete o quadro com as medidas de torque e potência: (Motor em situação A)
Rotação
rpm
N.m
1000
1200
1300
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
271
325
355
376
380
377
373
366
338
312
Torque
Kgf.m
lbf.pé
CV
Potência
HP
kW
EXERCÍCIOS
12 – Complete o quadro com as medidas de torque e potência: (Motor em situação B)
Rotação
rpm
1000
1200
1300
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
N.m
Torque
Kgf.m
lbf.pé
CV
Potência
HP
kW
27
33
36
38
38
38
37
36
33
30
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EXERCÍCIOS
13 – Calcule a reserva de torque para o motor em situação A (11ª questão), com as
unidades:
a - N.m
b - kgf.m
c - lbf.pé
14 – Calcule a reserva de torque para o motor em situação B (12ª questão), com as
unidades:
a - N.m
b - kgf.m
c - lbf.pé
EXERCÍCIOS
15 - Com analise do gráfico de potência e torque de um motor de ciclo diesel,
determine a reserva de torque.
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EXERCÍCIOS
16 – (Provão Agronomia 2001) Em uma propriedade agrícola tem-se um motor a
combustão interna, ciclo diesel, cujas curvas características de desempenho de um
motor a combustão interna, ciclo diesel, envolvendo as suas relações entre rotações por
minuto (rpm), potência (kW), torque (Nm), e consumo específico de combustível
(g/kWh), estão representadas na figura abaixo.
A rotação em que o motor
opera em condição mais
adequada é:
a
b
c
d
e
- 1450 rpm
- 1550 rpm
- 1650 rpm
- 1750 rpm
- 1850 rpm
FINAL
Obrigado pela Atenção
Prof. Luiz Atilio Padovan
48
24