Escola Superior Náutica Infante D. Henrique
Departamento de Engenharia Marı́tima
Máquinas de Combustão Interna
Exercı́cios
Outubro 2012
Questão/Exercı́cio 1
Um motor a quatro tempos de 6 cilindros em linha com relação volumétrica igual a 18,5
funciona a 1500 rpm. O diâmetro dos cilindros é 102 mm. O curso dos êmbolos é igual a
127 mm.
a) Calcule a cilindrada unitária.
b) Calcule o volume da câmara de combustão em cada cilindro.
c) Calcule o volume total do cilindro.
d) Calcule a cilindrada total do motor.
e) Calcule a velocidade média do êmbolo.
f) Qual ou quais as alterações nos cálculos efectuados se o motor fosse de seis cilindros em
V? E se fosse em linha mas a dois tempos?
Questão/Exercı́cio 2
Considere o ciclo teórico misto com os seguintes parâmetros:
• relação volumétrica de compressão, = 16
• relação de combustão a pressão constante, ρ = 1, 2
• relação de combustão a volume constante, λ = 1, 5
realizado por um fluido, considerado como gás perfeito, com as seguintes propriedades:
• γ = 1,4
• constante R = 287 J/kgK
a partir das condições Va = 0, 1 m3 , pa = 100 kPa e Ta = 60◦ C.
a) Calcule a pressão e temperatura do fluido motor em cada dos pontos caracterı́sticos do
ciclo.
b) Calcule a quantidade de calor necessária para a realização do ciclo.
c) Calcule o trabalho realizado.
d) Calcule o rendimento do ciclo.
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Questão/Exercı́cio 3
Considere um motor diesel a dois tempos com 5 cilindros. A cilindrada unitária é 1, 257 m3 .
Nas condições nominais de funcionamento do motor, a velocidade de rotação é 110 rpm e a
pressão média indicada 18 bar.
a) Calcule a potência indicada do motor nesta condição de funcionamento.
b) Considerando 78% o rendimento mecânico do motor nesta condição de funcionamento,
calcule o binário efectivo do motor.
c) Se, ainda para a mesma condição de funcionamento, o consumo especı́fico de combustı́vel
(com PCI = 42MJ/kg) for 170g/kWh, faça a previsão do consumo de combustı́vel numa
viagem do navio com 12 dias de duração (considere ideal o processo de combustão).
d) Qual o rendimento térmico efectivo do motor?
Questão/Exercı́cio 4
O consumo especı́fico efectivo de um motor diesel é 205 g/kWh. O PCI do combustı́vel
consumido é 41, 7 MJ/kg. Admitindo rendimento ideal na combustão, estime o rendimento
térmico efectivo do motor.
Questão/Exercı́cio 5
Considere um motor diesel a dois tempos de 7 cilindros com 520 mm de diâmetro. O
curso do êmbolo é 1400 mm. A lavagem é do tipo longitudinal. Nas condições nominais de
funcionamento do motor, a velocidade de rotação é 115 rpm e no colector de ar de lavagem
a pressão manométrica é 1, 05 bar e a temperatura 45◦ C. O consumo de ar é 11, 535kg/s. O
rendimento da combustão é 98%. O combustı́vel consumido tem composição mássica é 87%
de carbono e 13% hidrogénio e P CI = 41, 7 MJ/kg.
a) Estime o coeficiente teórico de lavagem tendo com referência a massa de ar que, nas
condições de entrada, ocuparia o volume correspondente à sua cilindrada.
b) Calcule a relação ar/combustı́vel estequeométrica.
c) Se no final da lavagem ficar no interior do cilindro 0, 5371 kg de mistura gasosa com
coeficiente de pureza 0, 85, estime a quantidade máxima de combustı́vel a injectar por
cilindro, e por rotação do veio de manivelas, para garantir um excesso de ar na combustão no mı́nimo igual a 40%.
d) Se o rendimento mecânico do motor for 0, 82, e a pressão média indicada 18, 5 bar,
calcule o consumo especı́fico efectivo de combustı́vel.
e) Qual o rendimento térmico efectivo do motor.
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Questão/Exercı́cio 6
Considere um motor diesel a quatro tempos de 8 cilindros em linha com 460mm de diâmetro,
sobrealimentado por um turbocompressor. O curso do êmbolo é 580 mm. Numa determinada
condição de funcionamento à velocidadede rotação de 500 rpm, a pressão manométrica no
colector de admissão é 2,0 bar e a temperatura do ar 50◦ C. A composição mássica do combustı́vel consumido é 87% carbono e 13% hidrogénio. O PCI do combustı́vel é 41, 7 MJ/kg e
o rendimento da combustão 96%.
Nestas condições, o consumo de combustı́vel é 1200 kg/h e o rendimento térmico indicado
52%.
1. Qual é o consumo especı́fico indicado?
2. Se o binário efectivo for igual a 110 kNm calcule:
a) a pressão média efectiva.
b) o consumo especı́fico efectivo.
c) o rendimento mecânico.
3. Admitindo que a combustão se dá com 35% de excesso de ar e que 10% do ar admitido
passa para o colector de evacuação durante o perı́odo de cruzamento de válvulas, calcule
o consumo mássico de ar.
4. Calcule o rendimento volumétrico do motor nesta condição de funcionamento.
Questão/Exercı́cio 7
Considere um motor diesel a quatro tempos de 6 cilindros em linha com 380 mm de
diâmetro, sobrealimentado por um turbocompressor. O curso do êmbolo é 490 mm. Numa
determinada condição de funcionamento à velocidade de rotação de 400 rpm, a pressão manométrica no colector de admissão é 1,5 bar e a temperatura do ar 50◦ C. A composição
mássica do combustı́vel consumido é 87% de carbono e 13% hidrogénio. O PCI do combustı́vel é 41, 7 MJ/kg e o rendimento da combustão 98%.
Nestas condições, a pressão média indicada é de 25 bar e os rendimentos térmico indicado
e efectivo são, respectivamente, 48,5% e 38,8%.
1. Calcule o rendimento mecânico.
2. Calcule a potência fornecida ao exterior.
3. Calcule o binário no veio.
4. Qual a quantidade de combustı́vel consumido durante uma hora de funcionamento?
5. Calcule consumo especı́fico efectivo.
6. Calcule a massa de combustı́vel injectada em cada ciclo.
7. Admitindo que a combustão se dá com 32% de excesso de ar calcule a massa de ar
presente no interior do cilindro no final da compressão.
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8. Se apenas 90% do ar admitido ficar retido no interior do cilindro após o perı́odo de
cruzamento de válvulas calcule o seu caudal mássico total.
9. Qual o caudal mássico de gases de evacuação?
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