Considere o modelo de programao Linear apresentado em seguida

UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE
Departamento de Mecânica
1º Teste de Máquinas Térmicas
11 de Setembro de 2012
Pergunta 1 (1,5 valores)
Que tipo de chama ocorre nos motores que funcionam segundo o ciclo Diesel e como
se caracteriza?
Se os reagentes não estiverem pré-misturados que é o caso dos motores que funcionam com o
ciclo Diesel e tiverem de se misturar no local onde a reacção tem lugar a chama é chamada
chama de difusão porque a mistura é acompanhada por um processo de difusão
Pergunta 2 (4 valores)
Para um motor que tem o volume por cilindro de 30 cm3 quando o êmbolo se encontra
no Ponto Morto Superior e de 600 cm3 quando se encontra no Ponto Morto Inferior, o
coeficiente politrópico do fluido motor é de 1,4, a Relação de expansão de 14, a Relação
de pressão final 3 e a temperatura de aspiração 20ºC, calcular o rendimento de Diesel.
ε=
V 600
=
= 20
V0 30
ε 20
=
= 1, 429
δ 14
1
1
1, 4291,4 − 1
ϕ k −1
= 1 − k −1 ⋅
= 1 − 0,4 ⋅
= 0, 6743 ≈ 67, 43%
k (ϕ − 1)
20 1, 41(1, 429 − 1)
ε
ε = δ ⋅ϕ ⇒ ϕ =
η perD
Pergunta 3 (1 valores)
Que tipo de anéis segmentos existem e para que servem?
Exixtem aneis segmentos de compressão e raspadores de óleo. Todos os anéis tomam parte no
controle do fluxo de óleo, mas existe pelo menos um anel cuja função principal é essa. São os
chamados anéis raspadores de óleo, enquanto que os outros são anéis de compressão.
Pergunta 4 (4 valores)
Dado o combustível Álcool com a Fórmula química C3H7OH determinar:
a) A quantidade de ar quimicamente correcta para a combustão deste combustível;
b) A relação ar-combustível estequiométrica;
c) Calcule os valores das emissões de Monóxido de Carbono, Dióxido de Carbono,
Água, Nitrogénio e Oxigénio para valor de excesso de ar de 20%
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C3 H 7 OH + O2 + (3, 76) N 2 → 3CO2 + 4 H 2O + 16.92 N 2
2
2
Quantidade de ar quimicamente correcta 4,5(O2 + 3, 76 N 2 )
RAC =
( 4,5 + 13,16 ) 29 = 621,18 = 10,35
3 ⋅12 + 8 ⋅1 + 16
60
8 1
MH MO
YCC = MC +
−
= 3 + − = 4,5
4
2
4 2
3
MC
Y min = YCC −
= 4,5 − = 3, 0
2
2
Y=YCC·1,2=5,4
CO = 0
CO2 = MC=3
H2O = MH/2=4
N2 = 3,76Y=20.3
O2 = Y-YCC=0,9
Pergunta 5 (1,5 valores)
Entre os três tipos de mistura que existem, qual a que fornece temperatura mais alta e
porquê?
É a mistura pobre, porque quando uma mistura pobre entra em combustão, devido ao
excesso de oxigênio, a temperatura da chama será muito alta.
Pergunta 6 (4 valores)
Para um motor quadrado que funciona segundo o ciclo Diesel, admitindo ar com a
massa específica de 1,3 kg/m3 e consumindo B=0,0025 kg/s no RAC estequiométrico
de combustível C8H18 com o poder calorífico inferior de 41,4 MJ/kg e com as seguintes
características geométricas:
Diâmetro do cilindro 100 mm e Número de cilindros 6.
O coeficiente de excesso de ar é função da velocidade de rotação do motor dado por
λ = 10-7N2 – 0,0006N + 2,0361 e o rendimento térmico é também função da velocidade
de rotação do motor dado por ηt= -7x10-8N2 + 0.0005N-0,3762.
Calcular os valores da Potência e do Momento Torsor para a rotação de 4000 RPM
Dm
Sm
Qi
z
b
a
B
ρar
ma
RACs
Vd
100
100
4.14E+07
6
18
8
0.0025
1.3
0.037631579
15.05263158
4.71E-03
mm
mm
MW
Kg/s
Kg/m3
Kg/s
m3
λ = 10-7N2 – 0,0006N + 2,0361=10-740002 – 0,0006·4000 + 2,0361=1,2
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ηt= -7x10-8N2 + 0.0005N-0,3762=-7x10-840002 + 0.0005·4000-0,3762=0,504
ηtηvVd ρa ,i NQi 0, 65 ⋅ 0,18 ⋅ 4, 71⋅10−3 ⋅1,3 ⋅ 4000 ⋅ 41, 4 ⋅106
P=
T=
2 ⋅ RAC
ηtηvVd Qi ρa ,i
4π ⋅ RAC
=
=
2 ⋅15, 05 ⋅1, 2
= 42183, 72W
0, 65 ⋅ 0,18 ⋅ 4, 71⋅10−3 ⋅1,3 ⋅ 41, 4 ⋅106
= 100, 71 Nm
4 ⋅ π ⋅15, 05
Pergunta 7 (4 valores)
Determinar o ganho que se consegue ao se introduzir um termo permutador num
motor turbinado com as seguintes características:
` Pressão de entrada no compressor 100 [kPa];
` Ganho de Pressão no turbo 75 [kPa];
` Perda de Pressão no Termopermutador 10 [kPa];
` Coeficiente politrópico da mistura k=1,41;
` Temperatura de entrada do ar no compressor 25 [ºC];
` Temperatura de saída do fluído de refrigeração do termopermutador 60 [ºC];
` Rendimento do compressor 80%;
` Eficiência do Termopermutador 70%.
Pturb = Pent + Psaid + Pterm
Pturb = 100 + 75 + 10 = 185 kPa
Tsaid
⎛P ⎞
= Tent ⋅ ⎜ tub ⎟
⎝ Pent ⎠
k −1
k
1,4 −1
⎛ 185 ⎞ 1,4
= 356, 6 K
Tsaid = 298,1 ⋅ ⎜
⎟
⎝ 100 ⎠
T −T
ηcomp = 2 1
T2 real − T1
T −T
T2 real = T1 + 2 1
ηcomp
356, 6 − 298,1
= 371, 2 K
0,80
P ⋅T
ρ
185 ⋅ 298,1
= 1, 486
R el1 = 2 = turb ent =
ρ1 T2 real ⋅ Pent 371, 2 ⋅100
T2 real = 298,1 +
T3 = T2 − ε t ⋅ (T2 − T4 )
T3 = 371, 2 − 0, 70 ⋅ ( 371, 2 − 333,15 ) = 344, 6 K
R el2
ρ 2term Pturb ⋅ Tent 185 ⋅ 298,15
=
=
= 1, 601
344, 6 ⋅100
ρ1
T3 ⋅ Pent
Ganho =
R el2 − R el1 1, 601 − 1,486
= 7,167 %
=
R el2
1, 601
Bom Trabalho!
Os Docentes
Prof. Doutor engº Jorge Nhambiu e engº Vicente Chirrime
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