Motores de Combustão Interna - Prof. Doutor Jorge Olivio Penicela

Motores Térmicos
8º Semestre
4º ano
Problema 12.1
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 65 [kPa]
 Perda de Pressão no Termopermutador 8 [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 50 [ºC]
 Rendimento do compressor 75%
 Eficiencia do Termopermutador 65%

2
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.1 (Resolução I)
Calcula-se a pressão total a saída do turbocompressor:
Pturb
Pturb
Pent
Psaid
Pterm
100 65 8 173 kPa
Calcula-se a temperatura à saída do turbocompressor:
Tsaid
Tsaid
3
Tent
298,1
Ptub
Pent
173
100
k 1
k
1,4 1
1,4
349, 7 K
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.1 (Resolução II)
A temperatura real no fim da compressão é dada por:

comp
T2 real
T2 T1
T2 real T1
T2 T1
T1
comp
T2 real
298,1
349, 7 298,1
366,8 K
0, 75
A relação das massas específicas à entrada e a saída do
compressor determinam-se de :
R el1
2
1
4
Pturb Tent
T2 real Pent
173 298,1
1, 406
366,8 100
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.1 (Resolução III)

A temperatura de saída do ar do termopermutador determina-se de
t




5
T2 T3
T2 T4
T3
T2
T3
366,8 0, 65 366,8 338, 4
t
T2 T4
338, 4 K
Onde:
T2 – é a temperatura de saída do ar do compressor;
T3 – a temperatura de saída do ar do termopermutador
T4 – a temperatura de saída do fluído refrigerante do termopermutador
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.1 (Resolução IV)
A relação das massas específicas à entrada e a saída do
termopermutador determinam-se de :
R el2
2 term
1
Pturb Tent
T3 Pent
173 298,1
1,524
338, 4 100
O ganho com a introdução do termopermutador determina-se de:
Ganho =
6
R el2 R el1
R el2
1,524 1, 406
100 7,7%
1,524
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.2
Escolher um turbocompressor para um motor que funciona a uma pressão
ambiente de 100 [kPa], a pressão que o turbo produz é de 65 [kPa], as perdas
de pressão no termopermutador são de 10 [kPa], a temperatura ambiente de
30ºC, o coeficiente politrópico da mistura de 1,41, a temperatura de saída do
ar de refrigeração do termopermutador de 50 [ºC], o rendimento do
compressor de 65%, a eficiência do termopermutador de 70%, o rendimento
volumétrico do motor de 89%, o diâmetro dos cilindros de 60 [mm], o curso
do êmbolo de 80 [mm], o motor tem 4 cilindros e a cambota gira a 5000
[RPM], o número máximo de rotações do turbocompressor é de 150000
[RPM], a massa específica do ar a 30ºC é de ρar =1,165 [kg/m3].
7
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.2 (Resolução I)
Calcula-se a pressão total a saída do turbocompressor:
Pturb
Pent
Psaid
Pterm
Pturb
100 65 10 175 kPa
Calcula-se a temperatura à saída do turbocompressor:
Tsaid
Tsaid
8
Tent
298,1
Ptub
Pent
k 1
k
175
100
1,4 1
1,4
356, 7 K
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.2 (Resolução II)
A temperatura real no fim da compressão é dada por:

comp
T2 real
T2 T1
T2 real T1
T1
T2 T1
comp
T2 real
9
298,1
356, 7 298,1
385, 6 K
0, 65
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.2 (Resolução III)

A temperatura de saída do ar do termopermutador determina-se de
T2 T3
T2 T4
t
T3
T2
T3
385, 6 0, 7 385, 6 341,9




10
t
T2 T4
341,9 K
Onde:
T2 – é a temperatura de saída do ar do compressor;
T3 – a temperatura de saída do ar do termopermutador
T4 – a temperatura de saída do fluído refrigerante do termopermutador
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.2 (Resolução IV)
O volume deslocado é dado por:
D2
S Z
4
Vd
(0,06)2
0,08 4 0,00905 m3
4
A relação das massas específicas à entrada e a saída do
termopermutador determinam-se de :
2 term
R el
1
Pturb Tent
T3 Pent
175 298,1
1,552
341,9 100
O fluxo mássico de ar é dado por:
ma
11
R el
VN
2
a d
v
1,552 1,1165 904,8 103 5000 0,89
2 60
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
0,061 kg/s
Problema 12.2 (Resolução V)
Calcula-se a razão de pressões entre a entrada e a saída do
compressor pela expressão:
Ptur
Pent
100 65 10
1, 75
100
Onde:
Ptur – Pressão de saída do Compressor
Pent – Pressão de entrada no Compressor
Psaid – Pressão de saída do Compressor
Pterm – Pressão das perdas no intercooler = 10 kPascal
12
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.2 (Resolução VI)
A massa real de ar que sai do compressor calcula-se pela expressão
mreal
Pent
ma
Pnor
Tent
Tnor
mreal
175
0, 0607
98.12
303, 2
302, 6
0,115 kg/s =15, 21 lb/min
Onde:
Pent – Pressão de entrada
Pnor – Pressão de norma (736,3-9,65 mmHg)
Tent – Temperatura de entrada
Tnor – Temperatura de norma (29,4ºC)
ma – massa do ar (mistura)
13
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Problema 12.2 (Resolução VII)
Calcula-se o número real de rotações do compressor pela expressão
N real
N real
N
Tent
Tnor
150000
303, 2
302, 6
141109 [RPM]
Onde:
N – Número de rotações do turbo
Tent – Temperatura de entrada
Tnor – temperatura de norma
14
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Trabalho para casa 04 (I)

Para um motor Otto a quatro tempos, que funciona com um hidrocarboneto C8H17
com o poder calorífico de 42,4 MJ/kg e com as seguintes características restantes:

Pressão de entrada do turbocompressor 100 [kPa]

Ganho de pressão no turbocompressor 55 [kPa]

Perda de Pressão no termopermutador 10 [kPa]

Coeficiente politrópico da mistura k=1,41

Temperatura de entrada do ar no turbocompressor 30 [ºC]

Temperatura de saída do fluído de refrigeração do termopermutador 45 [ºC]

Rendimento do compressor 75%

Eficiência do termopermutador 70%

Rendimento volumétrico do motor 89%

Diâmetro dos cilindros 100 "[mm]"

Curso do êmbolo 100 [mm]

Número de cilindros z=6
15
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Trabalho para casa 04 (II)

Número de rotações da cambota do motor 5000 [RPM]

Massa específica do ar a 30ºC ρ=1,165 [kg/m3]

Rendimento térmico do motor 70%

Fazer a escolha do turbocompressor e calcular a potência do motor com
turbocompressor e antes de se aplicar o turbocompressor.

Recorrer ao endereço: http://www.not2fast.com/turbo/maps/ para fazer a escolha
do mapa do turbocompressor e anexar o referido mapa ao trabalho.

Entregar o trabalho até 10 minutos do início da aula de terça-feira dia 11 de
Setembro de 2012.
16
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Turbo Garret Série T3
17
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Garret T3-45
18
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Garret T3-50
19
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Garret T3-60
20
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Garret T3-Super 60
21
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Turbo Garret Série T
22
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Mitsubishi
23
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Mitsubishi -TD05H
24
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Mitsubishi -TD04-13G
25
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Mitsubishi -TD05-14G
26
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Mitsubishi -TD0-16G
27
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu
Mitsubishi -TD04H-18T
28
Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu