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JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 1
ESTUDO DA 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
EM MOTORES
José Eduardo Mautone Barros 
José Guilherme Coelho Baêta
JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 2
Sumário
Cap. 1 – Transferência de calor
Cap. 2 – Balanço térmico do motor
Cap. 3 – Dimensionamento do sistema de arrefecimento 
Cap. 4 – Análise da combustão e transferência de calor 
no cilindro
Cap. 5 – Análise Computacional da combustão e 
transferência de calor no cilindro
Cap. 6 – Modelagem dinâmica do sistema de 
arrefecimento
JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 3
Modelagem dinâmica do 
sistema de arrefecimento
� Objetivos
� Prever a resposta no tempo das temperaturas do sistema de 
arrefecimento e de lubrificação, ou seja, tempo de “warm-up”
� Prever as temperaturas estabilizadas de funcionamento do 
sistema de arrefecimento e de lubrificação para diferentes 
regimes de carga no motor e velocidade do veículo
� Prever alterações no desempenho do motor devido as 
alterações nas temperatura da camisa de água e do óleo
� Prever alterações nas condições de lubrificação devido a 
alterações na temperatura do óleo
JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 4
Modelagem dinâmica do 
sistema de arrefecimento
� Modelagem
� Usando a orientação a 
objetos (OOA)
MOTOR ALTERNATIVO A 
PISTÃO
 TReciprocatingEngine
ALETAS
TFins
1
1
SISTEMA DE 
RESFRIAMENTO
TIdealCoolingSystem
RESFRIAMENTO A AR
TAirCoolingSystem
RESFRIAMENTO A ÁGUA
 TWaterCoolingSystem
VENTOINHA
TBlower
RADIADOR
TRadiator
BOMBA D'ÁGUA
TBomb
FLUIDO RESFRIANTE
TCoolingFluid
1
1
1 1 1
1
1
usa 
JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 5
Modelagem do circuito de água
R
a
d
i
a
d
o
r
Bomba centrífuga
Válvula termostática
E
l
e
t
r
o
v
e
n
t
i
l
a
d
o
r
Água
Ar
ECU
Motor
�Modelos e parâmetros
� Motor (gerador de potência e 
calor)
� Bomba (consumidor de 
potência e cria fluxo de água)
� Eletroventilador (consumidor 
de potência e cria fluxo de ar)
� Válvula (limitador)
� Radiador (trocador de calor)
� Fluidos: Ar e água ou solução 
de glicois
JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 6
Modelagem do circuito de óleo
Bomba de Óleo
Óleo
ECU
Motor
Válvula de alívio
de óleo
Ar
�Modelos e parâmetros
� Motor (gerador de potência e calor)
� Bomba (consumidor de potência e cria 
fluxo de óleo)
� Válvula (limitador)
� Radiador (trocador de calor)
� Fluidos: Ar e
óleo lubrificante
JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 7
Modelagem do circuito de ar
R
a
d
i
a
d
o
r
Bomba centrífuga
Válvula termostática
E
l
e
t
r
o
v
e
n
t
i
l
a
d
o
r
Intercooler
Bomba de Óleo
Compressor
Água
Óleo
Ar comprimido
Ar
Ar
ECU
Motor
Válvula de alívio
de óleo
Válv. de
alívio de ar
Ar
JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 8
Modelagem do circuito de ar
1535Aumento admissível de temperatura do ar no radiador (K)
6580Temperatura máxima na entrada do radiador (K)
Utilitários (Euro 3)Carros de Passeio
�Modelos e parâmetros
� Velocidade do veículo (cria fluxo de ar)
� Ventilador (consumidor de potência e cria fluxo 
de ar)
� Válvula (limitador do turbo)
� Radiadores e intercooler (trocadores de calor)
� Fluidos: Ar 
JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 9
Modelo de carga do motor
MOTOR
COM DUAS ZONAS 
TTwoZonesEngine
VOLANTE
TFlywheel
CARGA
TLoad
DINAMÔMETRO
TDynamometer
ESTRADA
TRoadLoad
HÉLICE
TPropeller
1
1
�Modelos e parâmetros
� Cargas aplicadas ao motor:
� Volante (filtro de rotação)
� Dinamômetro (rotação constante)
� Estrada ou trecho urbano (normas)
� Hélice (polar de hélice)
JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 10
Metodologia experimental para 
o sistema de arrefecimento
� Ensaios
� Prova estática (dinamômetro de rolo) 
Norma A.T.B. (Air To Boil)
Medida de afastamento 
do ponto de ebulição do
fluido (Tv) sob carga
A.T.B. = Tv – Th +Ta
Th = Temp. saída do motor 
para o fluido de arrefecimento
Ta = temperatura ambiente
� Prova dinâmica (pista)
� Instrumentação: pressões, temperaturas e fluxo nos circuitos de 
arrefecimento e de lubrificação (óleo)
JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 11
Bibliografia
� Barros, J. E. M. Estudo de motores de combustão interna aplicando 
análise orientada a objetos. Belo Horizonte: Tese de Doutorado, 
Engenharia Mecânica, UFMG, 2003.
� Basshuysen, R. e Shäfer, F. Internal combustion engine handbook. 
Warrendale: SAE International, 2004.
� Kreith, F. Princípios da transmissão de calor. São Paulo: Edgard 
Blücher, 1977.
� Giacosa, D. Motori Endotermici. Milano: Hoepli, 15ª ed., 2000.
� Plint, M. et Martyr, A. Engine testing - theory and 
practice.Warrendale: SAE, 2ª ed., 1999.
� Shah, R. Compact heat exchangers. In: The CRC handbook of
mechanical engineering. Kreith, F. et Goswami, D. Y. (ed.). Boca 
Raton: CRC Press, 2ª ed., 2005.