Aula3_2

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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
Descrição 
do sistema de arrefecimento
� Funcionamento e componentes
Radiador de Óleo
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
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Dimensionamento
� Componentes principais (tipo)
� Radiador de água (trocador de calor compacto)
� Bomba de água (bomba centrífuga)
� Eletroventilador (ventilador)
� Válvula termostática (termostato)
� Intercooler (trocador de calor compacto)
� Radiador de óleo (trocador de calor compacto)
� Bomba de óleo (bomba de engrenagens)
� Válvula de alívio de óleo (pressostato)
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Dimensionamento
� Metodologia
� Especificar faixas de operação
(normas, histórico, simulações e testes)
� Avaliar as cargas térmicas, vazões e potências envolvidas
� Para cada componente:
� Especificar condições de operação
� Dimensionar 
� Selecionar os componentes padrões mais próximos 
do especificado (superdimensionar) ou encomendar 
novo projeto (otimização)
1535Aumento admissível de temperatura do ar no radiador (K)
6580Temperatura máxima na entrada do radiador (K)
Utilitários (Euro 3)Carros de Passeio
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Dimensionamento 
Trocadores de calor compactos
� Definições
� Coeficiente global de troca de calor U [W/(m2 K)]
médiaTAUQ ∆=�
( ) ( ) ( ) ( )ccswhsh
térmicas
hA
1
Ah
1R
Ah
1
hA
1
UA
1
R
1AU
++++=
=
�
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Dimensionamento 
Trocadores de calor compactos
� Definições
� Diferença de temperatura média logarítmica 
(DTML ou LMTD)
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Dimensionamento 
Trocadores de calor compactos
� Definições
� Fator de correção para a DTML em função do arranjo de 
fluxos do trocador de calor (F)
� Razão adimensional de diferenças de temperaturas (P1)
� Razão de capacidades térmicas (R1)
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Dimensionamento 
Trocadores de calor compactos
� Definições
� Fator de correção para a DTML em função do arranjo de 
fluxos do trocador de calor (F) para trocador de correntes 
cruzadas de fluidos não misturados e um único passe
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Dimensionamento 
Trocadores de calor compactos
� Definições
� Capacidade térmica [W/K] do fluido mais quente 
Ch = mhcph
� Capacidade térmica do fluido mais frio 
Cc = mccpc
� Número de unidades de transmissão de calor 
(NUT ou NTU) = medida da eficiência termodinâmica do 
trocador
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Dimensionamento 
Trocadores de calor compactos
� Definições
� Efetividade do trocador de calor (�) = quantidade real de calor 
transferida / quantidade máxima de calor possível de ser 
transferida
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Dimensionamento 
Trocadores de calor compactos
� Metodologia
� Projeto
� Objetivo: cálculo das dimensões físicas do trocador
� Funcionamento
� Objetivo: cálculo da temperaturas de saída do trocador
� Procedimento iterativo assumindo as temperaturas de saída dos 
fluidos de trabalho e recalculando estas temperaturas pelo 
método da DTML ou pela efetividade
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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.
� 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. 
� Welty, J. R., Wilson, R. E. et Wilcks, C. E. Fundamentals of 
momentum heat and mass transfer. New York: John Wiley & Sons,
2ª ed., 1976.