Aula Parâmetros de Projeto e Operação

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Os fatores que importam para o usuário dos motores de combustão são:
•A performance do motor na sua faixa de operação;
•O consumo e o custo do combustível utilizado;
•As emissões de poluentes e de ruídos ;
•O custo inicial e de instalação;
•A confiabilidade e durabilidade do motor, as necessidades de
manutenção e como estes fatores afetam a disponibilidade e os custos
operacionais.
Parâmetros de projeto e operação
Máquinas Térmicas I – Prof. Eduardo Loureiro
A performance do motor é mais precisamente definida por:
•A potência máxima (ou o torque máximo) disponível a cada velocidade
dentro da faixa útil de operação do motor;
•A faixa de velocidade e potência onde a operação do motor é
satisfatória;
Parâmetros de projeto e operação
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Os seguintes termos são comumente utilizados:
•Maximum rated power: A mais alta potência que um motor pode
desenvolver em curtos períodos de operação;
•Normal rated power: A mais alta potência que um motor pode
desenvolver em operação contínua;
•Rated speed: A velocidade de rotação do virabrequim na qual a potência
é desenvolvida.
PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS DE MOTORES ALTERNATIVOS
Parâmetros de projeto e operação
Máquinas Térmicas I – Prof. Eduardo Loureiro
FONTE: Heywood, 1988
Os seguintes parâmetros definem a geometria de um motor alternativo:
Razão de compressão
c
cd
c
V
VV
r


É a razão entre o volume máximo e o volume mínimo.
Vd é o volume deslocado 
Vc é o volume da câmara (clearance volume)
rc = 8 a 12 para motores de ignição por centelha
rc = 12 a 24 para motores de ignição por compressão 
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Parâmetros de projeto e operação
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FONTE: Heywood, 1988
Os seguintes parâmetros definem a geometria de um motor alternativo:
Razão entre o diâmetro do cilindro e o curso do pistão
L
B
Rdc 
Rdc = 0.8 a 1.2 para motores de tamanho entre pequeno e médio, chegando até 
próximo de 0,5 para os enormes motores Diesel de baixa velocidade de rotação
PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS DE MOTORES ALTERNATIVOS
Parâmetros de projeto e operação
Máquinas Térmicas I – Prof. Eduardo Loureiro
FONTE: Heywood, 1988
Os seguintes parâmetros definem a geometria de um motor alternativo:
Razão entre o diâmetro do cilindro e o curso do pistão
L
B
Rdc 
Rdc < 1 => motor sub-quadrado
Rdc = 1 => motor quadrado
Rdc > 1 => motor super-quadrado
Para um dado volume deslocado, um curso (L) longo permite um diâmetro (B) menor
(motor sub-quadrado ou under square), o que resulta em menos área de superfície da
câmara de combustão e, conseqüentemente, menores perdas de calor. Isto aumenta a
eficiência térmica dentro da câmara de combustão.
Por outro lado, cursos maiores resultam em velocidades do pistão maiores e maiores
perdas por atrito, o que reduz a potência obtida no virabrequim.
Se diminuirmos o curso, o diâmetro pode ser aumentado e o motor se tornará super-
quadrado ou over square, o que diminui as perdas por atrito mas aumenta as perdas de
calor.
Os motores muito grandes possuem grandes cursos com (Rdc)
-1 tão altas quanto 4:1.
A maioria dos motores de automóveis modernos são aproximadamente quadrados,
algumas vezes um pouco sub-quadrados, outras vezes um pouco super-quadrados.
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Parâmetros de projeto e operação
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FONTE: Heywood, 1988
Os seguintes parâmetros definem a geometria de um motor alternativo:
Razão entre os comprimentos da biela e da manivela:
a
l
R 
aL 2
Note-se que:
R = 3 a 4 para motores de tamanho entre pequeno e médio, aumentando para 5 até 10 
para os enormes motores Diesel de baixa velocidade de rotação
Influência de R na velocidade do pistão.
FONTE: Pulkrabek, 2004.
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FONTE: Heywood, 1988
O volume do cilindro em função do ângulo de rotação, :
 sal
B
VV c 
4
2
  2
1
222 sincos  alas 
    2122 sincos11
2
1
1   RRr
V
V
c
c
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FONTE: Heywood, 1988
A área de superfície da câmara de combustão em função de :
 salBAAA pcab  
Onde,
Acab é a área da superfície da câmara de combustão pertencente ao cabeçote e 
Ap é a área da coroa do pistão (para pistões planos Ap = B
2/4).
  2122 sincos1
2
  RRBLAAA pcab
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FONTE: Heywood, 1988
Um parâmetro importante é a velocidade média do pistão:
Onde,
N é a velocidade de rotação do virabrequim
Em uma rotação o pistão percorre duas vezes o curso.
A resistência ao escoamento dos gases dentro do motor e os
esforços devido à inércia das partes móveis limitam velocidade
média do pistão dentro de uma faixa entre 8 a 15m/s.
Os motores de automóvel atuam próximos do limite superior
e os enormes motores Diesel operam próximos ao limite
inferior.
FONTE: Heywood, 1988.
LNS p 2
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Parâmetros de projeto e operação
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FONTE: Heywood, 1988
Um parâmetro importante é a velocidade média do pistão:
A velocidade média do pistão para todos os motores estará na faixa
entre 5 a 20 m/s. Os gigantes motores Diesel ficam no início da faixa e
os motores de carros de alta performance no final.
Há uma forte correlação inversa entre tamanho e velocidade do pistão.
Os motores muito grandes, com pistões de cerca de 50 cm de diâmetro,
operam na faixa de 200 a 400 RPM, enquanto que os menores motores
(de aeromodelos), com diâmetros de 1 cm, desenvolvem cerca de
12.000 RPM.
Os carros de competição (Indianapolis 500) dão exemplos de motores
que atuam acima desta faixa de segurança. Chegam a 35 m/s com 14.000
RPM. Embora estes motores recebam muito mais cuidados que os
demais, boa percentagem deles quebram com poucas centenas de
quilômetros percorridos.
Parâmetro Aeromodelo 
2 Tempos
Automóvel 
4 Tempos
Estacionário
2 Tempos
Diâmetro (cm) 2 9.42 50
Curso (cm 2.04 9.89 161
Volume deslocado (L) 0.0066 0.69 316
Velocidade (RPM) 13000 5200 125
Potência/cilindro (kW) 0.72 35 311
Velocidade média do pistão (m/s) 8.84 17.1 6.71
Potência/Vol.deslocado (kW/L) 109 50.7 0.98
PME (kPa) 503 1170 472
FONTE: Pulkrabek, 2004.
PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS DE MOTORES ALTERNATIVOS
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FONTE: Heywood, 1988
Velocidade instantânea do pistão:
A figura ao lado mostra como a velocidade instantânea do
pistão varia em cada curso.
  









2122 sin
cos
1sin
2 

RS
S
p
p
FONTE: Heywood, 1988
O torque de um motor é medido em um dinamômetro. O motor é
montado em uma bancada e o seu eixo é acoplado ao rotor do
dinamômetro (ver figura). O rotor estará acoplado eletromagneticamente,
hidraulicamente ou por fricção mecânica a um estator. O torque exercido
no estator, com o rotor girando, é balanceado pelo uso de molas, pesos ou
por meio pneumático.
De acordo com a figura, se o torque exercido pelo motor é T, então:
A potência fornecida pelo motor e absorvida pelo dinamômetro é o
produto do torque pela velocidade angular:
Onde N é a velocidade de rotação do virabrequim.
TORQUE E POTÊNCIA DE FRENAGEM
Parâmetros de projetoe operação
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FONTE: Heywood, 1988 FbT 
NTPfrenagem 2
Torque é uma medida da capacidade do motor de realizar trabalho.
Potência é a taxa em que o trabalho é realizado.
A potência medida conforme descrito acima é chamada de Potência de frenagem (brake power). Esta é a 
potência útil fornecida pelo motor para o dinamômetro, que neste caso funciona como um freio. 
O termo potência de frenagem refere-se à potência medida no volante.
Originalmente, a potência fornecida era medida pela aplicação de um freio
ao volante. O freio era acoplado a um braço longo, e o momento produzido
era medido. Este freio foi um dinamômetro primitivo, conhecido como
freio de Prony, pois foi desenvolvido por François Marie Riche, o Barão de
Prony, um engenheiro e matemático francês.
A potência de frenagem é aquela fornecida pelo motor após os efeitos da
ineficiência mecânica, ou seja, perdas por atrito dos componentes,
acessórios e pelo trabalho de bombeamento dos gases.
TORQUE E POTÊNCIA DE FRENAGEM
Parâmetros de projeto e operação
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FONTE: Heywood, 1988
TRABALHO INDICADO POR CICLO
Parâmetros de projeto e operação
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FONTE: Heywood, 1988
Os dados da pressão do gás no interior do cilindro ao longo de todo o ciclo de operação do motor podem ser
usados para calcular o trabalho realizado. A pressão e o correspondente volume do cilindro podem ser plotados em
um gráfico (diagrama P x V). O trabalho indicado por ciclo é obtido pela integração para encontrar a área dentro da
curva.
Nos motores de dois tempos (a) o cálculo é direto. Para evitar ambigüidades, no caso dos motores de 4 tempos, são
utilizadas duas definições:
Trabalho bruto indicado por ciclo: trabalho fornecido pelo pistão apenas nos cursos de compressão e expansão.
(área A + área C)
Trabalho líquido indicado por ciclo: trabalho fornecido pelo pistão em todos os quatro cursos do ciclo.
(área A + área C) - (área B + área C) = (área A – área B)
 pdVW ic,
TRABALHO INDICADO POR CICLO
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FONTE: Heywood, 1988
A área B mais a área C correspondem ao trabalho transferido entre o pistão e os gases no cilindro durante os cursos
de admissão e exaustão que é chamado de Trabalho de bombeamento. Este será para os gases se a pressão
durante o curso de admissão for menor que a pressão durante o curso de exaustão. Isto é o que ocorre nos
motores naturalmente aspirados. O Trabalho de bombeamento será dos gases para o pistão se a pressão no curso
de exaustão for menor que a pressão na admissão, que é o caso dos motores turbo-alimentados.
POTÊNCIA INDICADA
Parâmetros de projeto e operação
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A potência por cilindro está relacionada com o trabalho indicado por ciclo:
Onde nR é o número de revoluções do virabrequim necessárias para que haja um tempo útil por
cilindro. nR é igual a 2 nos motores de 4 tempos e nR é igual a 1 nos motores de 2 tempos.
A potência indicada representa a taxa de realização de trabalho dos gases no interior do cilindro
para o pistão.
Ela difere da Potência de Frenagem pela potência necessária para:
• suplantar o atrito nos componentes móveis,
• arrastar diversos acessórios e
• (quando se trata da potência bruta indicada) a potência necessária ao bombeamento.
A potência bruta indicada representa a soma do trabalho útil disponível no eixo e do trabalho
requerido para vencer todas as perdas no motor.
R
ic
i
n
NW
P
,

Parte do trabalho bruto indicado por ciclo é usado para expelir os gases e para induzir mistura
fresca para o cilindro. Um parcela adicional é usada para superar o atrito nos mancais, pistões e
demais componentes móveis do motor, além do necessário para arrastar acessórios. Toda esta
demanda por potência está agrupada no que chamamos Potência de atrito, Pat.
É difícil de se determinar com precisão a potência de atrito. Um método usado em motores de altas
velocidades é arrastar o motor com um dinamômetro (operar o motor sem combustão) e medir a
potência que deveria ser suprida pelo dinamômetro para vencer todas estas perdas por atrito.
A razão entre a Potência de frenagem (ou útil) fornecida pelo motor e a Potência Bruta Indicada é
chamada de Eficiência Mecânica:
A eficiência mecânica é função da posição da válvula borboleta, do projeto e velocidade do motor.
Valores comuns são: 90% a velocidades entre 1800 a 2400 rpm, diminuindo para 75% na velocidade
máxima.
EFICIÊNCIA MECÂNICA
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ibruta
at
ibruta
frenagem
m
P
P
P
P
 1
atfrenagemibruta PPP 
PRESSÃO MÉDIA EFETIVA
Parâmetros de projeto e operação
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A Pressão Média Efetiva é a pressão constante que, atuando na área do pistão durante seu curso iria produzir o
trabalho realizado por ciclo. Durante o ciclo real a pressão só é significante nos tempos de compressão e expansão.
Durante o tempo de compressão, trabalho é realizado pelo pistão nos gases no interior do cilindro, enquanto que
no tempo de expansão os gases no interior do cilindro é que realizam trabalho sobre o pistão. Então, a pressão
média líquida seria a diferença entre as pressões médias nestes dois tempos.
Onde:
Ap é a área do pistão;
L é o curso do pistão;
n é o número de cilindros;
N é a velocidade de rotação e
nR é o número de rotações necessárias para que haja um tempo útil (um ciclo).
R
p
n
N
nLAPMEP 
R
d
n
N
VPMEP  NV
nP
PME
d
R



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PRESSÃO MÉDIA EFETIVA:
• A pressão média efetiva – PME – é a pressão constante que, atuando sobre a área do pistão, ao longo do
deslocamento deste, produziria o mesmo trabalho realizado por ciclo. Esta pressão é fictícia, porém, é uma
grandeza bastante útil.
•Durante o ciclo real, a pressão é importante apenas nos tempos de compressão e exaustão. Durante o tempo de
compressão trabalho é feito sobre os gases no interior do cilindro, enquanto no tempo de expansão o trabalho é
realizado pelos gases sobre o pistão. Então, a pressão líquida seria a diferença entre estas duas. Portanto, a PME
seria a diferença entre as pressões médias no tempo de exaustão e no tempo de compressão.
Formalmente:
Onde:
P = potência;
Ap = área do pistão;
L = curso;
n = número de cilindros;
N = velocidade de rotação [rev./tempo];
nR = número de revoluções por ciclo;
Vd = volume deslocado total do motor.
R
d
R
p
n
N
VPME
n
N
nLAPMEP 
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PRESSÃO MÉDIA EFETIVA de frenagem:
• A pressão média efetiva de frenagem – PMEb – é a mais utilizada. A expressão ‘de frenagem’ refere-se a
medições no volante do motor. Antigamente, a potência era medida aplicando-se um freio ao volante do motor, o
freio era conectado a um braço longo e o torque produzido era medido. A potência produzida pelo motor é
proporcional ao produto do torque produzido e a velocidade de rotação do motor.
•A potência de frenagem significa a potência que inclui os efeitos da ineficiência mecânica, que engloba: perdas de
potência para bombeamento, acionamento das válvulas, certos acessórios e atrito em geral.
•A faixa de PMEb nos motores atuais varia entre 0,9 e 1,1 MPa, medida com a válvula borboleta completamente
aberta (ou WOT = wide open throttle). A PMEb de motores de automóveis em 1950 variavam entre 0,65 e 0,9
MPa.
•Na ausência de grupos adimensionais que caracterizem bem os motores de combustão interna, A PMEb é útil
pois é comparável mesmo entre motoresmuito diferentes.
•Por exemplo nós podemos comparar um pequeno motor de um aeromodelo com cilindrada de 1,6 cm3
trabalhando a 11.400 rpm, com um enorme motor Diesel estacionário com deslocamento de 0,4 m3 trabalhando
a 164 rpm. O primeiro tem uma PMEb de 0,32 MPa e o segundo 0,45 MPa.
•A diferença relativamente pequena entre a PMEb dos dois motores acima deve-se provavelmente a diferenças de
projeto (algumas das quais são indiretamente relacionadas ao tamanho do motor), possivelmente a taxa de
compressão.
•Os motores pequenos apresentam algumas desvantagens:
•Uma grande razão superfície/volume na câmara de combustão e cilindro que resulta em grandes perdas
de calor;
•O número de Reynolds do escoamento de um motor pequeno é baixo e o tempo para a mistura é curto,
resultando em pequena vaporização do combustível.
A Pressão Média Efetiva, PME, é a razão entre o Trabalho por ciclo e Volume deslocado por ciclo:
PRESSÃO MÉDIA EFETIVA
Parâmetros de projeto e operação
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N
Pn
W Rciclopor _
NV
Pn
PME
d
R
Onde nR é o número de revoluções necessárias para que haja um tempo útil por cilindro. N é a velocidade rotação 
do virabrequim (rev/s).
A Pressão Média Efetiva, PME, também pode ser expressa em termos do torque:
NTP 2
d
R
V
Tn
PME


2
Motores Diesel naturalmente aspirados
PMEb = 700 a 900 kPa na região de torque máximo
PMEb = ~ 700 kPa na região de potência máxima
Motores de ignição por centelha turbo-alimentados
PMEb = 1250 a 1700 kPa na região de torque máximo.
PMEb = 900 a 1400 kPa na região de máxima potência.
Motores de ignição por centelha naturalmente aspirados:
PMEb = 850 a 1050 kPa na velocidade de rotação onde o máximo torque é obtido (~3.000 rpm).
Na velocidade onde ocorre a máxima potência, a PME diminui cerca de 10 a 15%.
Valores máximos da PME de frenagem
A Pressão Média Efetiva máxima de motores bem projetados é conhecida (ver dados abaixo) e é
essencialmente constante para uma larga faixa de tamanhos de motores. (volume deslocado) Então,
a PME de frenagem de um determinado motor pode ser medida e o seu valor pode ser comparado
com este valor máximo para se ter uma idéia da qualidade do projeto do motor.
PRESSÃO MÉDIA EFETIVA
Parâmetros de projeto e operação
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Motores Diesel turbo-alimentados
PMEb = 1000 a 1200 kPa na região de torque máximo, chegando a ~1400 kPa nos motores com inter-cooler. 
PMEb = 850 a 950 kPa na região de máxima potência.
PRESSÃO MÉDIA EFETIVA 
Parâmetros de projeto e operação
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Exemplo: Um motor automotivo de 4 cilindros, de ignição por centelha, está sendo projetado para fornecer um torque
máximo de frenagem de 150 N.m na velocidade de ~ 3.000 rpm. Estime a cilindrada do motor, diâmetro do cilindro e curso do
pistão e a máxima potência de frenagem que o motor irá proporcionar.
Assumindo que 925 kPa é um valor apropriado para a PMEb máxima, na região de torque máximo, e sabendo que:
Para um motor de 4 cilindros, o volume deslocado, diâmetro do cilindro e curso do pistão estão relacionados por:
A velocidade de rotação máxima pode ser estimada a partir de um valor apropriado para a máxima velocidade média do pistão,
15 m/s.
A máxima potência de frenagem pode ser estimada a partir do valor da PMEb na região de máxima potência, 800 kPa
(cerca de 15% menor que 925 kPa),
d
R
V
Tn
PME


2 lmVd 2002,0
10925
150228,6 3
3




L
B
Vd 
4
4
2 Supondo que B = L

002,03  d
V
B mmmLB 86086,0 
maxmax 2LNS p 
rpmsrevN 520087
086,02
15
max 


NV
Pn
PME
d
R
kWWPb 70600.69
2
87002,010800 3
max 


Em testes de motores o consumo de combustível é medido por , massa de combustível por unidade de tempo.
Um parâmetro mais útil é o consumo específico de combustível- (scf ), a taxa de combustível consumido por unidade
de potência fornecida. O scf mede quão eficientemente um motor está utilizando o combustível para produzir
trabalho:
Obviamente, são desejáveis baixos valores de sfc. Para motores comuns de ignição por centelha , SI, os melhores
valores do consumo específico de combustível de frenagem estão próximos de 75 g/J = 270 g/kWh. Para
motores de ignição por compressão, CI, os valores são menores podendo chegar a 55g/J = 200 g/kWh nos
motores maiores.
CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL E EFICIÊNCIA
Parâmetros de projeto e operação
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m
P
m
sfc
f


O consumo específico de combustível tem unidades.
A razão entre o trabalho produzido por ciclo e a quantidade de energia fornecida pelo combustível por ciclo (que
pode ser liberada no processo de combustão) resulta em um parâmetro adimensional que relaciona a energia
fornecida ao motor (pelo combustível), e o produto desejado. Em outras palavras esta razão serve para medir e
eficiência do motor.
A energia fornecida pelo combustível que pode ser liberada no processo de combustão é dada pela massa de
combustível fornecida ao motor por ciclo vezes o poder calorífico do combustível. O poder calorífico de um
combustível, QHV, define o seu conteúdo de energia. Ele é determinado em testes padronizados, onde uma massa
conhecida do combustível é completamente queimada com ar, e a energia térmica liberada pelo processo de
combustão é absorvida por um calorímetro quando os produtos da combustão são resfriados até sua temperatura
original.
A medição desta eficiência do motor, que pode ser chamada de eficiência de conversão de combustível, é dada por:
Onde mf é a massa de combustível induzida por ciclo. Da definição de consumo específico de combustível
CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL E EFICIÊNCIA
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 
  HVfHVR
R
HVf
C
f
Qm
P
QNnm
NPn
Qm
W


P
m
sfc
f


HV
f
Qsfc 

1

Valores típicos de poder calorífico de combustíveis comerciais (hidrocarbono) usados em motores estão na faixa
de 42 a 44 MJ/kg.
O consumo específico de combustível é inversamente proporcional à eficiência de conversão de combustível.
Observe que a energia fornecida pelo combustível ao motor não é completamente liberada como energia térmica
no processo de combustão porque o processo de combustão real é incompleto.
CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL E EFICIÊNCIA
Parâmetros de projeto e operação
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Em testes de motores, a taxa de escoamento de ar e a taxa de consumo de combustível são medidas normalmente.
A razão entre estas duas taxas é útil para definir condições de operação dos motores:
Razão Ar/Combustível
Razão Combustível/Ar
A faixa de operação normal utilizando gasolina e diesel como combustíveis é:
RAZÃO AR/COMBUSTÍVEL E RAZÃO COMBUSTÍVEL /AR
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Combustão por centelha Combustão por compressão
12  A/F  18 18  A/F  170
0.056  F/A  0.083 0.014  F/A  0.056
 
f
a
m
m
FA



 
a
f
m
m
AF



O sistema de admissão – filtro de ar, coletor de admissão, válvula borboleta, porta/válvula de admissão – restringe a
quantidade de ar que um motor de determinada cilindrada pode induzir para dentro dos cilindros. O parâmetro
usado para medir como o motor realiza seu processo de indução é a eficiência volumétrica.
A eficiência volumétrica é definida apenas para os motores de 4 tempos.
Ela é definida como a razão entre o volume de ar induzido para dentro do cilindro por ciclo e o volume deslocadodo cilindro (também pode ser definida como a razão entre a massa de ar que entra no cilindro pela máxima massa
de ar que cabe no volume deslocado).
Onde ma é a massa de ar induzida para dentro do cilindro por ciclo.
Valores máximos para motores naturalmente aspirados estão na faixa de 80 a 90 por cento. A eficiência
volumétrica nos motores Diesel é mais alta que nos motores de ignição por centelha.
EFICIÊNCIA VOLUMÉTRICA
Parâmetros de projeto e operação
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NV
m
V
m
dia
a
dia
a
v
,,
2




RELAÇÕES ENTRE PARÂMETROS DE PERFORMANCE
Parâmetros de projeto e operação
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NV
m
V
m
dia
a
dia
a
v
,,
2



 
a
f
m
m
AF



NV
Pn
PME
d
R
 
  HVfHVR
R
HVf
C
f
Qm
P
QNnm
NPn
Qm
W


Eficiência de conversão de combustível 
Eficiência volumétrica
Pressão média efetiva
Razão Combustível/Ar
 
R
HVaf
n
AFNQm
P


A partir das definições acima, a Potência pode ser dada por:
RELAÇÕES ENTRE PARÂMETROS DE PERFORMANCE
Parâmetros de projeto e operação
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NV
m
V
m
dia
a
dia
a
v
,,
2



 
a
f
m
m
AF



NV
Pn
PME
d
R
 
  HVfHVR
R
HVf
C
f
Qm
P
QNnm
NPn
Qm
W


Eficiência de conversão de combustível 
Eficiência volumétrica
Pressão média efetiva
Razão Combustível/Ar
 
2
, AFQNV
P
iaHVdvf 

Para motores de 4 tempos, pode-se incluir a eficiência volumétrica:
RELAÇÕES ENTRE PARÂMETROS DE PERFORMANCE
Parâmetros de projeto e operação
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NV
m
V
m
dia
a
dia
a
v
,,
2



 
a
f
m
m
AF



NV
Pn
PME
d
R
 
  HVfHVR
R
HVf
C
f
Qm
P
QNnm
NPn
Qm
W


Eficiência de conversão de combustível 
Eficiência volumétrica
Pressão média efetiva
Razão Combustível/Ar
A Pressão Média Efetiva pode ser expressa por:
 AFQPME iaHVvf ,
RELAÇÕES ENTRE PARÂMETROS DE PERFORMANCE
Parâmetros de projeto e operação
Máquinas Térmicas I – Prof. Eduardo Loureiro
NV
m
V
m
dia
a
dia
a
v
,,
2



 
a
f
m
m
AF



NV
Pn
PME
d
R
 
  HVfHVR
R
HVf
C
f
Qm
P
QNnm
NPn
Qm
W


Eficiência de conversão de combustível 
Eficiência volumétrica
Pressão média efetiva
Razão Combustível/Ar
A potência por unidade de área do pistão, freqüentemente chamada de, potência específica, pode ser escrita como:
 
2
, AFNLQ
A
P iaHVvf
p


RELAÇÕES ENTRE PARÂMETROS DE PERFORMANCE
Parâmetros de projeto e operação
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As equações ilustram a influência direta na melhoria da performance dos motores se eles tiverem:
• Alta eficiência de conversão de combustível
• Alta eficiência volumétrica
• Aumento na potência fornecida se aumentar a densidade do ar admitido
• Máxima razão Combustível/Ar que possa ser completamente queimada no motor
 
2
, AFNLQ
A
P iaHVvf
p


 AFQPME iaHVvf ,
 
2
, AFQNV
P
iaHVdvf 

DADOS DE PROJETOS DE MOTORES E PERFORMANCE
Parâmetros de projeto e operação
Máquinas Térmicas I – Prof. Eduardo Loureiro
Normalmente os fabricantes indicam a mais alta potência em que espera-se que seus motores trabalhem,
com satisfatória economia, confiabilidade e durabilidade sob as condições de serviço. O torque máximo e a
velocidade em que ele é obtido também são fornecidos. A Tabela abaixo mostra dados de performance de
motores por categoria:
FONTE: Heywood, 1988
DADOS DE PROJETOS DE MOTORES E PERFORMANCE
Parâmetros de projeto e operação
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Comentários sobre a Tabela anterior:
Os motores de 4 tempos dominam, exceto nos tamanhos limites dos motores, menores e maiores.
Os maiores motores são turbocomprimidos ou superalimentados.
A velocidade média máxima do pistão diminui enquanto o tamanho do motor aumenta, mantendo-se na
faixa entre 8 a 15m/s.
A máxima Pressão Média Efetiva de frenagem é maior em motores turbocomprimidos e superalimentados
do que em motores naturalmente aspirados.
A máxima Pressão Média Efetiva de Frenagem dos motores de ignição por centelha é maior do que a dos
motores de ignição por compressão porque a razão Combustível/Ar é maior nos primeiros.