LISTA 1 EXERCÍCIOS MOTORES COMB INTERNA

Prévia do material em texto

ANDRADINA 
2018 
 
 
1 
 
UNIVERSIDADE BR SIL 
Engenharia Mecânica – 8º Período 
 
Discente: Eduardo Moreira Bezerra RA: 1530096890 
Docente: Prof. Me. Juliano Torteli de Godoi Zucato 
Disciplina: Motores de Combustão Interna 
Data: 27/09/2018 
LISTA 1 
 
 
 
1) O motor da Ferrari F1 – 2.000 possui 10 cilindros montados em V, 40 válvulas, cilindrada total de 2.997 cm3 e 
potência de 574 kW (770 HP). Os cilindros têm diâmetro de 96 mm, motor a 4T, diâmetro dos pistões de 10 cm, raio 
do virabrequim de 4,5 cm; volume da câmara de combustão de 78,5 cm3 e rotação de 14.500 rpm. Pede-se, 
determinar: 
 
Quatro tempos 
Número de cilindros: 𝑧 = 10 em V 
Volume total: 𝑉𝑑 = 2.997cm
3 
Volume câmara de combustão (volume morto): 𝑉2 = 78,5 cm
3 
Diâmetro dos cilindros: 𝐷 = 96 mm = 9,6 𝑐m 
Raio do virabrequim (ou árvore de manivela): 𝑟 = 4,5 cm = 45 mm 
Potência: 𝑁 = 574 kW = 574 ⋅ 103 W 
Rotação: 𝑛 = 14.500 rpm 
 
a) O curso (mm); 
𝑆 = 2 ⋅ 𝑟 = 2 ⋅ 45 
 
𝑺 = 𝟗𝟎 𝐦𝐦 
 
b) A cilindrada unitária (cm3); 
𝑉du =
𝑉d
𝑧
=
2.997
10
 
 
𝑽du = 𝟐𝟗𝟗, 𝟕 cm
3 
 
c) A taxa de compressão; 
𝑟V =
𝑉du
𝑉2
+ 1 =
299,7
78,5
+ 1 = 4,8178 
 
𝒓V = 𝟒, 𝟖𝟏𝟕𝟖 ∶ 𝟏 
 
d) A velocidade média do pistão (m s⁄ ); 
𝑣𝑝 = 𝜛 ⋅ 𝑟 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅
𝑛
60
⋅ 𝑟 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅
14.500
60
⋅ (4,5 ⋅ 10−2) 
 
𝒗𝒑 = 𝟔𝟖, 𝟑𝟐𝟗 m s⁄ 
 
e) A velocidade angular da árvore comando de válvulas (rad s⁄ ); 
 
𝜛𝑣á𝑙𝑣𝑢𝑙𝑎 =
𝜛𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟
2
=
2𝜋 ⋅ 𝑛
2
= 𝜋 ⋅ 𝑛 = 3,14 ⋅
14.500
60
 
 
𝝕𝒗á𝒍𝒗𝒖𝒍𝒂 = 𝟕𝟓𝟖, 𝟖 rad s⁄ 
 
f) Se na rotação dada, a combustão se realiza para ∆𝛼 = 25°, qual o tempo de duração da combustão (s)?; 
 
𝑡𝑟𝑜𝑡. 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =
1
𝑛
= 4,14 ⋅ 10−3 s 
 
Para cada rotação de motor, temos ∆𝛼 = 360°. Assim o tempo para completar 25° é 
 
𝑡𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡ã𝑜 =
4,14 ⋅ 10−3 ⋅ 25°
360°
 
 
 
𝒕𝒄𝒐𝒎𝒃𝒖𝒔𝒕ã𝒐 = 𝟐, 𝟖𝟕𝟓 ⋅ 𝟏𝟎
−𝟒 s 
 
g) O número de vezes que a válvula de escape abre em 1 minuto. 
 
Para um motor de quatro tempos, a cada duas rotações do eixo a válvula de escape abre uma vez. Logo pela regra 
de três, temos: 
14.500 − 2 
𝑛𝑒𝑠𝑐𝑎𝑝𝑒 − 1 
 
Portanto, o número de vezes que a válvula de escape irá abrir é 𝑛𝑒𝑠𝑐𝑎𝑝𝑒 = 7.250 vezes por minuto. 
 
 ANDRADINA 
2018 
 
 
2 
 
UNIVERSIDADE BR SIL 
Engenharia Mecânica – 8º Período 
 
Discente: Eduardo Moreira Bezerra RA: 1530096890 
Docente: Prof. Me. Juliano Torteli de Godoi Zucato 
Disciplina: Motores de Combustão Interna 
Data: 27/09/2018 
LISTA 1 
 
 
 
2) Um motor a 4T tem 4 cilindros, diâmetro de 8,6 cm, curso de 8,6 cm e taxa de compressão 9: 1. A rotação é de 
5.400 rpm. Pede-se: 
 
Quatro tempos 
Número de cilindros: 𝑧 = 4 
Diâmetro do cilindro: 𝐷 = 8,6 cm 
Curso: 𝑆 = 8,6 cm 
Taxa de compressão: 𝑟V = 9: 1 
Rotação: 𝑛 = 5.400 rpm 
 
a) A cilindrada unitária (cm3); 
𝑉du =
𝜋𝐷2
4
⋅ 𝑆 =
𝜋 ⋅ (8,6)2
4
⋅ 8,6 
 
𝑉du = 𝟒𝟗𝟗, 𝟓𝟓 𝐜𝐦
𝟑 
 
b) A cilindrada do motor (cm3); 
𝑉d = 𝑉du ⋅ 𝑧 = 499,55 ⋅ 4 
 
𝑉d = 𝟏. 𝟗𝟗𝟖, 𝟐𝟑 𝐜𝐦
𝟑 
 
c) O volume morto (cm3); 
𝑟V =
𝑉du
𝑉2
+ 1 ⟹
𝑉du
𝑉2
= 𝑟V − 1 ⟹ 𝑉du = 𝑉2 ⋅ (𝑟V − 1) 
 
𝑉2 =
𝑉du
𝑟V − 1
=
499,55
9 − 1
 
 
𝑉2 = 𝟔𝟐, 𝟒𝟒 𝐜𝐦
𝟑 
 
d) O volume total (cm3); 
𝑟V =
𝑉1
𝑉2
⟹ 𝑉1 = 𝑟V ⋅ 𝑉2 = 9 ⋅ 62,44 
 
𝑉1 = 𝟓𝟔𝟏, 𝟗𝟔 𝐜𝐦
𝟑 
 
e) O raio da manivela (cm); 
𝑆 = 2 ⋅ 𝑟 ⟹ 𝑟 =
𝑆
2
=
8,6
2
 
 
𝒓 = 𝟒, 𝟑 𝐜𝐦 
 
f) A nova taxa de compressão ao trocar a junta por outra com 1 mm a menos de espessura; 
 
Temos que 𝑉2 = 62,4 cm
3 é o volume morto da câmara que compõe o cilindro, logo seu volume é dado por 
𝑉2 = 𝐴 ⋅ ℎ2 =
𝜋 ⋅ 𝐷2
4
⋅ ℎ2 
Onde ℎ2 é a altura inicial do cilindro, ou seja 
 
ℎ2 =
4 ⋅ 𝑉2
𝜋 ⋅ 𝐷2
=
4 ⋅ 62,4
𝜋 ⋅ 8,62
⟹ ℎ2 = 1,0742 cm 
 
A nova junta apresenta 1 mm (∆ℎ = 1 mm = 0,1 cm) a menos de espessura. Considerando que após o apeto 
esta sofra uma redução de 10%, temos que a nova junta da câmara de combustão será: 
 
ℎ2
′ = ℎ2 + 0,9 ⋅ ∆ℎ = 1,0742 + 0,9 ⋅ 0,1 ⟹ ℎ2
′ = 1,1642 cm 
 
Assim, o volume da junta trocada da câmara de combustão após a troca da junta é 
 
𝑉2
′ = 𝐴 ⋅ ℎ2
′ =
𝜋 ⋅ 𝐷2
4
⋅ ℎ2
′ =
𝜋 ⋅ 8,62
4
⋅ 1,1642 ⟹ 𝑉2
′ = 67,62 cm3 
 
Portanto, a nova taxa de compressão é 
 
𝑟𝑉
′ =
𝑉1
𝑉2
′ =
561,96 
67,62
= 8,31 
 
𝑟𝑉
′ = 𝟖, 𝟑𝟏: 𝟏 
 
 ANDRADINA 
2018 
 
 
3 
 
UNIVERSIDADE BR SIL 
Engenharia Mecânica – 8º Período 
 
Discente: Eduardo Moreira Bezerra RA: 1530096890 
Docente: Prof. Me. Juliano Torteli de Godoi Zucato 
Disciplina: Motores de Combustão Interna 
Data: 27/09/2018 
LISTA 1 
 
 
 
g) O número de cursos de um pistão, por segundo; 
A velocidade angular do pistão em rad s⁄ é 
 
𝜛 = 2𝜋 ⋅ 𝑛 = 2𝜋 ⋅
5.400
60
= 565,486 rad s⁄ 
 
A cada volta completa do pistão um curso do pistão se completa. Assim o número de cursos do pistão é igual a 
sua velocidade angular: 
 
𝑛 ⟶ 1 curso s⁄ 
𝜛 ⟶ 1 rad s⁄ 
 
Portanto, o número de cursos do pistão (𝑁𝑃𝑖𝑠𝑡ã𝑜) por segundo é 
 
𝑁𝑃𝑖𝑠𝑡ã𝑜 = 565,486 cursos s⁄ 
 
h) O número de vezes que a válvula de admissão abre em 1 minuto. 
A cada duas rotações do motor, a válvula de admissão abre uma vez. Assim, temos a metade da rotação: 
 
𝑛𝐴𝑑𝑖𝑚𝑖𝑠𝑠ã𝑜 =
𝑛
2
=
5.400
2
= 2.700 rpm 
Portanto, a quantidade (𝑁𝐴𝑑𝑚𝑖𝑠𝑠ã𝑜) de vezes que a válvula de admissão abre em 1 minuto é: 
 
𝑁𝐴𝑑𝑚𝑖𝑠𝑠ã𝑜 = 2.700 aberturas min.⁄ 
 
3) Porque os motores Otto 2T têm seu campo de aplicação limitado a baixas potências? 
O uso dos motores Otto 2T são limitados a aplicações de baixa potência devido ao consumo específico e aos 
problemas de lubrificação que reduzem a vida útil do mesmo. Como para baixa potência estes motores apresentam 
custo inicial inferior, a sua utilização ainda é economicamente justificável. 
 
4) Cite duas vantagens e duas desvantagens do motor a 2T de ignição por faísca em relação a um motor a 4T de ignição 
por faísca. 
Vantagens: é simples devido sua ausência das válvulas, pequeno e leve. 
Desvantagens: lubrificação precária devido à presença de combustível no lubrificante e baixa eficiência devido à perda 
de mistura ar-combustível no escape. 
 
5) Cite três diferenças fundamentais entre o funcionamento do motor Otto e o do motor Diesel. 
Ignição: nos motores Otto a ignição é realizada por uma única faísca, centelha. Já nos motores Diesel a ignição é 
espontânea devido ao contato do combustível com o ar superaquecido. 
Mistura comprimida: nos motores Otto uma mistura ar-combustível é comprimida pelo pistão. Já os motores Diesel 
comprimem apenas ar, o combustível só é introduzido quando o pistão se aproxima do PMS. 
Taxa de compressão: para os motores Otto a taxa de compressão deve ser relativamente baixa para se evitar 
autoignição. Os motores Diesel devem apresentar altas taxas de compressão para que ocorra a autoignição, utilizando 
o princípio básico da ignição espontânea. 
 
6) Pesquiseem livros, ou na Internet, informações sobre ciclo Atkinson e motores Napier, sua história e suas aplicações. 
Motores Atkinson: Em 1882, James Atkinson inventou um motor de combustão interna conhecido como motor ciclo de 
Atkinson. Este motor foi projetado para priorizar a eficiência ao invés de potência. Neste motor os quatro tempos, 
admissão, compressão, expansão e exaustão, ocorrem em uma única volta do virabrequim. O motor de ciclo Atkinson, 
devido ao seu desenho único, apresentava taxa de expansão diferente da taxa de compressão. Na prática, o período 
de expansão é maior que o de compressão, e que resulta numa eficiência térmica melhor que a média dos motores a 
pistão tradicionais. Atualmente a maior aplicação dos motores de ciclo Atkinson são os carros híbridos. No Brasil os 
carros que utilizam o ciclo Atkinson são: Ford Fusion Hybrid elétrico, Mercedes S400 Bule Hybrid elétrico, Toyota Prius 
híbrido elétrico, entre outros. 
Motores Napier: A história dos motores Napier Deltic começou em 1943 quando a marinha inglesa criou um comitê 
para desenvolver um motor Diesel que fosse potente e leve a ser utilizado em barcos torpedeiros. Para suprir as 
necessidades eles desenvolveram um motor de seis cilindros, arranjados de forma de triângulo. Em 1946, a marinha 
assinou um contrato com a English Eletric Company (antecessora da Napier) para a produção destes motores. Entre as 
aplicações dos motores Deltic Napier, se destacam as locomotivas (nos anos 60 os motores Deltic foram utilizados em 
duas linhas de locomotivas inglesas), indústria naval (comum em embarcações pequenas e rápidas), corpo de 
bombeiros (o corpo de bombeiros de Nova York utilizou o motor Deltic para acionar o seu sistema exclusivo de 
bombeamento), etc.. 
 
 ANDRADINA 
2018 
 
 
4 
 
UNIVERSIDADE BR SIL 
Engenharia Mecânica – 8º Período 
 
Discente: Eduardo Moreira Bezerra RA: 1530096890 
Docente: Prof. Me. Juliano Torteli de Godoi Zucato 
Disciplina: Motores de Combustão Interna 
Data: 27/09/2018 
LISTA 1 
 
 
 
7) Por que no motor Diesel não se pode atingir as mesmas rotações que podem ser atingidas no motor Otto? 
Isso se deve a forma como o combustível é injetado nos cilindros. 
Ao contrário dos motores Otto que aditem uma mistura ar-combustível, nos motores Diesel apenas ar é admitido nos 
cilindros, o combustível é injetado posteriormente no final da compressão. Assim, esse tem um elevado intervalo de 
tempo muito pequeno para se misturar com ar e formar mistura homogênea propícia à combustão. Desta forma, para 
altas rotações esse tempo fica ainda menor, o que impede a combustão completa do combustível. Portanto não é 
possível obter rotações tão elevadas quanto à de um motor Otto em um motor Diesel. 
 
8) De forma sucinta, defina o que difere nos MIFs: 
a) GDI; 
A sigla GDI significa Gasoline Direct Injection ou injeção direta de gasolina. Neste sistema de injeção, a gasolina é 
inserida diretamente no interior do cilindro. 
 
b) PFI. 
A sigla PFI significa Port Fuel Injection ou injeção no coletor de admissão. Neste sistema de injeção, a gasolina é 
inserida no final do coletor de admissão, porém antes da válvula de admissão.