Aula Trator - Motor

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FA 573 –Laboratório de Máquinas Agrícolas 
Trator Agrícola 
Prof.Dr. Antonio J. S. Maciel 
Msc. Cezário B. Galvão 
Fonte : imagens da Internet 
O motor de combustão 
interna é um conjunto de 
mecanismos que transforma 
energia térmica em energia 
mecânica 
Motores de Combustão Interna 
Principais partes do motor 
¡  Cabeçote, bloco e cárter 
Cabeçote do motor 
¡  o cabeçote é a parte superior do 
motor; 
¡  são fabricados em ferro fundido ou 
alumínio. 
Bloco do motor 
¡  o bloco é a parte central do motor; 
¡  normalmente construído de ferro fundido; 
Cárter do motor 
¡  o cárter é a parte inferior do motor; 
¡  normalmente é o reservatório de óleo 
lubrificante. 
Principais Componentes no Cabeçote 
¡  Válvulas: as válvulas são usadas nos 
motores de quatro tempos. Controlam a 
entrada e saída de gases em cada cilindro 
do motor. 
Principais Componentes no Cabeçote 
¡  Eixo de cames; 
¡  Eixo de comando de válvulas; 
¡  possui um ressaltos ou cames para cada 
válvula. 
¡  são fabricados em aço forjado ou ferro 
fundido. 
Principais Componentes no Bloco 
¡  Cilindro:o cilindro é um furo no 
bloco aberto nas duas 
extremidades. 
Principais Componentes no Bloco 
¡  Árvore de manivelas ou virabrequim é 
normalmente fabricado em aço. 
Principais Componentes no Bloco 
¡  Pistão: o pistão é fechado na parte 
superior e aberto na inferior. Apresenta 
ranhuras na parte superior para fixação 
dos anéis de segmento 
Principais Componentes no Bloco 
¡  Biela: em forma de haste transmiti o 
movimento linear alternativo do pistão 
para a árvore de manivelas. 
Principais Componentes no Cárter 
¡  reservatório de óleo lubrificante; 
¡  bomba de óleo lubrificante está localizada 
no cárter; 
¡  fechamento da parte inferior do motor. 
Motor 4 tempos (ciclo diesel) 
 
Funcionamento básico dos motores de 4 tempos 
https://www.youtube.com/watch?v=oWTcXOhwWhg 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
1.  SISTEMA DE VÁLVULAS 
2.  SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO 
3.  SISTEMA DE 
ARREFECIMENTO 
4.  SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO 
5.  SISTEMA ELÉTRICO 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
SISTEMA DE VÁLVULAS 
Responsável pelo fechamento e abertura 
das válvulas nos motores de 4 tempos 
Engrenagem do eixo de cames 
 Localizada em uma das extremidades do 
eixo 
 O diâmetro é o dobro da engrenagem do 
virabrequim 
1)  eixo de cames; 2) tucho; 3) vareta; 4) 
balancim; 5) mola; 6) válvula 
 
Comando indireto 
Vista de cima Vista de lado 
A tampa do radiador 
aumenta a temperatura de 
ebulição da água em 25%. 
 
Válvula Termostática 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
SISTEMA DE ARREFECIMENTO 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO/COMBUSTÍVEL 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO / AR 
PRÉ-FILTRO
ABAFADOR
COLETOR DE DESCARGA
VÁLVULA DE
DESCARGA
FILTRO
COLETOR
DE ADMISSÃO
VÁLVULA DE
ADMISSÃO 
CILINDRO 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO / AR 
Filtro de ar primário e secundário 
Ar com impurezas 
Centrifugação do ar 
 
Ciclonizador 
Ar filtrado 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO / AR – Com Turbocompressor 
sistema de mistura com o combustível; 
sistema por salpico; 
sistema de circulação e salpico; 
sistema de circulação sob pressão. 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
Tipos de sistemas de lubrificação 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
Sistema de Lubrificação – sob pressão 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
SISTEMA ELÉTRICO 
• Tem como função auxiliar na partida dos motores; 
• Controlar a iluminação do trator; 
• Nos motores do ciclo Otto controla e produz 
centelha elétrica para combustão; 
• Nos motores do ciclo diesel não faz parte do 
processo de combustão. 
SISTEMAS AUXILIARES DOS MOTORES 
SISTEMA ELÉTRICO 
Componentes básicos do sistema 
Bateria Alternador 
Motor de partida 
Componentes do motor de partida 
Componentes básicos do sistema 
Eficiência do ciclo dos motores 
¡  Segundo BARGER et. al (1966), a 
eficiência do ciclo dos motores depende 
dos seguintes parâmetros: 
1. Relação superfície-volume do cilindro (s/v) 
2. Pressão na expansão 
 (P) 
Relação superfície-volume (s/v) 
É inversamente proporcional ao curso do pistão, 
isto é, menor curso maior s/v 
•  Maior relação superfície-volume 
•  Menor curso maior Velocidade Líquida do Pistão 
(VLP = m.s-1) 
•  Maior VLP menor tempo para realizar o ciclo 
LLA
Avs 1/ =
⋅
=
Pressão na expansão (Pe) 
¡  Maior pressão resulta em maior força F 
¡  Maior força F resulta em maior trabalho 
mecânico 
APeF
A
FPe ⋅=∴=
Trabalho mecânico na expansão 
LFdFW ⋅=⋅=
!!
W= trabalho mecânico = energia mecânica 
d= distância percorrida na direção da força F 
d=L= curso do pistão 
F= força na expansão 
Potência na expansão 
¡  t= tempo para percorrer o curso 
durante a expansão 
t
W
Pot =
v = e
t
∴t = e
v
VLP
Lt =
Um motor de dois cilindros verticais em linha apresenta 
as seguintes características: 
a) Diâmetro= 90mm; b) Curso= 100mm; c) VLP= 1,5 m/
s; 
d) Pressão na expansão= 12 kgf/cm2; 
Calcule a potência em cada cilindro na expansão. 
 kgf/cm2 = 9,80665x104 Pa 
Exemplo 
Força na expansão 
¡  Força atuante na superfície do pistão 
proveniente da expansão dos gases na 
combustão. 
( )
N 7486,465
4
0,09109,8066512
2
4
=
⋅
⋅⋅⋅=
⋅=
F
F
APeF
π
Potência na expansão 
¡  Unidade internacional de potência (W) 
kW 11,23
10
1
0,066667
748,6465
3
=
⋅==
Pot
t
W
Pot
s 0,066667
5,1
1,0
===
VLP
Lt
Tipos de potências 
Três tipos de potências são obtidas em ensaio 
de motores: 
 
¡  Teórica, indicada e efetiva. 
Estas potências são utilizadas para calcular 
coeficientes que estimam o rendimento 
térmico, mecânico e termo-mecânico dos 
motores de combustão interna. 
Tipos de potências 
n  TEÓRICA: considera que todo calor é 
convertido em energia mecânica; 
 
n  INDICADA: considera as perdas 
caloríficas; 
 
n  EFETIVA: considera perdas caloríficas e 
mecânicas. 
Conceitos de potências 
n  A potência pode ser entendida como a 
quantidade de energia convertida ao longo do 
tempo. É a taxa de conversão de energia em 
função do tempo. 
n  Nos motores térmicos a energia térmica 
proveniente da combustão é convertida em 
energia mecânica. 
n  A energia mecânica é aquela capaz de 
movimentar objetos. 
Unidades usuais de potência em motores de 
combustão interna 
Conversão de unidades de potência 
¡  hp = horse power = 76 kgf.m.s-1; 
¡  cv = cavalo vapor = 75 kgf.m.s-1; 
¡  hp = 0,74532 kW; 
¡  cv = 0,73551 kW. 
•  As unidades usuais são: kW, hp e cv. 
•  A unidade internacional é quilowatt (kW) 
POTÊNCIA TEÓRICA, kW 
¡  Estimada em função do consumo e 
características do combustível (Equação 1) 
)1(dpqP cT ⋅⋅=
PT = potência teórica, kcal.h-1; 
q = consumo de combustível, L.h-1; 
pc= poder calorífico do combustível, kcal.kg-1; 
d = densidade do combustível, kg.L-1. 
Exemplo: calcular a potência 
teórica de um motor 
Dados: 
¡  tipo de combustível: óleo diesel 
¡  densidade do combustível: 0,823 kg.L-1 
¡  poder calorífico do combustível: 10.923 
kcal.kg-1 
¡  consumo horário de combustível: 6 L.h-1 
¡  Equivalente mecânico do calor 
 1 Kcal = 4186 J e 1J = 1 W.s 
Solução 
PT = 6 ⋅10923⋅0,823
PT = 53.937, 774 kcal ⋅h
−1
PT =
53937, 774
3,6×106
⋅ 4186 = 62, 72 kW
n  PT= 62,72/0,74532= 84,15 hp 
n  PT= 62,72/ 0,73551= 85,27 cv 
TORQUE NO VOLANTE DO MOTOR 
¡  O torque expressa a capacidade de girar alguma 
coisa. 
¡  No volante do motor é calculado pela Equação 
To = R ⋅F
n  To = torque no volante do motor; 
n  R = raio do volante; 
n  F = força tangencial no volante do motor. 
n  Unidades usuais são: N.m e m.kgf 
TORQUE NO VOLANTE DO MOTOR 
R 
F 
n  R = raio do volante; 
n  F = força tangencial no volante do motor. 
n  O torque dos motores é medido com aparelhos denominados 
dinamômetros de acordo com normas específicas para esse 
fim.TORQUE NO VOLANTE DO MOTOR 
¡  Dinamômetro 
CURVAS CARACTERÍSTICAS DO MOTORES 
¡  As curvas características são 
utilizadas para analisar o 
comportamento do torque, potência 
e consumo de combustível em 
função da rotação da árvore de 
manivelas dos motores 
Equipamentos de medição para levantamento das 
curvas de um motor 
 Dinamômetro Medidor de Consumo combustível 
CURVAS CARACTERÍSTICAS DO MOTORES 
CURVAS CARACTERÍSTICAS DO MOTORES 
Dados levantados no ensaio: 
 
•  Massa de combustível [g] 
•  Tempo [minutos] 
•  Quantidade de voltas 
•  Força [N] 
•  Braço do balancim [m] 
 
Dados Calculados: 
 
•  Rotação [min-1]= Voltas/Tempo 
•  Torque = Força * Braço [Nm] 
•  Potência=Torque*Rotação 
 Rotação em rad/segundo (Rot.*2*π /60) 
 Divide o resultado por 1000 para [KW] 
•  Consumo horário = (Massa combustivel/densidade)*(60/Tempo) [l/h] 
 densidade do diesel 833 g/l (depende da temperatura) 
•  Consumo específico = Massa/Potência/Tempo*60 [g/KWh] 
CURVAS CARACTERÍSTICAS DO MOTORES 
Dados levantados no ensaio: 
 
•  Massa de combustível = 200 g 
•  Tempo = 0,8581 minutos 
•  Quantidade de voltas = 1973,6 
•  Força = 262,38 N 
•  Braço do balancim = 0,95397 m 
 
Dados Calculados: 
 
•  Rotação = 2.300 min-1 
•  Torque = 250,3 Nm 
•  Potência= 60,3 KW 
 Rotação em rad/segundo (Rot.*2*π /60) = 240,85 rad/s 
 Divide o resultado por 1000 para [KW] 
•  Consumo horário = (0,24)*(69,9) = 16, 78 l/h 
 densidade do diesel 833 g/l (depende da temperatura) 
•  Consumo específico = 200/60,3/0,8581*60 = 232 g/KWh 
Exemplo: 
Curva Característica CBT-5400 
Desempenho e avaliação dos motores de combustão interna 
Verde=Torque; Vermelho = Potência; Amarelo = Consumo; Azul = Consumo Específico 
Seta azul= Máxima potência=Potência nominal=Rotação nominal 
Seta vermelha = Máximo Torque 
CARACTERÍSTICAS DO MOTORES 
¡  Reserva de Torque: 
 
Torque Máximo – Torque na Potência Máxima 
 Torque na Potência Máxima 
 
Em porcentagem ( multiplicado por 100) 
 
Ex. Gráfico anterior: 
Torque Pot Max = 250,3 Nm a 2300 rpm 
Torque Máximo = 286 Nm a 1600 rpm 
R.T = 14,3% 
Curva de Isoconsumo CBT-5400 
Desempenho e avaliação dos motores de combustão interna 
OECD Standard Codes for the Official Testing of 
Agricultural and Forestry Tractors - 2010 
 Nebraska Tractor Test Lab.