Princípios de funcionamento: Ciclos termodinâmicos

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Princípios de funcionamento:
 Ciclos Termodinâmicos 
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Revisão de Conceitos Gerais de Termodinâmica
	 Trabalho –> W = F. Δd
	Exemplo: se você levantou um corpo de peso igual a 10 newtons por uma altura de 2 metros, o W = 10 x 2 = 20 joules.
	 Energia
	 é a capacidade de produzir trabalho;
	 Ex. Para produzir os 20 joules de trabalho, o seu organismo gastou 20 joules de energia. Naturalmente, a energia acumulada no seu organismo é muito maior. Mas, desse valor acumulado, 20 joules foram gastos no mencionado trabalho. Assim, podemos dizer que a execução de um certo trabalho sempre implica uma variação da energia de alguma coisa.
	 Potência 
	 P = W/t
	 Ex. No exemplo anterior, se o tempo gasto foram 2 segundos, a P = 20 J / 2 s, ou seja, 10 watts.
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	 Termodinâmica 
	 ciências físicas;
	 trata os diversos fenômenos de energia e das propriedades da matéria;
	 especialmente das leis de transformação do calor em outras formas de energia, e vice-versa.
	 Exemplos destas transformações
	 conversão de calor em trabalho, como máquina a vapor;
	 conversão da energia, armazenada sob forma química em um combustível, em calor;
	 conversão de trabalho mecânico em calor, como no freio de veículo;
	 conversão da energia elétrica em calor, como em uma resistência elétrica;
Revisão de Conceitos Gerais de Termodinâmica
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	 δ (trabalho) = ΔU; no entanto, nem toda ΔU = δ realizado 
	 Calor Q
	 Capacidade de um corpo de transferir energia para outro devido a diferenças de energia cinética das suas moléculas;
	 Energia em trânsito de um corpo para outro em virtude unicamente da diferença de temperatura entre os mesmos;
	 Pode ser transformado emtrabalho e vice-versa;
	 Conversão 
	 Calor X Ttrabalho -> 1 cal = 4,1840 J 
	 Eqüilíbrio térmico
	 Quando dois corpos estiverem na mesma temperatura, não haverá transferência de calor entre eles;
	 
Revisão de Conceitos Gerais de Termodinâmica
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	 Caloria 
	 corresponde à quantidade de calor necessária para aquecer um grama de água de 14,5 a 15,5ºC. 
	 Lei zero da Termodinâmica
	 Dois corpos distintos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, logo eles estão em equilíbrio térmico entre si.
	 Energia
	 não pode ser criada nem pode ser destruída;
	 pode ser apenas transformada em outra modalidade;
	 1° lei da termodinâmica é enunciada pela impossibilidade do moto-perpétuo de primeira espécie, isto é, de uma máquina que produza trabalho a partir do nada.
Revisão de Conceitos Gerais de Termodinâmica
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Primeira lei da termodinâmica
	 1° lei da Termodinâmica - princípio da conservação da energia aplicado a processos que envolvem transferência de calor. 
	 Na primeira figura, tem-se uma situação de equilíbrio:
	 massa de um gás no interior de um cilindro com êmbolo;
	 peso comprimindo o gás;
	 O sistema tem uma determinada energia interna U1.
	 Considerando o sistema:
	 não há troca de calor com outros meios;
	 adicionado uma quantidade de calor Q ao gás:
	 ele se expande e o pistão eleva o peso por uma certa altura = W;
	 energia interna do sistema é U2.
	 1° primeira lei relaciona as grandezas mencionadas:
	 ΔU = U2 - U1 = Q - W
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Primeira lei da termodinâmica
	 ΔU = U2 - U1 = Q – W
	 Variação da energia interna de um sistema é igual à diferença entre o calor transferido para o sistema e o trabalho executado pelo sistema. 
	 Energia interna U
	 As moléculas que compõem a matéria possuem os seguintes movimentos:
	 Energia devido ao movimento de Translação;
	 Energia devido ao movimento de Rotação;
	 Energia devido a vibração dos átomos dentro das moléculas.
 Trabalho 
	 Executado pelo sistema – positivo;
	 Ex. trabalho executado pelo gás sobre o pistão.
	 Executado sobre o sistema – negativo;
	 Ex. o gás comprimido por uma força externa.
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Calor específico
	 Calor Específico ou coeficiente de proporcionalidade 
	 Variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor;
	 Unidade 
	 SI -> J / kg ºK 
	 + comum –> Cal / g° C
	 é constante para cada substância em determinado estado físico; 
	 a quantidade de calor necessária Q é proporcional à massa e à diferença de temperatura: Q = c m Δt;
	 varia com a temperatura 
	 pela definição de caloria, para a água a 15º C, tem-se:
	 C = 1 cal /g ºC ou 
	 C = 4,1840 J / g ºC 
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Segunda lei da Termodinâmica
	 dois corpos isolados em (a);
	 TA (que chamamos corpo quente) > TB (corpo frio);
	 Se os dois corpos são colocados em contato entre si num sistema isolado como em (b);
	 o calor passa do corpo quente para o corpo frio até que as temperaturas de ambos se estabilizem num valor de equilíbrio TE, como em (c) da figura. 
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	 Portanto, TA > TE > TB;
	 um dos enunciados da 2° lei da termodinâmica diz que:
	 “Espontaneamente, o calor só pode passar de um corpo de temperatura mais alta para outro de temperatura mais baixa”;
Segunda lei da Termodinâmica
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Segunda lei da Termodinâmica
	 MÁQUINA TÉRMICA IDEAL (M) funcionaria como em (a);
	 Todo o calor Q1 de uma fonte quente (exemplo: a combustão de uma substância) seria transformado em trabalho W;
	 Portanto, W = Q1;
	 Eficiência η = 1 ou 100 %;
	 No entanto, isso nunca ocorre;
 
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Segunda lei da Termodinâmica
	 MÁQUINA REAL opera como em (b);
	 Haverá sempre uma parcela de calor Q2 que é trocada com uma fonte fria (o próprio ambiente na maioria dos casos);
	 Eficiência de uma máquina real é: 
 η = (Q1 - Q2) / Q1. 
	outro enunciado da 2° lei da termodinâmica é dado pela eficiência de uma máquina térmica que diz:
“É impossível converter todo o calor de uma fonte em trabalho. Sempre haverá uma parcela trocada com o ambiente”;
 
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Processos e Ciclos
Processo
	Qualquer mudança de um sistema de um estado de equilíbrio para outro. 
Trajetória
	A série de estados pelos quais um sistema passa durante um processo. 
	 O que se deve conhecer para descrever completamente um processo?
	 Estado inicial;
	 Estado final;
	 Trajetória.
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Processo Quasi-Estático (quasi-equilíbrio)
	 Sistema permanece infinitesimalmente perto de um estado de equilíbrio o tempo todo. 
Processos e Ciclos
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Processos “Iso”
	Quando certas propriedades podem permanecer constantes durante um processo
	Usamos o prefixo iso para descrever tais processos
	Exemplos:
Isotérmicos =>	T const. 
 Isobáricos ou Isocóricos =>	P const. 
 Isometricos => V const. 
Processos e Ciclos
Ciclo
Um processo, ou série de processos, que começam e terminam no mesmo Estado. 
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Processos e Ciclos
	 Ciclo
	 quando um sistema é submetido à uma seqüência de processos até retornar ao estado inicial;
	 começa e termina no mesmo estado.
	 Sentido do ciclo
	 sentido horário – realizam trabalho;
	 sentido anti-horário – recebem trabalho;
	 Exemplos de ciclos termodinâmicos
	 ciclo Otto / fluido operante – ar / máquina – motor à gasolina;
	 ciclo diesel/ fluido operante – ar / máquina – motor diesel;
	 ciclo brayton / fluido operante – ar / máquina – turbina à gas;
 ciclo Carnot / fluido operante – qualquer fluido / máquina – máquina ideal;
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O Ciclo Otto
	 Ciclo termodinâmico idealizado pelo engenheiro francês Alphonse Beau de Rochas em 1862. 
	 De forma independente, o engenheiro alemão Nikolaus Otto concebeu coisa similar em 1876, além de construir um motor que operava com o mesmo, embora não exatamente igual aos atuais motores. 
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Ciclo teórico de funcionamento de um motor 
a quatro tempos
	O funcionamento do motor ocorre através da repetição de ciclos
	Um ciclo é formado pela sequência de quatro etapas denominadas tempos, durante os quais ocorrem as chamadas seis fases
	Durante o funcionamento de um motor o seu movimento no interior do cilindro, o pistão atinge dois pontos extremos que são o Ponto Morto Alto e o Ponto Morto Baixo
	A distância entre os dois pontos mortos chama-se Curso
Ciclo teórico de funcionamento de um motor 
a quatro tempos
Ciclo Teórico a Quatro Tempos
Fase 1: Admissão
Fase 2: Compressão
Fase3: Ignição
Fase 4: Combustão
Fase 5: Expansão
Fase 6: Escapamento
4 Tempos / 6 fases
Tempo 1: Admissão
Tempo 2: Compressão
Tempo 3: Motor
Tempo 4: Escapamento
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	Primeiro tempo – Admissão
	O primeiro tempo chama-se admissão e corresponde ao movimento do pistão do PMA para o PMB com a válvula de admissão aberta
	Nesse tempo, ocorre a primeira fase, que chama-se também admissão, porque o pistão aspira a mistura de ar e gasolina para dentro do cilindro
	Quando o pistão chega ao PMB, a válvula de admissão fecha-se e a mistura fica presa dentro do cilindro
Ciclo teórico de funcionamento de um motor 
a quatro tempos
	Segundo tempo – Compressão
	O segundo tempo chama-se compressão e corresponde ao movimento do pistão do PMB ao PMA com as duas válvulas fechadas
	Nesse tempo ocorre a segunda fase, que chama-se também compressão, porque o pistão comprime a mistura ar combustível que ficou no interior do cilindro
Ciclo teórico de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	Terceiro tempo – Tempo Motor
	Antes do terceiro tempo ocorre a 3° fase, denominada Ignição, quando a vela produz uma faísca, dando início à 4° fase, que é a Combustão
	O terceiro tempo corresponde a descida do pistão do PMA ao PMB, provocada pela forte pressão dos gases queimados que se expandem
	A 5° fase de funcionamento do motor denomina-se expansão
Ciclo teórico de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	Quarto tempo – Escapamento
	O quarto tempo denomina-se escapamento, escape ou exaustão e corresponde a subida do PMB ao PMA com a válvula de escapamento aberta
	Nesse tempo ocorre a 6° fase que chama-se também de escapamento, porque os gases queimados são expulsos do cilindro pelo pistão
	Quando o pistão chega ao PMA, a válvula de escapamento fecha-se, encerrando o primeiro ciclo e então tudo se repete, na mesma sequência
Ciclo teórico de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	O Tempo de um motor é um conjunto de fases que ocorrem quando o pistão percorre um curso
	Em homenagem ao seu idealizador o ciclo quatro tempos é denominado ciclo de Otto 
	O Ciclo Otto é completado em quatro tempos ou duas voltas do eixo de manivelas (giro de 720°), durante as quais o pistão recebe apenas um impulso motor
	O motor permanece girando durante os demais tempos devido à inércia das peças girantes, principalmente a hélice
Ciclo teórico de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	Resumo do funcionamento básico
Ciclo teórico de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	Na prática, as seis fases não correspondem exatamente aos quatro tempos, porque o ciclo teórico sofre modificações que levam em consideração os seguintes fatores:
	A combustão real não é instantânea, e as válvulas não se abrem nem fecham instantaneamente
	As válvulas e as tubulações oferecem resistência à passagem da mistura e dos gases queimados
	A mistura e os gases queimados possuem inércia, havendo portanto um retardo no início e no término do fluxo dos mesmos
Ciclo real de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	Modificações no ciclo a quatro tempos
	Avanço na abertura da válvula de admissão
	Atraso no fechamento da válvula de admissão
	Avanço de ignição
	Avanço na abertura da válvula de escapamento
	Atraso no fechamento da válvula de escapamento
Ciclo real de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
Ciclo Real a Quatro Tempos
Fase 1: Admissão
	AvAA (15°)
Fase 2: Compressão
	AtFA (50°)
Fase 3: Ignição
AtPI (25°)
Fase 4: Combustão
	AvAE (50°)
Fase 5: Expansão
	AtFE (20°)
Fase 6: Escapamento
Cruzamento de Válvulas (15° + 20°)
4 Tempos
*
	Modificações no ciclo a quatro tempos
	Avanço na abertura da válvula de admissão (AvAA)
	Finalidade de aumentar a carga de combustível
	É a antecipação do início da abertura da válvula de admissão
	A válvula estará totalmente aberta quando o pistão atingir o PMA
	Esse avanço é medido em graus em relação ao moente do eixo de manivelas
Ciclo real de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	Modificações no ciclo a quatro tempos
	Atraso no fechamento da válvula de admissão (AtFA)
	Finalidade de aumentar a carga de combustível
	A válvula de admissão é fechada um pouco depois do pistão ter atingido o PMB
	É vantajoso porque permite à mistura continuar entrando no cilindro devido à inércia da mistura que se encontra ainda no tubo de admissão
Ciclo real de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	Modificações no ciclo a quatro tempos
	Modificação no ponto de ignição
	A ignição deve ocorrer antes do PMA, porque a mistura leva certo tempo para se queimar
	A combustão no motor real inicia-se no segundo tempo (compressão) e termina no terceiro (tempo motor)
	Como a velocidade da combustão é constante, o avanço de ignição deve ser tanto maior quanto maior a velocidade de rotação do motor
Ciclo real de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	Modificações no ciclo a quatro tempos
	Avanço na abertura da válvula de escapamento (AvAE)
	A válvula de escapamento é aberta antes do pistão atingir o PMB, para que os gases comecem logo a escapar e não exerçam muita oposição quando o pistão iniciar o curso ascendente logo a seguir
Ciclo real de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	Modificações no ciclo a quatro tempos
	Atraso no fechamento da válvula de escapamento (AtFE)
	No final do escapamento, os gases queimados continuam a sair mesmo quando o pistão chega ao PMA, devido à inércia
	O atraso no fechamento da válvula tem a finalidade de aproveitar esse fato, para melhorar a expulsão dos gases
Ciclo real de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
	Modificações no ciclo a quatro tempos
	Cruzamento de válvulas
	É o nome dado à situação que ocorre no início da admissão, quando as duas válvulas ficam abertas simultaneamente, devido ao avanço na abertura da válvula de admissão e o atraso no fechamento da válvula de escapamento
Ciclo real de funcionamento de um motor
 a quatro tempos
Diagrama de regulagem ou de distribuição
	Diagramas de regulagem ou diagrama de distribuição
	A função deste gráfico não é:
	Mostrar a duração de aberturas das válvulas de admissão e escapamento
	E o instante de inflamação da mistura
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Abertura das Válvulas x Posição do Pistão
Diagrama de regulagem ou de distribuição
	Abertura das Válvulas x Posição do Pistão
IO
15°
BTC
INTAKE
CLOSES
Diagrama de regulagem ou de distribuição
	Abertura das Válvulas x Posição do Pistão
INTAKE
CLOSES
Motor continental modelo E-165 e E-185
Diagrama de regulagem ou de distribuição
	Abertura das Válvulas x Posição do Pistão
IO
15°
BTC
Diagrama de regulagem ou de distribuição
Deslocamento do pistão (curso) 
X 
Deslocamento do eixo de manivelas
Diagrama de regulagem ou de distribuição
Abertura das Válvulas x Posição do Pistão
Diagrama de regulagem ou de distribuição
	 Figura 1
	 válvula de admissão – aberta;
	 movimento do pistão – descendente;
	 aspira a mistura ar-combustível;
	 Processo aproximadamente isobárico;
	 Figura 12
	 válvula de admissão – fechada;
	 movimento ascendente comprime a mistura ar-combustível;
	 Processo é aproximadamente adiabático;
	 por que a velocidade do pistão é alta, havendo pouco tempo para a troca de calor.
*
	 Figura 23
	 pistão - PMS (ponto morto superior);
	 centelha na vela provoca a ignição da mistura;
	 fornecimento de calor pela reação de combustão;
	 processo ocorre sob volume constante, devido a rapidez do processo.
	 Figura 34
	 fornecimento de calor - eleva a pressão da mistura;
	 mistura - se expande forçando o pistão para baixo;
	 Pela mesma razão da figura 12, a transformação pode ser suposta adiabática.
*
	 Figura 41
	 pistão – PMI (ponto morto inferior);
	 válvula de escape - aberta;
	 reduzindo rapidamente a pressão do gás;
	 De forma similar a 23, podemos supor um processo sob volume constante;
	 ciclo cede calor ao ambiente.
	 Figura 10
	 movimento ascendente;
	 válvula de escape – aberta;
	 remove a maior parte dos gases da combustão;ciclo é reiniciado quando o pistão chega ao PMS;
*
O Ciclo Otto
p
V
1
6
3
4
5
s = Constante
2
O ciclo Otto padrão de ar se aproxima do motor automotivo de combustão interna e dos motores de aeronaves. Assumimos um processo quase-estático, compressão isotrópica e exaustão isotrópica. 
*
Motor de Ignição por Centelha 
O Ciclo Otto
Processos
a-b Admissão
b-c Compressão
c-d Combustão 
 (iniciada pela
 centelha)
d-e Expansão
e-f Exaustão do Gás
b-a Deslocamento de
 Exaustão
a
b
c
d
e
p
V
Volume da Câmara de Combustão
Deslocamento
*
Ciclos real e Ideal em motores com ignição por centelha e seus diagramas P-V
*
 Principais potências a considerar nos motores a combustão
Potência teórica Wt
Potência indicada Wi
Potência efetiva We
Potência de atrito Wa
Potência útil Wu
Potência necessária
Potência disponível
Potência nominal
Potência máxima
Tipos de potência
*
Os fatores mais importantes na determinação da potência de um motor são:
Cilindrada
Eficiência ou rendimento
Velocidade de rotação
Quantidade de mistura ar-combustível
Taxa de compressão
Tipos de potência
*
			
Potência teórica Wt 
 Potência mecânica equivalente a energia térmica contida no combustível consumido pelo motor na unidade de tempo
 Determinada por meio de um instrumento de laboratório denominado calorímetro
Tipos de potência
*
			
Potência indicada Wi (IHP)
É a potência desenvolvida no interior da câmara de combustão sem referência as perdas de atrito no interior do motor
É a potência calculada da pressão efetiva média
êmbolo recebe o trabalho dos gases
calculada por meio de indicadores, medindo diretamente as pressões no interior do cilindro
 A limitação da taxa de compressão reduz a potência indicada para menos de 60% da potência teórica
Tipos de potência
*
			
Potência de atrito Wa (FHP) 
Potência usada por um motor para vencer o atrito das partes móveis do motor, aspirar combustível, expulsa os gases de escapamento, acionar as bombas de óleo e combustíveis,…
Varia conforme a rotação
Determinada pelo dinamômetro, girando o motor (sem alimentação e ignição) por meios externos
Nos motores aeronáuticos, essa potência perdida por atrito é elevada, podendo atingir de 10% a 15% da potência indicada
 Wa = Wi - We
Tipos de potência
*
			
Potência efetiva ou potência ao freio We (BHP ou SHP)
Potência que o motor fornece no eixo da hélice
Potência ao freio
BHP = Wi - Wa
Medida em dinamômetros, torquímetros e freio de Prony
Motores aeronáuticos são medidos por molinetes (hélices especiais calibradas)
Tipos de potência
*
Potência de efetiva ou potência ao freio We (BHP ou SHP)
Freio de Prony
Tipos de potência
*
Potência de efetiva ou potência ao freio We (BHP ou SHP)
Freio de Prony
É um dispositivo, o qual mede a potência de saída disponível de um motor na bancada de teste
Consiste de um anel articulado ou freio, o qual pode ser preso a um tambor estriado preso ao eixo da hélice
Um braço de alavanca de comprimento conhecido é rigidamente ligado ao anel estriado ou constitui parte do mesmo e termina num ponto onde se apóia num conjunto de balança 
Tipos de potência
*
Potência de efetiva ou potência ao freio We (BHP ou SHP)
Exercício
1. Um motor convencional de quatro cilindros está em ensaio na bancada instalado o freio de prony. A balança de prony indica 200 lbs de força, sendo que o eixo da hélice está a uma distância de 3,18 ft de distância da balança. Sabendo-se que este motor está girando a 3.000 RPM e π é igual a 3,1416, calcule a potência indicada deste motor.
Tipos de potência
*
			
Potência útil Wu ou potência de empuxo (THP)
Potência tratora ou de tração
Potência desenvolvida pelo grupo moto-propulsor sobre a aeronave
Nos aviões a hélice --------- Wu = We . η hélice
Este tipo de potência que determina o desempenho do conjunto motor-hélice
Ex. Wu = 120 . 0,9 = 108 HP
Ordem sequencial de grandeza:
Wt > Wi > We > Wu > Wa
Tipos de potência
*
Potências operacionais	
Potência necessária 
Potência que a aeronave necessita para manter o vôo nivelado numa dada velocidade.
Potência disponível 
Potência útil máxima que o grupo moto-propulsor pode fornecer ao avião;
Em vôo cruzeiro a potência requerida é aproximadamente 75% da potência disponível.
Tipos de potência
*
Potências operacionais	
Potência Máxima
É a potência efetiva máxima que o motor é capaz de fornecer
Geralmente supera a potência de projeto do motor, mas pode ser usada por curto tempo, como na decolagem ou em caso de emergência
Potência Nominal
É a potência efetiva máxima para a qual o motor foi projetado e construído 
Pode ser usado por tempo indeterminado
É a potência máxima contínua e faz parte da especificação do motor
Tipos de potência
*
O Trabalho por Ciclo é representado em termos de uma pressão efetiva média e do deslocamento. 
p
V
MEP
X = Deslocamento
*
Pressão Efetiva Média
*
W líquido ciclo = MEP . V deslocado
MEP: Mean Effective Pressure
*
Potência Indicada
 PLANK
HP = ---------------
 33.000
P = Pressão Efetiva Média Indicada (Brake Mean Effective Pressure) => pressão média no cilindro durante a combustão e expansão, em libra por polegada quadrada;
L = Comprimento do curso (pés);
A = Área da cabeça do pistão (IN2);
N = n° de ciclos de expansão por minuto
	= 1/2 RPM do motor;
K = Número de Cilindros
*
Potência Indicada
	 F = P x A exercida pelos gases em expansão (Lb);
	δ = F (lb) x curso (pés) = n° de libras-pés de trabalho realizado em cada curso de expansão;
	 Wcada cilinro= F (lb) x curso (pés) x n° de cursos de expansão / por minuto
	 Wtotal = F (lb) x curso (pés) x n° de cursos de expansão X n° cilindros / por minuto
1HP = 33.000 lbs. FT / min
1HP = 350 lbs. FT / seg
*
 PLANK 125 * (5/12) * (0,7854 * 5 * 5) * (2750 /2) * 6
IHP = ---------- = ------------------------------------------------------------
 33.000 33.000
IHP = 255.7 IHP
 *D2 3,1416 * 5 *5
A = ------ = ------------------ = 0,7854 * 5 * 5
 4 4
Obs:
Exemplo:
 Um motor aeronáutico de 6 cilindros tem uma pressão média efetiva indicada de 125 psi, um curso de 5” e um diâmetro interno de 5”. Qual é a potência indicada a 2.750 rpm?
*
Controles do Motor
	 O piloto não pode alterar a potência do motor variando
	 área da cabeça do pistão;
	 curso do pistão,
	 número de cilindros;
	 O piloto pode controlar
	 pressão no cilindro;
	 rotação do motor;
	 A pressão no cilindro é controlada pelo controle da pressão da mistura que entra no cilindro
	 medido por um manômetro;
	 A rotação do motor pode ser controlada 
	 passo da hélice;
	 Medida -> tacômetro.
*
Eficiência ou rendimento térmico
	 A eficiência térmica ou redimento de um motor 
	É a razão de trabalho útil produzida por um motor, em relação a energia calorífica do combustível que ele utiliza expressos em unidades de trabalho e calor
	µ = calor convertida em trabalho útil / energia de calor contida no combustível
	µ varia de 0 à 1
	 Dois motores A e B
	 A e B produzem a mesma potência
	 A queima menos combustível que B
	 A converte uma parte maior da energia disponível em trabalho útil 
	 A tem uma eficiência térmica maior
*
Eficiência ou rendimento térmico
	Rendimento do motor convencional 
	 De todo calor produzido
	Utilizado na potência de saída……………. …………µ = 25% a 30%
	Perdido em refrigeração (calor irradiado nas aletas da cabeça do cilindro)…………………………………………………….µ = 15% a 20%
	Perdido para vencer o atrito de peças móveis……...µ = 5% a 10%
	Perdido através do escapamento……………..…….. µ = 40% a 45%
	
*
	Btu - British Thermal Unit
	 Quantidade de energia de calor necessária para aumentar em1 oF a temperatura de uma libra de água
	 1 Btu = 778 Lb. ft de trabalho mecânico 
	 uma libra de gasolina, quando queimado com uma quantidade de ar suficiente para consumí-locompletamente, libera 20.000 BTU, o equivalente a 15.560.000 Lb. ft de trabalho
	 1 HP = 33.000 libras-pés de trabalho executado em um minuto
Eficiência ou rendimento térmico
	 33.000 => número de l b. ft de trabalho por minuto em um HP
	 20.000 => conteúdo nominal de energia, em Btu, por libra
	 778 => número de lb. ft de trabalho que um Btu irá produzir
 potência x 33.000
Eficiência térmica = -----------------------------------------
 (Lbs comb/ min) x 20.000 x 778
*
Eficiência ou rendimento térmico
	Se um motor de aeronave queima 12 galões de gasolina por hora, calcule a potência disponível do combustível (potência teórica).
	 12 galões/h x 6 libras/galão = 72 libras de combustível/hora
	 72 lb/h x 20.000 Btu/lb = 1.440.000 Btu/h
	 1.440.000 Btu/h x 778 lb.pé = 1,120 x 109 lb.pés/h
	 1,120 x 109 lb.pés/h / 60 = 18.666.660 lb.pés/min
	 18.666.660 lb.pés/min / 33.000 lb.pés/min. Hp =
	 = 565 HP
*
	 Um motor aeronáutico consumindo 12 galões de combustível por hora deveria ter uma potência de aproximadamente 565 HP
	 No mundo real, um motor aeronáutico que consome 12 galões de gasolina por hora tem uma potência de aproximadamente 135 HP
	 Resumindo, a Eficiência Térmica do motor real é de:
 
Eficiência ou rendimento térmico
 potência indicada 135
Eficiência térmica = ------------------------- = -------- = 24%
 potência teórica 565
*
	Exercício
	Um motor fornece 85 BHP por um período de 1 hora e, durante esse tempo, consome 50 libras de combustível. Considerando-se que o combustível tem um conteúdo de calor de 18.800 BTU por libra, calcular o rendimento térmico deste motor. 
R. 23%
Eficiência ou rendimento térmico
 potência x 33.000
Eficiência térmica = -----------------------------------------
 (Lbs comb/ min) x 20.000 x 778
*
	É a taxa que mostra o quanto dapotência desenvolvida pelos gases expandidos no cilindro são realmente entregues na saída do eixo
	É uma comparação entre BHP e IHP
	O rendimento mecânico de um motor alternativo médio aproxima-se de 90%
Eficiência ou rendimento mecânico
 BHP
Eficiência mecânica = ----------------
 IHP
*
	 Eficiência Volumétrica
 µv = volume ar admitido pelo motor no cilindro / deslocamento do cilindro
 µv será 100%, quando o volume de mistura admitido = volume do cilindro na condição (ISA)
	 Condição ISA (International Standard Atmosphere)
	Temperatura = 15 °C
	Pressão atm = 1 atm = 1013,25 Hpa = 14,69 psi = 29,92 pol de Hg
	 Essas condições de padrão ao nível do mar, determinam uma densidade padrão, e sse o motor aspira um volume de carga dessa densidade exatamente igual ao deslocamento do êmbolo, é dito que ele está operando a 100% de rendimento volumétrico
 Volume de Carga
Eficiência Volumétrica = -------------------------------
 Deslocamento do Pistão
Eficiência ou rendimento mecânico
*
	 Eficiência Volumétrica
	 Eficiência volumétrica < 100%
	Um motor de aspiração normal sempre tem uma eficiência volumétrica inferior a 100%
	Devido 
	atrito nas paredes do sistema de admissão (induction);
	 curvas nos tubos restringem a quantidade de ar que pode fluir para o cilindro;
	 Eficiência volumétrica > 100%
	 Motores com sistemas de superalimentação comprimem o ar antes que este entre nos cilindros, por isso tem uma eficiência volumétrica superior a 100%
Eficiência ou rendimento mecânico
*
	 Fatores que reduzem a eficiência volumétrica de um motor:
1. Operação parcial do acelerador (throttle) / operação como o motor reduzido
	Restringe a quantidade de ar que pode fluir para os cilindros
2. Tubos de admissão longos com diâmetro reduzido
	 O atrito aumenta diretamente com o comprimento do tubo e inversamente com a área da seção transversal do tubo
3. Curvas abruptas no sistema de admissão
	 O ar é desacelerado cada vez que passa por uma curva, e quanto mais lento, menos ar irá entrar no cilindro
4. Temperatura do ar no carburador muito alta
	Conforme a temperatura aumenta, a densidade do ar diminui, e haverá menos libra de ar no cilindro
Eficiência ou rendimento mecânico
*
	 Fatores que reduzem a eficiência volumétrica de um motor:
5. Temperatura da cabeça do cilindro muito elevada
	Aquecendo a cabeça do cilindro aquecerá a mistura de admissão
6. Exaustão incompleta
	 A mistura ar-combustível admitida será diluída com os gases de exaustão, e haverá menos mistura fresca no cilindro
7. Tempo de abertura de válvulas inadequado
	 A válvula de admissão não ficará aberta pelo tempo suficiente para carregar toda a mistura ar-combustível no cilindro
Eficiência ou rendimento mecânico
*
	 Uma hélice é utilizada com um motor para prover empuxo
	 O motor fornece BHP através da rotação do eixo e a hélice absorve a BHP e a converte em potência de empuxo
	 Potência de empuxo - aproximadamente 80% da potência ao freio
	 potência perdida – 20% perdido em atrito e escorregamento
Eficiência ou rendimento propulsivo
 potência de empuxo THP
Eficiência propulsiva = ------------------------------ = -------
 potência ao freio BHP
*
	 Melhor método de se obter o mehor rendimento propulsivo;
	 controle dos ângulos das pás da hélice para todas as condições de vôo
1. Baixo ângulo de incidência da pá
	 Decolagem
	Aeronave voando a baixa velocidade
	Quando requeridos potência e empuxo máximo
2. Maior ângulo incidência da pá
	Para vôos em alta velocidade ou picada
	Por isso as hélices de velocidades constantes são utilizadas para fornecer o máximo rendimento em todas as condições de vôo
Eficiência ou rendimento propulsivo
*
Taxa de Compressão
	 o volume do cilindro com o pistão no PMI (Bottom Center) / o volume do mesmo no PMS (Top Center);
	 determina, em grande parte, a quantidade de energia de calor na mistura ar-combustível que pode ser convertida em trabalho útil;
*
Taxa de Compressão
	 Taxa de compressão
	Quanto maior a taxa de compressão mais rapidamente a mistura ar-combustível irá liberar energia, quando da ignição, o que irá produzir a máxima pressão no cilindro e a pressão mais eficiente no pistão;
	 Existe um limite prático para a taxa de compressão em função do combustível utilizado. 
	 Quando a mistura ar-combustível comprimida queima, a frente da chama se move pela cabeça do cilindro, aquecendo e comprimindo ainda mais a mistura à sua frente;
	 Quando atinge um certo ponto, chamado de pressão e temperatura críticas da mistura, esta não mais queima, e sim explode, liberando sua energia praticamente instantaneamente. 
*
Taxa de Compressão
Octanagem do combustível X taxa de compressão
	 A pressão no interior do cilindro tem que ser sempre mantida abaixo da pressão crítica da mistura ar-combustível;
	 A pressão no interior do cilindro determinada
	 taxa de compressão;
	 pressão da mistura ar-combustível quando entra no cilindro;
	 Manômetro de pressão de admissão (Manifold pressure gage);
	 mostra ao piloto a pressão de carga no sistema de admissão;
	 medida em IN de mercúrio absolutas;
	 relacionada à rpm do motor e dá uma indicação da potência que está sendo produzida pelo motor;
*
Taxa de Compressão
Tipos de taxa de compressão
1. Taxa de compressão fria ou volumétrica
2. Taxa de compressão teórica
3. Taxa de compressão corrigida
4. Taxa de compressão real
*
Taxa de Compressão
Tipos de taxa de compressão
	Taxa de compressão fria ou volumétrica
	Considera-se uma compressão isotérmica 
	Não é somente uma relação de pressão como também uma relação devolume
ρ
ρ = pressao final / pressao inicial = P2 / P1 
ρ = volume inicial / volume final = V1 / V2
*
Taxa de Compressão
Tipos de taxa de compressão
2. Taxa de compressão teórica 
	A compressão de um gás, no cilindro de um motor à combustão interna, não se efetua à temperatura constante, como na taxa de compressão fria, pois em toda compressão haverá produção de calor correspondente ao trabalho aplicado
	Esta compressão se realiza como uma evolução adiabática, assim a compressão elevou a temperatura dos gases comprimidos, cooperando com o aumento da pressão 
ρ
V
v
*
Taxa de Compressão
Tipos de taxa de compressão
2. Taxa de compressão teórica 
	Taxa de compressão teórica = taxa de compressão fria elevada ao expoente k = 1,41
ρ
ρteórica = pressão final / pressão inicial = P2 / P1 
ρteórica = volume inicial / volume final = ( V + v / v)k
K = 1,41 para uma mistura de vapor de gasolina e ar, ou para o 
ar puro 
V
v
*
Taxa de Compressão
Tipos de taxa de compressão
3. Taxa de compressão corrigida 
	A compressão dos gases no interior do cilindro de um motor à combustão interna, inicia-se teoricamente no PMB estando as válvulas fechadas, mas por necessidade de melhorar o funcionamento do motor, atrasa-se o fechamento da válvula de admissão, de modo que o início da compressão fica atrasado
	Somente quando o enchimento do cilindro é completo, isto é, cessando a entrada de gases, assim é fechada a válvula de admissão (aproximadamente após 0,15 do curso). Neste instante inicia-se a compressão, sendo a pressão inicial a pressão de admissão 
ρ
*
Taxa de Compressão
Tipos de taxa de compressão
3. Taxa de compressão corrigida
	Taxa de compressão corrigida = é a relação entre a soma do volume da cilindrada corrigida com o da câmara de combustão pelo volume da câmara de combustão
	Pode-se calcular a taxa de compressão corrigida, conhecendo-se a taxa de compressão fria e o coeficiente lambda 
ρ
ρcorrigida = pressão final / pressão inicial = P2 / P1 
ρcorrigida = volume inicial corrigido / volume final = (λV + v / v)
V
V
v
*
Taxa de Compressão
Tipos de taxa de compressão
3. Taxa de compressão real
	Para sabermos a pressão que realmente existe no fim da compressão é preciso lembrar que não se realiza a evolução adiabática, pois sempre haverá troca de calor com o exterior, de modo que a compressão real obedece a uma evolução politrópica para o qual o valor médio do coeficiente é iguala 1,27
	Precisa-se considerar o atraso do fechamento da válvula de admissão
ρ
*
Taxa de Compressão
Tipos de taxa de compressão
3. Taxa de compressão real
	Taxa de compressão real = é a taxa de compressão corrigida, elevada ao expoente 1,27
ρ
ρreal = pressão final / pressão inicial = P2 / P1 
Ρreal = volume inicial corrigido / volume final = (λV + v / v)1,27
V
v
*
Taxa de Compressão
Tipos de taxa de compressão
Exercícios.
	Calcular a taxa de compressão fria de um motor cujo volume da cilindrada individual seja 88 in3 e o volume da câmara de combustão igual a 22 in3.
2. Um motor de 9 cilindros tem uma cilindrada total de 1800 in3, uma taxa de compressão corrigida de 5,5 : 1 e uma taxa de compressão corrigida de 6 : 1. Calcule a cilindrada corrigida deste motor.
ρ
*
Taxa de Compressão
Tipos de taxa de compressão
Exercícios.
3. Num motor Wrihgt Cyclone R-2660 encontram-se as seguintes cotas:
Taxa de compressão fria = 6,85 : 1
Cilindrada total = 2603 in
Diâmetro do cilindro = 6,125 in
Número de cilindros = 14
Pede-se calcular o volume da câmara de combustão de cada cilindro deste motor.
ρ
*
Consumo Específico de Combustível
(Brake Specific Fuel Consumption)
Potência
Torque
*
Consumo Específico Efetivo de Combustível
(Brake Specific Fuel Consumption)
	 Quantidade de libras de combustível queimadas por hora para cada HP (brake horsepower) produzido em um dinamômetro;
	 O motor do exemplo anterior:
 Lb de combustível consumidas por hora 72
 ------------------------------------------------- = ----- = 0,53
 Potência Medida no Dinamômetro 135
	 Motor possui um BSFC de 0,53
*