19 - Superalimentação Pg 191 a 201 Com a Correl de Ne Com Rend Volumetrico

1/10

Pág: 189-201 originais Revisão 10/06/15

16: – SUPERALIMENTAÇÃO:

16.1 - Correlação entre a Potência Efetiva e o Rendimento Volumétrico:

Esta correlação já foi estudada quando vimos às correlações notáveis, entretanto, para melhor

compreensão da superalimentação em motores, vamos recordar os conceitos.

Ncomb x e = Ne B - kgcomb/h

Ncomb = B x pci x 632,32

pciB

753600

427

Pci – kcal/kg

Ne – CV

Ncomb - CV

B = A/C

Gar

A/C

Gar TvR

mas GarT = arT x QarT = 60×

x

nz×s×

4

πd×γar

2

T [kgar/h]

P x v = R x T = v

1 amb =

amb

amb

TR

p

Ne = 60x

nzs

4

πd

TR

p

A/C

η

632,32

pciη

2

amb

ambve

Para um mesmo motor, numa mesma rotação teremos:

e, pci, pamb., A/C, Tamb., R, , d, s, n, x, z = constantes, então

Ne = KIV x V logo se v então Ne ou se v então Ne

Mas o rendimento volumétrico é:

:exemploporassim

normaisambientescondiçõesasserpodem,TepecasonomotordoVVVaindae

TaR

Vpa

TaR

Vpa

entãoTaR

VpaGare

TaR

VpaGarsendo

Gar

Gar

TTRT

T

TT

R

RR

v

T

TTT

R

RRR

T

Rv

R

T

T

R

TT

T

R

RRv

Ta

Ta

pa

pa

Vpa

TaR

TaR

Vpa

então quando

PAr v Ne e quando TAr v Ne

632,32

1

753600

427

*As condições

ambiente, no caso, são

consideradas como

teóricas, então:

2/10


Normalmente as fábricas dão à potência efetiva máxima do motor nas seguintes condições:

Pa = 10.328 kgf/m2abs. = 1,033 kgf/cm2 nível do mar ou Pa = 14,69 lbf/pol2 = PaNM

Ta = 273 + 20 = 293 K sendo ta = 20 OC

22222 cm

kgf0,07030696

cm

kgf

6,4516

0,4536

cm

kgf

2,54

0,4536

pol

lbf1 ou

22 m

kgf703,0696

pol

lbf1 1 kgf/cm2 = 14,223 lb/pol2 ou ainda, 1 kgf/cm2 = 14,223 PSI

Ne = KIV x v = KIV x arNM

RIV

R

20

NM

R

t273

293

pa

pakNe

Ta

T

pa

pa Co

Muitas vezes esta fórmula é usada para avaliar a potência dos motores de aspiração natural e os com

superalimentação mecânica, quando variam as condições ambiente de pressão e temperatura.

No caso dos motores, sabe-se que a potência desenvolvida, depende da quantidade de ar aspirado pelo

mesmo, sendo esta uma das limitações da potência máxima.

A outra limitação é a quantidade de combustível, consumido pelo motor, que é máxima em função da

máxima quantidade de ar que o motor pode aspirar.

A quantidade de ar aspirado pelo motor pode ser expressa por:

, onde V1 é o volume de cilindrada do motor e R = cte

Portanto, para um mesmo volume de cilindrada V1, aumentando-se a pressão de admissão p1, aumenta-

se a quantidade de ar aspirado pelo motor e com isto pode-se aumentar a quantidade de combustível

fornecido ao motor e consequentemente, aumentar a sua potência.

Neste caso a noção de rendimento volumétrico v, sofre uma alteração fundamental, pois, com o

critério normalmente adotado, podemos ter v 1,0.

Com a Super-Alimentação é possível aumentar-se a potência do motor, na ordem de 50% ou mais.

Fundamentalmente, a Superalimentação, divide-se em dois grupos:

Super-Alimentação Mecânica.

Super-Alimentação com aproveitamento dos gases de escapamento.

Ne = KIV x R

R

Ta

pa

Gar = 1

11

1

11

T

px

R

V

RT

Vp

3/10


16.2 - SUPERALIMENTAÇÃO MECÂNICA:

Neste caso o escapamento do motor é livre, não interferindo na Superalimentação.

De algum eixo do motor, toma-se a energia necessária para promover a Superalimentação, por meio de

um compressor.

O Superalimentador mecânico pode ser:

a) Compressor de êmbolo:

b) Compressor de Lóbulos 2, 3, 4 Lóbulos

c) Compressores de Palhetas

Existem diversos tipos

d) Compressores centrífugos

Todos os motores de aspiração natural ou com superalimentação mecânica, tem uma perda de potência

proporcional a depressão no lado da admissão.

Esta depressão pode ser função da altitude e com isto, estes motores perdem a sua potência

proporcionalmente com a altitude e com o aumento da temperatura ambiente.

Normalmente os fabricantes dão a potência máxima a certa altitude e temperatura ambiente, acima

destas condições, à potência pode variar aproximadamente da seguinte maneira:

Perda de 1% da potência para cada 100 m de acréscimo na altitude.

Perda de 1% da potência para cada 5oC de acréscimo na temperatura.

Assim pois, um motor que ao nível do mar e a 16oC de temperatura ambiente, desenvolve 100CV, em

Curitiba, com 900metros de altitude e uma temperatura de 36oC desenvolverá:

100 - 9 - 4 = 87CV

Pode-se ver que a influência é grande, motivo pelo qual se toma certo cuidado com a instalação da

tomada de ar para o motor.

Isto ocorre tanto com os motores de aspiração natural, como os com Superalimentação mecânica, sendo

de vital importância nos motores de aviação.

Três Lóbulos

4/10


As Superalimentações mecânicas, não têm nenhuma condição de compensar o fornecimento de ar

quando baixa a pressão ambiente, pelo contrário, o fornecimento de ar diminui com a diminuição da

pressão ambiente.

16.3: - SUPERALIMENT AÇÃO, COM APROVEITAMENTO DOS GASES DE ESCAPE:

Turbo Super Alimentação T. S. A

Os gases no ponto 4 ainda contêm uma boa parte da energia fornecida pelo combustível, a qual é

aproveitada para acionar uma turbina a gás. No mesmo eixo desta turbina a gás, coloca-se um

compressor centrífugo.

5/10


A - Correlação entre N e h.

Seja o Sistema;

Pelo 10 princípio da Termodinâmica, podemos escrever a seguinte igualdade:

Q + U1 + Ap1v1 + A Z1 + g2

AC2

1 = ALc + U2 + Ap2v2 + A Z2 + g2

AC2

2

Se Q0 Z1Z2, Lc 0, m1 = m2 = 1,0 kg fica: U1 + Ap1v1 = h1 e U2 + Ap2v2 = h2 então:

U1 + Ap1v1 + g2

AC2

1 = U2 + Ap2v2 + g2

AC2

2 e fazendo-se ainda C1 0, teremos h1 = h2 + g2

AC2

2 logo;

A

hh

2g

C 21

2

2 onde h = h1 – h2 e A = 427

1

B - Potência N.

N = 2t

Cm

t

E

Tempo

Energia2

c uma vez que 2

c Cm2

1E . Nos motores se usa vazão em peso, então:

g

tGm

t

m

g

G

t

1x

g

P

g

Gg

t

PG

assim

2g

CxG

2g

CG

t2

Cx

g

tG

2t

CmN

2222

No caso C = C2 e como A

h

2g

C2

2 fica

A

hGxN

para

m/sC

m/sg

kgf/sG

2

2 fica

2

22

s

mx

m

sx

s

kgfN N = [kgfm/s] CV

A75

hG

75

NNCV

CV

75xA

hGNCV

, finalmente;

75

427hGNCV

A

h

2g

C2

2

6/10


C - Diagramas do Turbocompressor.

1) Turbina a Gás:

I - Potências. II - Rendimentos.

Teórica 75

427x)hh(GgxNT 54

T

T

T

TNT

NR

Real 75

427x)h4h(GgxNR

'

5

T

NTT x T = NRT

Gg - kgf/s h4, h5, '

5h = kcal/kg NTT, NRT = CV T = 0,5 a 0,7

2) Eixo:

NRT x e = NRC (e – Rendimento mecânico da transmissão Turbina) e = 0,85 à 0,98)

7/10


3) Compressor:

Potência real de acionamento do compressor: NRC

Potência útil no ar comprimido: NTC

A potência útil no ar comprimido, eqüivale a potência teórica de acionamento do compressor.

NTC NRC NRC = 75

)x427hGarx(h 8

'

1

NTC = C x NRC NTC = 75

)x427hGarx(h 81 C = 0,5 a 0,75

4) Rendimento do Turboalimentador: TA

TA = T

TTEC

T

TEC

T

CC

T

C

NT

NTxxx

NT

xNRx

NT

xNR

NT

NT

TA = C x E x T

Exemplos

51,45%0,51450,75x0,98x0,7

21,5%0,21250,5x0,85x0,5

5) Rendimento Global do Turbocompressor: eTC

75

427x)hh(GgxNT 54

T

75

427x)hh(GarxNT 81

C

NTT – Potência teórica fornecida pela turbina a gás.

NTC – Potência disponível no ar comprimido.

Considerando-se Ggás Gar eTC = )TT(c

)TT(c

hh

hh

NT

NT

54p

81p

54

81

T

C

8/10


Ainda considerando cp cte fica eTC 4,5

1,8

54

81

ΔT

ΔT=

T-T

T-T=

Na prática:

C450T

C150T

o

5,4

o

8,1 eTC = 333,0

450

150 eTC = 33,3%

16.4: - Ensaio de um Turbo-Super-Alimentador T.S.A.:

Esquema de um banco de provas para os T. S. A.

Fluxos dos gases:

1. Na partida: (CC apagada)

V1 – Fechada, V2 – Aberta, fluxo [1, 2, 3, 4, 5], motor elétrico ligado.

2. Após a ignição da CC e a reação da turbina a gás (motor elétrico desligado)

V1 – Aberta, V2 – fechada, fluxo [6, 7, 8, 3, 4, 5], nesta situação o motor elétrico que aciona o

compressor de ar pode ser desligado e o sistema permanece funcionando, com a energia dos

gases quentes que saem da câmara de combustão CC e atravessam a turbina a gás.

Compressor

de Ar C

Motor

elétrico Compressor de

Ar

Turbina a Gás T Eixo

CC

Câmara de

combustão

Vela de ignição

1

2

8

7

Ar 6

4

3

Combustível V1

V2

5 Escape

9/10


16.5: - Diagrama h(T)-S do T.S.A.:

h4,5 h,8,1então o T.S.A. é viável.

Aumentando-se a injeção de combustível h4 h4,5 pelo acoplamento do eixo h8,1

T5, depende pouco da Tamb t5 700oC

Tamb h4,5 constante v8 8 nturbo Nturbo

Tamb h4,5 constante v8 8 nturbo Nturbo

Desta maneira Nmotor constante

Pamb h4,5 v8 8 nturbo Nturbo

Pamb h4,5 v8 8 nturbo Nturbo

Novamente tem-se Nmotor constante

1 P1

4

5’

5

v1’

H T

S 8

1’

P4

P8 = Pamb

v5’

v8

v4

10/10


A variação da quantidade de ar insuflada no motor é automática e proporcional à demanda de

potência, ou seja, com a variação do consumo de combustível.

Vamos supor que o motor esteja trabalhando num regime e que, num dado momento, seja

necessária maior potência.

Aumentamos a quantidade de combustível injetado e com isto, aumentamos a energia dos gases

de escape, fazendo com que o Turboalimentador desenvolva maior potência, isto é, gire à maior

velocidade e com isto injete maior quantidade de ar no motor.

Em ambos os casos o escape se dará num gás mais rarefeito, o que fará aumentar o salto térmico

na turbina, aumentando, pois a potência desenvolvida, portanto a turbina tende a girar com maior

velocidade.

Por outro lado à rarefação do ar de entrada, alivia a carga sobre o compressor e este tende a girar,

por este motivo, também com maior velocidade.

O aumento de rotação, por sua vez, tende a aumentar a quantidade de ar injetado no motor,

compensando assim a sua rarefação.

Portanto, nos motores turbos superalimentados, a influência da pressão e temperatura ambiente é

muito pequena. Atualmente constroem-se motores que mantém a potência máxima inalterada

desde o nível do mar a 0oC até 4000m de altitude e 37oC.

Nestes motores, o aumento da altitude, faz com que o Turboalimentador gire com maior

velocidade.

Atualmente é normal encontrar-se T.S.A., que trabalham a 120.000rpm, sendo muito comum as

rotações de funcionamento entre 10.000 e 60.000rpm.

Os Turbos Super Alimentadores proporcionaram muitos dados valiosos aos atuais fabricantes de

turbinas a gás, servindo como uma espécie de laboratório experimental.

Documents

19 - Superalimentação Pg 191 a 201 Com a Correl de Ne Com Rend Volumetrico