Carlos Alberto Breda

ESTIMATIVA DA POTÊNCIA DOS MOTORES DE COMBUSTÃO

TRATORES E MOTORES

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

TEÓRICA: considera que todo calor é convertido em energia mecânica;

INDICADA: considera as perdas caloríficas;

EFETIVA: considera perdas caloríficas e mecânicas.

Conceitos de potências

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.

Nos motores térmicos a energia térmica proveniente da combustão é convertida em energia mecânica.

A energia mecânica é aquela capaz de movimentar objetos.

Unidades usuais de potência em motores de combustão interna

hp = horse power = 76 kgf.m.s-1; cv = cavalo vapor = 75 kgf.m.s-1; cv = 0,736 kw. hp = 0,746 kw.

A unidade internacional de potência é o kilowatt (kw)

POTÊNCIA TEÓRICA, kcal.h-

1

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.

POTÊNCIA TEÓRICA, kw A potência teórica pode ser calculada em

kw por meio da Equação 2.

)2(10164352,1dpqP 3cT

PT = potência teórica, kw;

q = consumo de combustível, L.h-1;pc= poder calorífico do combustível,

kcal.kg-1;d = densidade do combustível, kg.L-1.

POTÊNCIA TEÓRICA, hp A potência teórica pode ser calculada

em hp por meio da Equação 3.

)3(10180172,1dpqP 3cT

PT = potência teórica, hp;

q = consumo de combustível, L.h-1;pc= poder calorífico do combustível,

kcal.kg-1;d = densidade do combustível, kg.L-1.

Poder calorífico do gás = 9.631 kcal.m-3; = 12.491 kcal.kg-1;Densidade relativa do gás = 0,6425;Densidade absoluta do ar = 1,2 kg.m-3;

PODER CALORÍFICO DO GÁS

Normalmente é expresso em kcal.m-3. É convertido para kcal.kg-1, dividindo-se o valor do poder calorífico pela densidade absoluta do gás.

3a

3c

c m.kg,d

m.kcal,pp

pc = poder calorífico do gás, kcal.kg-1;

da = densidade absoluta do gás, kg.m-3.

DENSIDADE ABSOLUTA DO GÁS

A densidade absoluta do gás é obtida multiplicando-se a densidade relativa do gás pela densidade absoluta do ar.

arra ddd

da = densidade absoluta do gás, kg.m-3;dr = densidade relativa do gás;

dar = densidade do ar = 1,2 kg.m-3.

EXEMPLO: Calcular a potência teórica em kw de um motor GNV que consome 8,63 m3.h-1. O combustível apresenta poder calorífico de 9.631 kcal.m-3 e densidade relativa de 0,6425.

pc = 9.631 kcal.m-3; dr = 0,6425; dar = 1,2 kg.m-3; q=8,63 m3.h-1;

1c kg.kcal491.12

771,0

631.9p

3m.kg771,02,16425,0d

)2(10164352,1491.12771,063,8P 3T

kw77,96PT

Fonte: http://www.webcalc.com.br/frame.asp?pag. Acesso em: 30 jun. 2008.

Transformação de unidadesTransformação de unidades

Potência indicada Estimada a partir da pressão

na combustão, características dimensionais e de funcionamento do motor.

nNALP1

P cI

Potência indicada

PI= potência indicada; =2 se motor é de 4 tempos; =1 se motor é de 2 tempos; Pc= pressão na combustão; L= curso do pistão; A= área do cilindro; N= rotação do motor; n= número de cilindros do motor.

nNALP1

P cI

Potência indicada em cv

7560100

nNALP1P c

)cv(I

Pc= pressão na combustão, kgf.cm-2; L= curso do pistão, cm; A= área do cilindro, cm2; N= rotação do motor, rpm; n= número de cilindros do motor.

Potência indicada em kw

6c)kw(I 10634442,1nNALP

1P

cv = 0,7354988 kw

Pc= pressão na combustão, kgf.cm-2; L= curso do pistão, cm; A= área do cilindro, cm2; N= rotação do motor, rpm; n= número de cilindros do motor.

Potência efetiva em cv

3)cv(E 10396263,1NTOP

PE= potência efetiva, cv; TO = torque no motor, m.kgf; N= rotação do motor, rpm.

m.kgf = 9,80665 N.m

cv = 0,7354988 kw

Potência efetiva em kw

PE= potência efetiva, kw; TO = torque no motor, N.m; N= rotação do motor, rpm.

4)( 10047198,1 NTOP kwE

m.kgf = 9,80665 N.m

cv = 0,7354988 kw

TORQUE NO VOLANTE DO MOTOR

O torque expressa a capacidade de girar alguma coisa. No volante do motor é calculado pela Equação

FRTo To = torque no volante do motor; R = raio do volante; F = força tangencial no volante do motor.

Unidades usuais são: N.m e m.kgf

TORQUE NO VOLANTE DO MOTOR

R

F

R = raio do volante; F = força tangencial no volante do motor.

O torque dos motores é medido com aparelhos denominados dinamômetros de acordo com normas específicas para esse fim.

Exemplo Dispondo dos dados apresentados

anteriormente. Calcular a reserva de torque do motor.

RENDIMENTOS DE MOTORES TÉRMICOS Rendimento térmico, RT

T

I

P

PRT

PI=potência indicada

PT=potência teórica

Rendimento mecânico, RM

I

E

P

PRM

PE=potência efetiva

PI=potência indicada

Rendimento termo-mecânico

T

E

P

PRTM

PE=potência efetiva

PT=potência teórica

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

Variação do torque, potência e consumo de combustível em função da rotação do motor

FIM