ESTUDO DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM MOTORES · JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 1 ESTUDO DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM MOTORES José Eduardo Mautone Barros José Guilherme

JEMB & JGCB - Fevereiro de 2006 - Prancha 1

ESTUDO DA

TRANSFERÊNCIA DE CALOR

EM MOTORES

José Eduardo Mautone Barros

José Guilherme Coelho Baêta


Perfil dos instrutores

José Eduardo Mautone Barros • Doutor em Engenharia Mecânica

Área de Motores de Combustão Interna – UFMG

• Mestre em Engenharia Aeronáutica, Área de Propulsão – ITA

• 23 anos de experiência em projetos de desenvolvimento na indústria

aeroespacial e na academia

• Desenvolvimento de motores foguetes (Lançador de satélite VLS, Míssil

MAA-1.1 Piranha, Míssil MSS-1.2, Sistema ASTRO Avibras)

• Desenvolvimento de pirotécnicos ( Airbag, Parafusos explosivos,

Válvulas, Cordões de corte)

• Ensaios de turbocompressores e simulações

• Simulações de motores de combustão interna


Perfil dos instrutores

José Guilherme Coelho Baêta • Doutorando em Engenharia Mecânica,

Área de Motores de Combustão Interna – UFMG

• Especialista em Engenharia Automotiva – PUC-MG

• 10 anos de experiência em projetos de desenvolvimento na indústria

automotiva (FIAT)

• Desenvolvimento de técnicas de calibração experimental de centrais

eletrônicas de motores de combustão interna

• Desenvolvimento de motores multifuel sobrealimentados


Sumário

Cap. 1 – Transferência de calor

Cap. 2 – Balanço térmico do motor

Cap. 3 – Dimensionamento do sistema de arrefecimento

Cap. 4 – Análise da combustão e transferência de calor no cilindro

Cap. 5 – Análise Computacional da combustão e transferência de calor no cilindro

Cap. 6 – Modelagem dinâmica do sistema de arrefecimento


Modos

de transferência de calor

Importância

A transferência de calor afeta o desempenho, a eficiência e as

emissões dos motores através dos seguintes parâmetros:

Temperatura e pressão dos gases de combustão

(afeta potência útil)

Consumo específico de combustível

Detonação (troca de calor para os gases não queimados)

que limita a taxa de compressão

Aquecimento da válvula de exaustão (afeta a eficiência

volumétrica de admissão)


Modos


Importância

A transferência de calor afeta o desempenho, a eficiência e as

emissões dos motores através dos seguintes parâmetros:

Emissões de CO e HC queimados na exaustão

Temperatura dos gases de exaustão (EGT) que controla

turbocompressores e recuperadores

Aquecimento do óleo (maior atrito)

Expansão térmica dos componentes

(pistão, anéis, cilindro, cabeçote, etc.)

Carrega o sistema de resfriamento e seus acessórios


Modos


Ordens de grandezas Temperatura máxima típica do gás queimado:

2200 ºC (2500 K)

Temperatura máxima do material da parede do cilindro:

Ferro fundido 400 ºC (673 K)

Ligas de alumínio 300 ºC (573 K)

Lubrificante 180 ºC (453 K)

Pico de fluxo de calor para as paredes do cilindro:

0,5 a 10 MW/m2


Modos


Condução Modo de transferência em sólidos e líquidos em repouso

A intensidade é função do material e do gradiente de

temperatura

É o modo de transferência de calor no cabeçote, paredes do

cilindro, pistão, bloco e coletores

dx

dTk

A

Qq

TkA

Qq

x

xCN

CN

onde,

= fluxo de calor (W/m2)

k = condutibilidade térmica (W/m/K)

A = área transversal de transferência (m2)

q


Modos


Convecção Modo de transferência entre fluidos e uma superfície

sólida

A intensidade é função do fluido, do movimento relativo

da diferença de temperaturas

No motor a convecção é forçada, em regime turbulento,

pois existe bombeamento dos fluidos

Depende de relações empíricas específicas para cada tipo

de escoamento e geometria

É o modo de transferência de calor entre os gases e

líquidos e as paredes dos componentes do motor


Modos


Convecção

gw,ggCV TT hA

Qq

onde,

h = coeficiente de transferência de calor por convecção (W/m2/K)

Tw = temperatura da superfície da parede sólida (K)

= temperatura média do fluido (K)

Subscritos, g = gás

c = fluido de resfriamento (água ou ar)

ccw,cCV TT hA

Qq

T


Modos


Radiação Modo de transferência entre corpos quentes e frios por

meio de emissão e absorção de ondas eletromagnéticas

A intensidade é função da diferença de temperaturas

Depende de parâmetros de forma, absorção e emissividade específicos para cada tipo material e geometria

É um modo secundário de transferência de calor entre os gases quentes durante a queima e as paredes do cilindro

É mais significativo em motores de ignição por compressão (ciclo Diesel) devido a presença de fuligem durante uma fase da queima do combustível no cilindro

Existe radiação térmica proveniente do coletor de escape


Modos


Radiação

4

gw,

4

gfR TTσ ε FA

Qq

onde,

σ = constante de Stefan-Boltzmann = 5,67x10-8 W/m2/K4

ε = emissividade

Ff = fator de forma

Tw = temperatura da superfície da parede sólida (K)

Tg = temperatura média do fluido (K)

Subscrito g = gás


Modos


Mecanismo combinado de transferência de

calor no cilindro

Regime transiente

(aproximação

quase-permanente)

Escoamento turbulento

Tridimensional

(aproximação

unidimensional)

cCVCNRgCV qqqq


Análise térmica do motor

Efeito nos componentes do motor

Temperaturas no pistão

Temperatura maior no

centro do pistão

Os pontos na figura são

valores medidos e as

isolinhas são calculadas em

um motor ciclo Otto



Efeito nos componentes do motor Pistão de motores ciclo Diesel são 50 ºC mais quentes




Temperaturas na parede do

cilindro em um motor ciclo Diesel

O topo é mais quente devido a

queima

A carga térmica devido a fricção é

significativa



Efeito nos componentes do motor Altas temperaturas entre as válvulas do cabeçote (Otto)




Temperaturas na válvula de

exaustão (ciclo Diesel)

Em válvulas pequenas a base

recebe a maior carga térmica

Em válvulas grandes a sede

recebe a maior carga térmica



Efeito nos componentes do motor Fluxo de calor

calculados em diversas regiões do pistão

A carga térmica é mais elevada na cabeça do pistão

Motores ciclo Diesel possuem canais de resfriamento entre a cabeça e a saia do pistão



Efeito das variáveis do motor O parâmetro de calor total (100%) é a energia do combustível

(massa de combustível injetada vezes o poder calorífico inferior)

A perda de calor relativa a energia total diminui com o aumento da velocidade de rotação

A perda de calor absoluta aumenta com o aumento da velocidade de rotação

O fluxo de calor é máximo para lambda igual a 0,91 (mistura rica) para a gasolina

A perda de calor relativa (28%) é maior para lambda igual a 1,0 (mistura estequiométrica)



Efeito das variáveis do motor O aumento da razão de compressão diminui a perda de calor

relativa, mas aumenta o fluxo de calor total

Aumentando o ângulo de avanço em relação ao ponto morto superior (PMS) reduz-se a perda de calor relativa

O “swirl”(rotação) e o “squish”(estrangulamento) aumentam a perda de calor relativa devido ao aumento da velocidade do gás no interior do cilindro

O aumento da temperatura do fluido de resfriamento aumenta diretamente a temperatura dos componentes internos do motor

O aumento da temperatura de admissão aumenta a perda de calor relativa



Efeito das variáveis do motor A ocorrência de detonação provoca um aumento da perda de

calor relativa em função do aumento da temperatura e pressão de queima. O fluxo é aumentado em 3 a 4 vezes.

Os materiais mais comuns da parede do cilindro são o ferro fundido e o alumínio, que restringem as temperaturas a faixa de 200 a 400 ºC

O revestimento cerâmico permite aumentar a temperatura de trabalho dos gases, contudo o aumento da temperatura das paredes prejudica a admissão de mistura e facilita a detonação

A carga térmica nos componentes é cíclica e provoca variações de temperatura de aproximadamente 20 K por ciclo


Análise dimensional

Variáveis envolvidas Aplicada a convecção no interior do cilindro do motor que

a maior parte do fluxo gerado

hc = coeficiente de transferência de calor por convecção

qch = taxa de calor gerada por volume pela queima do combustível

D = diâmetro do cilindro L = altura máxima do cilindro

y = altura instantânea do cilindro k = condutibilidade térmica do fluido

μ = viscosidade do fluido cp = calor específico do fluido

ρ = densidade do fluido v = velocidade média do fluido

N = velocidade de rotação θ = ângulo do virabrequim

T = temperatura do fluido

0θN,v,,cρ,μ,k,,T y,L,D,,q,hf pchc



Grupos adimensionais Aplicando a técnica da análise dimensional (ver cap. 11 de

Welty, Wilson et Wilcks, 1976 ) são gerados os seguintes

grupos adimensionais, após algumas combinações de

grupos:

...Mach Prandtl,Reynolds,Nusselt,

0θ

θ ,

D

y,

TNcρ

q ,

D

L,

v

DN,

v

Tc,

k

μc,

μ

Dvρ,

k

DhF

fp

ch

2

ppc



Grupos adimensionais para convecção

Forma de relacionamento proposta para problemas de

convecção forçada em dutos cilíndricos

(a, m, n e z são constantes)

k

μcPr

μ

ρvDRe

k

DhNu

pc

z

D

LnPrm

ReaNu



Grupos adimensionais para convecção A viscosidade (μ) é devida a

interações moleculares nos gases e líquidos. A movimentação entre as camadas gera uma força de cisalhamento ao longo do fluido.

A difusividade é um parâmetro em um formato mais adequado ao modelo de transferência de quantidade de movimento.

ν = μ/ρ = difusividade de quantidade de movimento (m2/s)



Grupos adimensionais para convecção No. de Reynolds

Forcas de inércia / Forças

viscosas

As forças de inércia causam

movimentos macroscópicos de

porções do fluido que dissipam

energia.

ν

DvRe



Grupos adimensionais para convecção A condutibilidade térmica (k) é devida a interações

moleculares nos gases e líquidos e ao movimento de elétrons

nos sólidos que levam a uma alteração de temperatura local.

A difusividade térmica (α) é um parâmetro derivado

diretamente relacionado com (k) que possui um formato mais

adequado ao modelo de transferência de calor (m2/s)

pcρ

kα



Grupos adimensionais para convecção No. de Prandtl

Difusividade de quantidade de

movimento / difusividade

térmica

pcρ

k

ρ

μPr



Grupos adimensionais para convecção No. de Nusselt

Condutibilidade por

convecção do fluido /

condutibilidade por

condução k

DhNu c



Pontos importantes no uso das correlações

Velocidade a ser usada no número de Reynolds

Temperatura média do gás

Temperatura de referência para os cálculos das

propriedades

Abrangência da correlação, ou seja, ela gera coeficientes

de transferência de calor para fluxo instantâneo ou pra o

fluxo médio em um ciclo


Trocadores de calor compactos

Circuito principal de resfriamento

Motor

Radiador

Bomba centrífuga

Válvula termostática



Circuito principal de resfriamento (exemplo)

Motor FIRE 1.3 16V

Líquido de arrefecimento: mistura de água + 30% de Paraflu Radiador com tubos e aletas em alumínio e caixa plástica Pressão de trabalho a quente: 1,4 bar

Vazão = 6,5 m3/ h a 5000 rpm da bomba, pressão de 1 bar e temperatura do líquido de 90ºC, potência de 0,20 kW

Válvula termostática instalada na região posterior do cabeçote (fechada para temperaturas menores que 87ºC ± 2ºC)

Eletroventilador com duas velocidades e comandado diretamente pela ECU (centralina) de injeção eletrônica (1º velocidade = 97ºC e 2º velocidade = 101ºC)



Circuitos auxiliares de resfriamento

Radiador de óleo

“Intercooler”



Circuitos auxiliares de resfriamento

Radiador de óleo : tem a função de manter a

temperatura do óleo entre 85 e 120 ºC quando o

motor funciona frequentemente com cargas

elevadas e em alta rotação

“Intercooler” : tem a função de abaixar a

temperatura do ar e admissão após a compressão

(ex: FIRE FLEX 1.3 8V com turbo GT12,

de 95 ºC para 60 ºC)



Tipos de radiadores Compactos são trocadores de calor gás-fluido

com uma densidade de área de troca de calor

superior a 700 m2/m3

O limite atual nos trocadores comerciais é de

3300 m2/m3

Tipos: Placas corrugadas; Placas e tubos;

Regeneradores e Placas paralelas

Os de placas e tubos são usados em veículos



Tipos de radiadores Placas e Tubos

(Ar ) (Água)



Tipos de radiadores Quanto ao sentido de

circulação da água

Vertical

Horizontais



Métodos de cálculo de equipamentos Os métodos a seguir são usados para dimensionar o

tamanho do trocador ou calcular as temperaturas de

operação (entrada e saída) para cada fluido

Método da diferença de temperatura média logarítmica

(DTML ou DTM ou MTD)

Método da efetividade do trocador de calor (ε-NTU)

(NUT ou NTU é o número de unidades de transferência

de calor do trocador)

Método modificado da efetividade (P-NTU)



Métodos de cálculo de equipamentos O coeficiente global de transferência de calor varia

de 50 a 150 kcal/h/m2/ºC

O coeficiente de perda de pressão é calculado usando o

fator de atrito de Fanning em função do número de

Reynolds e de parâmetros geométricos do trocador de

calor

Um fator de entupimento deve ser usado para radiadores

sujos que deprecia a área de troca de calor


Propriedades

dos fluidos de trabalho

Levantamento de propriedades

Gráficos e tabelas de livros e manuais (“handbooks”) de

propriedades

Relações matemáticas para estimativa das propriedades

termodinâmicas e de transporte dos fluidos

As simulações matemáticas exigem que as propriedades

estejam convertidas em modelos matemáticos padrões


Propriedades


Equação dos gases ideais Relação constitutiva válida para gases até 30 bar (3x106Pa)

(para pressões até 100 bar (1x107Pa) o erro é inferior a 1,5%)

TRρP

(kg/kgmol)gásdomolecularpeso M

gásdoconstanteM

RR

ideaisgasesdosuniversalconstanteJ/kgmol/K8314R


Propriedades


Equações das propriedades de termodinâmicas Polinômios JANNAF para cada espécie química “i”

(NASA SP-273)

4

5

3

4

2

321ip

TaTaTaTaaR

c

T

aT

5

aT

4

aT

3

aT

2

aa

TR

h 645342321

0

i

7

45342321

0

i aT4

aT

3

aT

2

aTaTlna

R

s


Propriedades


Equações das propriedades de termodinâmicas Valores integrais para entalpia, entropia e energia livre de

Gibbs (referência 298,15 K e 101325 Pa )

iii sThg

0

T i,

T

Tip

0

i 0

0

sT

Tdcs

0

T i,

T

Tip

0

i 0

0

hTdch


Propriedades


Equações das propriedades de transporte Viscosidade e difusividade térmica (NASA TM-4513)

sm

kg42

3217-

i bT

b

T

bTlnb

1x10

μln

Km

W42

3214-

i cT

c

T

cTlnc

1x10

αln


Propriedades


Equações das propriedades ligadas a

compressibilidade Razão de calores específicos e número de Prandtl

Rc

c

c

cγ

p

p

v

p

f

5γ9

γ4Pr

f

f

Relação de Eucken


Propriedades


Equações para misturas de gases

fração mássica

fração molar (volumétrica)

i

N

1 i

ii

N

1 i

iM

RCRCR

ρ

ρ

m

mC ii

i

i

iii

M

MC

n

nX

N

1i

iii MXM


Propriedades


Equações para misturas de gases

i

N

1i

i

0

0 XlnXR P

PlnRss

N

1i

ii

N

1i

iii

MX

MXμ

μ

N

1i

3ii

N

1i

3iii

MX

MXα

α


Propriedades


Líquidos e misturas de duas fases

As propriedades termodinâmicas e de transporte de um

líquido podem seguir os polinômios propostos para os

gases

A faixa de temperatura correspondente a validade dos

dados deve ser colocada com cuidado

As regras de cálculo termodinâmico de duas fases devem

ser respeitadas quando gás e líquido estiverem presentes


Propriedades


Regressão linear por mínimos quadrados Para os dados termodinâmicos pode-se usar as rotina

prontas de regressão polinomial

Para os dados de transporte deve-se resolver o seguinte

sistema :

i

2

i

i

i

4

3

2

1

pontos2

2432

32

2i

2

μlnT

μlnT

μln

Tlnμln

b

b

b

b

nT

1

T

1Tln

T

1

T

1

T

1

T

TlnT

1

T

1

T

1

T

Tln

TlnT

Tln

T

TlnTln


Propriedades


Fluidos envolvidos Ar, deve ser tratado como uma mistura de N2, O2 e Ar

Gases de combustão, devem ser tratados como uma mistura de gases de queima contendo no mínimo N2, O2, Ar, CO, CO2 e H2O, cuja composição foi calculada por um modelo de equilíbrio químico ou de cinética química

Água e aditivos (líquido), o aditivo a base de monoetilenoglicol (40 a 50 % v/v) muda a temperatura de ebulição(+170 ºC) e solidificação(-35 ºC)

Óleo lubrificante (líquido), usar valores de propriedades para uma composição base


Propriedades

dos materiais do motor

Ligas em contato com os fluidos

Material Massa específica

(kg/m3)

Calor específico

(J/kg/K)

Condutibilidade

térmica (W/m/K)

Difusividade

térmica (m2/s)

Ferro fundido 7200 480 54 1,57x10-5

Alumínio 2750 915 155 6,2x10-5

Nitreto de silício 2500 710 10 2,8x10-6

Revestimento de Zirconia 5200 732 1,2 3,2x10-7


Bibliografia

Barros, J. E. M. Estudo de motores de combustão interna aplicando análise orientada a objetos. Belo Horizonte: Tese de Doutorado, Engenharia Mecânica, UFMG, 2003.

Giacosa, D. Motori endotermici. Milano: Hoepli, 15ª ed., 2000.

Gordon, S. et McBride, B. J. Computer program for calculation of complex chemical equilibrium composition, rocket performance, incident and reflected shocks, and Chapman-Jouguet detonations. NASA SP-273. Washington,D.C.: NASA, 1971.

Heywood, J. B. Internal combustion engine fundamentals. New York: McGraw-Hill, 1988.

Kreith, F. Princípios da transmissão de calor. São Paulo: Edgard Blücher, 1977.

McBride, B. J., Gordon S. et Reno M. A. Coefficients for calculating thermodynamic and transport properties of individual species. NASA Technical Memorandum 4513. Washington, D.C.: NASA, 1993.


Bibliografia

Perry, R. H. et Chilton, C. H. Chemical engineers’ handbook. 5ª ed.

Tokyo: McGraw-Hill, 1974. Shah, R. Compact heat exchangers. In: The CRC handbook of

mechanical engineering. Kreith, F. et Goswami, D. Y. (ed.). Boca Raton: CRC Press, 2ª ed., 2005.

Welty, J. R., Wilson, R. E. et Wilcks, C. E. Fundamentals of momentum heat and mass transfer. New York: John Wiley & Sons, 2ª ed., 1976.


ESTUDO DA


EM MOTORES




Sumário








Descrição

do sistema de arrefecimento

Funcionamento e componentes

Radiador de Óleo

Ra

dia

do

r

Bomba centrífuga


Ele

tro

ven

tila

do

r

Intercooler

Bomba de Óleo

Compressor

Água

Óleo

Ar comprimido

Ar

Ar

ECU

Motor

Válvula de alívio

de óleo

Válv. de

alívio de ar


Dimensionamento

Componentes principais (tipo) Radiador de água (trocador de calor compacto)

Bomba de água (bomba centrífuga)

Eletroventilador (ventilador)

Válvula termostática (termostato)

Intercooler (trocador de calor compacto)

Radiador de óleo (trocador de calor compacto)

Bomba de óleo (bomba de engrenagens)

Válvula de alívio de óleo (pressostato)


Dimensionamento

Metodologia Especificar faixas de operação

(normas, histórico, simulações e testes)

Avaliar as cargas térmicas, vazões e potências envolvidas

Para cada componente:

Especificar condições de operação

Dimensionar

Selecionar os componentes padrões mais próximos do especificado (superdimensionar) ou encomendar novo projeto (otimização)

Carros de Passeio Utilitários (Euro 3)

Temperatura máxima na entrada do radiador (K) 80 65

Aumento admissível de temperatura do ar no radiador (K) 35 15


Dimensionamento


Definições Coeficiente global de troca de calor U [W/(m2 K)]

médiaTAUQ

ccs

w

hsh

térmicas

hA

1

Ah

1R

Ah

1

hA

1

UA

1

R

1AU


Dimensionamento


Definições Diferença de temperatura média logarítmica

(DTML ou LMTD)


Dimensionamento


Definições Fator de correção para a DTML em função do arranjo de

fluxos do trocador de calor (F)

Razão adimensional de diferenças de temperaturas (P1)

Razão de capacidades térmicas (R1)


Dimensionamento


Definições Fator de correção para a DTML em função do arranjo de

fluxos do trocador de calor (F) para trocador de correntes

cruzadas de fluidos não misturados e um único passe


Dimensionamento


Definições Capacidade térmica [W/K] do fluido mais quente

Ch = mhcph

Capacidade térmica do fluido mais frio

Cc = mccpc

Número de unidades de transmissão de calor

(NUT ou NTU) = medida da eficiência termodinâmica do

trocador


Dimensionamento


Definições Efetividade do trocador de calor (ε) = quantidade real de calor

transferida / quantidade máxima de calor possível de ser

transferida


Dimensionamento


Metodologia Projeto

Objetivo: cálculo das dimensões físicas do trocador

Funcionamento

Objetivo: cálculo da temperaturas de saída do trocador

Procedimento iterativo assumindo as temperaturas de saída dos

fluidos de trabalho e recalculando estas temperaturas pelo

método da DTML ou pela efetividade


Bibliografia


Basshuysen, R. e Shäfer, F. Internal combustion engine handbook. Warrendale: SAE International, 2004.


Shah, R. Compact heat exchangers. In: The CRC handbook of mechanical engineering. Kreith, F. et Goswami, D. Y. (ed.). Boca Raton: CRC Press, 2ª ed., 2005.

Welty, J. R., Wilson, R. E. et Wilcks, C. E. Fundamentals of momentum heat and mass transfer. New York: John Wiley & Sons, 2ª ed., 1976.


ESTUDO DA


EM MOTORES




Sumário








Modelagem dinâmica do

sistema de arrefecimento

Objetivos

Prever a resposta no tempo das temperaturas do sistema de

arrefecimento e de lubrificação, ou seja, tempo de “warm-up”

Prever as temperaturas estabilizadas de funcionamento do

sistema de arrefecimento e de lubrificação para diferentes

regimes de carga no motor e velocidade do veículo

Prever alterações no desempenho do motor devido as

alterações nas temperatura da camisa de água e do óleo

Prever alterações nas condições de lubrificação devido a

alterações na temperatura do óleo


Modelagem dinâmica do

sistema de arrefecimento

Modelagem Usando a orientação a

objetos (OOA)

MOTOR ALTERNATIVO A

PISTÃO

TReciprocatingEngine

ALETAS

TFins

1

1

SISTEMA DE

RESFRIAMENTO

TIdealCoolingSystem

RESFRIAMENTO A AR

TAirCoolingSystem

RESFRIAMENTO A ÁGUA

TWaterCoolingSystem

VENTOINHA

TBlower

RADIADOR

TRadiator

BOMBA D'ÁGUA

TBomb

FLUIDO RESFRIANTE

TCoolingFluid

1

1

1 1 1

1

1

usa


Modelagem do circuito de água

Ra

dia

do

r

Bomba centrífuga


Ele

tro

ven

tila

do

r

Água

Ar

ECU

Motor

Modelos e parâmetros Motor (gerador de potência e

calor)

Bomba (consumidor de

potência e cria fluxo de água)

Eletroventilador (consumidor

de potência e cria fluxo de ar)

Válvula (limitador)

Radiador (trocador de calor)

Fluidos: Ar e água ou solução

de glicois


Modelagem do circuito de óleo

Bomba de Óleo

Óleo

ECU

Motor

Válvula de alívio

de óleo

Ar Modelos e parâmetros Motor (gerador de potência e calor)

Bomba (consumidor de potência e cria

fluxo de óleo)

Válvula (limitador)

Radiador (trocador de calor)

Fluidos: Ar e

óleo lubrificante


Modelagem do circuito de ar

Ra

dia

do

r

Bomba centrífuga

Válvula termostática E

letr

ov

enti

lad

or

Intercooler

Bomba de Óleo

Compressor

Água

Óleo

Ar comprimido

Ar

Ar

ECU

Motor

Válvula de alívio

de óleo

Válv. de

alívio de ar

Ar


Modelagem do circuito de ar

Carros de Passeio Utilitários (Euro 3)

Temperatura máxima na entrada do radiador (K) 80 65

Aumento admissível de temperatura do ar no radiador (K) 35 15

Modelos e parâmetros

Velocidade do veículo (cria fluxo de ar)

Ventilador (consumidor de potência e cria fluxo

de ar)

Válvula (limitador do turbo)

Radiadores e intercooler (trocadores de calor)

Fluidos: Ar


Modelo de carga do motor

MOTOR

COM DUAS ZONAS

TTwoZonesEngine

VOLANTE

TFlywheel

CARGA

TLoad

DINAMÔMETRO

TDynamometer

ESTRADA

TRoadLoad

HÉLICE

TPropeller

1

1

Modelos e parâmetros Cargas aplicadas ao motor:

Volante (filtro de rotação)

Dinamômetro (rotação constante)

Estrada ou trecho urbano (normas)

Hélice (polar de hélice)


Metodologia experimental para

o sistema de arrefecimento

Ensaios Prova estática (dinamômetro de rolo)

Norma A.T.B. (Air To Boil)

Medida de afastamento

do ponto de ebulição do

fluido (Tv) sob carga

A.T.B. = Tv – Th +Ta

Th = Temp. saída do motor

para o fluido de arrefecimento

Ta = temperatura ambiente

Prova dinâmica (pista)

Instrumentação: pressões, temperaturas e fluxo nos circuitos de

arrefecimento e de lubrificação (óleo)


Bibliografia


Basshuysen, R. e Shäfer, F. Internal combustion engine handbook. Warrendale: SAE International, 2004.


Giacosa, D. Motori Endotermici. Milano: Hoepli, 15ª ed., 2000.

Plint, M. et Martyr, A. Engine testing - theory and practice.Warrendale: SAE, 2ª ed., 1999.

Shah, R. Compact heat exchangers. In: The CRC handbook of mechanical engineering. Kreith, F. et Goswami, D. Y. (ed.). Boca Raton: CRC Press, 2ª ed., 2005.

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