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Carlos Alberto Breda
ESTIMATIVA DA POTÊNCIA DOS MOTORES DE COMBUSTÃO
TRATORES E MOTORES
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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.
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Tipos de potências
TEÓRICA: considera que todo calor é convertido em energia mecânica;
INDICADA: considera as perdas caloríficas;
EFETIVA: considera perdas caloríficas e mecânicas.
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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.
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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)
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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.
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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.
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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.
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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;
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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,dm.kcal,pp
pc = poder calorífico do gás, kcal.kg-1;da = densidade absoluta do gás, kg.m-3.
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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.
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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
771,0631.9p
3m.kg771,02,16425,0d
)2(10164352,1491.12771,063,8P 3T
kw77,96PT
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Fonte: http://www.webcalc.com.br/frame.asp?pag. Acesso em: 30 jun. 2008.
Transformação de unidadesTransformação de unidades
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Potência indicada Estimada a partir da pressão
na combustão, características dimensionais e de funcionamento do motor.
nNALP1P cI
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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.
nNALP1P cI
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Potência indicada em cv
7560100nNALP1P 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.
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Potência indicada em kw6
c)kw(I 10634442,1nNALP1P
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.
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Potência efetiva em cv3
)cv(E 10396263,1NTOP
PE= potência efetiva, cv; TO = torque no motor, m.kgf; N= rotação do motor, rpm.
m.kgf = 9,80665 N.mcv = 0,7354988 kw
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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.mcv = 0,7354988 kw
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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
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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.
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Exemplo Dispondo dos dados apresentados
anteriormente. Calcular a reserva de torque do motor.
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RENDIMENTOS DE MOTORES TÉRMICOS Rendimento térmico, RT
T
I
PPRT
PI=potência indicadaPT=potência teórica
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Rendimento mecânico, RM
I
E
PPRM
PE=potência efetivaPI=potência indicada
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Rendimento termo-mecânico
T
E
PPRTM
PE=potência efetivaPT=potência teórica
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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
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Variação do torque, potência e consumo de combustível em função da rotação do motor
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FIM