UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

FACULDADE DE ENGENHARIA DE TUCURUÍ

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

LISTA DE EXERCÍCIOS – SISTEMAS TÉRMICOS 1

Prof. Msc. Ronaldo Moura

CARLOS AUGUSTO DA SILVA E SILVA - 08133001918

GUSTAVO BARATA DE BRITO - 10133001018

JOSÉ EDVALDO PRATA NETO - 09133001518

THALES DE SOUZA TEIXEIRA - 10133002218

Tucuruí14/10/2013

Questões – Propriedades dos Motores

1) Um motor de 6 cilindros e 4 tempos ensaiado em dinamômetro a 4000 rpm

forneceu a indicação de uma força de 34 kgf e apresentou um consumo

específico de 0,240 kg/CV.h . O braço do dinamômetro mede 0,8m. Na mesma

rotação, o motor de combustão, acionado pelo dinamômetro, apresentou

indicação de força de 9,0 kgf. A cilindrada do motor é de 4 litros e a relação

combustível-ar medida foi 0,08. Determinar:

a) Potência efetiva

b) Potência indicada

c) Eficiência mecânica

d) Eficiência global

e) Eficiência térmica

f) Massa de ar consumida por hora

g) Eficiência volumétrica Sabendo: condições de entrada do ar: p=1 kgf/cm2, T=

27°C e pci=10.000 kcal/kg

2) Numa corrida de Fórmula 1 deseja-se limitar a potência a 600 cv (441 kW).

Sabe-se que na tecnologia atual os motores Otto a 4T podem ter durabilidade

durante o tempo da corrida, desde que se limite a pressão média efetiva a 15

kgf/cm2 (14,7 bar) e a rotação a 17.000 rpm. Qual deverá ser o limite de

cilindrada, em litros, estabelecido pelo regulamento?

14,7 ¿̄ 441kW x 1200V litros x17000 rpm

17000 xV litros=441x 120014,7

17000 xV litros=36000

V litros=3600017000

V litros=2,12Litros

Questões – Combustão Motores Alternativos

3) Qual é a diferença básica entre processo de ignição em um motor de ignição

por faísca e em um motor de ignição espontânea?

Enquanto o motor de ignição por faisca (gasolina), funciona com a taxa

de compressão que varia de 8:1 a 12:1, no motor no motor de ignição

espontânea(diesel) esta varia de 15:1 a 25:1. Daí a robustez de um

relativamente a outro.

O motor de ignição por faisca admite (admissão - 1º tempo) a mistura

ar/combustível para o cilindro, o motor de ignição espontanea aspira

(aspiração 1º tempo) apenas ar.

4) Por que um motor de ignição por faísca, usando seus combustíveis usuais, não

pode ser operado com ignição espontânea ou por compressão?

Devido a uma taxa de compressão considerada baixa para que possa

haver ignição espontânea.

5) Por qual motivo as razões de compressão em motores de ignição espontânea

são consideravelmente maiores dos que aquelas presentes em motores de

ignição por faísca? Por que no motor de ignição centelha, com mistura

homogênea, não se utilizam taxas de compressão muito altas?

a) Devido a necessidade de elevação da temperatura do combustível utilizado

que e mais pesado que a gasolina;

b) Devido o processo de queima do combustível ser por centelha, não ha

necessidade de uma taxa de compressão elevada.

6) Por que no motor Diesel não se pode atingir as mesmas rotações que podem

ser atingidas no motor Otto?

O regime de rotações de um motor diesel é limitado pelas características

do ciclo de queima do motor. A queima ocorre durante a descida do pistão, e

não em um curto espaço de tempo como nos motores a álcool e gasolina, pois

o diesel explode por pressão e não por causa da centelha (faísca) das velas.

7) Na tecnologia atual os motores Otto a 4T, no ponto de potência máxima, podem

atingir uma pressão média efetiva de 9 kgf/cm2, numa rotação de 6000 rpm e

um consumo específico, a plena carga, de 0,32 kg/CV.h de etanol (pci = 5.800

kcal/kg; ρ=0,8 kg/L).

a) Qual a cilindrada em 3 cm para se obter uma potência de 120 cv?

b) Se um automóvel nessa condição alcança uma velocidade de 160 km/h, quantos

km poderá percorrer com 1L de etanol?

8) O engenheiro deseja projetar um motor de 2 L com 4 cilindros que tenha no

ponto de máxima potência a rotação de 6.000 rpm. Baseado nos dados

anteriores (ver questão 7), vai dimensioná-lo com 4 válvulas por cilindro, duas de

admissão e duas de escape.

a) Qual o diâmetro das válvulas de admissão?

b) Qual a potência máxima espera do motor?

Questões – Elementos dos Motores Alternativos

9) Um projetista deseja fazer um carro de alta performance. Quanto à relação entre

diâmetro e curso do pistão você indicaria um motor: Quadrado, Subquadrado ou

Superquadrado? Justifique a resposta.

O motor indicado seria o superquadrado com a relação cursor <

diâmetro. Esse tipo de motor e utilizado em carro de competição pelo seu alto

desenho, sua relação cursor < diâmetro permite que o motor trabalhe a altas

rotações com grande eficiência volumétrica.

10) Qual é principal diferença entre um motor aspirado e um motor sobre

alimentado? Cite vantagens e desvantagens de cada u m destes.

Motor aspirado, é aquele que através do movimento dos seus pistões,

aspira para o interior do cilindros a mistura ar- combustível, já no sobre-

alimentado, esta tarefa é executada por uma turbina, ou seja, é ela quem

empurra para dentro do motor, sob pressão, a mistura ar-combustível.

MOTOR ASPIRADO:

Vantagens:

- Menor risco de quebra da transmissão;

- Melhor tração em saída de curvas, devido torque mais baixo;

Desvantagens:

- Menor potência do motor;

- Altas velocidades, um motor aspirado normalmente não rende tanto quanto

um propulsor turbo com deslocamento equivalente.

MOTOR SOBREALIMENTADO:

Vantagens:

- Maior potência do motor;

- Eficiência na aceleração e retomadas.

Desvantagens:

- Devido ao alto torque gerado, quebra com maior facilidade componentes da

transmissão;

- possibilidade de perder tração devido a falha no turbo - compressor;

- Custo do sistema.

Questões – Combustão Industrial

11) O que é diâmetro médio de gota? Para que serve calcular o mesmo?

O diâmetro médio da gota serve para controlar a quantidade de

combustível que será injetado para o processo de combustão, e muito

importante no controle da taxa de compressão em função da queima do

combustível.

12) Descreva o processo de nebulização de combustível líquido. Qual a finalidade

deste processo?

a) Este processo pode ser descrito como a divisão do líquido gerando

uma névoa de pequenas gotas, denominado nebulização (atomização), que

posteriormente mistura-se ao comburente (ar na maioria das vezes),

proporcionando condições para a combustão, que ocorre ao nível das gotas.

b) A finalidade do processo de nebulização do combustível é a divisão

do líquido em gotas de menor tamanho possível, gerando um fino ‘’spray’’ (5

μm < d < 500 μm). A divisão proporciona um aumento significativo da área de

contato entre combustível e comburente e como decorrência um aumento nas

taxas de evaporação e combustão que ocorrem na interface líquido-gás.

13) Qual a influência da Viscosidade e da Tensão superficial no diâmetro médio de

gota?

A viscosidade tem maior influência que a tensão superficial no

tamanho da gota pelo fato das forças de cisalhamento predominarem sobre as

forças de tensão superficial, o que geralmente acontece quando se tem

escoamento com grande gradientes de velocidades como no caso da interface

entre o fluido auxiliar e o líquido.

14) Que combustível tem maior poder calorífico? Óleo BPF 1A, ou gasolina?

O óleo BPF 1A tem maior poder calorífico que a gasolina.

Poder

Calorífico

Gasolina 8,325 Kcal/l

Óleo Combustível 1A 10,130 Kcal/Kg

15) Você foi designado a substituir o combustível de um forno industrial, localizado

em uma indústria no Sul do Pará, que atualmente opera com Diesel (devido ao

custo muito elevado do mesmo). Quais combustíveis você consideraria e quais

você descartaria para fazer a substituição. Justifique a resposta.

Os fornos industriais podem ter combustíveis industriais em forma

líquida, gasosa e sólida. Por este forno operar atualmente com um

combustível líquido, temos as opções de substituir por óleos combustíveis

que são especificados com base em teores de enxofre e faixas de viscosidade.

Os mais indicados para fornos e caldeiras são os ultra-viscoso, são

considerados assim os óleos, a partir dos tipos 3 A/B até os tipos 9 A/B. Com

base no poder calorífico (tabela abaixo) pode-se escolher o tipo 3A/B.