Realizar a Atividade de Motores de de Combustão Interna

Sistemas de propulsão Prof WA Fontana Valor 10 pontos Nome Nota 1 Você é o Chefe da Equipe e participará de uma competição em uma pista de asfalto Nesta competição o veículo possui 1414 kgf de peso bruto total coeficiente de arrasto de 028 e possui 18 m de largura por 155 m de altura Em análises do circuito ao nível médio do mar verificouse que a temperatura ambiente prevista para as provas é de 38C assim como a velocidade máxima na reta dos boxes pode atingir 270 kmh rampa de 0 com o limite de rotações do motor em 7000 rpm A sua equipe sabe que a eficiência do sistema de transmissão é de 96 O parâmetro k razão de calor específico será de 115 e a pressão no cilindro deverá ser de no máximo 110 bar em função da resistência do material do bloco Como Engenheiro responsável pelas configurações do veículo de forma que ele seja competitivo você precisará i Elaborar a curva de potência necessária x velocidade ii Determinar a cilindrada diâmetro e curso dos pistões a taxa de compressão e a configuração do motor iii Determinar o combustível que será usado justificando iv Descrever o sistema de alimentação de combustível que será usado componentes em um diagrama v Se for empregado um percurso em pista de areia qual será a velocidade máxima que o seu veículo desenvolverá 2 O significa proconve Em que estágio o programa se encontra Quais os requisitos para homologação de um veículo pelo programa 3 O que é Arla 32 e porquê é empregado 4 O que é o sistema de injeção common rail em veículos a diesel e quais as características do sistema 5 Quais as diferenças entre os sistemas de alimentação por carburador injeção indireta e injeção direta de combustível Quais as características e sistemas de cada um deles Página 1 de 1 Sistemas de propulsão Prof WA Fontana Valor 10 pontos Nome Nota 1 Você é o Chefe da Equipe e participará de uma competição em uma pista de asfalto Nesta competição o veículo possui 1414 kgf de peso bruto total coeficiente de arrasto de 028 e possui 18 m de largura por 155 m de altura Em análises do circuito ao nível médio do mar verificouse que a temperatura ambiente prevista para as provas é de 38C assim como a velocidade máxima na reta dos boxes pode atingir 270 kmh rampa de 0 com o limite de rotações do motor em 7000 rpm A sua equipe sabe que a eficiência do sistema de transmissão é de 96 O parâmetro k razão de calor específico será de 115 e a pressão no cilindro deverá ser de no máximo 110 bar em função da resistência do material do bloco Como Engenheiro responsável pelas configurações do veículo de forma que ele seja competitivo você precisará i Elaborar a curva de potência necessária x velocidade ii Determinar a cilindrada diâmetro e curso dos pistões a taxa de compressão e a configuração do motor iii Determinar o combustível que será usado justificando iv Descrever o sistema de alimentação de combustível que será usado componentes em um diagrama v Se for empregado um percurso em pista de areia qual será a velocidade máxima que o seu veículo desenvolverá 2 O significa proconve Em que estágio o programa se encontra Quais os requisitos para homologação de um veículo pelo programa 3 O que é Arla 32 e porquê é empregado 4 O que é o sistema de injeção common rail em veículos a diesel e quais as características do sistema 5 Quais as diferenças entre os sistemas de alimentação por carburador injeção indireta e injeção direta de combustível Quais as características e sistemas de cada um deles 1 i Para o cálculo de potência necessária x velocidade é usado como base a ideia apresentada no livro Motores de combustão interna onde é calculado a potência necessária para que o veículo esteja a uma velocidade específica levando em conta a força de arrasto e as perdas da transmissão do veículo A potência é dada por 𝑇 𝐹 𝑎𝑒𝑟𝑜𝐹 𝑟𝑜𝑙𝑣 onde 𝐹 𝑎𝑒𝑟𝑜𝜌 𝐶𝑑 𝐴 𝑣 2 2 que é a força de arrasto e Página 1 de 4 𝐹𝑟𝑜𝑙𝑚𝑔 𝐶𝑟 que é a força de rolamento do veículo foi usado o valor de 0015 como coeficiente de rolamento valor médio para veículos de alto desempenho Os valores encontrados estão tabelados abaixo e também o gráfico da potência necessária x velocidade Fatores como o ângulo da pista foram desprezados para o cálculo de rolamento visto que a pista é plana e não há necessidade de incluir esse dado na fórmula Veloci dade kmh Potê ncia HP 30 262 60 699 90 1488 120 2804 150 4823 180 7720 210 11671 240 16852 270 23438 Página 2 de 4 ii O cálculo de cilindradas do veículo parte da eq 𝑉 𝜋 𝑑 2𝑐 4 𝑁 para o cálculo foi considerado os valores típicos e configurações de motor para veículos de alto desempenho Para veículos que necessitam de elevados valores de potência para atingir altas velocidades foi escolhido um motor quadrado com diâmetro de 86 mm e curso de 86mm chegando ao valor de 3 l de cilindrada valor típico para veículos que operam nessas condições A taxa de compressão do motor é dada por 𝐶𝑟 𝑉𝑝𝑚𝑖 𝑉𝑝𝑚𝑠 com a configuração desejada a taxa de compressão do motor é igual a 121 A configuração do motor escolhida foi a V6 pois quando comparado a configuração de 4 cilindros encontramos uma menor taxa de vibração curva de potência mais linear produção de mais potência e torque e sendo mais indicado para altas rotações como por exemplo a rotação máxima de 7000 RPM Com isso temse a potência necessária para as condições de operação e mantém uma boa eficiência sem comprometer a dinâmica da pista iii O combustível escolhido para o veículo é a gasolina de alta octanagem com valores de acima de 95 RON Pois gasolina com alta octanagem mitiga o processo indesejado de detonação ou batida de pino que ocorre quando o combustível atinge a pressão de auto ignição podendo causar danos aos cilindros do motor Com isso conseguese operar o motor com altas temperaturas e com altas taxas de compressão o que auxilia com a potência exigida do veículo A gasolina é escolhida em detrimento ao diesel e ao álcool por ser um combustível com grande poder calorífico apresentando uma grande eficiência energética com a sua queima que é superior a do álcool e inferior ao diesel E por ser um combustível utilizado em motores que necessitam operar em alta rotação como motores do ciclo otto que é o inverso do que se esperar em motores do ciclo diesel onde temse grande potência porém a baixas rotações v A velocidade máxima do veículo sofre alteração considerando a pista arenosa pois a resistência ao rolamento é maior do que comparado a pista com asfalto Valores típicos do coeficiente para pista com areia são entre 02 e 03 os valores variam a depender da profundidade da areia e também da compactação logo será adotado o valor médio entre esses valores médios para se calcular a velocidade máxima Partindo da potência máxima necessária calculada para a pista de asfalto de 234 HP e usando a mesma fórmula porém substituindo o coeficiente de arrasto para 025 Velo cida de km h Potênc ia Necess ária HP 30 3900 60 7949 90 12295 120 17086 150 22471 180 28599 210 35619 240 43678 270 52926 Observamos que a potência necessária para manter a velocidade máxima de 270 kmh praticamente dobrou devido a maior resistência ao rolamento da pista de areia A velocidade máxima considerando a potência de 234 HP é aproximadamente 150 kmh cerca de 44 menor do que para o asfalto 2 O proncove é o programa de controle da poluição do ar por veículos automotores sendo um programa determinado pelo IBAMA com a finalidade de procurar maneiras de gerir e mitigar emissão de poluentes na atmosfera de veículos Essa gestão da emissão de poluentes possui como pilar a padronização de emissão de gases poluentes como o monóxido de carbono e óxido de nitrogênio por exemplo Sendo um padrão a ser seguido por montadoras e fábricas de automóveis O programa possui oito fases que estão sendo implementadas sucessivamente desde 1986 De lá pra cá foram estabelecidos limites máximos para NOx e material particulado que foram ficando mais rigorosos a cada fase estabelecidos limites de ruído do veículo em aceleração ou em repouso e incentivo do uso do arla 32 Atualmente o programa chegou ao seu último estágio a P8 Com isso veículos a Página 3 de 4 diesel tem a necessidade de se adequarem e combinarem o sistema SCR e EGR ambos para reduzir a emissão de poluentes A atual fase tem como meta reduzir cerca de 80 da emissão de NOx e metade da emissão de material particulado quando comparado a fase anterior Para homologar um veículo de acordo com o PROCONVE é necessário realizar teste de emissão de poluentes no veículo afim de verificar se está dentro da faixa estabelecida pelo programa deve possuir um sistema OBD que comunica ao motorista sobre falhas que possam ocorrer e aumentar o nível de emissão possuir embarcado no veículo catalisador de três vias e filtros de partículas e operar com combustível com baixo nível de enxofre 3 O ARLA 32 agente redutor líquido automotivo é uma solução aquosa que contém 325 de ureia técnica de alta pureza em água desmineralizada conforme NBR ISO 22241 O ARLA é injetado no escapamento dos veículos que possuem a tecnologia SCR que serve para reduzir a emissão de NOx onde ao se combinar o NOx e a solução de ARLA o resultado é vapor de água e gás nitrogênio que possuem um impacto muito menos significativo quanto ao NOx Com seu uso estimase que reduza cerca de 98 de emissão de NOx para a atmosfera 4 O sistema de injeção commom rail é um sistema de injeção direto de combustível em alta pressão Quando comparado ao sistema tradicional em que o cilindro possui sua própria bomba de injeção o sistema commom rail possui um único cilindro que distribui igualmente combustível aos cilindros trazendo mais precisão e eficiência na alimentação O sistema é composto por uma bomba de alta pressão o rail injetores eletrônicos e unidade de controle ECU A bomba é o componente responsável por produzir pressão no sistema e direcionar ao rail geralmente operando entre 1600 e 2500 bar Essa alta pressão serve para injetar combustível de forma mais eficiente pois melhora a mistura ar combustível O rail é o componente que funciona como um reservatório para o combustível pressurizado e o distribui aos injetores Os injetores eletrônicos são responsáveis por injetar combustível na câmara de combustão do motor esse sistema é controlado pela ECU trazendo mais precisão no tempo e quantidade correta a ser injetado As unidades de controle ou ECU são responsáveis por controlar o sistema de alimentação alterando a quantidade de combustível injetado o tempo e frequência de abertura de acordo com a rotação do motor carga e temperatura de operação 5 Um motor que utiliza o carburador em seu sistema de alimentação tem sua mistura ar combustível misturados antes de chegar a câmara de combustão O carburador usa uma diferença de pressão para sugar o combustível e misturálo com o ar Seu sistema de funcionamento é mecânico sendo constituido de válvulas agulhas e venturis para controlar a quantidade de combustível Porém tem suas desvantagens quando comparado ao sistema de injeção pois tem baixa precisão na mistura de ar combustível oscilando o consumo ao longo do tempo consomem mais combustível A sua principal vantagem quanto ao injetor é que possuí um baixo custo de aquisição e de manutenção A injeção indireta de combustível veio em seguida ao uso do carburador porém agora ao invés da mistura ser realizada no carburador e depois direcionado a combustão o sistema de injeção indireto realiza a mistura dentro do coletor de admissão O seu funcionamento é eletrônico o que trás mais precisão no combustível utilizado durante o funcionamento do motor o que resulta numa maior economia de combustível e menos emissão de poluentes Porém quando comparada ao sistema de injeção direta a eficiência desse método é menor por realizar a mistura de ar combustível fora da câmara de combustão acarretando em uma dispersão menos eficiente do combustível sendo necessário utilizar mais A injeção direta a mais eficiente entre os outros dois modelos anteriores tem como característica uma alimentação da mistura ar combustível diretamente na câmara de combustão o que resulta em uma mistura mais homogênea e eficiente Essa maior eficiência tem como base a alta pressão na qual é descarregado o combustível na câmara produzindo uma mistura com partículas menores de combustível o que gera uma combustão mais eficiente Por ser mais eficiente tem como outro ponto forte a redução da emissão de poluentes quando comparado aos modelos anteriores Seu principal defeito em relação aos demais é que seu custo de manutenção e fabricação são maiores gerando um impacto no valor do carro devido a presença de equipamentos eletrônicos e componentes de alta precisão Página 4 de 4