Trabalho de Conclusão de Curso

Trabalho de Conclusão de Curso

(Parte 1 de 3)

Universidade Federal de Uberlândia

Curso de Graduação em Engenharia Mecânica Disciplina: Projeto de Fim de Curso

Desenvolvimento e teste de um sobre- alimentador elétrico para motores de combustão interna

Graduandos:

Gustavo Freitas Soares 1041176

João Paulo Cruz Portilho 1041167 Marcos José de Freitas 1042173

UBERLÂNDIA 2011

Universidade Federal de Uberlândia

Curso de Graduação em Engenharia Mecânica Disciplina: Projeto de Fim de Curso

Desenvolvimento e teste de um sobre- alimentador elétrico para motores de combustão interna

Graduandos:

Gustavo Freitas Soares 1041176

João Paulo Cruz Portilho 1041167 Marcos José de Freitas 1042173

Relatório do Projeto de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Uberlândia como requisito para a conclusão da disciplina de Projeto de Fim de Curso.

_ Prof. Dr. José Antônio Ferreira Borges (Orientador)

UBERLÂNDIA 2011

Universidade Federal de Uberlândia

Curso de Graduação em Engenharia Mecânica Disciplina: Projeto de Fim de Curso

_ Prof. Dr. José Antônio Ferreira Borges (Orientador)

_ Prof. MSc. Edsonei Pereira Parreira

_ Prof. Dr. Marcos Morais de Souza (Colaborador)

Uberlândia, 18 de janeiro de 2011. Resultado _.

Agradecimentos

À Universidade Federal de Uberlândia e a Faculdade de Engenharia Mecânica pela oportunidade de realizar este curso de graduação de excelência.

Ao nosso professor orientador prof. Dr. José Antônio Ferreira Borges pela ajuda, paciência e colaboração durante toda a elaboração do projeto.

Ao Prof. Dr. Marcos Morais de Souza, pela ajuda, paciência, colaboração e por ter aceitado o convite de participar da banca.

Ao Prof. MSc. Edsonei Pereira Parreira, por ter aceitado o convite de participar da banca.

Ao Mestrando e grande amigo Edson Alves Jr pela ajuda no projeto. Aos nossos Pais pelo apoio e presença e em especial a DEUS que nos dá condições de alcançarmos nossos objetivos. Aos demais colegas que nos ajudaram com idéias e soluções.

Resumo

Soares, G. F., Portilho, J. P., Freitas, M. J.. Desenvolvimento e teste de um sobrealimentador elétrico para motores de combustão interna, 2011, Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade Federal de Uberlândia, Faculdade de Engenharia Mecânica, Uberlândia.

Este trabalho tem como principal objetivo estudar uma forma alternativa de aumentar a vazão de ar para o interior da câmara de combustão de um motor de combustão interna do ciclo otto de 4 tempos utilizado em um veículo automotor. Para esta finalidade é utilizada uma turbina com acionamento elétrico buscando melhorar o desempenho global do motor através do aumento da sua eficiência volumétrica.

Abstract

Soares, G. F., Portilho, J. P., Freitas, M. J.. Development and testing of an eletric charger for internal combustion engines, 2011, Work of Course Conclusion, Universidade Federal de Uberlândia, Faculdade de Engenharia Mecânica, Uberlândia.

This work have as objective the study of an alternative way of increasing the air flow into the combustion chamber of an internal combustion engine otto cycle 4 stroke used in vehicles. For this purpose will be used one electric ducted fan to improve the overall performance of the engine by increasing its volumetric efficiency.

Introdução8
Objetivos9
Equipamentos utilizados1
Condições Iniciais122
Desenvolvimento do sistema de sobre alimentação144
Procedimento experimental233
Resultados e Discussões266

Sumário Conclusão ................................ ................................ ................................ .......................... 299

Introdução

Desde a criação dos motores do ciclo Otto, engenheiros, designers de motores e fanáticos por velocidade procuram meios de desenvolver motores maiores ou mais potentes que possam render mais e melhor. Entretanto motores grandes são mais caros e pesados, sendo este último fator um grande empecilho para sua utilização.

Existem outras formas de se aumentar a potência de um motor de combustão interna sem que se recorra ao aumento de cilindrada. Dentre elas podemos citar o soprador tipo blower e o uso de turbo compressor centrífugo. Entretanto, ambos os sistemas implicam em alto custo de implantação e exigem alto grau de adaptações que por sua vez podem gerar falhas e consumir parte da potência gerada. Outro inconveniente destes sistemas é a demora na resposta entre a solicitação de potência e o pleno funcionamento do equipamento.

Usualmente os automóveis saem de fábrica com motores que possuem baixa eficiência volumétrica, ocasionada por perdas na admissão devido a curvas no coletor, estreitamento de dutos e válvulas dentre outros.

Uma forma simples e eficaz de aumentar o rendimento de um motor, e desta forma proporcionar ganho de potência, é através do aumento da sua eficiência volumetria; que é dada pela relação entre o volume de mistura ar-combustível que cada cilindro admite e sua capacidade volumétrica nominal.

A eficiência volumétrica varia com a rotação. Um motor que tenha 60% de eficiência em marcha-lenta pode ter 75% de eficiência a 3.0 RPM e mesmo 5% de eficiência a 6.0 RPM. Isso acontece porque a velocidade do fluxo de admissão aumenta em função da rotação, aumentando também as perdas devido ao tipo de escoamento. Mas, em rotações muito baixas, o fluxo não possui inércia suficiente para iniciar a entrada nos cilindros rapidamente quando a válvula se abre, perdendo também eficiência.

Na preparação de motores, o objetivo é na maioria das vezes fazer o motor ter maior potência ou torque o que quase sempre envolve fazer o motor queimar uma quantidade maior de mistura. Desta forma os motores preparados têm em geral sua eficiência volumétrica aumentada, assim uma quantidade maior de mistura pode ser queimada. Quanto maior o aumento na eficiência, maior o aumento de potência e torque do motor.

9 Objetivos

Tendo por base a busca por uma melhor eficiência volumétrica com o mínimo de adaptações mecânicas possível, a fim de que todo o ganho gerado seja visto como acréscimo sem perdas no motor ou no escape, decidiu-se pela introdução de um “turbo fan elétrico”, (utilizado em aeromodelismo) no sistema de admissão de um carro a fim de obter um aumento gradual de potencia de acordo com a necessidade do motorista.

Como a alimentação de todo o sistema será via parte elétrica, espera-se reduzir as perdas ocasionadas na admissão e com isto melhorar a eficiência volumétrica do motor. Este aumento de potência terá como custo apenas a geração da energia elétrica necessária ao acionamento do turbo fan pelo alternador do veículo. Uma vez que os alternadores e motores elétricos apresentam elevado rendimento quando comparados aos seus equivalentes mecânicos, o aumento de potência no motor e o conseqüente ganho de desempenho no veículo podem ser associados ao aumento da eficiência do conjunto.

Com a utilização do sobrealimentador elétrico não espera-se que ocorra um aumento no volume da mistura admitida acima da sua capacidade nominal, que no caso do teste seria de 1600 centímetros cúbicos, mas sim garantir que o volume admitido seja próximo do nominal em todos os regimes de rotação (em carga máxima), o que teoricamente deixaria o motor com uma eficiência volumétrica constante de 100%. Como a rotação onde ocorre o máximo torque do motor é também a rotação onde sua eficiência volumétrica é maior, espera-se que a curva Torque x RPM dada pelo dinamômetro seja uma curva que atinja rapidamente seu ponto de máximo, e que permaneça constante até atingir rotação próxima do limite do motor, sofrendo então uma queda acentuada.

O sobrealimentador foi instalado em um automóvel FIAT Palio 1.6 16V. É sabido que motores que possuem 4 válvulas por cilindro apresentam maior eficiência volumétrica que motores com 2 válvulas (em média 75% de eficiência máxima contra 50% respectivamente). Apesar dos motores de 4 válvulas por cilindro apresentarem torque máximo bem mais elevado que seus equivalentes de 2 válvulas, a sua curva característica apresenta formato desfavorável ao uso urbano. Isto acontece porque sua máxima eficiência e torque ocorrem em alta rotação em função da necessidade de explorar as características de inércia e velocidade dos gases de admissão e escape. Operando em alta rotação geralmente ocorre desgaste prematuro do motor. O uso de um sobrealimentador elétrico nos moldes deste trabalho permite em tese melhorar o perfil da curva de torque através da ampliação da faixa de torque elevado no sentido de deslocá-la para rotações mais baixas, rotações estas que são muito utilizadas no trânsito urbano e também em rodovia quando em velocidade de cruzeiro.

Dispõe-se neste trabalho de sensores do dinamômetro para medição de pressão no coletor, carga e rotação nas rodas, instrumentos do próprio automóvel como tacômetro e também um scanner eletrônico externo tipo Rasther TM526/EX, além de equipamento próprio para monitoramento do motor elétrico da turbina, para uma completa aquisição de dados.

1 Equipamentos utilizados

Automóvel FIAT Palio ano 1999 completo Motorização Fiasa 1.6L 16 válvulas

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