Um motor de
de cilindrada, de quatro cilindros, quatro tempos, é testado num dinamômetro hidráulico à rotação de 2.000 rpm e o torque lido é
. No teste de consumo pelo método das pesagens, verificou-se que 145 g de combustível de
são consumidos em 66 s . A relação combustível-ar é 0,06. Desligando-se sucessivamente as velas de cada cilindro, uma de cada vez, os torques lidos são: 8,
m.kgf, mantida a rotação de 2.000 rpm. Pede-se: e) A quantidade de calor perdida globalmente nos gases de escapamento, água de resfriamento, irradiação para o ambiente e combustão incompleta (kcal/s).
Passo 1
Beleza, vamos lá! Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um motor sendo testado e queremos descobrir quanto de calor está sendo perdido nas diferentes partes do motor, como nos gases de escapamento, na água de resfriamento, na irradiação para o ambiente e na combustão incompleta. Para isso, vamos usar conceitos de termodinâmica e consumo de combustível.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade total de combustível consumido por segundo. Sabemos que foram consumidos 145 gramas de combustível em 66 segundos. Então:
Passo 3
Agora, vamos calcular a energia total liberada pelo combustível por segundo. Usamos o Poder Calorífico Inferior (PCI), que é 10.600 kcal/kg. Primeiro, convertendo gramas para quilogramas:
Então, a energia liberada por segundo é:
Passo 4
Sabemos que nem toda essa energia é transformada em trabalho útil; parte é perdida. O trabalho útil está relacionado ao torque e à rotação do motor. Primeiro, vamos calcular a potência mecânica produzida pelo motor.
A potência (
) pode ser calculada usando a fórmula:
Onde:
-
é o torque em -
é a rotação em rpm
Dado que o torque lido é 11,9
e a rotação é 2000 rpm:
(Observação: Nesse contexto, a unidade de potência parece estar errada. Normalmente, potência é medida em watts ou cavalos-vapor. Pode ser necessário ajustar as unidades conforme o contexto real.)
Passo 5
Agora, vamos calcular a potência total fornecida pelo combustível e a potência útil do motor. A diferença será a quantidade de calor perdida.
Esse resultado negativo indica que há algo errado nos cálculos, possivelmente na conversão das unidades de torque para potência.
Passo 6
Vamos corrigir isso. A unidade correta de potência em termos de torque e rotação deve ser em watts. Primeiro, converter
para Newton-metros:
Então,
Agora, calculamos a potência em watts:
Convertendo para kcal/s (1 W ≈ 0,000239 kcal/s):
Passo 7
Agora, recalculamos o calor perdido:
Resposta
A quantidade de calor perdida globalmente é aproximadamente 17,49 kcal/s.