Transferencia de calor em um carro

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1° Transferência do fluxo de calor “Motor x Piloto”

A transferência de calor ou fluxo é dada pela q”conv e o q”rad que o motor emite. Segundo estudos, estimasse que um motor de combustão interna tenha eficiência em volta de 25-30%, sendo os outros 70% dissipada. Esta potência dissipada é igual ao calor transferido por convecção ao ar.
Então, do valor total de potência fornecida, 30% são detrabalho efetivo. E desta potência efetiva que vamos descobrir a seguir, o quanto é emitido de calor do bloco do motor para a estrutura Firewall, passando pelo banco até chegar ao piloto. Usaremos o valor do rendimento do motor na taxa de 30%, já que para os cálculos serão considerados um motor novo usando combustível de alta octanagem. Mas antes vamos aos dados dos materiais.

Dados dosMateriais:

A seguir listaremos os materiais em que interferirão no fluxo de calor entre motor e piloto.

→ Motor: Briggs & Stratton

CILINDRADA: 305 cc

POTÊNCIA: 10 HP

Nº CILINDROS: 1

DIÂMETRO DO CILINDRO: 79,2 mm

CURSO DO PISTÃO: 62,0 mm

CAPACIDADE DO TANQUE: 3,8 l

VÁLVULAS: OHV

FILTRO DE AR: Duplo (Espuma e Papel)

LUBRIFICAÇÃO: Splash

CAMISA: Bloco de Ferro FundidoDIMENSÕES: (0,390x0,417x0,313)m

PESO: 23,4 kg
→ Estrutura Corta Fogo: Firewall

Após ter sido realizado pesquisa sobre o melhor metal para a estrutura Firewall para o projeto BAJA-SAE, chegamos à conclusão que seria o Magnésio. Devido a sua baixa condutividade térmica (k=156 W/m.K) em relação a sua densidade que é de aproximadamente 1740 kg/m³, mas seria muito vantajoso devido ao seu altocusto. Uma chapa de dimensões (cxLxe)= (0,9x0,6x0,001)m , tem custo perto de R$750,00.
Para o caso, o melhor custo-benefício para o projeto seria o alumínio de liga comercial 2024-T6, que tem baixa densidade (2770 kg/m³) e baixa condutividade térmica (k=177 W/m.K). O custo é de R$299,00 para uma chapa de dimensões(cxlxe)= (2,0x1,0x0,007)m.
Atendendo a Emenda 3, 01/Fev./2012 do RegulamentoBAJA-SAE Brasil – Capitulo 7 – Requisitos Mínimos de Segurança. As dimensões são:
* Espessura= 0,7mm
* Altura= 900 mm
* Largura= 500 mm

→ Banco: By DFM Racing
> Produto Fabricado em Fibra de Vidro com design que contribui na qualidade e durabilidade do produto;
> Único com bordas de acabamento nos orifícios do cinto, evitando assim que o mesmo fique em atrito com a fibra o queevita danos ao cinto.
> Cada unidade pesa em torno de 5 Kg, com espessura que varia de 4 mm a 5 mm.
> Fabricado com mão de obra qualificada e as melhores matérias primas, resultando em um produto com muita qualidade e resistência.

Cálculos:
1° Devemos encontrar a temperatura na superfície da estrutura Firewall. Para isso usaremos a fórmula de pera de calor por radiação.
→ q”rad = Ԑ .σ . (Ts⁴ - Tviz⁴)
Neste caso o motor não é emissor direcional, portanto ele emite radiação por toda sua área superficial, então devemos considerar apenas a área exposta à estrutura.



q”rad

Logo para o moto:
→ 2 . (0,39 x 0,417)m = 0,32526m²
→ 2 . (0,390 x0,313)m = 0,24414m² Área Total = 0,830m²
→ 2 . (0,417 x 0,313)m = 0,26104m²

* Como a face do motor voltada para a estrutura firewall é igual a 0,130m²

q”rad Total → 0,830m² q"rad = q"radTotal . 0,130m²0,830m²q”rad → 0,130m²


Agora analisando a potência que o motor fornece à 3600rpm que é de 6500W, (analogia), podemos encontrar o fluxo de calor no motor. Já que q”= W/m².

Logo: q" = 6500W0,830m² =7830W/m²

Sendo que destes, apenas 30% são efetivos.

Logo: q”rad = 7830 W/m² . 0,3 = 2349 W/m²....
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