Maquinas Termicas - Motores de Combustao Interna

Prof MSc Eng J V Vares CENTRO UNIVERSITÁRIO RITTER DOS REIS FACULDADE DE ENGENHARIA DISCIPLINA DE MÁQUINAS TÉRMICAS Máquinas Térmicas Motores de Combustão Interna Prof João Vares MOTORES DE COMBUSTÃO Prof João Vares CLASSES DE MOTORES Combustão interna São os motores onde os produtos da combustão constituem eles mesmos o fluido de trabalho Os produtos resultantes da combustão inseridos na mistura de arcombustível são confinados internamente em uma câmara de combustão Prof João Vares CLASSES DE MOTORES Combustão externa São aqueles em que o calor dissipado por uma combustão é transferido a um fluido intermediário ar hidrogênio vapor dágua etc Este fluido intermediário que é o gerador do trabalho mecânico Prof João Vares MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA Introdução Prof João Vares HISTÓRICO DOS MOTORES 1824 Sadi CARNOT escreve Reflexões sobre a potência motriz do fogo 1860 LENOIR escreve na Bélgica O motor sem compressão 1862 França Alphonse BEAU du ROCHAS define teoricamente o ciclo do motor a 4 tempos 1876 Nicolas OTTO constrói o primeiro motor a combustão seguindo a teoria de BEAU du ROCHAS Taxa de compressão 251 e rendimento de 15 1878 Dugald Clerck Princípio de funcionamento do motor 2T Prof João Vares 1884 Primeiro automóvel em 12121884 na França 1894 Primeira corrida de automóvel entre as cidades de Paris e Rouen 1897 Surge o primeiro motor DIESEL construído por Rudolf DIESEL em Augsburg na Alemanha 20cv a 172 rpm η26 1898 Primeiro salão do automóvel Paris 1904 Primeiro navio a Diesel 1909 Motor diesel injeção Indireta pronto para entrar em produção HISTÓRICO DOS MOTORES Prof João Vares 1912 Primeira locomotiva a Diesel 1936 Primeiro veículo de passeio Diesel Mercedes 260D 1954 Surge o motor rotativo Wankel 1989 Primeiro veículo de passeio Diesel com injeção direta Audi 1996 Primeiro veículo de passeio com injeção direta a gasolina Mitsubishi GDI HISTÓRICO DOS MOTORES Prof João Vares HISTÓRICO DOS MOTORES Prof João Vares HISTÓRICO DOS MOTORES E antes deles em 1712 o inglês Thomas Newcomen desenvolveu o primeiro motor a vaporcom sucessomas ainda era a combustão externa Prof João Vares MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA MOTORES ROTATIVOS MOTORES BOXER Prof João Vares FROTA CIRCULANTE DE VEÍCULOS NO PAÍS Prof João Vares FROTAS POR TIPO DE VEÍCULO Prof João Vares IDADE MÉDIA DA FROTA Prof João Vares IDADE MÉDIA DA FROTA Prof João Vares MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA Classificação Prof João Vares CLASSES DE MOTORES Motores alternativos Quando o trabalho é obtido pelo movimento de vaivém de um pistão transformando em rotação contínua por um sistema biela manivela Motores axiais No caso das turbinas de avião e a gás Nestes últimos as diferentes evoluções do fluido motor acontecem em espaços sucessivos e justapostos Ao contrário dos motores alternativos onde as transformações acontecem todas no mesmo espaço a câmara de combustão No caso dos motores a combustão interna podemos distinguir ainda Prof João Vares CLASSES DE MOTORES Motores rotativos Quando o trabalho é obtido diretamente por um movimento de rotação Turbina a gás e motor Wankel Motores de impulso Quando o trabalho é obtido pela força de reação dos gases expelidos em alta velocidade pelo motor Motor a jato e foguetes No caso dos motores a combustão interna podemos distinguir ainda MOTORES AXIAIS Prof João Vares MOTORES ALTERNATIVOS Prof João Vares Classificação dos Motores alternativos quanto a ignição MIF Motores de Ignição por Faísca ou Otto A mistura de arcombustível é admitida previamente dosada ou formada no interior dos cilindros quando há injeção direta de combustível e inflamada por uma faísca que ocorre entre os eletrodos de uma vela MIE Motores de Ignição Espontânea ou Diesel O pistão comprime somente o ar até que o mesmo atinja uma temperatura suficientemente elevada Quando o pistão aproximase do PMS injetase o combustível que reagem espontaneamente com oxigênio presente no ar quente sem a necessidade de uma faísca A temperatura do ar necessária para que aconteça a reação espontânea do combustível denominase temperatura de autoignição TAI Diesel TAI 250ºC MOTORES ALTERNATIVOS Prof João Vares Relação ou taxa de operação Etanol 101 até 141 Gasolina 851 até 131 Diesel 151 até 241 MOTORES ALTERNATIVOS Prof João Vares Utilização CLASSES DE MOTORES ESTACIONÁRIOS Destinados ao acionamento de máquinas estacionárias tais como Geradores máquinas de solda bombas ou outras máquinas que operam em rotação constante INDUSTRIAIS Destinados ao acionamento de máquinas de construção civil tais como tratores carregadeiras guindastes compressores de ar máquinas de mineração veículos de operação foradeestrada acionamento de sistemas hidrostáticos e outras aplicações onde se exijam características especiais específicas do acionador Prof João Vares Utilização CLASSES DE MOTORES VEICULARES Destinados ao acionamento de veículos de transporte em geral tais como caminhões e ônibus MARÍTIMOS Destinados à propulsão de barcos e máquinas de uso naval Conforme o tipo de serviço e o regime de trabalho da embarcação existe uma vasta gama de modelos com características apropriadas conforme o uso Prof João Vares Classificação dos motores alternativos quanto ao número de ciclos Motores Alternativos a Quatro Tempos 4T Motores Alternativos a Dois Tempos 2T de Ignição por Faísca MOTORES ALTERNATIVOS Prof João Vares Motores Alternativos a Quatro Tempos 4T Escape MOTORES ALTERNATIVOS Admissão Compressão Expansão Prof João Vares MOTORES ALTERNATIVOS Motores Alternativos a Quatro Tempos 4T Prof João Vares Motores Alternativos a Dois Tempos 2T MOTORES ALTERNATIVOS Prof João Vares Motores Alternativos a Dois Tempos 2T MOTORES ALTERNATIVOS Prof João Vares MOTORES ALTERNATIVOS Motores Alternativos a Dois Tempos 2T Prof João Vares Diferenças entre os motores 2T e 4T MOTORES ALTERNATIVOS Diferenças 4T 2T Tempos x ciclo útil 2 voltas manivela 1 volta na manivela Sistema mecânico Mais complexo Mais simples ausência de válvulas eixo comando Alimentação Boa Ruim Perda da mistura no escape Presença de lubrificante Lubrificação Boa Ruim Presença de combustível Prof João Vares Diferenças entre os motores ciclo Otto e Diesel Mecânica Em relação a mecânica não existem grandes diferenças exceto a robustez do motor a Diesel decorrente da taxa de compressão Combustível Nos motores a ciclo Otto a mistura é introduzida já homogeneizada com exceção dos motores de ignição por centelha de injeção direta de combustível GDI Nos motores a Diesel admitese apenas ar o combustível é injetado finamente pulverizado ao final do curso de compressão Ignição No ciclo Otto através de faísca nos motores diesel por autoignição através do contato do combustível com ar quente Taxa de Compressão Nos MIF a taxa será relativamente baixa para não provocar autoignição Nos MIE a taxa deve ser suficientemente elevada para ultrapassar a temperatura de autoignição do combustível MOTORES ALTERNATIVOS Prof João Vares Outras Classificações CLASSES DE MOTORES Quanto ao sistema de alimentação de combustível Carburador Prof João Vares Sistemas de Injeção PFI Port Fuel Injection GDI Gasoline Direct Injection Outras Classificações CLASSES DE MOTORES Prof João Vares Cilindros em linha em V e opostos Boxer radial Quanto à disposição dos órgãos internos CLASSES DE MOTORES Prof João Vares Sistema de Arrefecimento Sistema de arrefecimento a ar Vantagem Mais simples Desvantagem Menos eficiente e menos homogênea Sistema de arrefecimento a água Vantagem Mais eficiente reduzindo ruído do motor Desvantagem Complexidade CLASSES DE MOTORES Prof João Vares Sistema de Arrefecimento CLASSES DE MOTORES Prof João Vares Válvulas CLASSES DE MOTORES Prof João Vares Aspirado Não havendo nenhum dispositivo que eleve a pressão do coletor de admissão acima da pressão atmosférica temse o motor denominado aspirado Nestes motores o gradiente de pressão na admissão será no máximo a pressão atmosférica Sobrealimentados Existem dispositivos que elevam a pressão no coletor de admissão acima da pressão atmosférica um desses dispositivos é o turbocompressor que utiliza os gases do escapamento para gerar trabalho numa turbina e transferilo para o compressor que por sua vez se encarrega de aumentar a pressão no coletor de admissão Alimentação de ar CLASSES DE MOTORES Prof João Vares Motor Quadrado diâmetro do pistão é igual ao curso D s Apresentam bom desempenho em todas as rotações Motor Subquadrado diâmetro é menor que o curso D s Torque e potência em baixa rotação Motor Superquadrado diâmetro é maior que o curso D s Motores esportivos com torque e potência em altas rotações Relação entre diâmetro e curso do pistão CLASSES DE MOTORES Prof João Vares Relação entre diâmetro e curso do pistão CLASSES DE MOTORES Prof João Vares Rápidos n 1500 rpm Médios 600 n 1500 rpm Lentos n 600 rpm Rotação CLASSES DE MOTORES Prof João Vares MOTORES ROTATIVOS Um compressor que comprime o ar numa câmara de combustão Uma câmara de combustão onde o combustível queima com oxigênio do ar Uma turbina que gira acionada pelos gases de combustão Turbina a Gás Prof João Vares MOTORES ROTATIVOS Turbina a Gás Prof João Vares MOTORES ROTATIVOS Motores Wankel Prof João Vares Necessidade de lubrificante misturado com o combustível como no motor 2T Desgaste prematura das lâminas de vedação dos vértices do rotor Grandes diferenças de temperatura entre o lado quente e o lado frio provocando deformação da pista do estator sobre a qual gira o motor MOTORES ROTATIVOS Motores Wankel Prof João Vares MOTORES ROTATIVOS Motores Wankel