Sistemas Fluidotrmicos

Fundamentos do estudo dos motores de combusto interna.

Princpio de funcionamento dos motores alternativos (motores de ignio por fasca eltrica) e dos motores rotativos (motores de ignio por compresso). Motores de 2T e 4T.

Mquinas trmicas

Dispositivos que permitem converter calor em trabalho. Nelas, uma substncia, o fluido ativo ou fluido de trabalho, passa por uma srie de processos percorrendo um ciclo termodinmico, cujo objetivo a gerao de potncia mecnica.

A fonte de calor pode ser a combusto (queima de um combustvel), a fisso nuclear, a passagem de corrente eltrica, entre outras.

Motores de combusto

Convertem energia qumica liberada na forma de calor na combusto em trabalho mecnico.

Motores de Combusto Interna (MCI) Quando o fluido ativo participa do processo de

combusto. Ex: Motores de automveis.

Motores de Combusto Externa (MCE) Quando a combusto ocorre externamente ao fluido

ativo. A combusto de um material externo transfere calor para o fluido ativo, que serve de meio de conduo da energia que ser convertida em trabalho. Exemplos: mquina a vapor, usinas termeltricas.

MCE

http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_Stirling

MCI

http://www.wmnett.com.br/funcionamento-motor-carro.html

Motores de Combusto Interna

Motores Alternativos Trabalho obtido pelo movimento de um pisto,

transformado em rotao contnua por um sistema biela-manivela.

Motores Rotativos Trabalho obtido diretamente por um

movimento de rotao, como em turbinas.

Motores de Impulso Quando a fora de reao de gases expelidos

em alta velocidade gera o trabalho, como motores a jato e foguetes.

Motores alternativos Classificaes e princpios de funcionamento

Combusto

Reao qumica exotrmica de oxidao de um combustvel combustvel reage com oxignio (do ar) na presena de algum processo iniciador da reao (ignio)

MIF Motores de ignio por fasca (Otto)

MIE Motores de ignio espontnea (Diesel)

MIF ou Motor Otto

Mistura combustvel ar admitida no cilindro e inflamada por uma fasca gerada entre os eletrodos de uma vela.

A mistura pode ser previamente dosada ou ser formada no cilindro em sistemas com Injeo Direta de Gasolina (GDI).

MIF

MIE ou Motor Diesel

O pisto comprime ar no cilindro at que a temperatura de autoignio(TAI) seja atingida. Com o pisto prximo posio mxima de compresso, o combustvel injetado e reage espontaneamente com o oxignio, sem necessidade da fasca.

TAI (oC)

Diesel Etanol hidratado

Metanol Gasolina E22

250 420 478 400

MIE

Ciclo de operao dos motores MIF ou MIE

Sequncia de processos que o fluido ativo percorre. O ciclo repetido periodicamente para a obteno de trabalho til.

Nomenclatura das posies do pisto no interior do cilindro

PMS Ponto Morto Superior Posio na qual o

pisto est o mais prximo possvel do cabeote.

PMI Ponto Morto Inferior Pisto est o mais

afastado possvel do cabeote.

Nomenclatura das posies do pisto no interior do cilindro

S Curso do pisto Distncia percorrida pelo

pisto entre PMS e PMI.

V1 Volume total volume entre a cabea

do pisto em PMI e o cabeote.

V2 Volume morto ou Volume da Cmara de Combusto Entre a cabea do pisto

em PMS e o cabeote.

Nomenclatura das posies do pisto no interior do cilindro

D Dimetro do cilindro

z Nmero de cilindros do motor

Vdu Cilindrada unitria volume deslocado til ou deslocamento volumtrico. o

volume deslocado pelo pisto entre PMS e PMI.

Vd Volume deslocado do motor ou cilindrada total:

rV Relao volumtrica ou taxa de compresso:

Vdu =V1 V2 =.D24 S

Vd =Vdu.z

rV =V1V2

Cinemtica dos motores V.E. Vlvula de escapamento

V.A. Vlvula de admisso

r - raio da manivela

n frequncia da rvore de manivelas

w velocidade angular da rvore de manivelas

Vp velocidade mdia do pisto

nSVnrS

p .2 .2.2

==

=

Cinemtica dos motores -ngulo formado entre a

manivela e um eixo vertical de referncia.

= 0o pisto est no PMS

= 180o pisto est no PMI

L comprimento da biela

x distncia para o pisto atingir o PMS

22

22

4

.11)cos1(

pd DxVV

senLrLrx

+=

+=

Nomenclatura

Tempo o curso do pisto.

Durante um Tempo podem ocorrer vrios processos no fluido ativo.

Motores 4T em 1 ciclo o pisto percorre 4 cursos, que correspondem a 2 voltas do eixo do motor.

Motores 2T - em 1 ciclo o pisto percorre 2 cursos, que correspondem a 1 volta do eixo do motor.

Motor Alternativo a 4 Tempos (4T)

Motor 4T

1. Admisso Pisto desloca-se do PMS para o PMI gerando suco de gases atravs da vlvula de admisso (VA) aberta. Cilindro preenchido com ar-combustvel (MIF) ou apenas ar (MIE).

2. Compresso Vlvulas fechadas. Pisto vai de PMI para PMS, comprimindo o gs. Se MIE, a compresso eleva a temperatura at TAI.

3. Expanso Exploso aumenta a presso e empurra pisto para PMI. Este o processo que realiza Trabalho til. MIF pisto prximo ao PMS libera fasca que provoca ignio. MIE combustvel injetado no ar comprimido combusto

espontnea.

4. Descarga ou Escape Vlvula de escape aberta, pisto vai de PMI para PMS expulsando os gases queimados para fora do cilindro.

Motor Diesel 4T

Motor alternativo a 2T Ignio por fasca

Motor de combusto interna de mecanismo simples. Pequeno porte pequenas

motos, motoserras, cortadores de grama, geradores.

No possui vlvulas. Duas janelas na cmara de combusto fazem a comunicao com o exterior (C) e com o crter (B).

leo lubrificante adicionado ao combustvel no crter. Durante a combusto o leo deposita-se nas superfcies metlicas lubrificando os elementos enquanto passa da cmara para o crter.

C

Motor alternativo a 2T Ignio por fasca

O ciclo se completa com 2 cursos do pisto e 1 volta do eixo do motor.

1o Tempo Compresso e admisso. Pisto inicia no PMI e vai at PMS, equivalente a meia volta do eixo de manivelas. Fecha as janelas B e C e comprime a mistura ar-combustvel-lubrificante. Ao mesmo tempo o crter fica a baixa presso proporcionando a suco de ar atmosfrico e combustvel (janela A). Com o pisto no PMS, salta a fasca que inicia a combusto.

2o Tempo Escape e Transferncia de calor. O pisto empurrado para o PMI, produzindo trabalho. A janela de escape C liberada e os gases de combusto, ainda a alta presso, escapam para o ambiente. A janela B tambm liberada e mistura de combustvel-ar entra no cilindro.

Motor alternativo a 2T Ignio por fasca

Motor alternativo a 2T Diesel Ignio Espontnea

No utiliza o crter para admisso. Possui uma mquina auxiliar (bomba de lavagem) acionada pelo eixo do motor.

Este compressor introduz grande quantidade de ar pelas janelas de admisso empurra os gases de combusto para fora e uma parte do ar retido e comprimido pelo pisto.

No PMS o combustvel injetado e inicia-se a combusto. A alta presso produz o trabalho positivo levando o pisto para o PMI.

Comparando motores 4T e 2T

4T Mais complexo

1 ciclo 2 voltas do eixo do motor

Etapas ou Tempos ocorrem de modo bem demarcado

Lubrificao mais eficaz (crter depsito de leo)

Alimentao boa.

2T Mais simples. Ausncia de

vlvulas.

1 ciclo 1 volta do eixo do motor

Etapas no so bem demarcadas, h admisso e descarga de gases simultaneamente

Lubrificao deficiente em motores de pequeno porte devido mistura de leo com combustvel.

A queima de leo junto com o combustvel reduz a potncia e compromete os gases ejetados.