26/11/2012 1 Agosto/2012 - Prof. Simei...26/11/2012 11 Motores de 2 tempos Vantagens A vantagem...

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Motores de Combustão

Interna.

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Rudolf Diesel (1858-1913) Robert Bosch (1861-1942)

Dois mitos!Um revolucionário e um visionário...

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Rudolf Diesel nasceu em Berlin – Alemanha, foi engenheiro e inventor.

Desenvolveu o primeiro motor a óleo misto (óleo de amendoim e óleo de baleia), em

Augsburgh – Alemanha (oficialmente em 10 de agosto de 1893). Tendo realizado uma

apresentação inicial em São Petesburgo, 15 anos antes, sem grande êxito.

Com a invenção do motor a óleo misto, o mesmo começou a ser chamado de motor de

diesel, em sua homenagem. Em meados de 1940, o óleo misto foi substituído por um óleo

mineral, com consistência e características parecidas, e o combustível por conseqüência

passou a se chamar então de óleo diesel, em sua homenagem.

A partir de 1895, este motor mais econômico encontrou grande aceitação em matéria de

motores marítimos e estacionários. Mas Rodolf Diesel não conseguia resolver um

inconveniente: o motor não atingia rotações elevadas.

Sua câmara de combustão exigia que o combustível fosse injetado, na quantidade e

momentos certos, através de ar comprimido; um processo complicado, lento e viável apenas

para motores grandes e de baixa rotação

Rudolf Diesel

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Robert Bosh é o nome do revolucionário do sistema de injeção.

Nascido em Stutgart – Alemanha, foi engenheiro e professor, foi amigo de Nicholaus Otto, e

ajudou-o a desenvolver o motor ciclo Otto.

É neste ponto que Robert Bosch dá a sua contribuição decisiva, viabilizando de uma vez por

todas a limitação de combustível dos motores diesel de alta rotação.

Em meados de 1923, após os primeiros testes, surgia um sistema de injeção pulverizado a

pressão. Era mais compacto, mais leve e capaz de desenvolver maior potência.

Em 1927, a primeira bomba injetora deixa a fábrica, fruto da experiência industrial que

Robert Bosch acumulou no desenvolvimento do sistema de ignição do motor ciclo Otto.

Robert Bosh

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A COMBUSTÃO é uma reação físico-química.

Esta reação é representada por um triângulo eqüilátero (aquele que tem lados

iguais), que é chamado de “ O TRIÂNGULO DO FOGO “.

Para que ocorra uma combustão completa, todos os 3 (três) lados devem existir,

em sua plena forma.

Combustível

Comburente

(Oxigênio)Calor

Combustão

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A chamada diferença fundamental entre a Ignição por Centelha (ICE)1 e a

Ignição por Compressão (ICO)2 nos Motores de Combustão Interna, é que as

máquinas de Ignição por Centelha normalmente possuem seus reagentes pré-

misturados (mistura estequiométrica), enquanto que nas máquinas de Ignição

por Compressão, os reagentes são misturados já na combustão, na câmara de

queima.

Ciclo Diesel

Ar Calor CombustãoCombustível

Ciclo Otto

Ar + combustível Calor Combustão

Combustão

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Combustão

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Existem basicamente 2 (dois) tipos de motores de combustão interna, seja do

Ciclo Diesel ou do Ciclo Otto : 2 tempos e 4 tempos.

Este primeiro tipo, 2 tempos, tem aplicação restrita na modernidade, sendo

reduzida a sua aplicação a alguns sistemas específico e máquinas de grandes a

grandíssimos portes (naval e mineração) e em aplicações de pequenos portes

(estacionários compactos). Este tipo de motor é pouco usual para aplicações

automotivas, leves e pesadas.

Já o motores de 4 tempos, aplicam hoje em totalidade, as frotas convencionais

de máquinas operatrizes (tratores e implementos), equipamentos estacionários

(geradores, compressores, etc.) e em caminhões de transportes em geral.

Motores de Combustão Interna

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Motores de 2 tempos

Vantagens

A vantagem destes motores de 2 tempos é a forma simplificada de construção e pelo fato

de podermos obter potencias e torques significativamente altos, devido o número reduzido

de ciclo de trabalho.

Desvantagens

A grande desvantagem é o fato de que são alto consumidores de combustível e são grandes

poluentes.

Motores de 4 tempos

Vantagens

Se destacam pela alta confiabilidade, baixa manutenção e grande estabilidade, sem dizer o

consumo reduzido e muito menos poluidor.

Desvantagem

A desvantagem vem do alto custo de manutenção e da necessidade de mão-de-obra

especializada. Há ainda o fato de que há muitos itens componentes extras, como sistemas

anexos.


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Motores de Combustão Interna a Pistão

Característica Ciclo Otto Ciclo Diesel

Tipo de IgniçãoPor centelha (Vela de

ignição)Auto-ignição

Formação da mistura No carburador Injeção

Relação de Compressão 6 até 8 : 1 16 até 20 : 1

Para os combustíveis líquidos, as diferenças principais entre os motores do

ciclo Otto e do Ciclo Diesel são:


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No ciclo diesel de 4 tempos, um ciclo de trabalho completo estende-se por duas

rotações da árvore de manivelas, ou seja, quatro cursos do pistão, indo do PMI ao

PMS – 720 no virabrequim.

O ciclo Diesel consiste de quatro etapas:

1. Aspiração;

2. Compressão;

3. Expansão;

4. Exaustão.

Motores de Ciclo Diesel de 4 Tempos

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No primeiro tempo, com o pistão em movimento

descendente, dá-se a admissão, que se verifica,

na maioria dos casos, por aspiração automática

(isobárica) da mistura ar-combustível (nos

motores Otto), ou apenas ar (motor Diesel).

Na maioria dos motores Diesel modernos, um

compressor empurra a carga (ar) para o cilindro

(turbo-compressão).

Primeiro tempo = 180 = 1/4 de ciclo

Admissão Escape

PMS

PMI

ASPIRAÇÃO


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No segundo tempo, ocorre a compressão, com

o pistão em movimento ascendente,

pressurizando o ar na câmara (adiabática);

Pouco antes do pistão completar o curso, ocorre

a ignição por meio de dispositivo adequado (no

motor Otto), ou a auto-ignição (no motor Diesel).

Segundo tempo = 360 = 2/4 de ciclo

PMS

PMI

COMPRESSÃO


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No terceiro tempo, com o pistão em

movimento descendente, temos a ignição, com

a expansão dos gases e transferência de

energia ao pistão (tempo motor).

Terceiro tempo = 540 = 3/4 de ciclo

PMS

PMI

EXPANSÃO

Injeção de Combustível


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No quarto tempo – ou duas rotações –

transmitiu-se trabalho ao pistão só uma vez.

No quarto tempo, o pistão em movimento

ascendente, empurra os gases de escape para a

atmosfera.

Quarto tempo= 720 = 1 ciclo.

PMS

PMI

EXAUSTÃO

(ESCAPE)


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Para fazer com que as válvulas de admissão e escapamento funcionem

corretamente, abrindo e fechando as passagens nos momentos exatos, a árvore

de comando de válvulas (ou eixo de cames) gira a meia rotação do motor,

completando uma volta a cada ciclo de quatro tempos.

A relação de transmissão do comando de válvulas é de 2:1, isto é, a cada volta

completa do eixo de manivelas, o comando da ½ volta.

4 tempos – 1 ciclo de trabalho:

Eixo de manivelas = 720

Eixo de cames = 360


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1. Admissão;

2. Compressão

3. Injeção/Explosão;

4. Exaustão.


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Antecâmara tipo esférica.Antecâmara tipo cilíndrica.

Câmara de Combustão de Motor Diesel

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Câmara tipo profunda.Câmara tipo rasa.

Câmara de Combustão de Motor Diesel

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No ciclo diesel de 2 tempos, um ciclo de trabalho completo estende-se por uma

rotação da árvore de manivelas, ou seja, dois cursos do pistão, indo do PMS ao

PMI – 360 no virabrequim.

O ciclo Diesel 2 tempos consiste de 2 etapas:

1. Aspiração - Compressão;

2. Expansão - Exaustão.


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1. Admissão + Compressão;

2. Explosão + Escape.


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Motores de Ciclo Otto de 4 Tempos

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1. Admissão;

2. Compressão

3. Explosão;

4. Exaustão.


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1. Admissão;

2. Compressão

3. Explosão;

4. Exaustão.


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Combustível + óleo lubrificantes


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Notação Nomenclatura Definição

D DIÂMETRO DO CILINDRO Diâmetro interno do Cilindro.

s CURSO DO PISTÃODistância percorrida pelo pistão entre os extremos do cilindro, definidos como Ponto Morto Superior (PMS) e Ponto Morto Inferior (PMI).

s /DCURSO/

DIÂMETRORelação entre o curso e o diâmetro do pistão. (Os motores cuja relação curso/diâmetro = 1 são denominados motores quadrados.)

n ROTAÇÃO Número de revoluções por minuto da árvore de manivelas.

cmVELOCIDADE Velocidade média do Pistão = 2 s n / 60 = s n / 30

A ÁREA DO PISTÃO Superfície eficaz do Pistão = D2 / 4

Pe POTÊNCIA ÚTILÉ a potência útil gerada pelo motor, para sua operação e para seus equipamentos auxiliares (assim como bombas de combustível e de água, ventilador, compressor, etc.)

z NÚMERO DE CILINDROS Quantidade de cilindros de dispõe o motor.

VhVOLUME DO CILINDRO Volume do cilindro = As

VcVOLUME DA CÂMARA Volume da câmara de compressão.

V VOLUME DE COMBUSTÃO Volume total de um cilindro = Vh + Vc

VH CILINDRADA TOTAL Volume total de todos os cilindros do motor = z Vh

e RELAÇÃO

DE COMPRESSÃO

Também denominada de razão ou taxa de compressão, é a relação entre o volume total do cilindro, ao iniciar-se a compressão, e o volume no fim da compressão, constitui uma relação significativa para os diversos ciclos dos motores de combustão interna. Pode ser expressa por: (Vh +Vc)/Vc . (é > 1).

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Notação Nomenclatura Definição

Pi POTÊNCIA INDICADA

É a potência dentro dos cilindros. Abreviadamente denominada de IHP (Indicated Horsepower),

consiste na soma das potências efetiva e de atrito nas mesmas condições de ensaio.

PlPOTÊNCIA DISSIPADA Potência dissipada sob carga, inclusive engrenagens internas.

PspDISSIPAÇÃO Dissipação de potência pela carga.

Pr CONSUMO DE POTÊNCIA

Consumo de potência por atrito, bem como do equipamento auxiliar para funcionamento do motor, à

parte a carga. Pr = Pi - Pe - Pl - Psp

Pv POTÊNCIA TEÓRICA

Potência teórica, calculada por comparação, de máquina ideal. Hipóteses para este cálculo:

ausência de gases residuais, queima completa, paredes isolantes, sem perdas hidrodinâmicas,

gases reais.

pePRESSÃO MÉDIA EFETIVA

É a pressão hipotética constante que seria necessária no interior do cilindro, durante o curso de

expansão, para desenvolver uma potência igual à potência no eixo.

piPRESSÃO MÉDIA NOMINAL


expansão, para desenvolver uma potência igual à potência nominal.

prPRESSÃO MÉDIA DE ATRITO


expansão, para desenvolver uma potência igual à potência de atrito.

B CONSUMO Consumo horário de combustível.

b CONSUMO ESPECÍFICO

Consumo específico de combustível = B / P; com o índice e, refere-se à potência efetiva e com o

índice i refere-se à potência nominal.

ɳm RENDIMENTO MECÂNICO

É a razão entre a potência medida no eixo e a potência total desenvolvida pelo motor, ou seja:

m=e/Pi = Pe / (Pe + Pr) ou então, m= Pe / (Pe + Pr + Pl + Psp).

ɳeRENDIMENTO ÚTIL Ou rendimento econômico é o produto do rendimento nominal pelo rendimento mecânico = i . m

ɳiRENDIMENTO INDICADO

É o rendimento nominal. Relação entre a potência indicada e a potência total desenvolvida pelo

motor.

ɳvRENDIMENTO TEÓRICO É o rendimento calculado do motor ideal.

ɳgEFICIÊNCIA É a relação entre os rendimentos nominal e teórico; g = i / v.

ɳlRENDIMENTO VOLUMÉTRICO É a relação entre as massas de ar efetivamente aspirada e a teórica.

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É o volume total deslocado pelo pistão entre o P.M.I. e o P.M.S., multiplicado

pelo número de cilindros do motor. A cilindrada é indicada em centímetros

cúbicos (cm³) ou litros (L) e tem a seguinte fórmula:

C = (Volume do cilindro x curso do pistão) x N de cilindros

Isto é:

C = ( π x D² x h ) x N4

Cilindrada (C)

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Relação matemática que indica quantas vezes a mistura ar/combustível ou

simplesmente o ar aspirado (no caso dos diesel) para dentro dos cilindros pelo

pistão é comprimido dentro da câmara de combustão antes que se inicie o processo

de queima. Assim, um motor qualquer que tenha especificada uma taxa de

compressão de 8:1, por exemplo, indica que o volume aspirado dentro do cilindro foi

comprimido oito vezes antes da queima, da sua combustão.

A taxa de compressão corresponde à relação entre:

TC = Cilindrada do Motor + Volume da Câmara de Combustão

Volume da Câmara de Combustão

Isto é,

TC = C + V

V

Taxa de Compressão (TC)

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A potência é a unidade que mede a “velocidade” com que a energia é aplicada ou

consumida em um trabalho mecânico.

A potência exprime a rapidez com que esta energia é aplicada e se calcula

dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realizá-lo.

Pmec = Força do sistema x Diâmetro eixo de manivela

736 x tempo do trabalho

Isto é,

Pmec = F x d

736 x t

A unidade mais usual para medida de potência mecânica é o cv (cavalo-

vapor), equivalente a 736W.

Potência (P)

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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 fora-de-estrada, acionamento de sistemas hidrostáticos e outras aplicações onde

se exijam características especiais específicas do acionador;

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. (Laser, trabalho comercial leve,

pesado, médio-contínuo e contínuo)

Motores Diesel

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Aplicação em petroleiros e navios de contêineres.

Wärstsilä-Sulzer RT-flex96C – The Big Boy ...

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Sistemas Componentes de Motores Diesel

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O motor diesel é composto basicamente por sistema e subsistemas. Estaremos

aqui abordando apenas os sistemas (macro). São eles:

Sistema de Compressão do Motor;

Sistema de admissão de ar;

Sistema de arrefecimento;

Sistema de alimentação (injeção de combustível);

Sistema de lubrificação;

Sistema de exaustão (ou escapamento dos gases);

Sistema de elétrico de carga e partida.

Sistemas Componentes de Motores Diesel

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Sistema de Compressão

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Sistema de Compressão

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Sistemas de Admissão de Ar

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Turbo-compressor

Rotação acima de 15.000

RPM

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Turbo-compressor

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Turbo-compressor

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Sistemas de Arrefecimento

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Aquecedor

Interno do

Veículo

Tampa do

RadiadorTemperatura

D’água Válvula

Termostática

Bomba

D’água

Embreagem

Viscosa


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Sistemas de Alimentação (injeção)

Sistema de Injeção Diesel

com Bomba em Linha

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PROPRIEDADE ESPECIFICAÇÃO MÉTODO DE TESTE EM LABORATÓRIO

Viscosidade ASTM D-445 5,8 CentiStoke a 40 C

Numero de Cetana ASTM D-613

No mínimo 40, exceto em clima frio e serviço em marcha

lenta por períodos prolongados, quando será necessário

numero mais elevado.

Teor de EnxofreASTM D-129

ou 1552Não deve exceder a 1,0% em peso.

Teor de água e

sedimentosASTM D-1796 Não deve exceder a 0,1% em peso.

Resíduos de carbonoASTM D524

ou D-189

Não deve exceder a 0,25% em peso em 10% de

resíduos.

Ponto de fulgor ASTM D-93() mínimo. Algumas sociedades classificadoras exigem

ponto de fulgor mais elevado.

Ponto de Névoa ASTM D-97 abaixo da temperatura esperada de operação.

Corrosão por enxofre

ativo sobre lâmina de

cobre

ASTM D- 130 Não deve exceder o n 2 após 3 horas a .

Teor de cinzas ASTM D-482 Não deve exceder a 0,02% em peso.

Destilação ASTM D-86

A curva de destilação deve ser suave e contínua. 98% do

combustível deve evaporar abaixo de . Todo o

combustível deve evaporar abaixo de .


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Filtro, tipo bastão

Conexão de retorno

Orifício de entrada

Disco de ajuste

Mola de pressão

Corpo do bico

Pino de pressão

Câmara de pressão

Agulha do bico

Furo de

InjeçãoÂngulo

do jato

Bico Corpo Agulha

Pino de

pressão

Haste

Cone de

pressão

Assento

da agulha

Orifício de

entrada

Agulha

Corpo

do bico


Bico Injetor

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Sistema de Injeção

Diesel com Bomba

Rotativo

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Diesel com Bomba em

Linha

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Diesel Eletrônico

(Common Rail)

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Lubrificação por salpico;

Lubrificação por banho (imersão);

Lubrificação por gravidade;

Lubrificação por pressão;

Lubrificação por esguicho pressurizado.

Sistemas de Lubrificação

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Fim!!!

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