Motores Térmicos e Ciclos

Maquinas Térmicas
Motores de Combustão Interna SI e CI
Carlos Eduardo Castilla Alvarez
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Conteúdo da Matéria
1. Motores de ignição por centelha
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2. Nomenclatura
3. Ciclo padrão a ar
4. Ciclo Real
5. Combustão
6. Processo de combustão
7. Avanço de ignição
8. Formação da mistura
9. Ignição da mistura

Motores de Combustão interna
3
Nesses motores, a mistura combustível-ar é
admitida, previamente dosada ou formada no
interior dos cilindros quando há injeção direta
de combustível (GDI) Gasoline Direct Injection,
e inflamada por uma centelha que ocorre entre
os eletrodos de uma vela.
MCI de Ignição por Centelha

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MCI de Ignição por Centelha - Nomenclatura
PMS: Ponto Morto Superior - é a posição na
qual o pistão está o mais próximo possível do
cabeçote.
PMI: Ponto Morto Inferior - é a posição na
qual o pistão está o mais afastado possível do
cabeçote.
S: Curso do pistão - é a distância percorrida
pelo pistão quando se desloca de um ponto
morto para outro (do PMS ao PMI) ou vice-
versa.

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V1: Volume total - é o volume compreendido
entre a cabeça do pistão e o cabeçote, quando o
pistão está no PMI.
V2: Volume morto ou volume da câmara de
combustão - é o volume compreendido entre a
cabeça do pistão e o cabeçote, quando o pistão
está no PMS (também indicado com Vm).
Vdu: volume deslocado útil ou deslocamento
volumétrico, é o volume deslocado pelo pistão
de um ponto morto a outro.

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z: Número de cilindros do motor.
D: Diâmetro dos cilindros do motor.
Vd: Volume deslocado do motor,
deslocamento volumétrico do motor.
rv: Razão volumétrica de compressão – é a
relação entre o volume total (V1) e o volume
morto (V2), e representa em quantas vezes V1 é
reduzido.

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V.E.: válvula de escapamento.
V.A.: válvula de admissão.
r: raio da manivela.
n: frequência da árvore de manivelas.
ϖ: velocidade angular da árvore de manivelas.
Vp: velocidade média do pistão.

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α = ângulo formado entre a manivela e um eixo
vertical de referência.
α = 0°, quando o pistão está no PMS.
α = 180°, quando o pistão está no PMI.

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L: comprimento da biela.
x: distância para o pistão atingir o PMS.

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MCI de Ignição por Centelha - Exemplo
O motor da Ferrari F1 – 2.000 possui 10 cilindros montados em V, 40 válvulas, Deslocamento
volumétrico de 2.997 cm³ e potência de 574 kW (770 HP). Sendo este um motor de 4T, diâmetro
dos cilindros 96 mm, raio do virabrequim de 4,5 cm; o volume da câmara de combustão é de 25
cm3 e rotação de 14.500 rpm. Pede-se, determinar:
a) O curso (mm);
b) O deslocamento Volumétrico por Cilindro (m3 );
c) A razão volumétrica de compressão;
d) A velocidade média do pistão (m/s);
e) A velocidade angular da árvore comando de válvulas (rad/s);
f) Se na rotação dada, a combustão se realiza em 25o, qual o tempo de
duração da combustão (s)?;
g) O número de vezes que a válvula de escape abre em 1 minuto.

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MCI de Ignição por Centelha – Dados
O motor da Ferrari F1 – 2.000 possui 10 cilindros montados em V, 40 válvulas, Deslocamento
volumétrico de 2.997 cm³ e potência de 574 kW (770 HP). Sendo este um motor de 4T, diâmetro
dos cilindros 96 mm, raio do virabrequim de 4,5 cm; volume da câmara de combustão de 25 cm3
e rotação de 14.500 rpm. Pede-se, determinar:
a) z=10;
b) Vd= 2997 cm³
c) D= 93 mm;
d) r=4,5 cm;
e) V2= 70,5 cm³;
f) n= 14.500 rpm;

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MCI IS– Ciclo Padrão a Ar
Para facilitar o estudo e para poder tirar
conclusões qualitativas e, às vezes, até
quantitativas, associa-se a cada ciclo real um
ciclo-padrão, dentro de algumas hipóteses
simplificadoras que, de alguma forma, tenham
semelhança com o ciclo real correspondente e
permita uma aplicação da Termodinâmica.

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1 – O fluido ativo é ar;
2 – O ar é um gás perfeito, ideal;
3 – Não há admissão nem escape;
4 – Os processos de compressão e expansão são isentrópicos ;
5 – A combustão é substituída por um fornecimento de calor ao fluido a partir de uma
fonte quente;
6 – Para voltar às condições iniciais, será retirado calor por uma fonte fria, num
processo isocórico;
7 – Todos os processos são considerados reversíveis;
As hipóteses são as seguintes:

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As propriedades termodinâmicas podem ser classificadas em dois tipos:
a) Propriedades extensivas: são as que
dependem da quantidade de matéria do
sistema. Ex.: m: massa; V: volume; U:
energia interna; H: entalpia e S: entropia.
b) Propriedades intensivas: são as que não
dependem da quantidade de matéria do
sistema. Ex: p: pressão; T: temperatura.

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1–2: Compressão isentrópica: no
diagrama p-V é uma curva cuja expressão
é P • Vk = cte (onde k é a razão entre os
calores específicos Cp e Cv do fluido
ativo), enquanto que no T-S é uma vertical.

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2–3: Fornecimento do calor Q2_3 num processo
considerado isocórico que simula o calor liberado na
combustão, admitindo-se que seja totalmente fornecido
quando o pistão se encontra no PMS. No T-S a área 2-
3-S4-S1 é proporcional ao calor fornecido ao sistema e,
portanto, positivo.

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3–4: Expansão Isentrópica. A área 3-4-V1-V2 é o
trabalho positivo de expansão (Wexp) .

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4–1: Retirada do calor do sistema Q4_1. Simula o calor
rejeitado nos gases ao "abrir a válvula de escape",
imaginando-se uma queda brusca da pressão. No diagrama
T-S a área 4-1-S1 -S4 é proporcional ao calor rejeitado.

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MCI IS– Ciclo Real
Apesar da melhoria dos valores obtidos
com os diagramas para misturas e
produtos de combustão, os diagramas
teóricos ainda apresentam certo
afastamento dos valores reais.

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Admissão e escape:
Esses processos não comparecem no ciclo
teórico, e a área compreendida entre os dois se
constitui num trabalho negativo utilizado para
a troca do fluido no cilindro. Esse trabalho de
"bombeamento" é normalmente englobado no
trabalho perdido por causa dos atritos.

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Perdas de calor:
No ciclo teórico os processos de compressão e
expansão são considerados isoentrópicos,
enquanto no ciclo real as perdas de calor são
sensíveis. Na compressão a diferença entre a
isoentrópica e o processo real não é tão grande,
mas na expansão, quando o gradiente de
temperatura entre o cilindro e o meio é muito
grande, a troca de calor será muito grande e,
portanto, os dois processos irão se afastar
sensivelmente.

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Perda por tempo finito de combustão:
No ciclo teórico a combustão é considerada
instantânea, já que o processo é considerado
isocórico. Na prática, a combustão leva um
tempo não desprezível em relação à velocidade
do pistão.
Por causa disso, a faísca deve ser dada antes do
PMS, e a expansão se inicia antes de a
combustão alcançar a máxima pressão
possível.

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Perdas pelo tempo finito de abertura da
válvula de escape:
No ciclo teórico, o escape foi substituído por
uma expansão isocórica, na qual se cedia calor
para um reservatório frio. No ciclo real, na
válvula de escape, o tempo para o processo de
saída dos gases sob pressão é finito, por isso,
deve-se abrir a válvula com certa antecedência.

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Estima-se que o trabalho do ciclo real seja da
ordem de 80% do trabalho realizado no ciclo
padrão-ar correspondente
Cerca de 60% devidos às perdas de calor;
Cerca de 30% devidos ao tempo finito de combustão;
Cerca de 10% devidos à abertura da válvula de
escape.

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MCI IS– Combustão
Os processos de combustão são reações
químicas que envolvem a oxidação de um
combustível.

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As reações químicas são processos pelos quais um tipo de matéria se transforma em
outro.
C + O2 = CO2

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Reação lenta
Chamada Oxidação. não há aumento de temperatura. É produzido sem emissão de luz e
pouca emissão de calor que se dissipa no meio ambiente.
Oxidação do Ferro Oxidação do papel Oxidação da maça

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Normal (velocidade da chama cm/s):
Chamada de COMBUSTÃO: Ocorre com emissão de luz e calor (chama), que é
perceptível pelo ser humano.
Combustão da madeira Combustão de gasolina Combustão do GLP

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Reação é rápida (velocidade da chama m/s):
Chama de DEFLAGRAÇÃO; combustão que
ocorre quando a velocidade de propagação da
frente da chama é menor do que a da som.
Pólvora

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Reação muito rápida (velocidade da chama km/s):
Chamada de DETONAÇÃO: combustão que
ocorre quando a velocidade de propagação da
frente da chama é maior do que a da som
velocidades de quilômetros por segundo são
atingidas. Ondas de pressão de até 100 vezes a
pressão inicial.
Explosivos

42
Triangulo de Fogo

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Pode ser o Oxigênio, ou, também, qualquer outro material gasoso que contenha Oxigênio.
Como o ar, por exemplo, que contém Oxigênio
Oxigênio Ar Nitrato de sódio Clorato de Potássio

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Composição do ar seco, troposfera baixa (até 11 km)

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Composição simplificada do ar seco, troposfera baixa (até 11 km)
Desta forma, a composição estequiométrica do ar é escrita como: (O2 + 3,76 N2).

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Qualquer substância capaz de reagir rapidamente com oxigênio. Isso só acontece na
fase de gás ou vapor.

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A maior parte dos combustíveis fósseis são hidrocarbonetos, e as composições típicas são
Composição típica de alguns combustíveis

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Estequiometria é o cálculo que permite relacionar quantidades de reagentes e produtos, que
participam de uma reação química com o auxílio das equações químicas correspondentes.
C + O2 = CO2
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
CH4 + O2 = ?

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CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
16 kg de CH4 64 kg de oxigênio
MCI IS– Combustão - Ar/combustível

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CH4 + 2(O2+ 3,76 N2 )= CO2 + 2H2O + 7,52 N2
16 kg de CH4 274,56 kg de Ar
RAC= 17,16: 1

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Exemplo 1
Determine a proporção estequiométrica de ar/combustível para o propano C3H8
C3H8 + 5(O2+ 3,76 N2 ) = 3CO2 + 4H2O + 18,8 N2
44 kg de C3H8 686,4 kg de Ar
RAC= 15,6: 1

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A relação Ar/Combustível ou Combustível/Ar admitida em um motor, para uma determinada condição de
funcionamento pode ser expressa da seguinte forma:
𝜑 =
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑣𝑒𝑙
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑅𝑒𝑎𝑙
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑣𝑒𝑙
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝐸𝑠𝑡𝑒
𝜆 =
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑅𝑒𝑎𝑙
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑒
𝜆 =
1
𝜑
MCI IS– Combustão - ɸ e λ

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𝜑 = 1 para uma mistura estequiométrica
𝜑 < 1 para uma mistura com excesso de ar ou
mistura pobre (em combustível)
𝜑 > 1 para um mistura com excesso de
combustível ou mistura rica.
𝜆= 1 para uma mistura estequiométrica
𝜆 > 1 para uma mistura com excesso de ar ou
mistura pobre (em combustível)
𝜆 < 1 para um mistura com excesso de
combustível ou mistura rica
MCI IS– Combustão - ɸ e λ

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Uma mistura somente queimará se a concentração do combustível estiver entre os limites inferior e superior
de inflamabilidade, que chamaremos LI e LS, respectivamente.
O LI é a mínima concentração de combustível que, misturada ao oxigênio ou ar atmosférico, é capaz de
provocar a combustão, a partir do contato com uma fonte de ignição. Concentrações de combustível abaixo
do LI não são combustíveis pois, nesta condição, tem-se excesso de oxigênio e pequena quantidade do
produto para a queima.
O LS é a máxima concentração de combustível que misturada ao oxigênio ou ar atmosférico é capaz de
provocar a combustão, a partir de uma fonte de ignição. Concentrações de combustível acima do LS não são
combustíveis pois, nesta condição, tem-se excesso de combustível e pequena quantidade de oxigênio para
que a combustão ocorra
MCI IS– Combustão - Limites de inflamabilidade

55
MCI IS– Combustão - Limites de inflamabilidade

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MCI IS – Processo de Combustão
Os motores SI geralmente tem uma
combustão de chama pré-misturada, onde
existe uma propagação da frente da chama
em direção aos reagentes, separando assim
os reagentes dos produtos da combustão.

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O processo da combustão não é
instantâneo. Uma vez iniciado, a chama se
propaga por condução, difusão, radiação
e convecção de calor, promovendo assim o
aquecimento e ignição da porção de
mistura não queimada. Desta forma, a
condução e a difusão de calor da mistura
queimada para a mistura fresca exercem
um papel preponderante no processo de
combustão.

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Desenvolvimento da chama, AB O início da
combustão da mistura é determinado pelo
momento onde se torna possível identificar
o início do aumento de pressão, o que não
acontece instantaneamente. O retardo de
ignição deve-se ao tempo necessário para
que as reações de oxidação do combustível
aconteçam quando este está submetido a
altas temperaturas. Depois de um tempo, a
velocidade destas reações aumenta de tal
forma que é possível identificar o processo
de combustão.

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Propagação da chama, BC – O início deste
estágio coincide com o momento onde é
possível identificar o início do aumento da
pressão. Neste estágio, a velocidade de
propagação da frente de chama é rápida e
praticamente constante. A turbulência
induzida no cilindro faz com que a
velocidade de propagação da chama seja
cerca de 10 vezes maior do que a
velocidade da chama laminar através de
uma mistura estática.

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Extinção da chama, CD – Esta etapa tem
seu início no instante em que a pressão
atinge seu valor máximo, no ponto C, sendo
caracterizada por uma continua redução da
pressão. Devido à proximidade das paredes
da câmara de combustão, a mistura que
ainda não foi queimada o faz a uma taxa
muito reduzida. Perto das paredes, a
turbulência e os movimentos da mistura de
gás são reduzidos, e há uma camada limite
estagnada.

61
MCI IS – Avanço de Ignição
A combustão é realizada em um período
finito de tempo, sendo iniciada alguns graus
antes do pistão atingir o PMS. O avanço de
ignição visa proporcionar o tempo
necessário para que a combustão se inicie e
se desenvolva de tal forma que o pico de
pressão resultante desse processo ocorra
poucos graus depois do pistão iniciar seu
movimento descendente.

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MCI IS – Ignição da Mistura - Bobina
O enrolamento primário de baixa tensão
possui algumas centenas de expirais,
enquanto o secundário possui milhares
A corrente criada no entorno do
núcleo induz uma tensão elevada
o suficiente para a geração da
centelha
Centelha

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MCI IS – Ignição da Mistura - Cabos de vela
A energia é transferida do terminal 4 da
bobina até a vela de ignição através de
cabos capazes de isolar tensões da ordem
de 40 kV.

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MCI IS – Ignição da Mistura - Velas de ignição

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Normal - O pé do isolador apresenta-se amarelo-cinza ou marrom claro.
Motor em boas condições - índice térmico da vela correto.
Fuliginosa (carbonização seca) - O pé do isolador, os eletrodos e a cabeça da
vela ficam cobertos por uma camada fosca de fuligem preto-aveludada seca. A
principal causa é a mistura rica de ar/combustível.

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Resíduos ou impurezas - Camada cinza grossa no pé do isolador, na camada
de aspiração e no eletrodo-massa, de estrutura fofa e cheia de escórias. As
causas são aditivos do óleo e do combustível que deixam resíduos na câmara
de combustão e na própria vela.
Superaquecimento - Eletrodo central fundido parcialmente. Combustão por
incandescência causada por temperaturas extremamente elevadas na
câmara de combustão em decorrência de uso de vela muito quente

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MCI IS – Ignição da Mistura - Mecânico
1- Bateria
2- Chave de ignição
3- Bobina de ignição
4- Primário da bobina
5- Secundário da bobina
6- Platinado
7- Came do distribuidor
8- Distribuidor
9- Rotor
10- Vela de ignição

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MCI IS – Ignição da Mistura - Mecânico
• A simplicidade construtiva e o número reduzido de componentes são suas principais
vantagens;
• Por outro lado, sendo o platinado um contato mecânico, possui vida útil reduzida e alta
susceptibilidade a diferentes métodos de regulagem.
• Outra desvantagem é o fato do tempo de permanência ser gerado por meio de sistema
mecânico tipo came-seguidor sincronizado com o eixo de manivelas. À medida que a
velocidade do motor aumenta, esse tempo tende a se contrair influenciando diretamente
na energia induzida no secundário da bobina.
Vantagens e desvantagens

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MCI IS – Ignição da Mistura – Eletrônico
A – Bobina
B – Velas de ignição
C – ECU
D – Chave de controle
E – Bateria
F, G – Sensores de
referência

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Ignição por centelha perdida

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Ignição sequencial
• São caracterizados pela utilização de uma bobina exclusiva para cada
cilindro do motor;
• A característica de sincronismo deve-se ao fato do sistema de
controle de ignição induzir a centelha apenas na bobina do cilindro
no final do tempo de compressão.

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A curva de avanço de ignição dos distribuidores
convencionais foi substituída por um sistema de
controle eletrônico capaz de reconhecer a condição
instantânea de funcionamento do MCI e, em
função de dados obtidos durante a calibração do
motor em bancada, definir o melhor ângulo de
avanço de ignição para essa condição.
A otimização do ângulo de avanço utiliza como
parâmetro limitante a ocorrência do fenômeno de
detonação (faixa escura do gráfico) ou o alcance
do maior torque observado durante o ensaio
dinamométrico (Maximum Brake Torque – MBT).

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Conteúdo da Matéria
1. Motores de ignição por compressão
79
2. Ciclo padrão a ar
3. Ciclo Real
4. Processo de combustão
5. Ignição da mistura
6. Sistema de injeção de Diesel
7. Principais diferencia entres os SI e CI
8. Conceitos dos MCI

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Nesses motores, o pistão comprime somente ar,
até que o mesmo atinja uma temperatura
suficientemente elevada.
Quando o pistão aproxima-se do PMS, injeta-se
o combustível que reage espontaneamente com
o oxigênio presente no ar quente, sem a
necessidade de uma faísca. A temperatura do ar
necessária para que aconteça a reação
MCI de Ignição por Compressão

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MCI IC– Ciclo Padrão a Ar
1 – O fluido ativo é ar;
2 – O ar é um gás perfeito, ideal;
3 – Não há admissão nem escape;
4 – Os processos de compressão e expansão são isentrópicos ;
5 – A combustão é substituída por um fornecimento de calor ao fluido a partir de uma
fonte quente;
6 – Para voltar às condições iniciais, será retirado calor por uma fonte fria, num
processo isocórico;
7 – Todos os processos são considerados reversíveis;
As hipóteses são as seguintes:

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83
1–2: Compressão isentrópica: O pistão
sobe comprimindo o ar. Dada a velocidade
do processo, assume-se que o ar não tem
possibilidade de trocar calor com o
ambiente, portanto, o processo é
adiabático. Ele é modelado como a curva
adiabática reversível A → B, embora na
realidade não seja por causa da presença de
fatores irreversíveis, como o atrito.

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2–3: Fornecimento do calor Q2_3 Um pouco antes de
o pistão atingir seu ponto mais alto e continuar até um
pouco depois de começar a baixar, é injetado o
combustível para dentro da câmara. Sendo mais longo
que a combustão no ciclo Otto, este passo é modelado
como uma adição de calor de pressão constante. Este
é o único passo em que o ciclo Diesel difere do Otto.

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MCI IC – Ciclo Padrão a Ar
3–4: Expansão Isentrópica. A área 3-4-V1-V2 é o
trabalho positivo de expansão (Wexp) .

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4–1: Retirada do calor do sistema Q4_1. Simula o calor
rejeitado nos gases ao "abrir a válvula de escape",
imaginando-se uma queda brusca da pressão. No diagrama
T-S a área 4-1-S1 -S4 é proporcional ao calor rejeitado.

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para uma mesma taxa de compressão, a
eficiência térmica do ciclo Otto é sempre
maior que o do ciclo Diesel. Isso significa
que a combustão a volume constante é
mais eficiente que a combustão a pressão
constante.

95
MCI IC– Ciclo Real
Entre os ciclos Diesel real e teórico
existem, como no caso Otto, diferenças
na forma e nos valores de pressões e
temperaturas.
Algumas dessas diferenças correspondem
às do ciclo Otto; por exemplo, aqueles
devido à variação de calores específicos.
para a perda de calor e o tempo de
abertura da válvula de escape.

96
Combustão de pressão constante:
Como visto no diagrama indicado, na
prática a combustão ocorre sob tais
condições, que a pressão varia durante o
processo, enquanto no ciclo teórico é
assumido que ela permaneceu constante.

97
Dissociação de produtos de combustão:
No motor SI, a dissociação não tem um
efeito tão importante quanto no motor IC,
pois o excesso de ar e a mistura dos
produtos da combustão são tais que
reduzem a temperatura máxima e,
consequentemente, também a dissociação
dos referidos produtos.

98
Perda por bombeamento: As perdas por
bombeamento são inferiores às que ocorrem no
ciclo Otto, já que não há estrangulamento no ar
de aspiração; Nos motores CI não há válvula
de borboleta, característica dos motores SI,
equipados com um carburador. Portanto, a área
superficial negativa do ciclo real do diesel é
menor que a do ciclo Otto.

99
MCI IC – Processo de Combustão
O processo de combustão é
predominantemente uma difusão de
chama instável e turbulenta, onde o
combustível se encontra inicialmente em
fase liquida.

100
A combustão de pré-misturada é
caracterizada por se concentrar em uma
região no espaço que pode se propagar, ou
não.

101
A chama difusa os reagentes estão
inicialmente separados e a combustão
ocorre apenas na região onde o
combustível se mistura com o comburente.

102
Período do atraso da
ignição: ocorre desde o
início da injeção até o
início da combustão,
sendo constituído de duas
fases: o atraso físico e o
atraso químico.

103
Período da combustão pré-
misturada: também conhecido
como período da combustão rápida,
estende-se do início da combustão
até o ponto de máxima pressão do
ciclo. É caracterizado pela elevação
brusca de pressão que é ocasionada
pela queima da parcela do
combustível injetado que já formou
mistura com o ar.

104
Período da combustão difusiva:
também conhecido como período
da combustão controlada, ocorre
logo após o período da combustão
pré-misturada. A quantidade de
combustível injetado que ainda não
formou uma mistura apropriada
com o ar até o momento da ignição
vai sendo consumida de forma mais
lenta durante a combustão.

105
Final da Combustão: Período em
que os focos de ignição vão se
extinguindo

106
Parte do combustível não encontra
o oxigênio necessário para a
combustão e, portanto, passa
através do cilindro sem queimar, o
que ocorre especialmente em
motores que operam com pouco
excesso de ar ou parcialmente
injetores entupido.

107
Quando o atraso de ignição é muito
longo, pode acontecer de tanto
combustível se acumular que o
aumento de pressão é quase
instantâneo. Sob estas condições,
grandes variações de pressão e
vibrações violentas ocorrem na
massa de gás

108
MCI IC – Variáveis que influenciam o atraso de ignição
Efeito da Pulverização: As
condições ótimas de pulverização
são aquelas de diâmetro mínimo
das gotas e número máximo de
gotas de diâmetro mínimo.

109
Efeito da turbulência do ar: À medida
que a velocidade do motor aumenta, a
turbulência aumenta, mas o aumento da
turbulência aumenta a perda de calor
através das paredes da câmara de
combustão e, como consequência, a
temperatura diminui.

110
Razão volumétrica de compressão:
Aumentar razão volumétrica de
compressão aumenta a temperatura
final da mistura, como consequência,
existe uma diminuição do atraso de
ignição.

111
Efeito da temperatura do ar na
entrada: Se a temperatura do ar na
entrada aumenta, o ar no cilindro
também aumenta e o atraso diminui.

112
Diferencias entre os MCI SI e CI
Introdução do combustível: Na maioria
dos motores SI, o ar e o combustível são
introduzidos na câmara de combustão na
forma de uma mistura gasosa. Nos
motores CI, o ar é introduzido na câmara
de combustão através de dutos que vão
para a válvula de sucção, enquanto o
combustível é introduzido diretamente por
meio de um injetor.

113
Regulação do ar : Nos SI, a regulação da
quantidade de mistura introduzida é
obtida por meio de uma válvula borboleta.
Nos CI não há regulação da quantidade de
ar, mas apenas um regulamento, da
quantidade de combustível introduzida.

114
Inicio da combustão: O motor SI requer
um sistema de ignição para gerar uma
faísca na câmara de combustão entre os
eletrodos de uma vela de ignição, para
que a combustão possa começar. O motor
CI usa a alta temperatura e pressão
obtidas pela compressão do ar no cilindro
para iniciar a combustão quando o
combustível é injetado.

115
Razão volumétrica de compressão: O
valor da taxa de compressão nos motores
SI varia de 6 a 12, exceto em casos
excepcionais, enquanto nos motores CI
oscila entre 14 e 22.

116
Tipo de queima do combustível: os SI
tem uma queima do combustível chamada
como chama pre-misturada, em quanto os
CI apresenta uma queima principalmente
difusiva

117
Conceitos sobre os MCI
Trabalho do Ciclo (Wc): o trabalho do
ciclo é proporcional à área contida no
ciclo no diagrama p-V, isto é:

118
PRESSÃO MÉDIA DO CICLO: Por
definição a pressão média do ciclo é uma
pressão que, se fosse aplicada
constantemente na cabeça do pistão, ao
longo de um curso, realizaria o mesmo
trabalho do ciclo.

119
POTÊNCIA DO CICLO (Nc): A potência do
ciclo é o trabalho do ciclo (We) por unidade de
tempo. Pode ser determinada multiplicando o
trabalho do ciclo pelo número de vezes que é
realizado na unidade de tempo, isto é, a
frequência de realização do ciclo.
No caso dos motores, a frequência relaciona-se
com a rotação do eixo (n).

120
Torque (T): Com o motor em funcionamento, obtém-
se um momento torçor médio positivo, popularmente
denominado torque.
Para medir o torque numa dada rotação é necessário
impor ao eixo um momento externo resistente de
mesmo valor que o produzido pelo motor. Caso
contrário, a rotação irá variar, aumentando ou
diminuindo na medida em que o momento torçor
resistente aplicado torna-se menor ou maior que o
produzido pelo motor (momento torçor motor).

121
Conceitos sobre os MCI – Tipo de Dinamômetros
Dinamômetro de Prony: O freio de Prony,
desenvolvido em 1821 pelo engenheiro
francês Gaspard Prony.
Ao apertar a cinta do freio sobre o rotor,
aplica-se uma força de atrito Fatr sobre o
mesmo de forma a obter uma situação de
equilíbrio dinâmico com w = constante.

122
Conceitos sobre os MCI – Dados indicados e de Eixo
Valores indicados: valores medidos na
câmara de combustão.
Valores de eixo: valores medidos no eixo do
motor.

123
Conceitos sobre os MCI – Eficiência Mecânica
A relação entre potência medida no dinamômetro e a potência indicada é
chamada de eficiência mecânica.
𝜂𝑚 =
𝑁𝑒
𝑁𝑖
= 1 −
𝑁𝑎
𝑁𝑖

124
Conceitos sobre os MCI – Consumo Especifico
O consumo específico representa o
consumo mássico de combustível por
unidade de trabalho de saída. É um
indicador utilizado na observação do
comportamento de MCI em diferentes
regimes de funcionamento (rotação e
carga) e na comparação de diferentes
combustíveis.

125
Conceitos sobre os MCI – Exemplos
Um motor de 6 cilindros e 4 tempos, com diâmetro de 89 mm e curso de 95 mm, foi
testado num dinamômetro elétrico cujo braço mede 0,716 m. O ensaio a 3.300 rpm indicou
na balança 27,3 kgf (268 N).
Após o teste, o motor de combustão interna foi acionado pelo dinamômetro, mantendo as
mesmas condições e a mesma rotação anterior, sendo a leitura na balança 11 kgf (108 N).
Pede-se:
a) A potência efetiva;
b) A potência de atrito;
c) O rendimento mecânico;
d) Deslocamento volumétrico;
e) A pressão média efetiva eixo;
f) A pressão média indicada.

126
Matéria da Prova
Compressores
• Tipos de compressores
• Compressão ideal e compressão real
• Compressão de múltiplos estágios
• Controle de pressão e fluxo mássico nos
compressores.
Referencia: SINGH, Onkar. Applied
thermodynamics. New Age International,
2003. – capitulo 16.

127
Matéria da Prova
Motores de combustão interna
• Tipos de motores
• Componentes e subsistemas
• Ciclo ideal e teórico do SI e CI
• Teoria de combustão estequiometria
• Fases da combustão dos SI e CI
• Formação da mistura e ignição dos SI e CI
• Diferenças entre SI e CI
• Parâmetros de desempenho dos MCI
Referencia: BRUNETTI, Franco. Motores de
combustão interna. São Paulo: Blucher, 2012,
vol. 2013, no 2.– capitulo 1-2-3-7-8-9-10.

Obrigado !
Carlos Eduardo Castilla Alvarez
carlos.alvarez@deg.ufla.br
128

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