Principios de funcionamento dos motores

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Principios de funcionamento dos motores

  1. 1. PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA Instituto de Tecnologia - Departamento de Engenharia IT 154 Motores e Tratores Carlos Alberto Alves Varella[1] [1] Professor. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, IT-Departamento de Engenharia, BR 465 km 7 - CEP 23890-000 Seropédica – RJ. E-mail: varella@ufrrj.br.
  2. 2. Conteúdo • Tipos de ciclo de funcionamento • Motores do ciclo OTTO • Motores do ciclo DIESEL • Motores de 4T e 2T • Funcionamento básico dos motores OTTO 4T e 2T • Eficiência do ciclo dos motores
  3. 3. Tipos de ciclos de funcionamento •OTTO foi descrito por NIKOLAUS OTTO, 1876; • DIESEL por RUDOLF DIESEL, 1893.
  4. 4. Motores do ciclo OTTO • Ignição por centelha • Utilizam energia elétrica para dar início a reação de combustão. A centelha (faísca elétrica) é produzida pela vela de ignição; • O combustível é misturado com o ar fora da câmara de combustão.
  5. 5. Motores do ciclo DIESEL • Ignição por compressão • Utilizam o aumento da temperatura, devido a compressão da massa de ar admitida, para dar início a reação de combustão; • O combustível é misturado com o ar dentro da câmara de combustão.
  6. 6. Motores de 4T • Realizam o ciclo em quatro cursos; • O ciclo é equivalente a duas voltas (720o ) na árvore de manivelas
  7. 7. Motores de 2T • Realizam o ciclo em dois cursos; • O ciclo é equivalente a uma volta (360o ) na árvore de manivelas
  8. 8. Motores OTTO 4T • Admissão de ar e combustível; completa o ciclo em 2 voltas da AM; ignição por centelha. Árvore de manivelas Vela de ignição
  9. 9. Motores diesel 4T • Admissão de somente ar; completa o ciclo em 2 voltas da AM; ignição por compressão. Bico injetor Árvore de manivelas
  10. 10. Funcionamento básico dos motores OTTO 4 T • Primeiro curso: Admissão O pistão se desloca do PMS para PMI Ar + combustível Admissão Descarga
  11. 11. Segundo curso: compressão • O pistão se desloca do PMI para PMS • Redução do volume admitido, aumento da temperatura Admissão Descarga
  12. 12. Terceiro curso: expansão • Centelha elétrica ; deslocamento do pistão do PMS para PMI • Tempo útil. Transformação da energia térmica em mecânica Admissão Descarga
  13. 13. Quarto curso: descarga • Pistão se desloca do PMI para PMS • Elimina resíduos da combustão Resíduos da combustão Admissão Descarga
  14. 14. Funcionamento básico de motores Otto 2T • Os motores do ciclo otto de dois tempos admitem mistura de ar,combustível e óleo lubrificante.
  15. 15. Otto 2T: primeiro curso • Compressão e admissão no cárter • Pistão se desloca do PMI para PMS C O M P R E S S Ã O A D M I S S Ã O N O C Á R T E R E X P A N S Ã O A D M I S S Ã O N O C I L I N D R O D E S C
  16. 16. Otto 2T: segundo curso • Expansão, admissão no cilindro e descarga. E S S Ã O A D M I S S Ã O N O C Á R T E R E X P A N S Ã O A D M I S S Ã O N O C I L I N D R O D E S C A R G A
  17. 17. Eficiência do ciclo dos motores • Segundo BARGER et. al (1966), a eficiência do ciclo dos motores depende dos seguintes parâmetros: 1.Relação superfície-volume do cilindro (s/v) 2.Pressão na expansão (P)
  18. 18. Relação superfície-volume (s/v) • É inversamente proporcional ao curso do pistão, isto é, menor curso maior s/v • Maior relação superfície-volume Menor curso Maior VLP Menor tempo para realizar o ciclo Maior potência • Constante: rotação de funcionamento do motor. LLA A vs 1 / = ⋅ = Ciclo dos motores = ADM-COM-EXP-DESC
  19. 19. Pressão na expansão (Pe) • Maior pressão resulta em maior força F • Maior força F resulta em maior trabalho mecânico APeF A F Pe ⋅=∴=
  20. 20. Trabalho mecânico na expansão LFdFW ⋅=⋅=  W= trabalho mecânico = energia mecânica d= distância percorrida na direção da força F d=L= curso do pistão F= força na expansão
  21. 21. Potência na expansão • t= tempo para percorrer o curso durante a expansão t W Pot = v e t t e v =∴= VLP L t =
  22. 22. Sistema Internacional de Unidades 1. comprimento, m 2. massa, kg 3. tempo, t 4. intensidade de corrente elétrica, A 5. temperatura termodinâmica, K 6. quantidade de matéria, mol 7. intensidade luminosa, cd. As sete unidades de base do sistema internacional são:
  23. 23. Unidades internacionais • Aceleração= m.s-2 ; • Força, N = kg.m.s-2 ; massa x aceleração • Comprimento, m • Tempo, s • Pressão, Pa = N.m-2 ; • Energia, J = N.m • Potência, W = J.s-1 ; energia no tempo
  24. 24. Conversão de Unidades • gravidade, gn = 9,80665 m.s-2 ; número adotado no Serviço Internacional de Pesos e Medidas; • quilograma-força, kgf = 1kg.9,80665m.s-2 ; • kgf = 9,80665 N; • cv = 75 kgf.m.s-1 ; • hp = 76 kgf.m.s-1 ; • cv = 0,73551 kW; • hp = 0,74532 kW;
  25. 25. Conversão de kW para cv e hp kWhp kWcv smkgfkW smkgfW smN s mN s J W 74532,0 76 97,101 73551,0 75 97,101 97,101 10197,0 80665,9 1 1 1 1 == == ⋅⋅= ⋅⋅== ⋅⋅= ⋅ == − − −
  26. 26. Exemplo: Motor de dois cilindros verticais em linha apresenta as seguintes características: a) Diâmetro= 90mm; b) Curso= 100mm; c) VLP= 1,5 m/s; d) Pressão na expansão= 12 kgf/cm2 ; Calcule a potência em cada cilindro na expansão. kgf/cm2 = 9,80665x104 Pa
  27. 27. Força na expansão • Força atuante na superfície do pistão proveniente da expansão dos gases na combustão. ( ) N7486,465 4 0,09 109,8066512 2 4 = ⋅ ⋅⋅⋅= ⋅= F F APeF π
  28. 28. Energia na expansão • Trabalho mecânico realizado durante a expansão quando o pistão se desloca do PMS para o PMI. J748,6465W 0,17486,465 = ⋅= ⋅= W LFW 
  29. 29. Potência na expansão • Unidade internacional de potência (W) kW11,23 10 1 0,066667 748,6465 3 = ⋅== Pot t W Pot s0,066667 5,1 1,0 === VLP L t
  30. 30. FIM

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