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ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUEINFANTE D. HENRIQUE

TECNOLOGIA MARÍTIMATECNOLOGIA MARÍTIMA

Capítulo IV – Instalações de Capítulo IV – Instalações de Motores DieselMotores Diesel

ENIDH – 2013/2014ENIDH – 2013/2014

Motores Diesel

SumárioMáquinas alternativas de combustão

internaComponentes principaisParâmetros e definiçõesMotores a 4 e 2 tempos (gasolina,

diesel)Alimentação de combustívelRegulação de velocidadeCircuitos auxiliares

Motores Diesel

Máquinas alternativas de combustão internaMotores de explosão (2 e 4 tempos)Motores Diesel (2 e 4 tempos)Motores marítimos: por razões de

segurança e de economia, hoje em dia apenas se utilizam motores diesel a dois e quatro tempos

Estes motores permitem satisfazer as necessidades de produção de energia dos navios mercantes

Motores DieselMáquinas alternativas de combustão

internaA utilização dos motores de explosão

(ou a gasolina) a bordo dos navios, é restringida por questões de segurança

A Convenção para a Salvaguarda da Vida Humana no Mar – SOLAS (Safety of Life at Sea) impede a utilização de combustíveis com pontos de inflamação (flash point) inferiores a 65ºC (caso da gasolina)

Motores Diesel

Retrospectiva histórica

Rudolf Diesel Patente (1893)

Motores Diesel

Primeiro motor Diesel (1897)1 cilindro, 4 temposArrefecido a água

Injecção de combustível por ar comprimido

Potência: 14.7 kW (20 HP)

Veloc. Rotação: 172 rpm

Cilindrada: 19.6 litrosDiâmetro êmbolo: 250

mm Curso: 400 mm

Rendimento: 26.8%

Motores DieselAplicação de motores diesel na

marinha mercante de longo cursoO navio mercante dinamarquês de

longo curso Selandia de 6,700 dwt, foi o primeiro a utilizar propulsão através de motores Diesel

Foi construído em 1911 nos estaleiros da Burmeister & Wain em Copenhaga

A propulsão era assegurada por dois motores Diesel a 4 tempos de 1250 hp cada

Motores Diesel

Primeiro navio mercante de longo curso com propulsão a diesel (Selandia, 1911)

Motores Diesel

Motor diesel do navio Selandia (1911)

Potência: 1250 hp

Velocidade de rotação:

140 rpm

Construtor: Burmeister

& Wain

Motores DieselInstalação propulsora a motor

dieselActualmente, nos navios de carga de

grande porte em que são requeridas elevadas potências, utiliza-se geralmente o sistema de propulsão directa através de motores diesel lentos a dois tempos, com regimes de funcionamento de 70 a 200 rpm

Em geral, estes motores aumentam a sua velocidade de rotação à medida que as potências diminuem

Turbinas a vapor e gásTurbinas a vapor e gásInstalação propulsora a motor

Diesel

Características técnicas da instalação propulsora

diesel de um navio-tanque

Motores Diesel

Instalação propulsora a motor dieselNos navios de média dimensão e

também nos navios de pesca, devido aos seus próprios condicionalismos (espaço disponível na casa da máquina), a propulsão efectua-se normalmente através de motores diesel a 4 tempos de média velocidade

Estes motores operam geralmente entre 200 e 600 rpm

diesel

Características técnicas da

instalação propulsora

diesel de um ferry

Motores DieselInstalação propulsora a motor diesel

As embarcações do tipo “HIDROFOIL” e “HOVERCRAFT”, que são navios ligeiros de alta velocidade, utilizam em geral motores diesel rápidos a 4 tempos (mais de 600 rpm) para a propulsão

Estes motores são também utilizados em funções auxiliares nos navios mercantes para a produção de energia eléctrica (grupos diesel-geradores)

diesel

Características técnicas da

instalação propulsora

diesel de um “hidrofoil”

Motores Diesel

Motor diesel

marítimo a 2 tempos

(baixa rotação)

Motores Diesel

Motor de combustão interna de explosão rotativo (Wankel)

Motor de combustão interna rotativo

Motores Diesel Componentes principais de um

motor BASE (BEDPLATE)

Motores Diesel ESTRUTURA (ENGINE FRAME)

Motor a 4 tempos – cilindros em V

Motores Diesel Componentes principais

Elementos de um motor diesel a 2 tempos:

- Estrutura

- Coluna

- Bloco de cilindros

Motores Diesel CAMISAS (LINERS)

Motores Diesel Bloco de camisas do motor

(cylinder jackets)

Motores Diesel VEIO DE MANIVELAS

(CRANKSHAFT)

Volante

Virador

Moente da manivela

Moente de apoio

VOLANTE (FLYWHEEL) Disco com elevado momento de

inércia utilizado para armazenar energia de rotação

Permite que o veio de manivelas mantenha uma velocidade angular constante, quando lhe é aplicado um binário flutuante (caso dos motores alternativos de combustão interna)

VOLANTE (FLYWHEEL) O volante serve também para

absorver vibrações e manter estável (ou seja evitar oscilações) a marcha do motor em funcionamento lento

Em certos motores (rápidos), podem utilizar-se dois volantes de modo a diminui o seu tamanho

VOLANTE (FLYWHEEL)

Motores Diesel ÊMBOLOS (PISTONS)

TIRANTE (CONNECTING ROD)

Motores Diesel Componente

s principais TIRANTE,

HASTE E CRUZETA (CONNECTING ROD, PISTON ROD AND CROSSHEAD)

CRUZETA

TIRANTE

Motores Diesel Componente

s principais VÁLVULAS

(VALVES)

CABEÇA DO MOTOR (ENGINE HEAD)

Motores Diesel

Veio de ressaltos (CAMSHAFT) Nos motores a 4 tempos, o veio de

ressaltos roda com um velocidade de rotação que é metade da do veio de manivelas

Nos motores a 2 tempos, o veio de ressaltos roda com a mesma velocidade de rotação do veio de manivelas

Motores Diesel Distribuição (accion. das

válvulas) O veio de ressaltos

acciona as válvulas

através de tacos de

impulso e balanceiros

Accionamento do veio de

ressaltos através de corrente

Motores Diesel Distribuição (accion. das

válvulas)

Accionamento do veio de ressaltos

através de rodas

dentadas (timing gears)

Motores Diesel Abertura das válvulas

Accionamento directo das

válvulas através de dois

veios de ressaltos - motores

rápidos a 4 tempos (DOHC – Double Over

Head Cam)

Motores Diesel Abertura das válvulas (Mot. 4

tempos) É efectuada através do veio de

ressaltos A recuperação (fecho) e efectuada

através de molas

Motores Diesel Accionamento hidráulico das

válvulas Válvula de evacuação com

abertura por acção hidráulica e

recuperação (fecho) por ar comprimido

(motor diesel marítimo lento a

2 tempos)

Motores Diesel Motor diesel marítimo a dois

tempos

Motor a 2 tempos com accionamento hidráulico das válvulas

de evacuação

(MAN-B&W)

Motores Diesel

Parâmetros e definições DIÂMETRO (D) - Refere‑se ao

diâmetro interior do cilindro PONTOS MORTOS (PM) - São as

posições extremas que o êmbolo pode ocupar durante o seu movimento no interior do cilindro

É nessas posições que inverte o sentido do seu movimento rectilíneo e consequentemente a sua velocidade se anula

Motores Diesel

Parâmetros e definições PONTO MORTO SUPERIOR (PMS) - É

a posição mais próxima da cabeça do cilindro, que o êmbolo pode ocupar, durante o seu movimento

PONTO MORTO INFERIOR (PMI) - É a posição mais afastada da cabeça do cilindro, que o êmbolo pode ocupar, durante o seu movimento

Motores Diesel Parâmetros e definições

CURSO OU PASSEIO (L) - É a distância percorrida pelo êmbolo quando se desloca de um ponto para o outro

Dado que cada deslocamento do êmbolo de um ponto morto para o outro implica meia rotação do veio de manivelas, é óbvio que o curso é igual ao dobro do raio da manivela, ou seja:

L = 2.r em que r representa o raio da manivela

Motores Diesel

Parâmetros e definições CÂMARA DE COMPRESSÃO OU

CÂMARA DE COMBUSTÃO (Vc) - É o volume compreendido entre a cabeça do cilindro e a cabeça do êmbolo, quando este se encontra no PMS

A distância entre o topo superior do êmbolo e a superfície interna da cabeça é designada por “liberdade do êmbolo”

VOLUME DESLOCADO PELO ÊMBOLO - É o volume deslocado, varrido ou gerado pelo êmbolo quando se desloca do PMS para o PMI

Este parâmetro (Vd), pode ainda ter as seguintes designações: volume varrido pelo êmbolo volume gerado pelo êmbolo cilindrada unitária embolada

Motores Diesel

Parâmetros e definições VOLUME DESLOCADO PELO ÊMBOLO

(Vd) - O seu valor é obtido através da seguinte expressão:

Motores Diesel

Parâmetros e definições CILINDRADA TOTAL (Vt) - É o volume

correspondente ao produto do número de cilindros do motor pela cilindrada unitária, ou seja: Vt = Vd . i em que i é o número total de cilindros

VOLUME TOTAL DO CILINDRO (Va) - É o volume do cilindro correspondente à soma do volume da câmara de combustão com o volume deslocado pelo êmbolo (Va = Vc + Vd)

Motores Diesel

Parâmetros e definições RELAÇÃO DE COMPRESSÃO OU

RELAÇÃO VOLUMÉTRICA – É a relação entre o volume total do cilindro e o volume de câmara de combustão, ou seja:

Motores Diesel

Parâmetros e definições Deve notar-se que quanto maior for

a relação de compressão ou relação volumétrica de um motor, maior será o seu rendimento

Fluido operante, fluido motor ou fluido de trabalho – Mistura ar/combustível que evolui no interior dos cilindros do motor

CICLO DE FUNCIONAMENTO – Define‑se como sendo a série de transformações químicas e físicas a que o fluido motor é submetido quando da sua passagem através do motor, as quais se repetem segundo uma lei periódica

DIAGRAMAS – São representações gráficas apropriadas que nos permitem exprimir através de uma curva, as variações de uma grandeza em função de uma outra (Ex: P em função de V)

Motores Diesel

Parâmetros e definições DIAGRAMAS - É possível

representar as variações de pressão de um fluido gasoso contido num cilindro, em função do seu volume

Quando o ar é comprimido através de um êmbolo, a pressão e a temperatura aumentam em simultâneo à medida que se processa a diminuição do volume

Motores Diesel

Parâmetros e definições Evolução de um fluido no interior do

cilindro

Motores Diesel

Classificação das máquinas de combustão interna

Motor de explosão (Otto) - A mistura ar-combustível é admitida no motor que a comprime

A mistura inflama-se devido à acção de um arco eléctrico (faísca produzida por uma vela)

Motores Diesel

Motor diesel - o ar é comprimido no cilindro e apenas quando o êmbolo se encontra perto do PMS (ponto morto superior) é que o combustível é injectado no seio do ar comprimido

A temperatura a que o ar se encontra é responsável pela inflamação expontânea da mistura ar-combustível

Motores Diesel

A relação de compressão de um motor de explosão é de 6:1 a 12:1, enquanto que num motor diesel a relação vai de 14:1 até 25:1 (valores indicativos)

Em geral, pode dizer-se que quanto maior for a relação de compressão do motor diesel, maior será a sua eficiência

Motores Diesel Ciclo a volume constante

Nos motores de explosão mais antigos, a entrada da mistura ar/combustível é efectuada no colector de admissão através de um dispositivo designado por carburador, no qual é efectuada a mistura

Actualmente, utiliza-se um sistema que injecta o combustível no colector de admissão (injecção indirecta) ou directamente no interior do cilindro (injecção directa)

O seu ciclo de funcionamento baseia-se num ciclo teórico segundo o qual a combustão realiza-se instantaneamente

Deste modo, verifica‑se um aumento brusco de pressão da massa gasosa contida no cilindro sem variação de volume

Este ciclo teórico foi inventado em 1862 por Beau de Rochas e experimentado pela primeira vez em 1878 por Nikolaus Otto

O diagrama a seguir indicado representa o ciclo termodinâmico e não um ciclo mecânico

Permite a sua análise e a determinação do resultado de certos efeitos sem ter que entrar nos detalhes e na complexidade inerente a um motor real

O desenvolvimento do ciclo termodinâ-mico pressupõe que sejam assumidas determinadas simplificações

Motores Diesel Simplificações na análise dos ciclos

O fluido de trabalho é o ar e que possui massa constante

Isto significa que o ar nunca abandona o cilindro, nele permanecendo durante todo o ciclo

Considera-se que, em lugar de existir a combustão de um combustível, verifica-se um processo de adição de calor e que em vez de haver um processo de evacuação, o calor é rejeitado do cilindro

Motores Diesel Ciclo a volume constante (ciclo

Motores Diesel

Ciclo a pressão constante (Diesel)

O seu ciclo de funcionamento baseia-se num ciclo teórico, segundo o qual, a combustão se efectua gradualmente, mantendo‑se constante a pressão

São por vezes designadas por “Máquinas de Combustão Gradual ou de Combustão Lenta”

Motores Diesel Diagrama do ciclo teórico a

pressão constante (Diesel)

Motores Diesel

Diagrama do ciclo teórico a pressão constante (diesel)

A área a tracejado, limitada pelas linhas correspondentes às transformações corresponde ao trabalho útil produzido

Para cada rotação do veio de manivelas, dá-se um ciclo completo

A determinação do trabalho útil (W), é importante para o conhecimento do comportamento do ciclo

Motores Diesel Pressão média efectiva (pme /

A área a tracejado, limitada pelas

linhas correspondentes

às transformações, corresponde ao trabalho útil (W) produzido pelo

Motores Diesel Pressão média efectiva (pme)

A área rectangular possui um compri-mento igual a Vd = V1 – V2, e uma altura igual à pressão média efectiva (pme). O trabalho W é igual em ambas as formas representadas

Da análise do gráfico, conclui-se que:

Motores Diesel

Pressão média efectiva A pressão média ou mep (mean

effective pressure), é um parâmetro muito importante para caracterizar o desempenho de motores

Permite comparar o desempenho de dois motores com cilindradas diferentes

A pme tem vindo a aumentar, devido nomeadamente à introdução da sobrealimentação nos motores

Motores Diesel

Pressão média efectiva No caso dos motores diesel, os

valores mais usuais são os seguintes:

Motor diesel a 4 tempos (atmosférico) : 8 a 10 bar

Motor diesel a 4 tempos (sobrealimentado) : 20 a 23 bar

Motor diesel a 2 tempos (sobrealimentado): 18 a 22 bar

Motores Diesel

Ciclo teórico misto Tendo em conta as simplificações

assumidas anteriormente, o diagrama P-V de um motor não corresponde exactamente ao diagrama anteriormente analisado, devido fundamentalmente à “adição” de calor (injecção) antes e após o PMS.

A adição de calor ocorre tanto a volume constante como a pressão constante

Motores Diesel

Diagrama do ciclo teórico misto

Adição de calor a volume constante (2-3) e pressão constante (3-

Motores Diesel Ciclo real

Comparação entre o ciclo teórico misto

(a tracejado) e real (a

vermelho) de um motor

Diesel

Motores Diesel Classificação quanto ao número de

cilindros Monocilíndricos ou policilíndricos O número de cilindros que equipam os

motores é função de: Dimensões dos locais onde são instalados; Custo comparativo para a mesma potência; Facilidade de acesso aos diferentes órgãos

para efeitos de reparação, manutenção, etc; Assistência em mão-de-obra especializada e

sobressalentes.

Motores Diesel

Classificação quanto à arquitectura do motor

Motor com cilindros em linha

Motores Diesel Outras arquitecturas de motores

Motores em V e de cilindros opostos

Motores Diesel

Velocidade de funcionamento Máquinas lentas ou de baixa rotação

(até 250 rpm) Máquinas de média rotação (250 a

800 rpm) Máquinas de alta rotação (800 a

1500 rpm) Máquinas de altíssima rotação (mais

de 1500 rpm)

Motores Diesel

Classificação quanto ao combustível utilizado pelo motor

Motores a gasolina e a petróleo Motores a gás Motores a óleos pesados Motores “dual-fuel” Motores “bi-fuel” Motores “multi-fuel” (Ex: tri-fuel)

Motores Diesel Classificação quanto à relação de

compressão do motor Motores de baixa compressão – são

os motores de explosão em que a relação de compressão varia normalmente entre 6 e 10 podendo no entanto em casos especiais como é o caso dos motores destinados à competição atingir valores mais elevados (Ex: 14)

Motores de alta compressão – são os motores diesel nos quais a relação de compressão varia entre 14 e 25

Motores Diesel Funcionamento do motor a 4

tempos O ciclo a quatro tempos (4 T) é um

ciclo mecânico em que se verificam duas rotações completas do veio de manivelas por cada ciclo de trabalho

Numa rotação verifica-se a admissão e a compressão, enquanto na outra se verificam as fases de expansão (trabalho) e de evacuação

tempos O ciclo completo de um motor de

explosão a quatro tempos, compreende:

Admissão da mistura ar+combustível Compressão da mistura Ignição do combustível, imediatamente

seguida da sua combustão e consequente expansão dos gases queimados

Evacuação dos gases da combustão

tempos O ciclo completo de um motor diesel

a quatro tempos, compreende: Admissão do ar Compressão do ar Injecção do combustível,

imediatamen-te seguida da sua combustão e consequente expansão dos gases queimados

Evacuação dos gases da combustão

Motores Diesel

Funcionamento do motor a 4 tempos (explosão)

1 – Admissão

2 - Compressão

3 – Expansão

4 - Evacuação

Motores Diesel

Funcionamento do motor a 4 T- diesel

Motores Diesel Diagrama de funcionamento do

motor a 4 tempos

Período de cruzamento de

válvulas: válv. de admissão e evacuação

abertas em simultâneo (melhora a remoção dos gases da

combustão)

tempos (Diesel) Este ciclo de funcionamento

completa-se em apenas uma volta completa do veio de manivelas, ou seja, em dois cursos do êmbolo

Os motores a 2 tempos realizam, portanto, as mesmas fases dos motores que funcionam a quatro tempos, em apenas uma volta completa do veio de manivelas

Motores Diesel

Funcionamento do motor a 2 tempos (Diesel)

Nestes motores, não existe uma separação nítida entre os cursos de admissão e evacuação

Assim, é necessário utilizar outros métodos para remover os gases queimados e encher os cilindros com ar fresco

Motores Diesel

Funcionamento do motor a 2 tempos (Diesel)

O ar utilizado para a limpeza dos gases e enchimento dos cilindros é designado por ar de lavagem

É geralmente, fornecido por uma bomba ou compressor accionados mecanicamente através do próprio motor ou através da energia cinética dos gases de evacuação (sobrealimentador)

Motores Diesel Funcionamento do motor Diesel

a 2 tempos (janelas de admissão/evac.)

Motores Diesel Funcionamento do motor Diesel

a 2 tempos (com válvula de evacuação)

Motores Diesel

Funcionamento do motor a 2 tempos

Motores Diesel Ciclo do motor diesel a dois

tempos

Válvula de evacuação e janelas

de admissão

abertas em simultâneo (Lavagem

do cilindro)

Motores Diesel

Lavagem dos cilindros nos motores diesel a dois tempos

Nos motores diesel marítimos antigos a 2 tempos, utilizava-se o sistema de lavagem transversal e em laço através de janelas existentes nas camisas

Actualmente apenas se fabricam motores diesel marítimos a dois tempos com sistema de lavagem longitudinal (utilizam válvulas de evacuação)

Motores Diesel

Lavagem dos cilindros nos motores diesel a dois tempos

Lavagem longitudinal - Este tipo de lavagem também designada lavagem equicorrente, unifluxo e unidireccional é o único que se utiliza nos modernos motores diesel marítimos a dois tempos (motores com elevada relação L/D), por ser aquele que permite atingir um melhor desempenho

Motores Diesel Lavagem dos cilindros nos

motores diesel

A sobrealimentação

permite aumentar a eficiência da lavagem dos

cilindros – melhora o

rendimento

Motores Diesel Características do motor a 2

tempos Nas instalações de grande dimensão,

os motores de dois tempos possuem uma potência cerca de 1,8 vezes superior aos motores de quatro tempos de peso idêntico.

Nos motores mais pequenos (ex: motores de camiões) esta diferença diminui e a potência efectiva para motores de dimensões semelhantes é sensivelmente idêntica nos motores de dois e quatro tempos

Motores Diesel Características do motor a 2

tempos As baixas velocidades de rotação –

abaixo de 100 rpm – dos grandes motores diesel utilizados na propulsão marítima, têm as seguintes principais vantagens:

Permitem a utilização eficiente de combustíveis pesados (HFO - Heavy Fuel Oil) com a consequente redução de custos

Motores Diesel Características do motor a 2 tempos

Podem ser acoplados directamente ao veio do hélice, eliminando a necessidade de utilização de caixas redutoras

Evitam-se assim elevadas rotações do hélice, que teriam baixa eficiência devido ao fenómeno da cavitação

Possuem uma arquitectura mais simples, dado que não utilizam válvulas de admissão o que reduz a possibilidade de ocorrência de avarias

Motores Diesel Motores atmosféricos ou de

aspiração natural São motores nos quais o ar é

introduzido nos cilindros apenas devido à depressão provocada pelo deslocamento dos êmbolos no interior daqueles (motores a 4 tempos)

Motores nos quais o ar é introduzido devido à acção desenvolvida pelas bombas de ar de lavagem (motores a 2 tempos)

Motores Diesel

Motores atmosféricos ou de aspiração natural

A designação de motores atmosféricos pode induzir em erro, uma vez que nos motores a 4 tempos, a pressão do ar que entra nos cilindros é inferior à pressão atmosférica

Isto deve-se ao facto de os êmbolos ao aspirarem o ar provocarem uma depressão no colector de aspiração

Motores Diesel Motores sobrealimentados

(supercharged engines) Nos motores sobrealimentados, o

peso do ar introduzido nos cilindros por cada ciclo de funcionamento é superior ao que seria introduzido se o motor fosse de aspiração natural

Esta característica permite aumentar a potência específica do motor, devido ao facto de poder queimar-se mais combustível por ciclo

Motores Diesel

Motores sobrealimentados Estes motores dispõem para o

efeito de sobrealimentadores (também designados por turbocompressores)

Estes aspiram o ar do exterior e em seguida comprimem-no para um colector ligado aos cilindros por forma a ser introduzido no seu interior, na altura oportuna, a uma pressão superior à que se verificaria no caso da aspiração atmosférica

Motores Diesel

Motores sobrealimentados Os gases de evacuação do motor

são canalizados para o sobrealimentador, actuando sobre a roda da turbina, onde a sua energia cinética é convertida em movimento de rotação da turbina.

A turbina encontra-se montada num veio a que também se encontra ligada a roda do compressor de ar

Motores Diesel Motores sobrealimentados

O compressor aspira o ar do exterior e comprime-o para a admissão do motor

Para aumentar a massa específica do ar de admissão, utilza-se geralmente um refrigerador de ar (Intercooler)

Este permutador é colocado entre a saída do compressor e o colector de admissão do motor

Utiliza-se com fluido de arrefecimento o ar ou a água

Motores Diesel

Motor Diesel sobrealimentado

Motores Diesel

Aspecto típico de um sobrealimentador

Compressor

Turbina de gases

Motores Diesel Esquema de motor

sobrealimentadoColector

de evacuação

Refrigerador de ar de lavagem

Colector de ar de

lavagem

Sobrealimentador

Motores Diesel Sobrealimentador de um motor

Diesel marítimo a dois tempos

Motores Diesel Sobrealimentador auxiliar

eléctrico

Utiliza-se quando o

motor estiver a funcionar a baixa rotação

(Ex: em manobras)

Motores Diesel Motor atmosférico vs

sobrealimentado A sobrealimentação permite aumentar a

potência, o binário e reduzir o consumo específico de combustível (sfc – g/kWh)

No caso dos motores a dois tempos, o aumento de potência pode ser da ordem dos 35 a 50%

Nos motores a quatro tempos essa potência pode aumentar até valores superiores a 100% relativamente aos motores de aspiração natural

Motores Diesel Curvas

características de um motor Diesel (binário, potência e consumo específico de combustível -sfc)

Motores Diesel Motor atmosférico vs

sobrealimentado

Curvas características

de motores diesel (de aspiração

natural versus sobrealimentad

Motores Diesel Relação ar/combustível

Conforme já vimos anteriormente, uma mistura rica produz, em geral, um consumo demasiado elevado de combustível e a formação de CO (monóxido de carbono) ou de fuligem

Nos motores de explosão, o valor de λ situa-se normalmente entre 0,9 e 1,1

Nos motores Diesel , o valor de λ situa-se sempre acima de 1, ou seja estes motores trabalham sempre com excesso de ar (λ > 1)

Motores Diesel

Excesso de ar nos motores diesel Teoricamente, os motores diesel

podem funcionar com uma relação de λ próxima de 1 (relação estequiométrica)

Na prática, para limitar a emissão de gases poluentes de modo a que fiquem dentro dos parâmetros estabelecidos pelas normas de emissões, funcionam com elevado excesso de ar ou seja com um valor de λ de 1,5 a 2 (em plena carga)

Motores Diesel

Alimentação de combustível Tanto em motores diesel, como em

motores de explosão de injecção directa de combustível nos cilindros, a mistura ar/combustível é efectuada no interior dos próprios cilindros

Para o efeito, utilizam-se válvulas injectoras de combustível, geralmente designadas por injectores

Motores Diesel Alimentação de combustível

(motor diesel)

Motores Diesel

Alimentação de combustível (motor Diesel)

Os sistemas de injecção podem ser de diversos tipos

O sistema mais utilizado, representado na figura anterior, possui uma bomba injectora por cada cilindro

As bombas podem ser constituídas por corpos individuais separados ou serem instaladas num único bloco

Motores Diesel

Alimentação de combustível (motor Diesel)

Uma bomba injectora funciona da seguinte forma:

1. Recebe movimento a partir do veio de ressaltos do motor

2. Comprime o combustível a alta pressão para os injectores instalados em cada cilindro

Motores Diesel

Bomba injectora tipo BOSCH Esta bomba é constituída por um

junço (êmbolo), que trabalha no interior de uma camisa

O combustível, após ter sido admitido na bomba através de orifícios laterais existentes na camisa, é comprimido pelo junço, saindo pela abertura superior da camisa

Motores Diesel

Bomba injectora tipo BOSCH A variação do débito da bomba é

conseguida através da rotação do junço, mantendo-se constante o seu curso.

A rotação é efectuada por uma régua ou cremalheira que actua sobre o extremo inferior do junço

A cremalheira é accionada pelo regulador de velocidade do motor

Motores Diesel

Bomba injectora do tipo BOSCH

Motores Diesel

Bomba do tipo BOSCH – modo de funcionamento (I)

Motores Diesel

Bomba BOSCH – funcionamento (II)

Motores Diesel

Bomba BOSCH – resumo acerca do modo de funcionamento

Motores Diesel

Injectores de combustível O combustível a alta pressão

proveniente da bomba é enviado para a válvula de injecção que o pulveriza no interior do cilindro

Devido às elevadas temperaturas que se verificam na zona da cabeça do cilindro, as válvulas de injecção são providas de canais onde circula um fluido de arrefecimento (água ou combustível).

Motores Diesel Injectores de combustívelUma falha no

circuito de arrefecimento pode dar origem à prisão da agulha (obturador) da válvula de injecção, com a consequente entrada descontrolada de combustível no cilindro

Motores Diesel Injecção através de rampa comum

(common-rail) Este sistema possui uma bomba de

alta pressão que mantém uma pressão sensivelmente constante num colector (rampa) onde se encontram ligados os encanamentos de combustível para cada injector (válvula de injecção)

A injecção é efectuada através de válvulas electromagnéticas controladas por computador

Motores Diesel

Injecção directa “common-rail “ de motor diesel marítimo (Wartsila)

Motores Diesel

Sistema “common-rail” - diagrama de controlo da injecção

A injecção de combustível é calculada pelo computador

em função da carga e da

velocidade de rotação do

Motores Diesel

Videos sobre motores diesel marítimos a 2 tempos com sistema “common-rail”

MAN-B&Whttp://www.youtube.com/watch?v=0i38BTHi3FU

&feature=related

Wartsila/Sulzerhttp://www.youtube.com/watch?v=w3G1Ntwgwp

8&feature=related

Motores Diesel Tabela comparativa entre motores

diesel

Motores Diesel Regulação de velocidade

Nos motores de explosão, a velocidade de rotação controla-se através da regulação do caudal de ar que entra nos cilindros (através de uma borboleta montada no colector de admissão)

Nos motores diesel esse dispositivo não existe, pelo que é necessário utilizar um sistema de regulação de velocidade, dado que, para uma variação de carga, o motor poderia aumentar a velocidade de rotação até se destruir

Motores Diesel

Regulação de velocidade De modo a manter constante a

velocidade de rotação quando se varia a carga, os motores diesel são equipados com sistemas automáticos de regulação de velocidade

Estes reguladores podem ser de diversos tipos (mecânicos, hidráulicos, e electrónicos) e de maior ou menor complexidade

Motores Diesel Regulador mecânico clássico

Regulador de massas

(Watt, século XVIII)

Motores Diesel

Regulador mecânico de motor marítimo

Regulador mecânico de

velocidade de motor diesel

marítimo (Woodward)

Motores Diesel Regulação electrónica de

velocidade e carga de um motor diesel marítimo

Motores Diesel Sistemas de refrigeração

Motores refrigerados por ar – São, normalmente, motores que desenvolvem pequenas potências excepto nos casos da aviação em que podem atingir potências elevadas. Têm uma grande aplicação na aeronáutica sendo igualmente utilizados para equipar veículos automóveis

Motores refrigerados por água – Salvo em casos especiais, a partir de determinadas potências, todos os motores são refrigerados por água

Motores Diesel

Sistemas de refrigeração De um modo geral, os motores diesel

marítimos, podem utilizar água doce tratada como fluido de refrigeração

Em alternativa à utilização de água doce normal, pode utilizar-se água destilada

São adicionados produtos químicos especialmente adequados para minimizar os efeitos corrosivos sobre os circuitos e sobre o próprio motor

Motores Diesel

Sistemas de refrigeração

Arrefecimento do êmbolo através de óleo que circula no interior do

tirante

Motores Diesel Sistemas de lubrificação

Sistemas de lubrificação geral por óleo circulante: motores de 4 tempos para lubrificação geral dos seus órgãos, incluindo os cilindros

Sistemas de lubrificação parcial por óleo circulante: motores de 2 tempos com cruzeta, para lubrificação geral dos seus órgãos, excluindo os cilindros

Sistemas independentes de lubrificação dos cilindros: motores de 2 tempos com cruzeta, para lubrificação dos cilindros

Motores Diesel

Lubrificação

Circuito típico de

lubrificação (motores a 4

tempos)

Motores Diesel Sistema de lubrificação das

camisas

Sistema mecânico de lubrificação

das camisas e êmbolos –

“copos automáticos”

Motores Diesel Sistema de lubrificação

Circuito típico de

lubrificação

(motores a 2 tempos)

Motores Diesel Sistema de arranque

Os motores marítimos principais e auxiliares arrancam através de ar comprimido

Exceptuam-se os geradores de emergência que arrancam normalmente através de baterias

Outros motores existentes a bordo de pequena dimensão (motores das baleeiras, bomba de incêndio de emergência, arrancam manualmente.

Motores Diesel Sistema de ar de arranque

A função do sistema de ar de arranque é introduzir de uma forma sequencial similar à ordem de inflamação do motor, em cada um dos seus cilindros

Utilizam uma válvula auxiliar de ar de arranque, para introduzir a quantidade necessária de ar comprimido a cerca de 30 bar, de modo a obter o impulso que possibilite o arranque do motor

Motores Diesel

Sistema de ar de arranque Para comandar a abertura das

válvulas de ar de arranque instaladas nas cabeças do motor, existe um dispositivo designado por distribuidor de ar de arranque

Este dispositivo quando receber ar da garrafa de ar comprimido, vai canalizar o ar para o cilindro que possibilite o movimento do veio de manivelas (cilindro no PMS)

Motores Diesel

Sistema de ar de arranque (mecânico)

Motores Diesel

Válvula de ar de arranque (MAN)

Motores Diesel

Sistema de inversão de marcha Nos navios que possuem hélice de

passo variável, as pás do hélice podem ser orientadas de modo a possibilitar a marcha a ré do navio, sem necessidade de inverter a rotação da máquina principal

Nos navios que possuem hélice de passo fixo, para o navio poder navegar à ré, a máquina principal tem de parar a marcha a vante e inverter o sentido de rotação

Motores Diesel

Sistema de inversão de marcha Neste caso, os motores diesel têm

obrigatoriamente que efectuar a inversão do sentido de rotação

Esta inversão é efectuada alterando a distribuição do motor

O processo mais comum, consiste em deslocar longitudinalmente o veio de ressaltos

Motores Diesel

Sistema de inversão de marcha Um sistema hidráulico ou

pneumático, actua no extremo do veio fazendo com que este se desloque longitudinalmente

Os ressaltos são ligados entre si por uma espécie de rampa para permitir que os roletes dos impulsores possam deslizar quando o veio de ressaltos se desloca longitudinalmente

Motores Diesel

Sistema de inversão de marcha

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