princÍpios de funcionamento dos motores de combustÃo interna instituto de tecnologia -...
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PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS
MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA
Instituto de Tecnologia - Departamento de EngenhariaIT 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: [email protected].
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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
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Tipos de ciclos de funcionamento
• OTTO foi descrito por NIKOLAUS OTTO, 1876;
• DIESEL por RUDOLF DIESEL, 1893.
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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.
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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.
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Motores de 4T
• Realizam o ciclo em quatro cursos;• O ciclo é equivalente a duas voltas
(720o) na árvore de manivelas
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Motores de 2T
• Realizam o ciclo em dois cursos;• O ciclo é equivalente a uma volta
(360o) na árvore de manivelas
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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
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Motores diesel 4T• Admissão de somente ar; completa o ciclo
em 2 voltas da AM; ignição por compressão.
Bico injetor
Árvore de manivelas
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Funcionamento básico dos motores OTTO 4 T
• Primeiro curso: Admissão O pistão se desloca do PMS para PMI
Ar + combustível
Admissão Descarga
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Segundo curso: compressão• O pistão se desloca do PMI para PMS• Redução do volume admitido,
aumento da temperaturaAdmissão Descarga
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Terceiro curso: expansão• Centelha elétrica ; deslocamento do
pistão do PMS para PMI• Tempo útil. Transformação da energia
térmica em mecânicaAdmissão
Descarga
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Quarto curso: descarga• Pistão se desloca do PMI para PMS• Elimina resíduos da combustão
Resíduos da combustão
Admissão Descarga
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Funcionamento básico de motores Otto 2T
• Os motores do ciclo otto de dois tempos admitem mistura de ar,combustível e óleo lubrificante.
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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 IS S Ã ON O C Á R T E R
E X PA N S Ã OA D M IS S Ã O
N O C IL IN D R O
D E S C A R G A
C Á R T E R
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Otto 2T: segundo curso
• Expansão, admissão no cilindro e descarga.
C O M P R E S S Ã O A D M IS S Ã ON O C Á R T E R
E X PA N S Ã OA D M IS S Ã O
N O C IL IN D R O
D E S C A R G A
C Á R T E R
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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)
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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
Avs
1/
Ciclo dos motores = ADM-COM-EXP-DESC
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Pressão na expansão (Pe)
• Maior pressão resulta em maior força F• Maior força F resulta em maior trabalho
mecânico
APeFA
FPe
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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
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Potência na expansão
• t= tempo para percorrer o curso durante a expansão
t
WPot
v
et
t
ev
VLP
Lt
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Sistema Internacional de Unidades
1. comprimento, m2. massa, kg3. tempo, t4. intensidade de corrente elétrica, A5. temperatura termodinâmica, K6. quantidade de matéria, mol7. intensidade luminosa, cd.
As sete unidades de base do sistema internacional são:
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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
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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;
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Conversão de kW para cv e hp
kWhp
kWcv
smkgfkW
smkgfW
smNs
mN
s
JW
74532,076
97,101
73551,075
97,101
97,101
10197,080665,9
1
1
1
1
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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
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Força na expansão• Força atuante na superfície do pistão
proveniente da expansão dos gases na combustão.
N 7486,4654
0,09109,8066512
24
F
F
APeF
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Energia na expansão
• Trabalho mecânico realizado durante a expansão quando o pistão se desloca do PMS para o PMI.
J 748,6465W
0,17486,465
W
LFW
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Potência na expansão• Unidade internacional de potência
(W)
kW 11,2310
1
0,066667
748,64653
Pot
t
WPot
s 0,0666675,1
1,0
VLP
Lt
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FIM