princípios de funcionamento dos motores de combustão...
TRANSCRIPT
![Page 1: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/1.jpg)
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: [email protected].
![Page 2: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/2.jpg)
Conteúdo
• Tipos de ciclo de funcionamento
• Motores do ciclo otto
• Motores do ciclo diesel
• Motores de 4 e 2 tempos
• Funcionamento básico dos motores otto de 4 e 2 tempos
• Eficiência do ciclo dos motores
![Page 3: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/3.jpg)
Tipos de ciclos de funcionamento
•OTTO foi descrito por NIKOLAUS OTTO, 1876;
• DIESEL por RUDOLF DIESEL, 1893.
![Page 4: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/4.jpg)
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.
![Page 5: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/5.jpg)
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.
![Page 6: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/6.jpg)
Motores de 4 Tempos
•Realizam o ciclo em quatro cursos;
•O ciclo é equivalente a duas voltas (720o) na
árvore de manivelas
![Page 7: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/7.jpg)
Motores de 2 Tempos
•Realizam o ciclo em dois cursos;
•O ciclo é equivalente a uma volta (360o) na
árvore de manivelas
![Page 8: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/8.jpg)
Motores Otto 4T
• Os motores do ciclo otto de quatro tempos admitem mistura de ar e combustível.
Árvore de manivelas
Vela de ignição
![Page 9: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/9.jpg)
Motores diesel 4T
• Os motores do ciclo diesel de quatro tempos
admitem somente ar.
Bico injetor
Árvore de manivelas
![Page 10: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/10.jpg)
Funcionamento básico dos motores
Otto 4 T
• Primeiro curso: Admissão. O pistão se
desloca do PMS para PMI
Ar + combustível
Admissão Descarga
![Page 11: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/11.jpg)
Segundo curso: compressão
•O pistão se desloca do PMI para PMS
•Redução do volume admitido
Admissão Descarga
![Page 12: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/12.jpg)
Terceiro curso: expansão
•O pistão se desloca do PMS para PMI
• Tempo útil. Transformação da energia
térmica em mecânica
Admissão Descarga
![Page 13: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/13.jpg)
Quarto curso: descarga
• Pistão se desloca do PMI para PMS
• Elimina resíduos da combustão
Resíduos da
combustão
Admissão Descarga
![Page 14: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/14.jpg)
Funcionamento básico de motores
Otto 2T • Os motores do ciclo otto de dois tempos admitem
mistura de ar,combustível e óleo lubrificante.
![Page 15: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/15.jpg)
Otto 2T: primeiro curso
• Compressão e admissão no cárter
• Pistão se desloca do PMI para PMS
COMPRESSÃO ADMISSÃONO CÁRTER
EXPANSÃOADMISSÃO
NO CILINDRO
DESCARGA
CÁRTER
![Page 16: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/16.jpg)
Otto 2T: segundo curso
• Expansão, admissão no cilindro e descarga.
COMPRESSÃO ADMISSÃONO CÁRTER
EXPANSÃOADMISSÃO
NO CILINDRO
DESCARGA
CÁRTER
![Page 17: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/17.jpg)
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)
![Page 18: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/18.jpg)
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
![Page 19: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/19.jpg)
Pressão na expansão (Pe)
• Maior pressão resulta em maior força F
• Maior força F resulta em maior trabalho mecânico
APeFA
FPe
![Page 20: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/21.jpg)
Potência na expansão
• t= tempo para percorrer o curso durante a
expansão
t
WPot
v
et
t
ev
VLP
Lt
![Page 22: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/22.jpg)
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:
![Page 23: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/23.jpg)
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
![Page 24: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/24.jpg)
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;
![Page 25: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/25.jpg)
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
![Page 26: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/27.jpg)
Força na expansão • Força atuante na superfície do pistão
proveniente da expansão dos gases na
combustão.
N 7486,465
4
0,09109,8066512
24
F
F
APeF
![Page 28: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/28.jpg)
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
![Page 29: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/29.jpg)
Potência na expansão • Unidade internacional de potência (W)
kW 11,23
10
1
0,066667
748,64653
Pot
t
WPot
s 0,0666675,1
1,0
VLP
Lt
![Page 30: Princípios de funcionamento dos motores de combustão internaufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e... · PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052406/5a71c6577f8b9a98538d2a1d/html5/thumbnails/30.jpg)
FIM