CAP0_Introdução

Prévia do material em texto

Sistemas Térmicos
Introdução
Universidade: UFPA/CAMTUC
Curso: Engenharia Mecânica
Local: Tucuruí- PA
Carga Horária: 60 h 
Período: 4°/2024
Professor: Ronaldo Moura
e-mail: zzdmoura@gmail.com
• Introdução
• Capítulo1: Revisão de Termodinâmica;
• Capítulo 2: Ciclos;
• Capítulo 3: Motor Alternativo;
• Capítulo 4: Combustíveis M.C.I.;
• Capítulo 5: Combustão M.C.I.;
• Capítulo 6: Sistema de Injeção e Mistura;
• Capítulo 7: Sistemas de Injeção para Motores Diesel; 
• Capítulo 8: Sistema de Ignição;
• Capítulo 9: Sistema de Exaustão e Emissão;
• Capítulo 10: Sistema de Lubrificação;
• Capítulo 11: Sistemas de Arrefecimento;
• Capítulo 12: Motor Turbina à Gás; 
• Capítulo 13: Outros Motores M.C.I.;
• Capítulo 14: Veículos Híbridos;
• Capítulo 15: Projeto de Motores; 
ROTEIRO
Esta disciplina Sistemas Térmicos I, tinha no passado (década de
80/90) na Universidade Federal do Pará – Campus de Belém um
nome bem mais instigante: Motores de Combustão Interna.
Uma disciplina com o nome Motor no título é normalmente tudo
oque um estudante que escolheu engenharia mecânica como curso
quer estudar. Nós engenheiros mecânicos, somos quase na
totalidade apaixonamos por carros e veículos à motor em geral. E
convenhamos, de todas as partes de um carro a mais interessante
é, ou deveria ser, o motor.
Comentários Iniciais
Introdução.
Vivemos, atualmente em um momento de transição
tecnológica onde os motores de combustão interna dos
automóveis estão sendo substituídos por motores
elétricos. Entretanto, esta transição ainda irá demorar
cerca de uma década (ou mais, no Brasil).
De todo modo, o Motor a Combustão Interna (MCI)
continuará a ser usado em Caminhões, Pá-
Carregadeiras, Tratores e em Aplicações Industriais,
Militares, Marítimas e Aeronáuticas.
Comentários Iniciais
Introdução.
Livro Texto:
Neste curso iremos adotar o Livro: “Motores de Combustão Interna –
Franco Brunetti como livro texto.
OBS: Isto não significa que não possamos introduzir outras informações no
curso que não constem no livro texto.
Comentários Iniciais
Introdução.
Avaliação
1. Lista de Exercícios e Defesa da Lista (N1)
2. Prova Individual (N2)
3. Apresentação Seminário (N3)
Nota Final = (N1 * 3+ N2 * 4 + N3 * 3)/10
OBS: Definam os grupos que farão a Lista de Exercícios e o
Seminário. Máximo 4 integrantes/equipe.
Introdução.
• Introdução
1. Revisão de Termodinâmica;
2. Ciclos;
3. Motor Alternativo;
4. Combustíveis M.C.I.;
5. Combustão M.C.I.;
6. Sistema de Injeção e Mistura;
7. Sistemas de Injeção para Motores 
Diesel; 
8. Sistema de Ignição;
9. Sistema de Exaustão e Emissão;
10. Sistema de Lubrificação;
11. Sistemas de Arrefecimento;
ROTEIRO
12. Motor Turbina à Gás; 
13. Outros Motores M.C.I.;
14. Veículos Híbridos;
15. Projeto de Motores; 
Introdução.
História da Máquina Térmica
Revolução Industrial: O século XVIII
foi marcado pelo grande
salto tecnológico nos transportes e
máquinas. As máquinas a vapor,
principalmente os teares gigantes,
revolucionaram o modo de produzir.
Se por um lado a máquina substituiu
o homem, gerando milhares de
desempregados, por outro baixou o
preço de mercadorias e acelerou o
ritmo de produção.
Fig 1.1 - Tear à vapor
Introdução.
Na área de transportes, podemos
destacar a invenção das
locomotivas a vapor (maria
fumaça) e os trens a vapor. Com
estes meios de transportes, foi
possível transportar mais
mercadorias e pessoas, num tempo
mais curto e com custos mais
baixos.
Fig. 1.2 - Locomotiva à vapor
Introdução.
História da Máquina Térmica
História do Automóvel
Em 1769, Nicolas Cugnot
desenvolveu um sistema de
carruagem que funcionava a motor
a vapor. Esta foi, sem dúvidas, uma
das bases para o surgimento do
automóvel.
Fig. 1.4 - Carro à vapor de Cugnot
Introdução.
História do Automóvel
O carro mais antigo da história foi criado
por Karl Benz, na Alemanha, em 1885. O
alemão, fundador da empresa alemã
Mercedes-Benz e considerado o pai do
automóvel, introduziu o uso do motor de
combustão interna a gasolina. Foi nesse
momento que as pessoas começaram a
considerar a viabilidade de um veículo
autopropulsionado, que oferecesse
condições maiores de comodidade,
segurança e rapidez. A patente de Benz
data de 29 de janeiro de 1886, na cidade
de Mannheim.
Nota: Irei lhes enviar um link que conta a história do automóvel em detalhes...
Fig. 1.4 – 1° Carro com M.C.I (Benz)
Introdução.
História do Automóvel
O aumento da complexidade da
forma de viver e produzir das
sociedades humanas pós-
revolução industrial faz com que
se tornem cada vez mais
necessários profissionais bem
qualificados para ocuparem
empregos que exigem cada vez
mais criatividade e múltiplas
capacidades.
É aí que entram os engenheiros, em especial os engenheiros mecânicos, que através 
do domínio da ciência e tecnologia, tem a função de operacionalizar estas máquinas 
que, sem as quais, o mundo moderno iria parar! 
Fig. 1.5 – Fábrica Automatizada
Introdução.
Sistemas de um Automóvel
Introdução.
Sistemas de um Automóvel
Introdução.
Motor M.C.I.
Já que estamos tratando de
manter o mundo em
movimento, iremos a partir
de agora tratar de uma
máquina fundamental a
sociedade do mundo de
hoje: o automóvel, ou ainda
mais especificamente, do
coração desta máquina: o
motor de combustão
interna. Fig. 1.6 – Motor M.C.I 
1.3- Motor de Combustão Interna (M.C.I.):
Introdução.
Motor M.C.I.
O Motor de combustão interna (M.C.I.) é uma máquina térmica, que
transforma a energia proveniente de uma reação química em energia
mecânica. Este processo de conversão ocorre através de ciclos
termodinâmicos que envolvem expansão, compressão e mudança
de temperatura de gases.
São considerados motores de combustão interna aqueles que utilizam
os próprios gases de combustão como fluido de trabalho. Ou seja, são
estes gases que realizam os processos de admissão, compressão,
aumento de temperatura (queima), expansão e finalmente exaustão.
Introdução.
Motor é um equipamento de produção de trabalho (máquina térmica) que 
funciona segundo um ciclo termodinâmico que opera entre uma fonte 
quente e uma fonte fria (ver Figura 1).
QH
QL
w
TH
TL
Figura 1.7 -Ciclo de uma máquina térmica reversível - Carnot
Introdução.
Motor M.C.I.
Motores produzem a energia necessária à propulsão do veículo. O motor
empregado usualmente nos veículos automotivos é o motor de combustão
interna. Motores de combustão interna, são aqueles que queimam o
combustível em seu próprio interior. Estes motores convertem a energia
química de seus combustíveis em energia mecânica.
Introdução.
Motor M.C.I.
Devido ao fato de que o fluído não passa por um
ciclo termodinâmico completo (apesar do motor
operar segundo um ciclo mecânico), o motor de
combustão interna opera segundo o chamado
ciclo aberto. Entretanto, para analisar os motores
de combustão interna, é vantajoso conceber ciclos
fechados que muito se aproximam dos ciclos
abertos. Uma destas aproximações é o ciclo de ar.
Nota: o Ciclo de ar será estudado no capítulo 2.
Introdução.
Motor M.C.I.
• Motor de combustão interna
Ex: motor ciclo Otto, motor Diesel, turbina à gás 
convencional.
• Motor de combustão externa
Ex: Instalação à vapor.
Tipos de Motores
No motor de combustão externa o 
calor é transferido dos produtos da 
combustão para o fluido gasoso 
(usualmente o ar).
Introdução.
1.4- Tipos de Motores de Combustão Interna 
1.4.1 - Motores Alternativos
1. Motor Otto
2. Motor Diesel 
1.4.2 - Motores Rotativos
1. Turbina a gás 
2. Motor Wankel
3. Motor Quaseturbine
Tipos de Motores
1.4.3 – Motores de Foguetes
Introdução.
1.4.1- Motores Alternativos (cont.)
• Motor Otto
• Motor Diesel
Introdução.
Tipos de Motores
1.4.1- Motores Alternativos (cont.)
Introdução.
A produção em série é a inovação mais importante do
setor e é aperfeiçoada continuamente.
Faz pouco mais de 100 anos que Henry Ford
revolucionou o modo de fazer automóveis. Sua intenção era
produzir um automóvel barato e acessível ao cidadão comum.
Paramassificar o uso dos carros, começou a estudar os
métodos de produção e concluiu que eles deveriam ser feitos
todos iguais. Em nome da produtividade, em vez do operário
ir a tarefa, a tarefa é que deveria vir até o operário. Aplicando
conceitos vindos de outras indústrias, inclusive de um
matadouro, desenvolveu um sistema de esteiras no qual o
veículo era movimentado e cada operário era responsável por
uma fase da montagem. A linha foi inaugurada em 1913 e
construía o Ford T em 84 etapas.
Industria Automobilística
Introdução.
Anos 10 e 20
Henry Ford, o criador do Ford T,
era engenheiro e homem de
negócios. Ele aplicou conceitos de
padronização, métricas de
produção e de controle logístico.
Com o advento da fabricação em
série, a produção diária foi
multiplicada por cinco, o preço
unitário caiu em mais de 30% e o
automóvel deixou de ser artesanal.
Industria Automobilística
Ford T (1908).
Introdução.
Anos 30
Os gráficos estatísticos eram as
principais ferramentas para guiar
a produção. A fábrica era confusa
e havia peças ao lado de cada
estação. Os estoques internos
eram altos dentro da linha de
montagem.
Industria Automobilística
La Salle 1930, um dos mais 
luxuosos e bonitos carros da 
época.
Introdução.
Anos 60 e 70
Robôs passam a substituir o
homem em atividades pesadas,
demoradas e que exigiam
precisão, como a soldagem. A
automação da linha multiplicou
os volumes produzidos, mas o
processo fabril não era amistoso
com o trabalhador. Em 1974,
95% do Camaro tinha soldagem
automática.
Industria Automobilística
GM Camaro 1974 
Introdução.
Anos 70
A GM voltou-se ao aprimoramento do sistema
de gestão e técnicas de marketing. Lançou novos
automóveis, ampliou o catálogo de cores e
tomou da Ford o título de maior fabricante do
mundo. A produção em série começa a entrar
em declínio. A crise do petróleo exigiu mudança
radical nos modelos.
Industria Automobilística
Introdução.
Anos 80
O sistema criado por Ford evoluiu ao toyotismo, no
qual conceitos de produção enxuta, diversificação
de produtos e extremo cuidado com a qualidade
tornaram-se mandatórios. Os fabricantes deixaram
de concentrar as fases do processo produtivo,
relegando a sistemistas, empresas especializadas, a
maior parte das peças. Surgiram parques industriais
agrupando fornecedores parceiros. Com isso,
montadoras ganharam foco no produto e na
logística.
Industria Automobilística
Introdução.
Anos 90
O Japão consolidou-se como
expoente industrial e propagou a
filosofia Kaisen, que busca a
melhoria contínua de processos. A
Toyota voltou-se à redução do
desperdício, aumentou o controle
sobre os fluxos de componentes e
matéria-prima. Reduziu os custos e
começou a valorizar o fator
humano dentro das fábricas.
Industria Automobilística
Toyota 1995 
Introdução.
Anos 90 e 2000
Ferramentas administrativas, centro de
desenvol-vimento, treinamento de pessoal e
controle de processos tornam-se
fundamentais. Novos conceitos de gestão
foram agregados, como a produção Just In
Time, 5S e Six Sigma. Todos preconizavam
racionalização, redução de custos e aumento
de qualidade.
Industria Automobilística
Introdução.
Anos 2000
As empresas enfrentam elevados
custos de produção, forte
concorrência, advento maciço de
eletrônica e resistência da
sociedade em questões ambientais.
Isto exigiu a adoção de novas
tecnologias, métodos de pintura
ecológicos, estações particulares de
tratamento de água e intensos
programas de reciclagem.
Industria Automobilística
Tinta ecológica
Introdução.
Anos 2010
O mais recente desafio industrial é a
implantação de fábricas sustentáveis, capazes de
minimizar o impacto ambiental de suas
atividades e, sobretudo, de assumir
responsabilidades sociais na região em que
estão instaladas. Além de vender carros, é
preciso vender a imagem de que estão
comprometidas com a sociedade.
Industria Automobilística
Introdução.
Sustentabilidade é um tema cada vez mais
presente nos setores industriais de todo o
mundo, principalmente nas montadoras de
veículos, que são as grandes responsáveis pela
emissão de gases poluentes na atmosfera. Em
virtude disso, o grande desafio atual dos
fabricantes é o desenvolvimento de carros
sustentáveis, que possam suprir as necessidades
humanas sem poluir os recursos naturais do
nosso planeta.
Industria Automobilística
Introdução.
Afinal, o que é ser sustentável?
Industria Automobilística
Em poucas palavras, ser sustentável é não comprometer a
disponibilidade dos recursos naturais para as gerações
futuras. De acordo com conceitos difundidos por John
Elkington, criador do "Triple Bottom Line" (ou, "Tripé da
Sustentabilidade"), para que um projeto possa ser
considerado sustentável, ele deve conter as seguintes
características: ser ecologicamente correto,
economicamente viável e socialmente justo.
Introdução.
Automóveis mais sustentáveis (Ranking, 2023)
Industria Automobilística
A procura por veículos sustentáveis, capazes de emitir uma baixa quantidade
de poluentes durante o seu uso, está crescendo bastante. Com os motores
elétricos se tornando mais acessíveis e ecologicamente eficientes, empresas
do mundo todo se esforçam para colocar no mercado um produto que atenda
os consumidores sem agredir o meio ambiente.
No Brasil, isso não é diferente. Apesar de sofrer com os altos preços, os
consumidores nacionais têm demonstrado interesse em procurar alternativas
ecologicamente sustentáveis, e vários modelos de carros estão chegando no
mercado.
Introdução.
Automóveis mais sustentáveis (Ranking, 2023)
1. Nissan Leaf
2. JAC E-JS1
3. BMW i3
4. Fiat 500e
Industria Automobilística
Introdução.
Automóveis mais sustentáveis (Ranking, 2023)
Industria Automobilística
1. Nissan Leaf O alto custo é um empecilho,
chegando próximo aos R$ 250
mil, mas a eficiência
impressiona. São quase 300 km
rodados com apenas uma
recarga, atingindo uma
velocidade máxima de 143 km/h
nos seus 150 cv de potência.
As únicas opções com a mesma
nota na ACEEE são importadas:
o MINI Cooper SE e o Mazda
MX-30. Também é a única
versão não-compacta da lista, o
que torna o feito ainda mais
impressionante.
Um dos carros mais vendidos do mundo,
o Nissan Leaf usa um motor 100%
elétrico e está empatado no topo da lista
de veículos verdes da American
Council for an Energy-Efficient
Economy (ACEEE), com 67 pontos.
Introdução.
Automóveis mais sustentáveis (Ranking, 2023)
Industria Automobilística
2. JAC E-JS1
Chegou ao Brasil como o carro
elétrico mais barato do
mercado, sendo negociado na
casa dos R$ 135 mil.
Tem como ponto forte a autonomia da
bateria, conseguindo rodar cerca de
300 km com uma recarga no modo
econômico.
Porém, o motor é mais fraco, atingindo
até 110 km/h nos seus 62 cv de
potência. Outro problema é o fato de
ser um carro pequeno, com pouco
espaço para os passageiros e no
porta-malas.
Isso faz do JAC E-JS1 uma boa
opção para a cidade, mas nem tanto
para quem deseja pegar a estrada.
Introdução.
Automóveis mais sustentáveis (Ranking, 2023)
Industria Automobilística
3. BMW i3
O primeiro veículo elétrico 
do Brasil também não é dos 
mais acessíveis, custando 
mais de R$ 300 mil. 
Porém, sua autonomia é acima dos 330
km por recarga, sendo um dos melhores
disponíveis no mercado.
A potência impressiona: são 170 cv,
atingindo uma velocidade acima dos
150 km/h, um número bastante alto para
carros elétricos. Assim como E-JS1,
esse carro também é compacto e uma
opção interessante para uso dentro da
cidade.
Recebeu a nota de 65 no ranking da
ACEEE, ficando pouco atrás do Nissan
Leaf.
Introdução.
Automóveis mais sustentáveis (Ranking, 2023)
Industria Automobilística
4. 500e, FIAT
Primeiro carro elétrico lançado
pela Fiat, o 500e é uma opção
que fica no meio termo das
outras apresentadas, sendo
negociado por valores pouco
acima dos R$ 200 mil.
A autonomia máxima declarada é
de 320 km, ficando no mesmo
patamar do JAC E-JS1.
Porém, seu motor é mais forte,
atingindo uma velocidade máxima
de 150 km/h e 118 cv de potência.Isso faz com que ele seja capaz de
ter um desempenho melhor na
estrada do que vários de seus
concorrentes.
Introdução.
Escola Verde
Renault promove circuito dedicado à
ecocondução, que ensina a obter ganhos de até
25% no consumo.
Pequenas mudanças no modo de condução dos
motoristas podem ter grandes impactos na
economia de combustível.
Industria Automobilística
Introdução.
Hoje
1. Estamos em um momento de transição
tecnológica e social no mundo do automóvel.
2. O carro elétrico chegou para ficar. A TESLA vale
atualmente mais do que a soma de todas suas
concorrentes...
3. Aplicativos como o UBER mudaram a maneira
das pessoas se movimentarem em grandes
cidades.
4. Ter um carro, na visão de muitas pessoas, deixou
de ser tão importante.
Industria Automobilística
Introdução.
1. Motores Aeronáuticos;
2. Motores à jato (mísseis, anti-
mísseis,...);
3. Motores de Foguetes;
4. Motores Marítimos;
5. Moto-serras; ...
O Futuro dos Motores (M.C.I.)
Independente de como forem os motores dos automóveis no futuro, a
humanidade irá continuar a utilizar motores de combustão interna por
muito tempo. Por exemplo em:
Anti-Míssel Brasileiro
Introdução.
Bibliografia
Carros Sustentáveis:
Fonte:https://summitmobilidade.estadao.com.br/carros/quais-sao-
os-carros-mais-sustentaveis-disponiveis-no-brasil/
História do Automóvel:
Fonte: História de Tudo (historiadetudo.com)
Livro Texto:
“Motoresde Combustão Interna – Franco Brunetti
Introdução.