Aula 2 - História das Máquinas Térmicas

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Aula 2 – Cap.1
Tema: História das Máquinas térmicas
Professor: ADILSON RODRIGUES
Email: adrigues991@gmail.com
NEWTONPAIVA – UNIDADE BURITIS
Cursode Engenharia MECÂNICA
DISCIPLINA:MÁQUINASTÉRMICAS I
Mestre_&_Eng.º. Adilson Rodrigues
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V01 - Fev-13
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Assunto que será abordado:
História das Máquinas Térmicas
Evolução das Máquinas Térmicas
Referência Bibliográfica
 Noção de Máquinas Térmicas
Perturb3=4; % Perturbação oscilatória na malha 3
 Perturb4=4; % Perturbação oscilatória na malha 4
 Perturb5=1; % Perturbação oscilatória na malha 5
 Perturb2=10;
 FV1=3; % stiction na malha 1 
 
 causa='Perturbação nas malhas 3,2,4,5 e stiction';
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1673 – primeira ideia de motor apareceu com Christiaan Huygens na tentativa de realizar trabalho, impulsionando um pistão dentro do cilindro, usando combustível através da explosão da pólvora.
1508 – Leonardo da Vinci, usa vácuo resultante de arrefecimento dos gases de combustão para elevar um peso.
... Esses motores funcionam por depressão onde se aquecia o gás no interior do cilindro pela chama ou pólvora depois era deixado arrefecer pela diminuição da pressão. Tinha rendimento na faixa dos 15%.
... Os NOx e ácido sulfúrico resultantes da combustão destruíam os metais mas foram usados na fabricação de muitos submarinos.
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Perturb3=4; % Perturbação oscilatória na malha 3
 Perturb4=4; % Perturbação oscilatória na malha 4
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Nos anos 60 do séc. XVIII – James Watt propôs juntamente com Denis Papin a máquina a VAPOR com rendimento de até 3,5% permitiu a revolução industrial
1769 – James Watt, aperfeiçoou a ideia de máquina a vapor com introdução de um condensador externo no cilindro aumentando o núm. de ciclos por unidade de tempo – maior pressão no pistão .
1759 – 1826 – Apareceram os motores a Ar por Henry Hood, e George Caley (1807) e outros propuseram ar quente em vez de vapor para operar motores. Eram motores de combustão externa. O uso do ar quente possibilitava maior rendimento. 
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1824 – A primeira invenção dos motores a água onde se propunha a decomposição da água por eletricidade proveniente das pilhas galvânicas. O projeto não foi adiante devido aos problema com o processo de decomposição da água.
1791 – John Barber inventou a turbina a gás, primeira máquina de combustão interna
1843 - 1861 – Alfred Drake e Jean Lenoir produziram e comercializaram os primeiros motores de combustão interna (cerca de 500 unidades) com rendimento de 4%.
1864 – Otto e Langen melhoraram (adição do sistema de carburação) os MCI à pressão atmosférica e também conseguiram vender 5000 unidades com rendimento de 10%. 
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1876 – Otto tornou-se o inventor do moderno MCI por ter conseguido por em prática um motor de 4 tempos: um curso de admissão, um de compressão antes da combustão, um curso de expansão, quando o trabalho é realizado sobre o pistão e finalmente um tempo de exaustão dos gases queimados. Foram vendidos cerca de 50.000 unidades com eficiência de 14%. Enorme redução do peso e volume conseguido .
1884 – Nesse ano foi descoberta uma patente francesa, não registrada, de 1862 onde Alphonse Beau de Rochas (1815 – 1893) descrevia os princípios de funcionamento do motor de 4 tempos. Porém não conseguiu colocá-lo em funcionamento.
1882 – Daimler produzem motores a 4 tempos extremamente leves para época e foram amplamente comercializados
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1880 – Surgem os motores de 2 tempos. Clerk e Robson no Reino Unido e Karl Benz na Alemanha desenvolveram com sucesso MCI onde os processos de exaustão e admissão ocorrem no final do curso de expansão e no começo do tempo de compressão. Com taxas de compressão limitadas < 4:1 para evitar problemas de denotação devido a qualidade do combustível.
1892 – Rudolf Diesel lançou uma patente de um novo tipo de MCI. Sua intenção de iniciar a combustão pela injeção de um combustível líquido no ar aquecido apenas por compressão permitiu dobrar a eficiência dos motores de então: maiores taxas de compressão, sem detonação. Após 5 anos Diesel conseguiu por em prática um motor por ignição por compressão.
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Evolução dos Sistemas Auxiliares
Inicialmente os motores aspiravam uma mistura de gás e ar para depois começarem a usar combustíveis líquidos com isso o uso do carburadores. 
1º carburadores de superfície tinha problemas com misturas ficavam mais pobres com o tempo devido a evaporação das misturas,
Outros sistemas apareceram como o carburador de torcida (análogo ao usado nas lamparinas)
1892 - Mayback desenvolveu os carburadores de “spray” ou a jacto
1855 – Alfred Drake desenvolveram os 1º motores com velas de incandescência.
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Evolução dos Sistemas Auxiliares
1857 - 1884 – Barsanti e Matteucci (1854) inventaram a ignição elétrica e Otto (1884), o sistema de ignição por centelha usando magneto de baixa tensão. 
1902 – Robert Bosch desenvolveu o sistema de ignição de alta tensão no qual a ignição era controlada pela centelha da vela,
O sistema de arrefecimento consistia numa camisa de água envolto ao cilindro que se tornava problemático para veículo devido ao consumo de água.
Uso de motores 4 tempos, apareceram os radiadores, permutadores de calor, como meio de arrefecer a água.
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Evolução do Motores Clássico
No início (até o anos 30) o grande problema dos motores era a fiabilidade (necessidade de revisão constante, sistema de ignição e arrefecimento problemáticos)
Nas 3 décadas seguintes a melhoria do rendimento passou a ser o foco (motores em linha, válvula na cabeça era norma, arrefecimento a água),
Depois da década de 70, a evolução dos motores passaram a ser resultantes da ação conjunta das exigências ambientais (emissão de poluentes ) e da crise do petróleo (máquinas com altas eficiência térmica).
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Evolução do Motores Clássico
Dessa mudança de atitude alguns aspectos individuais se destacam:
Taxa de compressão (TC)
> 9,5 até anos 60,
Redução 9,5 para 8,3 nos EUA com introdução da gasolina sem chumbo (caiu o índice octanagem, IO, de 95 para 83)
Introdução de sistema injeção e ignição conseguiu-se atingir TC próximo de 11 sem aumentar o IO.
Relação curso/ diâmetro (C/D)
C/D ≈ 1 permitiu aumentar a potência do motor,
Anteriormente C/D <1 provocavam elevada emissão de combustível não queimado devido à problemas de transferência de calor na câmara de combustão.
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Evolução do Motores Clássico
Dessa mudança de atitude alguns aspectos individuais se destacam:
Relação peso/potência
Tendência de queda acentuada devido a projetos de motores mais potentes com mesma cilindrada resultante do uso de ligas leves e otimização no dimensionamento.
Cilindrada
Diminuição para 1000cm3 devido ao consumo na Europa,
A lei federal americana impôs o consumo médio < 8,5 L /100km o que levou a diminuição da cilindrada.
 Evolução das Máquinas Térmicas
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Evolução do Motores Clássico
Dessa mudança de atitude alguns aspectos individuais se destacam:
Preparação da mistura ar-gasolina
Introdução do sistema de injeção a partir dos anos 90 para minimizar a emissão de poluentes
Outras evoluções
Uso de sistemas turbo alimentados e multiválvulas com intuito de melhorar as prestações (reduzir cilindrada mantendo potência e torque),
No futuro prevê-se a introdução da injeção direta em maioria dos motores com minimização da produção de poluentes e consumo. Outra evolução é abertura da válvula (eliminando a válvula do acelerador) e variação da taxa de compressão
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Evolução do Motores Clássico
Dessa mudança de atitude alguns aspectos individuais se destacam nos motores Diesel:
Evoluções depois da década 70
Diminuição da relação curso/diâmetro (C/D>1) buscando elevadas potências
Passagem dos motores de câmara auxiliar para injeção direta com aumento de 20% no consumo,
Sobrealimentação é de uso universal nesses motores trouxeram diminuição de ruído, melhora nas prestações e melhora nas pressões de alimentação,
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Evolução do Motores Clássico
Dessa mudança de atitude alguns aspectos individuais se destacam nos motores Diesel:
Evoluções depois da década 70
Uso de 4 válvulas por cilindro permitindo elevada TC (>20:1),
Substituição das bombas de injetora por sistemas eletrônicos de injeção “common rail” permitindo controlar o consumo e a combustão,
Introdução de catalisadores e filtro de partículas,
Motores cerâmicos com problemas de atingir as condições ótimas de funcionamento (muito tempo!!)
 Evolução das Máquinas Térmicas
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 Evolução das Máquinas Térmicas
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1 – Martins, J., Motores de Combustão Interna, 3º ed, março 2011
2 -Loureiro, E., Notas de aula – Motores de combustão interna, UFPB, 01/02/2012
 
 Bibliografia
Perturb3=4; % Perturbação oscilatória na malha 3
 Perturb4=4; % Perturbação oscilatória na malha 4
 Perturb5=1; % Perturbação oscilatória na malha 5
 Perturb2=10;
 FV1=3; % stiction na malha 1 
 
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