MOTOR A DIESEL - CONCEITOS

Prévia do material em texto

26/08/2012 1
Agosto/2012
Motores a Diesel.Motores a Diesel.
26/08/2012 2
Motores a Diesel.Motores a Diesel.
26/08/2012 3
Dois mitos!
Um revolucionário e um visionário...
26/08/2012 4
Rudolf Diesel (1858-1913) Robert Bosch (1861-1942)
Rudolf Diesel nasceu em Berlin – Alemanha, foi engenheiro e inventor.
Desenvolveu o primeiro motor a óleo misto (óleo de amendoim e óleo de baleia), em
Augsburgh – Alemanha (oficialmente em 10 de agosto de 1893). Tendo realizado uma
apresentação inicial em São Petesburgo, 15 anos antes, sem grande êxito.
Com a invenção do motor a óleo misto, o mesmo começou a ser chamado de motor de
diesel, em sua homenagem. Em meados de 1940, o óleo misto foi substituído por um óleo
mineral, com consistência e características parecidas, e o combustível por conseqüência
Rudolf DieselRudolf Diesel
26/08/2012 5
mineral, com consistência e características parecidas, e o combustível por conseqüência
passou a se chamar então de óleo diesel, em sua homenagem.
A partir de 1895, este motor mais econômico encontrou grande aceitação em matéria de
motores marítimos e estacionários. Mas Rodolf Diesel não conseguia resolver um
inconveniente: o motor não atingia rotações elevadas.
Sua câmara de combustão exigia que o combustível fosse injetado, na quantidade e
momentos certos, através de ar comprimido; um processo complicado, lento e viável apenas
para motores grandes e de baixa rotação
Robert Bosh é o nome do revolucionário do sistema de injeção.
Nascido em Stutgart – Alemanha, foi engenheiro e professor, foi amigo de Nicholaus Otto, e
ajudou-o a desenvolver o motor ciclo Otto.
É neste ponto que Robert Bosch dá a sua contribuição decisiva, viabilizando de uma vez por
todas a limitação de combustível dos motores diesel de alta rotação.
Robert Robert BoshBosh
26/08/2012 6
todas a limitação de combustível dos motores diesel de alta rotação.
Em meados de 1923, após os primeiros testes, surgia um sistema de injeção pulverizado a
pressão. Era mais compacto, mais leve e capaz de desenvolver maior potência.
Em 1927, a primeira bomba injetora deixa a fábrica, fruto da experiência industrial que
Robert Bosch acumulou no desenvolvimento do sistema de ignição do motor ciclo Otto.
A COMBUSTÃO é uma reação físico-química.
Esta reação é representada por um triângulo eqüilátero (aquele que tem lados
iguais), que é chamado de “ O TRIÂNGULO DO FOGO “.
Para que ocorra uma combustão completa, todos os 3 (três) lados devem existir,
em sua plena forma.
CombustãoCombustão
26/08/2012 7
em sua plena forma.
CombustívelCombustível
Comburente Comburente 
(Oxigênio)(Oxigênio)CalorCalor
A chamada diferença fundamental entre a Ignição por Centelha (ICE)1 e a
Ignição por Compressão (ICO)2 nos Motores de Combustão Interna, é que as
máquinas de Ignição por Centelha normalmente possuem seus reagentes pré-
misturados (mistura estequiométrica), enquanto que nas máquinas de Ignição
por Compressão, os reagentes são misturados já na combustão, na câmara de
queima.
CombustãoCombustão
26/08/2012 8
Ciclo Diesel
Ar Calor CombustãoCombustível
Ciclo Otto
Ar + combustível Calor Combustão
CombustãoCombustão
26/08/2012 9
Existem basicamente 2 (dois) tipos de motores de combustão interna, seja do
Ciclo Diesel ou do Ciclo Otto : 2 tempos e 4 tempos.
Este primeiro tipo, 2 tempos, tem aplicação restrita na modernidade, sendo
reduzida a sua aplicação a alguns sistemas específico e máquinas de grandes a
grandíssimos portes (naval e mineração) e em aplicações de pequenos portes
Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna
26/08/2012 10
grandíssimos portes (naval e mineração) e em aplicações de pequenos portes
(estacionários compactos). Este tipo de motor é pouco usual para aplicações
automotivas, leves e pesadas.
Já o motores de 4 tempos, aplicam hoje em totalidade, as frotas convencionais
de máquinas operatrizes (tratores e implementos), equipamentos estacionários
(geradores, compressores, etc.) e em caminhões de transportes em geral.
Motores de 2 tempos
� Vantagens
A vantagem destes motores de 2 tempos é a forma simplificada de construção e pelo fato
de podermos obter potencias e torques significativamente altos, devido o número reduzido
de ciclo de trabalho.
� Desvantagens
A grande desvantagem é o fato de que são alto consumidores de combustível e são grandes
poluentes.
Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna
26/08/2012 11
poluentes.
Motores de 4 tempos
� Vantagens
Se destacam pela alta confiabilidade, baixa manutenção e grande estabilidade, sem dizer o
consumo reduzido e muito menos poluidor.
� Desvantagem
A desvantagem vem do alto custo de manutenção e da necessidade de mão-de-obra
especializada. Há ainda o fato de que há muitos itens componentes extras, como sistemas
anexos.
Motores de Combustão Interna a Pistão
Para os combustíveis líquidos, as diferenças principais entre os motores do
ciclo Otto e do Ciclo Diesel são:
Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna
26/08/2012 12
Motores de Combustão Interna a Pistão
Característica Ciclo Otto Ciclo Diesel
Tipo de Ignição Por centelha (Vela de ignição) Auto-ignição
Formação da mistura No carburador Injeção
Relação de Compressão 6 até 8 : 1 16 até 20 : 1
No ciclo diesel de 4 tempos, um ciclo de trabalho completo estende-se por duas
rotações da árvore de manivelas, ou seja, quatro cursos do pistão, indo do PMI ao
PMS – 720° no virabrequim.
O ciclo Diesel consiste de quatro etapas:
Motores de Ciclo Diesel de 4 TemposMotores de Ciclo Diesel de 4 Tempos
26/08/2012 13
1. Aspiração;
2. Compressão;
3. Expansão;
4. Exaustão.
No primeiro tempo, com o pistão em movimento
descendente, dá-se a admissão, que se verifica,
na maioria dos casos, por aspiração automática
(isobárica) da mistura ar-combustível (nos
motores Otto), ou apenas ar (motor Diesel).
Na maioria dos motores Diesel modernos, um
Admissão Escape
PMS
PMI
Motores de Ciclo Diesel de 4 TemposMotores de Ciclo Diesel de 4 Tempos
26/08/2012 14
Na maioria dos motores Diesel modernos, um
compressor empurra a carga (ar) para o cilindro
(turbo-compressão).
Primeiro tempo = 180° = 1/4 de ciclo
ASPIRAÇÃO
No segundo tempo, ocorre a compressão, com
o pistão em movimento ascendente,
pressurizando o ar na câmara (adiabática);
Pouco antes do pistão completar o curso, ocorre
a ignição por meio de dispositivo adequado (no
motor Otto), ou a auto-ignição (no motor Diesel).
PMS
PMI
Motores de Ciclo Diesel de 4 TemposMotores de Ciclo Diesel de 4 Tempos
26/08/2012 15
motor Otto), ou a auto-ignição (no motor Diesel).
Segundo tempo = 360° = 2/4 de ciclo
COMPRESSÃO
No terceiro tempo, com o pistão em
movimento descendente, temos a ignição, com
a expansão dos gases e transferência de
energia ao pistão (tempo motor).
Terceiro tempo = 540° = 3/4 de ciclo
PMS
PMI
Injeção de Combustível
Motores de Ciclo Diesel de 4 TemposMotores de Ciclo Diesel de 4 Tempos
26/08/2012 16
EXPANSÃO
No quarto tempo – ou duas rotações –
transmitiu-se trabalho ao pistão só uma vez.
No quarto tempo, o pistão em movimento
ascendente, empurra os gases de escape para a
atmosfera.
PMS
PMI
Motores de Ciclo Diesel de 4 TemposMotores de Ciclo Diesel de 4 Tempos
26/08/2012 17
Quarto tempo= 720° = 1 ciclo.
EXAUSTÃO
(ESCAPE) 
Para fazer com que as válvulas de admissão e escapamento funcionem
corretamente, abrindo e fechando as passagens nos momentos exatos, a árvore
de comando de válvulas (ou eixo de cames) gira a meia rotação do motor,
completando uma volta a cada ciclo de quatro tempos.
A relação de transmissão do comando de válvulas é de 2:1, isto é, a cada volta
completa do eixo de manivelas, o comandoda ½ volta.
Motores de Ciclo Diesel de 4 TemposMotores de Ciclo Diesel de 4 Tempos
26/08/2012 18
completa do eixo de manivelas, o comando da ½ volta.
4 tempos – 1 ciclo de trabalho:
Eixo de manivelas = 720°
Eixo de cames = 360°
Motores de Ciclo Diesel de 4 TemposMotores de Ciclo Diesel de 4 Tempos
26/08/2012 19
1. Admissão;
Motores de Ciclo Diesel de 4 TemposMotores de Ciclo Diesel de 4 Tempos
26/08/2012 20
1. Admissão;
2. Compressão
3. Injeção/Explosão;
4. Exaustão.
Câmara de Combustão de Motor DieselCâmara de Combustão de Motor Diesel
26/08/2012 21
Antecâmara tipo esférica.Antecâmara tipo cilíndrica.
Câmara de Combustão de Motor DieselCâmara de Combustão de Motor Diesel
26/08/2012 22
Câmara tipo profunda.Câmara tipo rasa.
No ciclo diesel de 2 tempos, um ciclo de trabalho completo estende-se por uma
rotação da árvore de manivelas, ou seja, dois cursos do pistão, indo do PMS ao
PMI – 360° no virabrequim.
O ciclo Diesel 2 tempos consiste de 2 etapas:
Motores de Ciclo Diesel de 2 TemposMotores de Ciclo Diesel de 2 Tempos
26/08/2012 23
1. Aspiração - Compressão;
2. Expansão - Exaustão.
Motores de Ciclo Diesel de 2 TemposMotores de Ciclo Diesel de 2 Tempos
26/08/2012 24
1. Admissão + Compressão;
2. Explosão + Escape.
Motores de Ciclo Diesel de 2 TemposMotores de Ciclo Diesel de 2 Tempos
26/08/2012 25
2. Explosão + Escape.
Motores de Ciclo Otto de 4 TemposMotores de Ciclo Otto de 4 Tempos
26/08/2012 26
1. Admissão;
2. Compressão
Motores de Ciclo Otto de 4 TemposMotores de Ciclo Otto de 4 Tempos
26/08/2012 27
2. Compressão
3. Explosão;
4. Exaustão.
Motores de Ciclo Otto de 4 TemposMotores de Ciclo Otto de 4 Tempos
26/08/2012 28
1. Admissão;
2. Compressão
3. Explosão;
4. Exaustão.
Motores de Ciclo Otto de 2 TemposMotores de Ciclo Otto de 2 Tempos
26/08/2012 29
1. Admissão + Compressão;
2. Explosão + Escape.
1. Admissão + Compressão;
2. Explosão + Escape.
Motores de Ciclo Otto de 2 TemposMotores de Ciclo Otto de 2 Tempos
26/08/2012 30
Combustível + óleo lubrificantes
Notação Nomenclatura Definição
D DIÂMETRO DO CILINDRO Diâmetro interno do Cilindro.
s CURSO DO PISTÃO
Distância percorrida pelo pistão entre os extremos do cilindro, definidos como Ponto 
Morto Superior (PMS) e Ponto Morto Inferior (PMI).
s /D
CURSO/
DIÂMETRO
Relação entre o curso e o diâmetro do pistão. (Os motores cuja relação curso/diâmetro = 
1 são denominados motores quadrados.)
n ROTAÇÃO Número de revoluções por minuto da árvore de manivelas.
cm VELOCIDADE Velocidade média do Pistão = 2 s n / 60 = s n / 30
A ÁREA DO PISTÃO Superfície eficaz do Pistão = D2 / 4
Pe POTÊNCIA ÚTIL
É a potência útil gerada pelo motor, para sua operação e para seus equipamentos 
auxiliares (assim como bombas de combustível e de água, ventilador, compressor, etc.)
26/08/2012 31
Pe POTÊNCIA ÚTIL auxiliares (assim como bombas de combustível e de água, ventilador, compressor, etc.)
z NÚMERO DE CILINDROS Quantidade de cilindros de dispõe o motor.
Vh VOLUME DO CILINDRO Volume do cilindro = As
Vc VOLUME DA CÂMARA Volume da câmara de compressão.
V VOLUME DE COMBUSTÃO Volume total de um cilindro = Vh + Vc
VH CILINDRADA TOTAL Volume total de todos os cilindros do motor = z Vh
e 
RELAÇÃO 
DE 
COMPRESSÃO
Também denominada de razão ou taxa de compressão, é a relação entre o volume total 
do cilindro, ao iniciar-se a compressão, e o volume no fim da compressão, constitui uma 
relação significativa para os diversos ciclos dos motores de combustão interna. Pode ser 
expressa por: (Vh+Vc)/Vc . (é > 1).
Notação Nomenclatura Definição
Pi POTÊNCIA INDICADA
É a potência dentro dos cilindros. Abreviadamente denominada de IHP (Indicated Horsepower), 
consiste na soma das potências efetiva e de atrito nas mesmas condições de ensaio.
Pl POTÊNCIA DISSIPADA Potência dissipada sob carga, inclusive engrenagens internas.
Psp DISSIPAÇÃO Dissipação de potência pela carga.
Pr CONSUMO DE POTÊNCIA
Consumo de potência por atrito, bem como do equipamento auxiliar para funcionamento do motor, à 
parte a carga. Pr = Pi - Pe - Pl - Psp
Pv POTÊNCIA TEÓRICA
Potência teórica, calculada por comparação, de máquina ideal. Hipóteses para este cálculo: 
ausência de gases residuais, queima completa, paredes isolantes, sem perdas hidrodinâmicas, 
gases reais.
pe PRESSÃO MÉDIA EFETIVA
É a pressão hipotética constante que seria necessária no interior do cilindro, durante o curso de 
expansão, para desenvolver uma potência igual à potência no eixo.
pi PRESSÃO MÉDIA NOMINAL
É a pressão hipotética constante que seria necessária no interior do cilindro, durante o curso de 
expansão, para desenvolver uma potência igual à potência nominal.
26/08/2012 32
pi expansão, para desenvolver uma potência igual à potência nominal.
pr PRESSÃO MÉDIA DE ATRITO
É a pressão hipotética constante que seria necessária no interior do cilindro, durante o curso de 
expansão, para desenvolver uma potência igual à potência de atrito.
B CONSUMO Consumo horário de combustível.
b CONSUMO ESPECÍFICO
Consumo específico de combustível = B / P; com o índice e, refere-se à potência efetiva e com o 
índice i refere-se à potência nominal.
ɳm RENDIMENTO MECÂNICO
É a razão entre a potência medida no eixo e a potência total desenvolvida pelo motor, ou seja: 
�m=e/Pi = Pe / (Pe + Pr) ou então, �m= Pe / (Pe + Pr + Pl + Psp).
ɳe
RENDIMENTO ÚTIL Ou rendimento econômico é o produto do rendimento nominal pelo rendimento mecânico = �i .�m
ɳi RENDIMENTO INDICADO
É o rendimento nominal. Relação entre a potência indicada e a potência total desenvolvida pelo 
motor.
ɳv
RENDIMENTO TEÓRICO É o rendimento calculado do motor ideal.
ɳg EFICIÊNCIA É a relação entre os rendimentos nominal e teórico; �g = �i /�v.
ɳl RENDIMENTO VOLUMÉTRICO É a relação entre as massas de ar efetivamente aspirada e a teórica.
É o volume total deslocado pelo pistão entre o P.M.I. e o P.M.S., multiplicado
pelo número de cilindros do motor. A cilindrada é indicada em centímetros
cúbicos (cm³) ou litros (L) e tem a seguinte fórmula:
C = (Volume do cilindro x curso do pistão) x N° de cilindros
Cilindrada (C)Cilindrada (C)
26/08/2012 33
Isto é:
C = ( pi x D² x h ) x N
4 
Relação matemática que indica quantas vezes a mistura ar/combustível ou
simplesmente o ar aspirado (no caso dos diesel) para dentro dos cilindros pelo
pistão é comprimido dentro da câmara de combustão antes que se inicie o processo
de queima. Assim, um motor qualquer que tenha especificada uma taxa de
compressão de 8:1, por exemplo, indica que o volume aspirado dentro do cilindro foi
comprimido oito vezes antes da queima, da sua combustão.
Taxa de Compressão (TC)Taxa de Compressão (TC)
26/08/2012 34
A taxa de compressão corresponde à relação entre:
TC = Cilindrada do Motor + Volume da Câmara de Combustão
Volume da Câmara de Combustão
Isto é,
TC = C + V
V
A potência é a unidade que mede a “velocidade” com que a energia é aplicada ou
consumida em um trabalho mecânico.
A potência exprime a rapidez com que esta energia é aplicada e se calcula
dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realizá-lo.
Pmec = Força do sistema x Diâmetro eixo de manivela
Potência (P)Potência (P)
26/08/2012 35
Pmec = Força do sistema x Diâmetro eixo de manivela
736 x tempo do trabalho
Isto é,
Pmec = F x d
736 x t
A unidade mais usual para medida de potência mecânica é o cv (cavalo-
vapor), equivalente a 736W.
ESTACIONÁRIOS
Destinados ao acionamento de máquinas estacionárias, tais como geradores, máquinas de
solda, bombas ou outras máquinas que operam em rotação constante;
INDUSTRIAIS
Destinados ao acionamento de máquinas de construção civil, tais como tratores,
carregadeiras,guindastes, compressores de ar, máquinas de mineração, veículos de
operação fora-de-estrada, acionamento de sistemas hidrostáticos e outras aplicações onde
se exijam características especiais específicas do acionador;
Motores DieselMotores Diesel
26/08/2012 36
se exijam características especiais específicas do acionador;
VEICULARES
Destinados ao acionamento de veículos de transporte em geral, tais como caminhões e
ônibus;
MARÍTIMOS
Destinados à propulsão de barcos e máquinas de uso naval.
Conforme o tipo de serviço e o regime de trabalho da embarcação, existe uma vasta gama de
modelos com características apropriadas, conforme o uso. (Laser, trabalho comercial leve,
pesado, médio-contínuo e contínuo)
WärstsiläWärstsilä--SulzerSulzer RTRT--flex96C flex96C –– TheThe Big Boy ...Big Boy ...
26/08/2012 37
Aplicação em petroleiros e navios de contêineres.
WärstsiläWärstsilä--Sulzer RTSulzer RT--flex96C flex96C –– The Big Boy ...The Big Boy ...
26/08/2012 38
WärstsiläWärstsilä--Sulzer RTSulzer RT--flex96C flex96C –– The Big Boy ...The Big Boy ...
26/08/2012 39
Sistemas Componentes de Motores DieselSistemas Componentes de Motores Diesel
26/08/2012 40
O motor diesel é composto basicamente por sistema e subsistemas. Estaremos
aqui abordando apenas os sistemas (macro). São eles:
� Sistema de Compressão do Motor;
� Sistema de admissão de ar;
Sistemas Componentes de Motores DieselSistemas Componentes de Motores Diesel
26/08/2012 41
� Sistema de arrefecimento;
� Sistema de alimentação (injeção de combustível);
� Sistema de lubrificação;
� Sistema de exaustão (ou escapamento dos gases);
� Sistema de elétrico de carga e partida.
Sistema de CompressãoSistema de Compressão
26/08/2012 42
Sistema de CompressãoSistema de Compressão
26/08/2012 43
Sistemas de Admissão de ArSistemas de Admissão de Ar
26/08/2012 44
Sistemas de Admissão de ArSistemas de Admissão de Ar
26/08/2012 45
Turbo-compressor
Rotação acima de 15.000 
RPM
Sistemas de Admissão de ArSistemas de Admissão de Ar
26/08/2012 46
Turbo-compressor
Sistemas de Admissão de ArSistemas de Admissão de Ar
26/08/2012 47
Turbo-compressor
Sistemas de ArrefecimentoSistemas de Arrefecimento
26/08/2012 48
Sistemas de ArrefecimentoSistemas de Arrefecimento
26/08/2012 49
Aquecedor 
Interno do 
Tampa do 
Radiador Temperatura D’água Válvula 
Termostática
Embreagem
Viscosa
Sistemas de ArrefecimentoSistemas de Arrefecimento
26/08/2012 50
Interno do 
Veículo
Bomba 
D’água
Sistemas de Alimentação (injeção)Sistemas de Alimentação (injeção)
26/08/2012 51
Sistema de Injeção Diesel 
com Bomba em Linha
PROPRIEDADE ESPECIFICAÇÃO MÉTODO DE TESTE EM LABORATÓRIO
Viscosidade ASTM D-445 5,8 CentiStoke a 40°C
Numero de Cetana ASTM D-613
No mínimo 40, exceto em clima frio e serviço em marcha 
lenta por períodos prolongados, quando será necessário 
numero mais elevado.
Teor de Enxofre ASTM D-129
ou 1552 Não deve exceder a 1,0% em peso.
Teor de água e 
sedimentos ASTM D-1796 Não deve exceder a 0,1% em peso.
Sistemas de Alimentação (injeção)Sistemas de Alimentação (injeção)
26/08/2012 52
sedimentos ASTM D-1796 Não deve exceder a 0,1% em peso.
Resíduos de carbono ASTM D524
ou D-189
Não deve exceder a 0,25% em peso em 10% de 
resíduos.
Ponto de fulgor ASTM D-93 () mínimo. Algumas sociedades classificadoras exigem ponto de fulgor mais elevado.
Ponto de Névoa ASTM D-97 abaixo da temperatura esperada de operação.
Corrosão por enxofre 
ativo sobre lâmina de 
cobre
ASTM D- 130 Não deve exceder o n° 2 após 3 horas a .
Teor de cinzas ASTM D-482 Não deve exceder a 0,02% em peso.
Destilação ASTM D-86
A curva de destilação deve ser suave e contínua. 98% do 
combustível deve evaporar abaixo de . Todo o 
combustível deve evaporar abaixo de .
Filtro, tipo bastão
Conexão de retorno
Orifício de entrada
Disco de ajuste
Bico Corpo Agulha
Pino de
pressão
Haste
Cone de
pressão
Orifício de
entrada
Agulha
Corpo
do bico
Sistemas de Alimentação (injeção)Sistemas de Alimentação (injeção)
26/08/2012 53
Mola de pressão
Corpo do bico
Pino de pressão
Câmara de pressão
Agulha do bico
Furo de
Injeção
Ângulo
do jato
pressão
Assento
da agulha
Agulha
Bico Injetor
Sistemas de Alimentação (injeção)Sistemas de Alimentação (injeção)
26/08/2012 54
Sistema de Injeção 
Diesel com Bomba 
Rotativo
Sistemas de Alimentação (injeção)Sistemas de Alimentação (injeção)
26/08/2012 55
Sistema de Injeção 
Diesel com Bomba em 
Linha
Sistemas de Alimentação (injeção)Sistemas de Alimentação (injeção)
26/08/2012 56
Sistema de Injeção 
Diesel Eletrônico 
(Common Rail)
Sistemas de LubrificaçãoSistemas de Lubrificação
26/08/2012 57
� Lubrificação por salpico;
� Lubrificação por banho (imersão);
� Lubrificação por gravidade;
� Lubrificação por pressão;
� Lubrificação por esguicho pressurizado.
Sistemas de LubrificaçãoSistemas de Lubrificação
26/08/2012 58
Sistemas de LubrificaçãoSistemas de Lubrificação
26/08/2012 59
Sistemas de LubrificaçãoSistemas de Lubrificação
26/08/2012 60
Sistemas de LubrificaçãoSistemas de Lubrificação
26/08/2012 61
Fim!!!
26/08/2012 62
Fim!!!