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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!!!
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