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31/08/2018 1 Mecanização Agrícola Motores de combustão interna ciclo Otto e ciclo Diesel UFG Jataí MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA • Transformam a energia interna dos combustíveis em trabalho mecânico • Realizam um ciclo termodinâmico (variações de pressão, temperatura e volume) e a combustão explosiva de uma mistura ar+combustível HISTÓRICO • 1862: Beau de Rochas • Idealizou o motor à explosão • 1872: Nicholas Otto • Construiu o motor à explosão • 1893: Rudolf Diesel • Idealizou, projetou e construiu o motor ciclo diesel CONSTITUIÇÃO • Cilindro fechado com um êmbolo ou pistão em seu interior • Pistão acoplado a um mecanismo biela-manivela • A cada meio giro da árvore de manivelas o pistão percorre um certo espaço entre suas posições extremas CONSTITUIÇÃO Ponto Morto Inferior (PMI) Ponto Morto Superior (PMS) Curso ETAPAS OU FASES Admissão Compressão Expansão Descarga 31/08/2018 2 TEMPOS DO MOTOR • A cada meio giro da árvore de manivelas (virabrequim) correspondem diferentes condições de pressão e volume na câmara do cilindro: tempos • 1 tempo – 1 movimento do pistão • Motores dois tempos • Motores quatro tempos MOTORES Quatro tempos Realizam duas voltas do eixo virabrequim para completar o ciclo termodinâmico Dois tempos Completam o ciclo termodinâmico em uma volta do eixo virabrequim CICLOS • De acordo com as características da realização dos tempos dois ciclos termodinâmicos teóricos: • Ciclo Otto – ignição por centelhamento • Ciclo Diesel – ignição por compressão MOTORES CICLO OTTO Utilizam combustíveis leves: Gasolina Etanol Gás natural No Brasil são pouco utilizados em tratores Quatro e dois tempos OTTO 4 TEMPOS CONSTITUIÇÃO VELA VÁLVULA DE ADMISSÃO VÁLVULA DE ESCAPE CÁRTER OTTO 4 TEMPOS 1º tempo: admissão A mistura de ar + combustível é admitida no cilindro A válvula de admissão encontra-se aberta A admissão ocorre devido a diferença de pressão criada pelo deslocamento do pistão 31/08/2018 3 ADMISSÃO OTTO 4 TEMPOS AR + COMBUSTÍVEL ADMISSÃO OTTO 4 TEMPOS A mistura do ar e do combustível é realizada antes da admissão: Carburadores Injeção eletrônica Motores turbinados a mistura é forçada para dentro do cilindro: mais combustível OTTO 4 TEMPOS 2º tempo: compressão A mistura de ar + combustível é comprimida na câmara de combustão O pistão desloca-se do PM inferior para o superior As válvulas de admissão e escape estão fechadas COMPRESSÃO OTTO 4 TEMPOS OTTO 4 TEMPOS 3º tempo: expansão Centelha elétrica na vela Ignição da mistura ar + combustível Expansão dos gases movimenta o pistão Tempo motor: é desenvolvido trabalho mecânico EXPANSÃO OTTO 4 TEMPOS 31/08/2018 4 EXPANSÃO OTTO 4 TEMPOS As válvulas permanecem fechadas A centelha elétrica ocorre um pouco antes do pistão atingir o ponto morto superior OTTO 4 TEMPOS 4º tempo: escape Exaustão Os gases queimados são expelidos para fora do cilindro A válvula de descarga fica aberta ESCAPE OTTO 4 TEMPOS OTTO 4 TEMPOS Em seguida inicia-se novo ciclo com a admissão Para cada ciclo: 4 cursos do pistão Dois giros completos do eixo virabrequim CARBURADOR Boia mantém a cuba com nível constante Ao passar pelo venturi o ar arrasta o combustível A válvula borboleta controla a quantidade de mistura que entra no motor Razão ar/combustível constante (15:1) em todos os regimes de rotação INJEÇÃO ELETRÔNICA 31/08/2018 5 DIESEL 4 TEMPOS CONSTITUIÇÃO BICO INJETOR VÁLVULA DE ADMISSÃO VÁLVULA DE ESCAPE DIESEL 4 TEMPOS ADMISSÃO O ar puro é admitido no cilindro A válvula de admissão encontra-se aberta A admissão ocorre devido a diferença de pressão criada pelo deslocamento do pistão AR DIESEL 4 TEMPOS COMPRESSÃO O ar é comprimido na câmara de combustão As válvulas de admissão e escape estão fechadas A compressão é maior que nos motores ciclo Otto DIESEL 4 TEMPOS EXPANSÃO Ocorre a injeção do combustível quando o pistão atinge o PMS Devido à elevada pressão e temperatura ocorre a auto- ignição do óleo Diesel É o tempo motor combustível DIESEL 4 TEMPOS DESCARGA A válvula de escape se abre O movimento ascendente do pistão do PMI ao PMS expulsa os gases da combustão DIFERENÇAS CICLO OTTO E CICLO DIESEL Otto Diesel Admissão Ar + combustível Ar Compressão “baixa” Alta Ignição Centelha Compressão 31/08/2018 6 VANTAGENS CICLO OTTO Facilidade de partida do motor (menor taxa compressão) Custo mais baixo do motor (30 a 50%) Manutenção do sistema de alimentação mais barata VANTAGENS CICLO DIESEL Mais econômico, especialmente em motores que funcionam mais de 800 horas por ano Motores têm maior vida útil Alta eficiência de conversão energia DIESEL 4 TEMPOS Mais utilizados em tratores Funcionam com elevado fator de carga Elevado peso por unidade de potência Baixa rotação de potência máxima Acelerações lentas Baixo nível de manutenção Elevado rendimento térmico (30 a 35%) DIESEL 4 TEMPOS Variação da potência e rotação pelo volume de combustível injetado Quantidade de ar constante Relação ar/combustível pode variar de 15:1 até 100:1 OTTO 2 TEMPOS CONSTITUIÇÃO Vela Canal de admissão Janela de escape Janela de admissão Cárter OTTO 2 TEMPOS Etapas de funcionamento 1º tempo: compressão e admissão 2º tempo: expansão e escape 31/08/2018 7 OTTO 2 TEMPOS 1º TEMPO Compressão e admissão Durante o deslocamento do pistão do PMI ao PMS as janelas de admissão e escape ficam fechadas Cria-se um vácuo no cárter e ocorre a compressão da mistura OTTO 2 TEMPOS 1º TEMPO Compressão e admissão Próximo ao PMS a janela de admissão é aberta e a mistura é admitida no cárter ar + combustível + lubrificante OTTO 2 TEMPOS 2º TEMPO Expansão e escape Com o pistão próximo ao PMS ocorre a centelha e ignição da mistura Durante o curso descendente do pistão as janelas permanecem fechadas A mistura admitida no cárter é comprimida OTTO 2 TEMPOS 2º TEMPO Próximo ao PMI o canal de admissão e a janela de escape se abrem Descarga Transferência da mistura OTTO 2 TEMPOS Dois cursos do pistão - um giro do virabrequim para completar ciclo Aceleração rápida Maior potência que motor 4T de tamanho semelhante Maior consumo de combustível Poluição CILINDRADA É o volume deslocado, dentro do cilindro, pelo pistão durante o seu curso (PMS – PMI) Normalmente medida em cm3 ou litros (L) Em motores com mais de um cilindro soma-se o volume deslocado em todos os cilindros 31/08/2018 8 CILINDRADA PMI PMS Curso Curso (L) Diâmetro (D) CILINDRADA Curso vezes a área da seção do cilindro Área = . r2 ou . D 2 /4 Exemplo: qual a cilindrada de um motor de 3 cilindros com curso de 8 cm e diâmetro do cilindro igual a 10 cm? C1= πD ²4 .L= π(10cm)2 4 .8cm= 628,32cm 3 CT= 628,32cm3∗3= 1884,96cm3= 1,88L TAXA DE COMPRESSÃO RELAÇÃO DE COMPRESSÃO Vi Vf TC = Vi Vf TAXA DE COMPRESSÃO A relação é indicada atribuindo-se ao volume final o valor 1 Exemplo: 8:1; 10/1 O volume inicial é igual à cilindrada mais o volume da câmara de combustão TAXA DE COMPRESSÃO RELAÇÃO DE COMPRESSÃO Vi Vf cc cil EXEMPLO TAXA DE COMPRESSÃO Motor com cilindrada de 20 cm3 e câmara de combustão de 4cm3 TC = 20+4 4 = 6:1 • “rebaixando o cabeçote”: câmara de combustão com 2cm3 TC = 20+2 2 = 11:1 31/08/2018 9 AUMENTO DA TAXA DE COMPRESSÃO Maior rendimento térmico Maior força no mecanismo biela – manivela Exige maior resistência das peças Pode ocorrer auto-ignição do combustível TAXA DE COMPRESSÃO Ciclo TC Otto 6:1 a 11:1 Diesel 15:1 a 21:1 MOTORES TURBINADOS Turbocompressor é uma turbina acionada pelos gases do escapamento O ar é pressionado para dentro do cilindro Maior quantidade de oxigênio permite maior quantidade de combustível – explosão mais forte MOTORES TURBINADOS INTERCOOLER Abaixa a temperatura do ar de admissão Temperatura mais baixa – maior densidade – mais oxigênio INTERCOOLER 31/08/2018 10 TURBO COMPRESSOR + INTERCOOLER
