Motores de Combustão Interna_Aula_01

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Introdução
Máquinas de Combustão Interna
Histórico
Tipos de Máquinas de Combustão
Prof. MSc. José Fábio Abreu de Andrade
1Máquinas de Combustão Interna
Histórico
 Conceitos:
• Até início de 1800 o calor era considerado um fluido chamado
calórico;
• 1783: LAPLACE e LAVOISIER introduziram o conceito de calor
especifico;
• 1842: MAYER e POISSON calcularam a equivalência do
trabalho em calor e definiram a equação do gás ideal;
2Máquinas de Combustão Interna
 Conceitos:
• 1847: 1a. Lei da Termodinâmica: “Todas as formas de
energia são mutuamente conversíveis e, a energia de um
sistema fechado e isolado permanece constante.”;
• 1865: 2a. Lei da Termodinâmica: “A fonte de calor superior
fornece calor ao meio em busca do equilíbrio”. É o clássico
exemplo do equilíbrio de temperatura entre corpos que
estejam em contato com temperaturas diferentes.
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Histórico
 Desenvolvimento:
• 1652: Padre HAUTEFOILLE propõe a construção de um motor
aproveitando a força expansiva dos gases provenientes da
combustão da pólvora num cilindro fechado;
• 1673: O físico alemão CHRISTIAN HUYGENS, a mando do rei
Louis XIV, da França, desenvolveu o primeiro motor movido à
pólvora (de combustão interna). Objetivo do motor: bombear
mais de 3000m3 de água para abastecer as fontes do palácio
de Versailles.
4Máquinas de Combustão Interna
Histórico
 Desenvolvimento:
• 1688: PAPIN, físico e inventor francês, desenvolve motor à
pólvora na Royal Society de Londres. O motor utilizava o
efeito da expansão do ar e o vácuo no resfriamento,
conhecido como princípio atmosférico, para movimentar um
pistão;
• 1712: O ferreiro e mecânico inglês NEWCOMEN desenvolve o
primeiro motor atmosférico a vapor;
• 1821: W. CECIL desenvolveu um motor que funcionava com
mistura de ar e hidrogênio, que foi realmente o primeiro
motor a funcionar com sucesso;
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Histórico
 Desenvolvimento:
• 1824: SADI CARNOT escreve “Reflexões sobre a potência
motriz do fogo”;
• 1838: WILLIAM BARNETT, inventor inglês, patenteou a
invenção de um motor à gás que comprimia uma mistura de
combustível. O motor de Barnett tinha um único cilindro, as
explosão ocorriam primeiro na parte acima e depois embaixo
do êmbolo.
6Máquinas de Combustão Interna
Histórico
 Desenvolvimento:
• 1860: O engenheiro Belga LENOIR desenvolve um motor
que, utilizando gás, realiza duas explosões por rotação, sendo
uma em cada lado do pistão. Este motor de um cilindro
possuía um sistema de ignição com acumulador elétrico;
• 1862: O francês BEAU DU ROCHAS desenvolve o princípio
dos 4 tempos de funcionamento de um motor (admissão,
compressão, expansão e escapamento), e conclui em estudos
que a compressão antes da ignição é necessária para máxima
expansão. Mas ele não o construiu o motor proposto;
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Histórico
 Desenvolvimento:
8Máquinas de Combustão Interna
Histórico
NIKOLAUS AUGUST OTTO (1832-1891): Engenheiro e inventor
alemão, inventou e construiu o primeiro motor de combustão
interna de quatro tempos e determinou o ciclo teórico sob o qual
trabalha o motor de explosão (1876), o conhecido ciclo Otto.
Histórico
 Desenvolvimento:
Máquinas de Combustão Interna 9
 Desenvolvimento:
• 1866: Os alemães NIKOLAUS AUGUST OTTO e EUGEN
LANGEN construíram um bem sucedido motor à gás de
quatro tempos. O motor era de pistão livre com consumo
50% menor do que o motor desenvolvido por LENOIR. Taxa
de compressão: 2,5:1 e rendimento de 15%;
• 1876: OTTO e LANGEN obtiveram patentes nos EUA dos
motores de dois tempos e de quatro tempos;
• 1884: O alemão DAIMLER patenteia um motor de alta
rotação para a época (500 a 1.000 rpm);
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Histórico
 Desenvolvimento:
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Histórico
12Máquinas de Combustão Interna
Histórico
 Desenvolvimento:
• 1889: DAIMLER desenvolve um motor de elevado rendimento
e rotação com 2 cilindros dispostos em V;
• 1890: O inglês AKROYD STUART patenteia o motor de ignição
por compressão;
• 1890: O alemão RUDOLF DIESEL idealizou que a mistura
queimaria espontaneamente na câmara de combustão
ocupada pelo ar após a fase de compressão;
• 1892: É produzido o primeiro motor por ignição a
compressão. Possuía uma taxa de compressão de 3:1 o que
era insuficiente para inflamar a mistura. A eficiência desse
motor era semelhante ao de Otto cerca de 15%;
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Histórico
 Desenvolvimento:
• 1892: DIESEL patenteia a sua ideia;
• 1893: O primeiro motor DIESEL é fabricado com uma
eficiência de 26% .
Tipos de Motores
• Eólicos: fluxo de ar;
• Hidráulicos: fluxo de água ou pressão de óleo;
• Elétricos: corrente elétrica;
• Térmicos: calor;
O motor é um conjunto de mecanismos que transforma a
energia “X” em energia mecânica.
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 Motores de Combustão Externa:
• Os motores de combustão externa são aqueles onde a
queima de combustível ocorre fora do motor. O motor a
vapor é um exemplo típico;
• Nesse caso, a queima do combustível ocorre externamente
para o aquecimento da caldeira, que produz o vapor que
movimenta os pistões do motor.
• Motores das locomotivas a vapor. Atualmente o princípio é
utilizado nas Usinas Termoelétricas, podendo utilizar
combustível fóssil ou Nuclear.
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Tipos de Motores
 Motores de Combustão Externa:
16Máquinas de Combustão Interna
Tipos de Motores
 Motores de Combustão Externa:
• Uma locomotiva a vapor, por exemplo, consiste das seguintes
partes principais:
• Caldeira – responsável por gerar a energia (vapor);
• Máquinas – são os mecanismos que utilizam a energia proveniente do
vapor para transformá-la em movimento mecânico;
• Tênder – é a parte da locomotiva onde estão armazenados o
combustível e a água, elementos necessários para gerar e transferir
energia.
• O motor a vapor chegou a ser testado e utilizado em diversos
veículos: locomotivas, automóveis, navios e até motocicletas.
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Tipos de Motores
 Motores de Combustão Externa:
• Vídeos do Mundo
a Vapor em
Gramado-RS:
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Tipos de Motores
 Motores de Combustão Externa:
• Vídeos do Mundo
a Vapor em
Gramado-RS:
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Tipos de Motores
 Motores de Combustão Externa:
• Vídeos do Mundo
a Vapor em
Gramado-RS:
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Tipos de Motores
 Motores de Combustão Externa:
• Vídeos do Mundo
a Vapor em
Gramado-RS:
21Máquinas de Combustão Interna
Tipos de Motores
 Motores de Combustão Externa:
• Vídeos do Mundo
a Vapor em
Gramado-RS:
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Tipos de Motores
 Motores de Combustão Externa:
23Máquinas de Combustão Interna
Tipos de Motores
 Motores de Combustão Interna:
• Os motores de combustão externa são aqueles onde a
queima de combustível ocorre no interior do próprio motor.
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Tipos de Motores
 Motores de Combustão Interna x Externa:
• O baixo peso já que o motor a combustão interna não
precisava de um reservatório de água para ser aquecida,
muito menos um combustível para ser queimado e aquecer a
água, sendo na época comum utilizar a lenha ou o carvão.
• Outra vantagem era o baixo consumo de combustível,
embora ainda sendo benzeno e um sistema de alimentação
de combustível não muito eficiente, que se diferenciava dos
motores anteriores, onde em poucos quilômetros ou em
poucas horas de funcionamento queimavam um balaio de
lenha.
25Máquinas de Combustão Interna
Tipos de Motores
 Motores de Combustão Interna x Externa:• A potência dos motores de combustão interna ciclo Otto
também superava, em proporções de tamanhos, a do motor
a vapor. Apenas a pressão do vapor empurrava os pistões e
bielas para gerar força e movimento rotativo enquanto no
motor de ciclo Otto uma explosão de combustível, um poder
térmico e um deslocamento de gases assumia o papel do
vapor com muito mais eficiência, gerando maior potência.
26Máquinas de Combustão Interna
Tipos de Motores
 Motores de Combustão Interna x Externa:
• Quando a utilização de gasolina, que antes de ser utilizada
nos motores era um subproduto do petróleo jogado fora,
passou a ser um combustível com mais poder de explosão e
com um percentual de lubrificação, alimentando os motores,
o motor de ciclo Otto aumentou ainda mais a sua potência e
torque.
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Tipos de Motores
 Evolução dos Motores:
• James Watt e a Máquina a Vapor
• Maravilhas Modernas – Motores (History Channel).
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Tipos de Motores