Máquinas Termicas e de Fluxo CEFET-MG 2011

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS

GERAIS

CEFET-MG CAMPUS VIII

Professor: Dagoberto Cássio da Silva.

Esta obra representa a coletânea de vários materiais disponíveis na internet e em livros da área de mecânica e engenharia mecânica.

PROGRAMA

Noções de Mecânica dos Fluidos Noções de Termodinâmica

Caldeiras Turbinas Ventiladores Compressores

Motores de Combustão Interna Sistemas de Refrigeração

SISTEMA DE AVALIAÇÃO (2º diurno)

1ºBimestre

Avaliação formativa 1 (7 pontos)/ 17/03/2011 Avaliação formativa 2 (7 pontos)/14/04/2011

Trabalhos (6 pontos) 2º Bimestre

Avaliação formativa 1 (10 pontos)/ 26/05/2011 Avaliação formativa 2 (10 pontos)/ 16/06/2011

Trabalhos (10 pontos)

1- Mecânica dos Fluidos

1.1 Noções de Estática dos Fluidos

Pressão: é definida como força por unidade de área.

A F P  onde F é a força e A a área.

O aluno não deve confundir pressão com força.

Note-se que a força aplicada em ambos os recipientes é a mesma; entretanto, a pressão será diferente. 2 1 10 / 10 100 cm N P   2 20 / 2 5 100 cm N P  

Teorema de Stevin: a diferença de pressão entre dois pontos de um fluido em repouso é igual ao produto do peso específico do fluido pela diferença de cotas dos dois pontos.

Se a pressão na superfície livre do líquido contido no recipiente for nula, a pressão no ponto N à profundidade h dentro do líquido será dada por:

P =



Lei de Pascal: A pressão aplicada num ponto de um fluido em repouso transmite-se integralmente a todos os pontos do fluido.

A figura abaixo ilustra perfeitamente tal lei:

Em (a) e (b), mostra-se o mesmo recipiente cilíndrico em que foram escolhidos alguns pontos. Em (a), o fluido apresenta uma superfície livre à atmosfera e supõe-se que as pressões nos pontos indicados sejam:

P1 = 1 N/cm2; P2 = 2 N/cm2; P3 = 3 N/cm2 e P4 = 4 N/cm2.

Ao aplicar a força de 100 N, por meio do êmbolo da figura (b), tem-se um acréscimo de pressão de P = 20 N/cm2_{. As pressões nos pontos indicados deverão, portanto, ter os}

seguintes valores:

Torna-se evidente, então, o significado da lei de Pascal.

1.2 Noções sobre Viscosidade

A viscosidade representa a tensão tangencial interna entre camadas adjacentes de um fluido. É uma propriedade que caracteriza a resistência do fluido à deformação, ou seja, ao escoamento.

Esta resistência é em razão, principalmente, da força de coesão de suas moléculas e, do atrito interno. Assim, um fluido de maior viscosidade apresenta maior resistência ao escoamento que, por sua vez, demandará maior energia.

Lei de Newton da viscosidade:

.dv

dy

  _{(para perfil de velocidade parabólico)} onde:

 = tensão cisalhante

dv/dy = gradiente de velocidade

Se a espessura da camada de fluido for pequena podemos simplificar a equação de Newton da viscosidade para:

.v e   Onde:  = tensão cisalhante v = velocidade

e = espessura do filme de fluido

1.3 Noções de Cinética dos Fluidos

a) Regime permanente: é aquele em que as propriedades do fluido são invariáveis em cada ponto com o passar do tempo.

b) Regime variado: é aquele em que as condições do fluido em alguns pontos ou regiões de pontos variam com o passar do tempo.

c) Escoamento laminar: é aquele onde as partículas defluido movem-se ao longo de trajetórias suaves, em lâminas ou camadas, com cada uma destas deslizando suavemente sobre outra adjacente.

d) Escoamento turbulento: é aquele onde as partículas de fluido movem-se em trajetórias irregulares.

Vazão: define-se vazão em volume “Q” como o volume de fluido que atravessa uma certa

seção do escoamento por unidade de tempo.

Q =

t V

onde V é o volume e t o tempo. (m3_{/s; L/s; m}3_{/h, L/min; etc)}

Existe uma relação importante entre a vazão em volume e a velocidade do fluido, é ela: Q = v . A

A vazão também pode ser representada em massa “m” por unidade de tempo “t”, ou seja: Qm =

t m

Para fluido incompressível  Q =v1.A1 =v2.A2

Para fluido compressível  Q = 1.v1.A1 = 2.v2.A2

Equação da energia real e presença de uma máquina

H1 + HM = H2 P M P v_g Z h H Z g v P _{      } 2 2 2 2 2 1 2 1 1 1 2 2   sendo:

HM = HB se a máquina for uma bomba (H1  H2);

HM = HT se a máquina for uma turbina (H1  H2).

hP = perda de carga total no trecho 1-2. (perda de carga localizada + perda de carga

A parcela HB é chamada carga ou altura manométrica da bomba e representa a energia

fornecida à unidade de peso do fluido que passa pela bomba.

A parcela HT é chamada carga ou altura manométrica da turbina ou energia retirada da

unidade de peso do fluido pela turbina.

Potência da máquina Para a bomba: B B B QH P  . .  Para a turbina: PT .Q.HT.T Equação da quantidade de movimento

F = Qm .v  F = Qm.(v2 – v1)

Utilizada no estudo das máquinas de fluxo e em escoamento de fluidos.

2- Termodinâmica

2.1 Noções de Termodinâmica

Definições importantes:

Sistema: quantidade de matéria ou região do espaço, fixa ou móvel, sobre a qual fixamos

Vizinhança: é o que resta do universo excluindo-se o sistema.

Fronteira: superfície real ou imaginária, fixa ou móvel, que separa o sistema da

vizinhança.

Estado: é a condição em que se encontra o sistema, definido por duas propriedades

independentes.

Propriedades: são grandezas mensuráveis direta ou indiretamente que definem a

condição em que se encontra o sistema. Podem ser de dois tipos:

Propriedades extensivas: são aquelas que dependem da massa do sistema. Ex. : massa, volume, energia, etc.

Propriedades intensivas: são aquelas que independem da massa do sistema. Ex.: temperatura, pressão, todas as propriedades extensivas por unidade de massa.

Processo: é a maneira pela qual o sistema muda de estado. Quando uma das

propriedades de um sistema muda diz-se que ocorreu um processo. Processos típicos: isotérmico (T=cte)

isocórico (V = cte) isobárico (P = cte)

adiabático (sem troca de calor) isoentrópico (adiabático reversível)

reversível (pode ser invertido perfeitamente sem deixar vestígios no sistema e vizinhança)

Equação de estado (gás ideal): como o próprio nome diz, é uma equação que representa

um estado termodinâmico do sistema, sendo uma relação entre as propriedades de estado, a saber, pressão, volume e temperatura (P, V, T).

Ex.: equação de Clapeyron

PV = mRT Onde: P = pressão absoluta do gás, V = volume de gás, m = massa de gás, R = constante do gás, T = temperatura do gás.

Para sistema fechado:

1 1 2 2

1 2

PV

PV

T



T

Para sistema adiabático:

1 1 2 2

tan

k k

PV



PV

onde k cons



te adiabática

Ou 1 1 2 1 2 1 2 k k k

P

V

T

P

V

T











_

_



_

_









Relações importantes:

;

;

;

1

1

c

_Rk

_R

R c

c

k

c

c

c

k

k















Cp = calor específico a pressão constante

Cv = calor específico a volume constante

Trabalho: definido como força vezes o deslocamento. Representa energia em trânsito.

Convenção de sinais:

Calor: energia em trânsito que ocorre devido a uma diferença de temperatura

Convenção de sinais:

2

2

int

mv

Energia cinética

E

Energia

erna

U

Energia potencial

E

mgz











OBS. Para sistema aberto (volume de controle) deve-se acrescentar uma parcela correspondente a energia de fluxo, P.V.

Agora estamos aptos para entendermos a definição de Termodinâmica.

A Termodinâmica é uma ciência na qual são estudados o armazenamento, a conversão e a transferência de energia. A energia pode ser armazenada como energia interna (associada à temperatura), energia cinética (associada ao movimento), energia potencial (associada à altura) e energia química (associada à composição química). A energia pode ser convertida de uma dessas formas em outra. Ela pode ser transferida através da fronteira de um sistema, por calor e trabalho.

Na disciplina de termodinâmica a mesma é definida como a ciência da energia e da entropia.

2.2 1ª LEI DA TERMODINÂMICA

A 1ª Lei da termodinâmica é geralmente denominada Lei de Conservação de Energia. Em cursos de física elementar, o estudo de conservação de energia enfatiza mudanças nas energias cinética e potencial gravitacional e suas relações com o trabalho. Uma forma mais geral de conservação de energia inclui a transmissão de calor e variações da energia interna. Essa forma mais geral é frequentemente chamada primeira Lei da termodinâmica.

Apresentaremos, a seguir, a primeira lei para um sistema que realiza um processo.

2 1

Para sistema fechado: 2 1 2 1 2 2 1 1

2

2

v

v

Q W





m



_



gz



u



_



m



_



gz



u



_









Desprezando as variações de energia cinética e potencial a 1ª lei da termodinâmica para sistema fechado fica reduzida a:

2 1

Q W U







U



A área abaixo da curva representa o trabalho trocado com o meio (vizinhança). Calor no diagrama T x S:



 2

1 2

1Q TdS

A área abaixo da curva representa o calor trocado com o meio (vizinhança).

2.3 2ª LEI DA TERMODINÂMICA

A água desce uma colina, o calor passa de um corpo quente para um corpo frio, elásticos relaxam, fluidos escoam de uma região de alta pressão para uma região de baixa pressão e nós envelhecemos! Nossas experiências na vida sugerem que os processos têm uma

direção definida. A 1ª lei da termodinâmica relaciona as variáveis envolvidas em um

processo físico, mas não fornece nenhuma informação em relação à direção de um processo. É a 2ª lei da termodinâmica que nos ajuda a estabelecer uma direção.

A 2ª lei da termodinâmica pode ser estabelecida de várias maneiras. Aqui, apresentaremos duas: o Enunciado de Clausius e o Enunciado de Kelvin-Planck.

Enunciado de Clausius – É impossível construir um dispositivo que opere em um ciclo e

cujo único efeito seja a transmissão de calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente.

Enunciado de kelvin-Planck – É impossível construir um dispositivo que opere em um

ciclo cujos únicos efeitos sejam a realização de trabalho e a transmissão de calor de um único corpo.

Para que um sistema, que realize um ciclo, produza trabalho útil, há necessidade de que o sistema troque calor com duas fontes, sendo uma fonte quente e a outra fonte fria.

Ciclo: é uma sequência de processos no qual o estado final coincide com o estado inicial.

Rendimento térmico do ciclo de uma máquina motora (t):

FQ FF FQ C t Q Q Q W _{ }  1  Sendo:

WC = trabalho disponibilizado pelo sistema;

QFQ = calor da fonte quente;

QFF = calor da fonte fria.

3- A MÁQUINA DE CARNOT

A máquina térmica que opera mais eficientemente entre um reservatório de alta temperatura e um reservatório de baixa temperatura é chamada máquina térmica de Carnot.. Essa é uma máquina ideal que usa somente processos reversíveis em seu ciclo de operação. Determinaremos, a seguir, o rendimento da máquina térmica motora de Carnot.

O ciclo associado com a máquina de Carnot é mostrado na figura abaixo, usando-se, por exemplo, um gás como fluido de trabalho. Ele é composto pelos quatro processos reversíveis seguintes:

Aplicando a 1ª lei ao ciclo, notamos que:

Na qual Qf é considerado um valor positivo para a transmissão de calor para um

reservatório de temperatura baixa. Isso nos permite escrever o rendimento térmico para o ciclo de Carnot exposto na figura acima:

q f q f q C T T Q Q Q     1 

OBS: O rendimento da máquina térmica de Carnot é somente dependente das temperaturas absolutas das fontes quente e fria.

Tf = temperatura da fonte fria;

Tq = temperatura da fonte quente. 4- Máquina de Fluxo

Definimos máquina como um transformador de energia, sendo uma das energias o trabalho mecânico. Denominamos Máquina de Fluxo ou Turbomáquina a toda máquina em que o meio de trabalho é um fluido em escoamento contínuo.

A expressão meio de trabalho é usada para o ou os componentes que entre a entrada e a saída da máquina transforma, de modo contínuo, em maior ou menor grau, energias; interna, potencial, de pressão e cinética em trabalho mecânico ou empuxo, Máquinas de Fluxo Motoras (MM), ou vice-versa, Máquinas de Fluxo Operadoras (MO).

Portanto, as turbomáquinas são máquinas destinadas a transformar a energia potencial contida em um fluido (ou equivalente) em trabalho mecânico, ou vice-versa. Os meios de trabalho podem ser líquidos, vapores e gases. Assim, as turbinas hidráulicas, bombas, ventiladores e compressores podem ser enquadrados com Máquinas de Fluxo.

5- Máquina Térmica

Denominamos Máquinas Térmicas todo sistema termodinâmico que troca com o meio externo de modo contínuo as formas de energia calor e trabalho. Quando o sistema

termodinâmico não troca trabalho com o meio externo, estamos em presença de um aparelho térmico.

Assim, os Motores de Combustão Interna e as turbinas a vapor e a gás podem ser enquadradas como Máquinas Térmicas e as caldeiras com Aparelho Térmico. De um modo geral, as Máquinas Térmicas sempre são instaladas aos pares, uma acionando a outra.

Aquela que aciona ou fornece trabalho chamamos Máquinas Motoras. A que é acionada, isto é, consome trabalho, é a Máquina Operadora ou Geradora.

As Máquinas de Fluxo, de uma maneira geral, satisfazem com êxito os requisitos exigidos em aplicações no campo das grandes vazões e das baixas e médias pressões, sendo privativo das máquinas à pistão o campo das pequenas vazões e das altas pressões.

1- Os Motores de Combustão Interna 1 Introdução

Os motores de combustão interna (MCI - endotérmicos) são máquinas térmicas que transformam a energia térmica liberada pela combustão da mistura ar-combustível em

trabalho mecânico de eixo (torque) diretamente utilizável. O motor é considerado à combustão interna quando esta se processa no próprio fluido operante.

2- Classificação dos MCI

Os MCI são classificados em:

a) Quanto à propriedade do gás na admissão: # ar (Diesel, fig. 2)

# mistura ar-combustível (Otto, fig. 1) b) quanto à combustão:

# ignição por centelha (ICE, fig. 1) # ignição por compressão (ICO, fig. 2) c) Quanto ao movimento do pistão: # alternativo (Otto, Diesel)

# rotativo (Wankel, Turbina a Gás) d) Quanto ao ciclo de trabalho: # 2 tempos

# 4 tempos

e) Quanto ao número de cilindros: # monocilíndricos

# policilíndricos

f) Quanto à disposição dos cilindros (fig. 3): # em linha

# em V

# opostos (VW) # em estrela

g) Quanto ao sistema de arrefecimento: # a ar

# a água

h) Quanto á disposição das válvulas: # I, L, T, F

Figura 1- Motores de combustão interna ICE.

Figura 3- Disposição dos cilindros

i) Quanto à disposição do comando de válvulas: # no bloco (motores antigos, fig. 1)

# no cabeçote (motores modernos, fig. 4) j) Quanto à utilização:

# estacionários # industriais # veiculares # marítimos

3- Vantagens e desvantagens dos MCI:

Vantagens: - arranque rápido

- trabalho em rotações relativamente baixas - pequeno tamanho

- manutenção fácil Desvantagens:

- limitação de potência - não usa combustível sólido

- peso elevado para a potência desenvolvida - elevado número de peças

- baixo rendimento

4- Definições importantes:

- Ponto morto superior (PMS): corresponde à menor distância entre a cabeça do pistão e o cabeçote do motor.

- Ponto morto inferior (PMI): corresponde à maior distância entre a cabeça do pistão e o cabeçote do motor.

- Cilindrada unitária (Vu): é o volume deslocado por um pistão entre o PMI e o PMS.

2

. . 4

D

Vu s onde “s” corresponde ao curso do pistão (dobro do raio de manivela) e D é o diâmetro do pistão.

- Câmara de combustão: é o espaço livre que fica acima do pistão quando este se encontra no P.M.S. Nela, a mistura ar/combustível do motor a gasolina, que entrou pela válvula de admissão, será comprimida, e após a faísca emitida pela vela, explodirá para que a expansão dos gases movimente o pistão e dê seqüência ao funcionamento do motor.

Dependendo do grau de modernidade do motor, a câmara de combustão pode estar inserida no cabeçote ou na cabeça dos pistões.

Basicamente, o volume da câmara de combustão define a Taxa de Compressão do motor. Quanto menor for seu volume “VCC”, maior será essa relação e,

conseqüentemente, melhor o rendimento do motor.

Todos os componentes que atuam em sua formação ou ao seu redor influenciam diretamente em seu rendimento. Por exemplo: a posição das válvulas de admissão e escape e o desenho do coletor de admissão.

- Cilindrada total (V): é o produto da cilindrada unitária pelo número de cilindros do motor. A unidade normalmente usada é o centímetros cúbicos (cm3_{) ou litros.}

2

.

. .

4

D

V





s N

- Taxa de compressão (TC): corresponde à razão entre o volume total de um cilindro (cilindrada unitária + volume da câmara de combustão) e o volume da câmara de combustão, conforme definição na figura 5.

máx CC mín CC

V

Vu V

TC

V

V







Figura 4- Motor com câmara de combustão no pistão e comandos no cabeçote.

-Auto ignição: em razão das altas temperaturas na câmara de combustão ou octanagem incorreta da gasolina para a taxa de compressão do motor, algumas vezes o efeito auto-ignição pode ocorrer.

Pontos quentes no interior da câmara passam a fazer o papel da vela de ignição, incandescendo a mistura ar/combustível antes mesmo de a vela de ignição iniciar o processo através da centelha elétrica.

Uma vela com grau térmico muito alto para a situação em que o motor está sendo utilizado pode também ser o motivo da auto-ignição. É muito prejudicial ao funcionamento do motor, fazendo com que o mesmo perca potência e corra o risco de um superaquecimento ainda maior, a auto-ignição pode levar à destruição da câmara de combustão e, em casos extremos, furos na cabeça dos pistões ou mesmo sua fusão com o cilindro. Seus efeitos devastadores são idênticos aos do motor com ponto de ignição muito adiantado, o que pode acabar provocando detonações.

De uma maneira geral, o maior responsável pela auto-ignição é a carbonização da cabeça dos pistões e das câmaras de combustão em motores com alta compressão, fato que aumenta ainda mais a taxa de compressão por reduzir o volume da câmara de combustão, ou que estejam trabalhando com o avanço da ignição adiantado com relação ao ideal para o motor.

-Avanço: nome empregado mais comumente para designar o quanto a faísca da vela deverá ser avançada, com relação ao P.M.S. do pistão para iniciar o processo de combustão.

Faz-se o avanço para se obter a máxima pressão sobre o pistão quando o mesmo atinge o P.M.S., melhorando a performance do motor. Num automóvel, o avanço pode ser de 03 tipos: a vácuo, centrífugo ou eletrônico.

Os dois primeiros, absolutamente mecânicos, atuam diretamente sobre o distribuidor, sendo passíveis de erro operacional.

O terceiro tipo de avanço, o eletrônico, existe na memória do sistema de comando da ignição ou, o que é bem mais moderno e comum atualmente, na central eletrônica que comanda a injeção e ignição, simultaneamente.

5- Partes de um MCI

Os motores de combustão interna podem ser divididos em três partes fixas principais que podem ser vistas na figura 6. São elas:

Cabeçote Bloco Carter.

O cabeçote é a parte superior do motor, onde se localizam as válvulas, câmara de combustão, guias, velas, etc..

O bloco, em linhas gerais, representa propriamente o motor. Na sua parte inferior estão alojados os mancais onde se apóia o virabrequim e na parte superior está localizada o cabeçote. Serve ainda de suporte para alguns órgãos auxiliares como a bomba d’água, alternador, distribuidor, etc..

A função do carter é a de depósito de óleo lubrificante do motor. Sua forma e anteparos internos devem ser tais, que todo o óleo depositado esteja sempre em contato com o duto de sucção da bomba de óleo garantindo assim que o ar não seja aspirado.

Figura 6- Partes fixas de um motor de combustão interna.

A figura 7 apresenta os principais componentes fixos e móveis de um motor de combustão interna ICE, sendo:

Há outra forma de classificar os motores de combustão interna, é através da relação diâmetro x curso do pistão (D/s):

• Motor quadrado: Quando o diâmetro é igual ao curso (Melhor desempenho esportivo); • Motor subquadrado: Quando o diâmetro é menor que o curso (Desempenho em baixas rotações);

• Motor superquadrado: Quando o diâmetro é maior que o curso (Melhor desempenho esportivo).

6- PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO 6.1 Motores de quatro tempos:

6.1.1Motores de ignição por centelha (ICE)

Em 1862 Beau de Rochas propôs uma seqüência de operação em 4 tempos, que é, até hoje, típica dos motores de ignição por centelha. Em 1876 Nikolaus August Otto, construiu um motor utilizando as idéias de Beau de Rochas que funcionou perfeitamente. Desde então essa seqüência passou a ser conhecida como ciclo de Otto ou ciclo Otto e é apresentada abaixo.

Para se completar um ciclo motor de 4 tempos são necessárias duas voltas completas do virabrequim (ou árvore de manivelas) e uma volta do comando de válvulas.

Aplicações: Veículos de passeio, pequenos veículos de carga, pequenos aviões e pequenas embarcações.

6.1.2 Motores de ignição por compressão (ICO)

Em 1892 Rudolph Diesel idealizou um novo motor, com ignição espontânea, chamado até hoje de motor Diesel, cuja seqüência de operação é mostrada a seguir.

2 – Compressão:

3 – Expansão:

Tem aplicações em veículos para transporte terrestre, embarcações de médio e pequeno porte e instalações industriais estacionárias.

6.2 Motores de dois tempos:

Em 1878 Dugald Clerk idealizou o ciclo motor em dois tempos, sendo utilizado tanto para motores de ignição por faísca quanto para motores de ignição espontânea.

6.2.1 Motores de ignição por centelha (ICE)

Quando o pistão se desloca do PMI ao PMS, simultaneamente, ele comprime a mistura (combustível + ar + óleo lubrificante) que está no cilindro, e admite nova quantidade de mistura no cárter. Antes de o pistão atingir o PMS ocorre a centelha que da origem à combustão e conseqüentemente a expansão.

Com a expansão, o pistão se desloca do PMS para o PMI, liberando as janelas de escape. Ao mesmo tempo ele comprime a mistura que está no cárter, fazendo com que a mesma passe para o cilindro através da janela de transferência. Esta nova mistura ao entrar no cilindro auxilia na expulsão dos gases queimados.

Para se completar um ciclo motor de 2 tempos é necessária apenas uma volta completa da árvore de manivelas. Nestes motores não há válvulas nem comando. Estes motores têm aplicações em motocicletas, cortadores de grama, pequenas bombas, pequenos motores de popa, etc.

6.2.2 Motores de ignição por compressão (ICO)

Quando o pistão se encontra no PMI, estão abertas as janelas de admissão e a válvula de escape. Ar é empurrado para dentro do cilindro por uma bomba, chamada de “bomba de lavagem”, auxiliando no escapamento dos gases queimados. Fecha-se a válvula de escape e o ar fica retido no cilindro. O pistão se desloca do PMI ao PMS comprimindo o ar e antes dele atingir o PMS ocorre a injeção do combustível, que da origem à combustão e conseqüentemente a expansão, deslocando o pistão do PMS para o PMI, quando será feita uma nova lavagem do cilindro.

Estes motores têm aplicações em geral em navios de grande porte e instalações estacionárias de grande porte.

7- Motores rotativos

Neste grupo estão incluídos as turbinas a gás e os motores Wankel. 7.1 Turbina a gás

O termo turbina a gás é mais comumente empregado em referência a um conjunto de três equipamentos: compressor, câmara de combustão e turbina propriamente dita, como pode ser visto na figura abaixo.

Este conjunto opera em um ciclo aberto, ou seja, o fluido de trabalho “ar” é admitido na pressão atmosférica e os gases de escape, após passarem pela turbina, são descarregados de volta na atmosfera sem que retornem à admissão do compressor. A denominação turbina a gás pode ser erroneamente associada ao combustível utilizado. A palavra gás não se refere à queima de gases combustíveis, mas, sim ao fluido de trabalho da turbina, que é neste caso a mistura de gases resultante da combustão. O combustível em si pode ser gasoso, como gás natural, gás liquefeito de petróleo (GLP), gás de síntese ou líquido, como querosene, óleo diesel e até mesmo óleos mais pesados. O ciclo Brayton é um ciclo ideal, uma aproximação dos processos térmicos que ocorrem nas turbinas a gás, descrevendo variações de estado (pressão e temperatura) dos gases. O conceito é utilizado como base didática e para análise dos ciclos reais, que se desviam do modelo ideal, devido a limitações tecnológicas e fenômenos de irreversibilidade, como o atrito.

O ciclo se constitui de quatro etapas. Primeiramente, o ar em condição ambiente passa pelo compressor, onde ocorre compressão adiabática e isentrópica, com aumento de temperatura e conseqüente aumento de entalpia. Comprimido, o ar é direcionado às

câmaras, onde mistura-se com o combustível possibilitando queima e aquecimento, à pressão constante.

Ao sair da câmara de combustão, os gases, à alta pressão e temperatura, se expandem conforme passam pela turbina, idealmente sem variação de entropia. Na medida em que o fluido exerce trabalho sobre as palhetas, reduzem-se a pressão e temperatura dos gases, gerando-se potência mecânica. A potência extraída através do eixo da turbina é usada para acionar o compressor e eventualmente para acionar outra máquina.

A quarta etapa não ocorre fisicamente, se tratando de um ciclo termodinâmico aberto. Conceitualmente, esta etapa representa a transferência de calor do fluido para o ambiente.

Desta forma, mesmo se tratando de um ciclo aberto, parte da energia proveniente da combustão é rejeitada sob a forma de calor, contido nos gases quentes de escape. A rejeição de calor é um limite físico, intrínseco ao funcionamento de ciclos termodinâmicos, mesmo nos casos ideais, como define a segunda lei da termodinâmica.

A perda de ciclo ideal pode ser quantificada pela potência proveniente do combustível, descontando-se a potência de acionamento do compressor e a potência líquida. Assim, diminui-se a perda à medida que se reduz a temperatura de escape e se eleva a temperatura de entrada da turbina, o que faz da resistência, a altas temperaturas, das partes da turbina um ponto extremamente crítico na tecnologia de construção destes equipamentos.

Turbinas a gás são amplamente empregadas na propulsão de aviões e outros tipos de aeronaves. Isto se deve principalmente a característica de alta densidade de potência, em relação a outras máquinas como motores de combustão interna. Ou seja, as turbinas a gás geram maiores potências comparadas a maquinas de mesmo peso, o que é vantajoso, uma vez que a redução do peso das aeronaves acarreta em maior efiência e capacidade de carga.

Existem diferentes configurações de turbina aeronáuticas. Por exemplo, em turbinas do tipo turbojato, o eixo, movimentado pela turbina propriamente dita, apenas aciona o compressor. Em última análise, através do bocal, o restante da potência útil é consumida na aceleração dos gases, responsável pelo empuxo gerado.

Outros tipos de propulsores (turbohélices ou turbofans) também baseados em ciclos a gás têm o eixo acoplado a hélices ou ventiladores que impelem parte do ar por by-pass, ou seja, sem que o mesmo passe através da turbina. Nestes casos, o empuxo se deve em parte aos gases de escape da turbina e em parte ao fluxo de ar externo. A figura abaixo mostra o esquema de uma turbina aeronáutica do tipo turbofan.

Turbina Turbofan - admissão:azul, compressão:rosa, combustão:amarelo, escape: vermelho.

Turbinas a gás dedicadas à geração de energia elétrica são divididas em duas principais categorias, no que se refere à concepção. São elas as pesadas (Heavy-duty), desenvolvidas especificamente para a geração de energia elétrica ou propulsão naval e as aeroderivativas, desenvolvidas a partir de projetos anteriores dedicados a aplicações aeronáuticas.

Com a exceção das micro-turbinas (dedicadas à geração descentralizada de energia elétrica) o compressor utilizado geralmente trabalha com fluxo axial, tipicamente com 17 ou 18 estágios de compressão.

Cada estágio do compressor é formado por uma fileira de pás rotativas que impõem movimento ao fluxo de ar (energia cinética) e uma fileira de pás estáticas, que utiliza a energia cinética para compressão. A figura abaixo mostra uma turbina para geração elétrica.

Turbina a gás GE série H, para geração elétrica, de potência de 480 MW.

O ar sai do compressor a uma temperatura que pode variar entre 300°C e 450°C. Cerca de metade da potência produzida pela turbina de potência é utilizada no acionamento do compressor e o restante é a potência líquida gerada que movimenta um gerador elétrico. Saindo da câmara de combustão, os gases têm temperatura de até 1250°C. Após passar pela turbina, os gases são liberados ainda com significante disponibilidade energética, tipicamente a temperaturas entre 500 e 650 ºC. Considerando isso, as termelétricas mais eficientes e de maior porte aproveitam este potencial através de um segundo ciclo

Estes ciclos juntos formam um ciclo combinado, de eficiência térmica freqüentemente superior a 60%. Os ciclos simples a gás têm tipicamente 35%.

Turbinas projetadas para operar em ciclo simples, tendo em vista a eficiência térmica do ciclo, têm temperatura de saída de gases reduzida ao máximo e têm otimizada taxa de compressão. A taxa de compressão é a relação entre a pressão do ar na entrada da turbina e na entrada do compressor.

Por exemplo, se o ar entra a 1 atm, e deixa o compressor a 15 atm, a taxa de compressão é de 15:1.

Turbinas a gás específicas para operar em ciclo combinado, são desenvolvidas de modo a maximizar a eficiência térmica do ciclo como um todo. Desta forma, a redução da temperatura dos gases de escape não é necessariamente o ponto mais crítico, em termos de eficiência, uma vez que os gases de saída da turbina ainda são utilizados para gerar potência.

As turbinas a gás também podem acionar diversos outros tipos de máquina movidas por eixo, tais como navios, ônibus, helicópteros, locomotivas, tanques de guerra, bombas e compressores (externos ao próprio ciclo da turbina).

7.2 Motor Wankel

Idealizado por Felix Wankel, em 1957, aperfeiçoado com a ajuda do físico Dr. Froede, foi mostrado em 1960. Em 1963 a N.S.U. apresentou um veículo equipado com esse motor e a partir de 1964 foi iniciada a venda desses veículos. O motor Wankel tem seu princípio de funcionamento descrito abaixo.

Como é mostrado na figura abaixo, o motor Wankel possui uma carcaça fixa (estator) e um rotor girando em seu interior (movimento epitrocoide), que além do movimento de rotação sofre também um movimento de translação, mantendo os seus três vértices em permanente contato com o estator, mas permitindo que as faces do rotor se afastem e se aproximem do estator. A cada volta, cada face do rotor, realiza um ciclo motor.

Estes motores não têm sistema de distribuição (válvulas) e enquanto os motores convencionais precisam de duas voltas da cambota para cada explosão e exercerem os 4 tempos, os motores Wankel fazem-no em simultâneo em apenas uma volta.

O sistema de lubrificação é o pior senão destes motores, principalmente nos segmentos raspadores, razão pela qual as marcas abandonaram este sistema, tendo sido a Mazda a

única a continuar. Eles garantem terem resolvido estes problemas no RX-8, mas não a 100%.

9- Ciclo Diesel padrão-ar

11- Ciclo Dual ou de Sabathé

A expressão para o rendimento térmico do ciclo é

            _ ) 1 ( ) 1 ( 1 1 1 _{( 1)} a bk b ba r k k t  Onde: rV = V1 / V2 (relação de compressão) r = V3A / V3 (razão de corte) b = P3 / P2 k = cp/cv

O rendimento térmico do ciclo dual é um valor intermediário entre o rendimento térmico do ciclo Diesel e o do ciclo Otto. A expressão de rendimento é a mais geral. No caso, se o valor de b = 1, a expressão corresponde ao valor do rendimento para um ciclo Diesel; se a = 1, a expressão corresponde ao valor do rendimento para um ciclo Otto.

12- Ciclo real Otto 4 tempos

14- Indicadores de pressão

São dispositivos destinados ao “levantamento” do diagrama real que representa um ciclo de funcionamento de um motor de combustão interna.

14.1 Indicador mecânico:

14.2 Indicador eletrônico:

Diagrama obtido através do indicador eletrônico para o motor ICE – 4 tempos:

16- Sistemas de alimentação

Devido à rápida evolução dos motores dos automóveis, o velho carburador já não supria as necessidades dos novos veículos, no que se refere à poluição, economia de combustível, potência, respostas rápidas nas acelerações, etc.

Foi necessário então o desenvolvimento de um novo sistema mais eficiente e de alta confiabilidade.

Com injeção eletrônica de combustível (single ou multi-point)

Os sistemas de injeção eletrônica de combustível têm o objetivo de proporcionar ao motor melhor rendimento com mais economia, em todos os regimes de funcionamento. Para que o motor tenha um funcionamento suave, econômico e não contamine o ambiente, ele necessita receber a perfeita mistura ar/combustível em todas as faixas de rotação.

Um carburador, por melhor que seja e por melhor que esteja sua regulagem, não consegue alimentar o motor na proporção ideal de mistura. Os sistemas de injeção eletrônica têm essa característica de permitir que o motor receba somente o volume de combustível que ele necessita.

Com esse sistema se garantem:

menor poluição; maior economia; melhor rendimento; partidas mais rápidas; não utilização de afogador; e melhor aproveitamento do combustível.

Para adequar os automóveis às novas condições impostas pelo Proconve (Programa de controle de poluição do ar por veículos automotores), as montadoras partiram para a utilização de duas soluções:

1-controle mais preciso da mistura combustível/ar (injeção eletrônica de combustível e ignição eletrônica digital mapeada);

2- tratamento do gás de escape (conversor catalítico).

O primeiro veículo a receber injeção eletrônica de combustível no Brasil, foi o GOL GTi, que utilizava o sistema LE 2.1 jetronic da Bosch.

Em 1991 a GM do BRASIL, passou a equipar toda a sua linha Monza e Kadett com injeção eletrônica de combustível utilizando o sistema MULTEC TBI 700 da AC Rochester, tanto a gasolina quanto a álcool.

Hoje todos os automóveis de passeio, produzidos no Brasil contam com injeção eletrônica de combustível, dos seguintes fabricantes: BOSCH, DELPHI (AC ROCHESTER), MAGNETI-MARELLI e FIC (Ford).

CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE INJEÇÃO:

• SINGLE-POINT ou SINGLE-PORT - Uma única válvula de injeção para todos os cilindros.

• MULTI-POINT ou MULTI-PORT - Uma válvula de injeção para cada cilindro do motor.

Princípio de funcionamento

Quando se dá a partida no veículo, os pistões do motor sobem e descem. No movimento de descida, é produzida no coletor de admissão uma aspiração (vácuo), que aspira ar da atmosfera e passa pelo medidor de fluxo de ar e pela borboleta de aceleração, chegando até os cilindros do motor.

O medidor do fluxo de ar informa para a unidade de comando o volume de ar admitido. A unidade de comando, por sua vez, permite que as válvulas de injeção injetem a quantidade de combustível ideal para o volume de ar admitido, gerando a perfeita relação ar/combustível que é chamada de mistura.

Quanto mais adequada a mistura melhor o rendimento e economia, e menor a emissão de gases poluentes. Os sistemas de injeção são constituídos basicamente de sensores e atuadores.

Os sensores são componentes que estão instalados em vários pontos do motor e servem para enviar informações para a unidade de comando. Ex.: sensor de temperatura.

Os atuadores são componentes que recebem informações da unidade de comando e atuam no sistema de alimentação, variando o volume de combustível que o motor recebe. Ex.: atuador de marcha lenta. Vamos mostrar alguns sistemas de injeção fabricados pela BOSCH.

SISTEMA BOSCH LE JETRONIC (PIONEIRO NO BRASIL)

O sistema LE-Jetronic é comandado eletronicamente e efetua a injeção de combustível no coletor de admissão. A função da injeção é fornecer a quantidade de combustível exatamente dosada, necessária aos diversos regimes de funcionamento do motor.

A unidade de comando LE-Jetronic recebe vários sinais de entrada, provenientes dos diversos sensores que enviam informações precisas das condições instantâneas do funcionamento do motor. A unidade de comando então, processa essas informações recebidas e calcula o tempo adequado de injeção do combustível através de um sinal elétrico, o qual também é conhecido como tempo de injeção (Ti).

No sistema LE-Jetronic, as válvulas de injeção pulverizam o combustível simultaneamente, ou seja, todas são acionadas ao mesmo tempo. Neste sistema a unidade de comando da injeção controla somente o sistema de combustível.

O sistema LE-Jetronic é analógico e por esta característica, não guarda na memória possíveis avarias que possam ocorrer. Não possui lâmpada de anomalia para o sistema de injeção.

SISTEMA MOTRONIC BOSCH

O sistema Motronic também é um sistema multiponto. Diferencia-se do LE-Jetronic por possuir, além do sistema de injeção, o sistema de ignição também incorporado na

unidade de comando. Possui a sonda lambda agregada ao sistema de injeção, instalada no cano de escape.

O sistema Motronic é digital. Possui memória de adaptação e lâmpada de anomalia. Em alguns veículos, por não possuírem distribuidor, o controle do momento de ignição (centelha) é comandado pelo sensor de rotação, instalado no volante do motor.

Também no sistema Motronic, a válvula de ventilação do tanque (conhecida como válvula do canister) permite o reaproveitamento dos vapores de combustível, que são altamente tóxicos, contribuindo assim para a redução da poluição, que é a principal vantagem da injeção eletrônica.

SISTEMA MONO MOTRONIC BOSCH

A principal característica do sistema Mono Motronic é a existência de uma única válvula para todos os cilindros do motor. Esta válvula está montada no corpo de borboleta (peça parecida com um carburador). O corpo da borboleta integra outros componentes que no sistema Motronic encontram-se espalhados pelo motor, como o atuador de marcha lenta e o potenciômetro da borboleta, entre outras.

No Mono Motronic, o sistema de ignição também é controlado pela mesma unidade de comando. As características dos sistemas Motronic e do Mono Motronic são semelhantes, diferenciando-se na quantidade de válvulas de injeção de combustível

SISTEMA MOTRONIC ME 7 BOSCH

Características - Borboleta com comando eletrônico de aceleração; gerenciamento de motor baseado em torque, através do qual são ajustados os parâmetros e funções do sistema de injeção e ignição.

Princípio de funcionamento - O desejo do motorista é captado através do pedal do acelerador eletrônico. A unidade de comando determina então o torque desejado e, através da análise do regime de funcionamento do motor e exigências dos demais sistemas (ar-condicionado, controle de tração, sistema de freios, ABS e ventilador do

radiador), define a estratégia de torque, resultando em ângulo de ignição, volume de injeção e abertura da borboleta.

Benefícios - Estrutura modular de software e hardware, proporcionando configurações específicas para cada veículo; comando eletrônico de borboleta, proporcionando maior precisão, reduzindo consumo e melhorando a dirigibilidade; sistema baseado em torque, o que proporciona maior integração com demais sistemas do veículo; sistema com duplicidade de sensores, garantindo total segurança de funcionamento.

AMORTECEDOR DE PRESSÃO:

O movimento de fechar das válvulas de injeção mais o fornecimento periódico de combustível produzem oscilações de pressão que podem produzir ruídos. O amortecedor de pressão suaviza os “golpes” do combustível, reduzindo consideravelmente tais ruídos.

ATUADOR DE MARCHA LENTA:

O atuador de marcha lenta funciona de forma semelhante ao já conhecido adicionador de ar do sistema Le-Jetronic, assumindo também mais funções para garantir uma marcha lenta estável, não só na fase de aquecimento, mas em todas as possíveis condições de funcionamento do veículo no regime de marcha lenta.

O atuador de marcha lenta possui internamente duas bobinas (ímãs) e um induzido, onde está fixada uma palheta giratória que controla um “bypass” de ar. Controlado pela unidade de comando, são as diferentes posições do induzido, juntamente com a palheta giratória, que permitem uma quantidade variável de ar na linha de aspiração.

A variação da quantidade de ar é determinada pelas condições de funcionamento momentâneo do motor, onde a unidade de comando, através dos sensores do sistema, obtém tais informações de funcionamento, controlando assim o atuador de marcha lenta. Desta maneira sempre será obtida uma marcha lenta estável durante o funcionamento do motor.

BOBINA PLÁSTICA

As bobinas plásticas têm como função gerar a alta tensão necessária para produção de centelha nas velas de ignição, como as tradicionais bobinas asfálticas. Dimensões mais compactas, menor peso, melhor resistência às vibrações, mais potência, são algumas das vantagens oferecidas pelas bobinas plásticas.

Além disso, as bobinas plásticas possibilitaram o aparecimento dos sistemas de ignição direta, ou seja, sistemas com bobinas para cada vela ou par de velas, eliminando dessa forma a necessidade do distribuidor. Com suas características inovadoras, as bobinas plásticas garantem um perfeito funcionamento dos atuais sistemas de ignição, em função da obtenção de tensões de saída mais elevadas.

BOMBA ELÉTRICA:

O combustível é sugado do tanque através de uma bomba elétrica, que fornece o combustível sob pressão a um tubo distribuidor onde estão fixadas as válvulas de injeção. A bomba fornece mais combustível do que o necessário, a fim de manter no sistema de combustível a pressão necessária para todos os regimes de funcionamento do motor. O excedente retorna ao tanque. A bomba elétrica de combustível não apresenta nenhum risco de explosão, pois internamente não ocorre nenhuma mistura em condições de combustão. A bomba de combustível é isenta de manutenção. Deve ser testada e substituída quando necessário.

No sistema Motronic a bomba de combustível pode ser montada dentro do tanque de combustível (bomba “ in tank”). Dependendo do veículo, pode também estar montada fora do tanque de combustível (bomba “in line”).

FILTRO DE COMBUSTÍVEL:

O filtro está conectado após a bomba, retendo possíveis impurezas contidas no combustível. O filtro possui um elemento de papel responsável pela filtragem do combustível e logo após encontra-se uma peneira, que retém eventuais partículas de papel que tenham se soltado.

Por esse motivo, a direção do fluxo indicada no filtro deve ser obrigatoriamente mantida. É o componente mais importante para a vida útil do sistema de combustível. Recomenda-se a troca a cada 20.000 km em média, pois Recomenda-se houver entupimento do filtro, a bomba de combustível poderá ser danificada.

É importante consultar a orientação do fabricante do veículo para recomendação do período de troca. Na maioria dos veículos está instalado próximo ao tanque de combustível. Por não estar em local visível, muitas vezes sua substituição é esquecida, o que acarretará problemas de funcionamento do motor, fazendo até o veículo parar.

MEDIDOR DO FLUXO DE AR:

Tem como função informar à unidade de comando a quantidade e a temperatura do ar admitido, para que tais informações influenciem na quantidade de combustível pulverizada. A medição da quantidade de ar admitida se baseia na medição da força produzida pelo fluxo de ar aspirado, que atua sobre a palheta sensora do medidor, contra a força de uma mola.

Um potenciômetro transforma as diversas posições da palheta sensora em uma tensão elétrica, que é enviada como sinal para a unidade de comando. Alojado na carcaça do medidor do fluxo de ar encontra-se também um sensor de temperatura do ar, que deve informar à unidade de comando a temperatura do ar admitido durante a aspiração, para que esta informação também influencie na quantidade de combustível a ser injetada. Este componente sofre pouco desgaste, porém pode ser danificado, principalmente se penetrar água no circuito. Não possui peças da reposição. Em caso de avaria deve ser substituído por completo.

MEDIDOR DE MASSA DE AR:

O medidor de massa de ar está instalado entre o filtro de ar e a borboleta de aceleração e tem a função de medir a corrente de ar aspirada. Através dessa informação, a unidade de comando calculará o exato volume de combustível para as diferentes condições de funcionamento do motor.

POTENCIÔMETRO DA BORBOLETA:

O potenciômetro da borboleta de aceleração está fixado no corpo da borboleta, acionado através do eixo da borboleta de aceleração. Ao contrário do sistema Le-Jetronic, o potenciômetro informa para a unidade de comando todas as posições da borboleta de aceleração.

Desta maneira, a unidade de comando obtém informações mais precisas sobre os diferentes regimes de funcionamento do motor, utilizando-as para influenciar também na quantidade de combustível pulverizado, como no sistema Le-Jetronic.

REGULADOR DE PRESSÃO:

O regulador de pressão mantém o combustível sob pressão em todo o circuito de combustível, inclusive nas válvulas de injeção. Montado na extremidade do tubo distribuidor, é um regulador com fluxo de retorno. Ele garante uma pressão uniforme no sistema de combustível em todos os regimes de funcionamento do motor.

Quando a pressão regulada é ultrapassada, ocorre a liberação de abertura para a tubulação de retorno, onde o combustível retorna para o tanque sem pressão. Também necessita ser testado e substituído quando necessário, merecendo muita atenção por parte dos mecânicos e dos vendedores, pois se houver problemas neste componente, ocorrerá deficiência no sistema de alimentação de combustível.

SENSOR DE DETONAÇÃO:

Instalado no bloco do motor, o sensor de detonação converte as vibrações do motor em sinais elétricos. Estes sinais permitem que o motor funcione com o ponto de ignição o mais adiantado possível, conseguindo maior potência sem prejuízo para o motor.

SENSOR DE PRESSÃO:

Os sensores de pressão possuem diferentes aplicações. Medem a pressão absoluta no tubo de aspiração (coletor) e informam à unidade de comando em que condições de aspiração e pressão o motor está funcionando, para receber o volume exato de combustível.

SENSOR DE ROTAÇÃO:

Na polia do motor está montada uma roda dentada magnética com marca de referência. A unidade de comando calcula a posição do virabrequim e o número de rotações do motor, originando o momento correto da faísca e da injeção de combustível.

SONDA LAMBDA:

Funciona como um nariz eletrônico. A sonda lambda vai montada no cano de escape do motor, em um lugar onde se atinge uma temperatura necessária para a sua atuação em todos os regimes de funcionamento do motor.

A sonda lambda fica em contato com os gases de escape, de modo que uma parte fica constantemente exposta aos gases provenientes da combustão e outra parte da sonda lambda fica em contato com o ar exterior.

Se a quantidade de oxigênio não for ideal em ambas as partes, será gerada uma tensão que servirá de sinal para a unidade de comando. Através deste sinal enviado pela sonda lambda, a unidade de comando pode variar a quantidade de combustível injetado.

É um componente que requer muita atenção do mecânico, pois seu funcionamento irá garantir gases de escape sem contaminação. É um item importante na reposição.

UNIDADE CENTRAL DE INJEÇÃO:

Também chamado “corpo de borboleta” engloba vários componentes e sensores. Montado no coletor de admissão, ele alimenta os cilindros do motor. Na unidade central de injeção encontram-se a válvula de injeção, o potenciômetro da borboleta, o atuador de marcha lenta, o regulador de pressão e o sensor de temperatura do ar.

UNIDADE DE COMANDO:

Também no sistema Motronic a unidade de comando tem como função determinar a quantidade de combustível a ser injetada, com base nas informações que recebe de todos os componentes do sistema. Deste modo a quantidade de combustível injetada é dosada pela unidade de comando através do tempo de abertura das válvulas de injeção. Ao contrário do sistema Le-Jetronic, a unidade de comando Motronic, além de determinar a quantidade de combustível injetada, também é responsável por outros sinais de saída que influenciam diretamente no perfeito funcionamento do sistema.

No Motronic, a unidade de comando controla, além da injeção, o sistema de ignição eletrônica. É um componente que não apresenta desgaste, porém alguns cuidados devem ser tomados para não comprometer seu perfeito funcionamento:

 não retirar ou colocar o conector da unidade de comando com o comutador de ignição ligado;

 não desligar a bateria com o motor funcionando;

 retirar a unidade de comando quando o veículo for colocado em estufa de secagem (temperatura acima de 80 °C);

 ao efetuar reparos com solda elétrica no veículo, desligar o alternador, a unidade de comando e a bateria.

VÁLVULA DE INJEÇÃO (MULTIPONTO):

Em sistemas de injeção multiponto, cada cilindro possui uma válvula de injeção que pulveriza o combustível antes da válvula de admissão do motor, para que o combustível pulverizado se misture com o ar recebido, formando a mistura que resultará na combustão.

As válvulas de injeção são acionadas eletromagneticamente, abrindo e fechando através de impulsos elétricos provenientes da unidade de comando. A fim de obter uma boa distribuição de combustível com baixas perdas por condensação, deve ser evitado o umedecimento das paredes do coletor.

Por esse motivo, o ângulo da injeção de combustível até a válvula de admissão do motor deve ser determinado de modo específico para cada motor. As válvulas são peças de altíssima precisão, ocorrendo assim a necessidade de limpezas e revisões periódicas para evitar possíveis entupimentos.

Embora pareçam iguais, as válvulas possuem diferenças entre si, como furos de injeção, resistência do enrolamento, etc.

VÁLVULA DE INJEÇÃO MONOPONTO:

Ao contrário dos sistemas multiponto, o sistema Mono Motronic possui uma única válvula de injeção para todos os cilindros do motor. A válvula está montada na tampa da unidade central de injeção (corpo da borboleta) e necessita ser limpa e revisada regularmente. Seu perfeito funcionamento garante ao motor bom rendimento, isento de falhas. É um item vendido em separado.

17- ENSAIOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

Os ensaios de motores de combustão interna são realizador por quatro objetivos: a) Levantamento das curvas características;

b) Verificação do desempenho do conjunto e de componentes específicos; c) Ajustes e regulagens do conjunto e de componentes específicos;

d) Desenvolvimento de novos projetos. 17.1 Curvas características

As propriedades conjugado no virabrequim ou torque (T), potência (N) e consumo especifico (Ce), são as que serão utilizadas para o "levantamento" das curvas

características de um motor de combustão interna, todas elas obtidas em função da rotação.

Curvas características de um motor

17.2 Torque ou conjugado no eixo virabrequim

O conjunto pistão-biela-manivela, faz aparecer um momento instantâneo (Tα) no eixo do motor, causado pela força tangencial ( Ftan ). Embora o raio da manivela seja constante, esse momento varia com o ângulo α. Com o funcionamento do motor a uma dada rotação se obtém um momento médio positivo que será popularmente chamado apenas de torque (T), conforme figura abaixo.

17.3 Potência

Para um motor de combustão interna, são definidas quatro potências:

Potência Térmica (Q) - É o calor fornecido por unidade de tempo pela queima do combustível;

onde:

pci é o poder calorifico inferior do combustível, ou seja, energia por unidade de massa; mc é a vazão em massa de combustível que o motor consome.

Potência indicada (Ni) - É a potência desenvolvida na cabeça dos pistões;

Potência de atrito (Na) - É a potência consumida pelas resistências internas do motor; Potência efetiva (Ne) - É a potência medida no eixo do motor. Ne = Ni - Na

17.4 Rendimento

Para um motor de combustão interna, são definidas três rendimentos:

Rendimento térmico indicado (ηti) - Conhecido também apenas como rendimento térmico.

Rendimento mecânico (ηm)

Rendimento térmico efetivo (ηte) - Conhecido também como rendimento global do motor.

Consumo especifico (Ce) – é definido como:

onde: - mc é a vazão em massa de combustível que o motor consome.

A próxima figura mostra a distribuição das potências e rendimentos pelo motor de combustão interna.

17.5 Dinamômetro

Equipamento destinado a determinar o torque e a potência efetiva de um motor de combustão interna. Basicamente se compõe de um rotor e um estator com um elemento de acoplamento entre eles, que pode ser água ou um fluxo elétrico, sendo chamado de dinamômetro hidráulico ou dinamômetro elétrico, respectivamente.

FRIO PRONY:

É um elemento didático que é utilizado para se compreender o funcionamento dos dinamômetros.

Ao acelerarmos o motor, a sua rotação tende a aumentar. Apertando-se na cinta ajustável, freia-se o volante do motor, conseguindo o equilíbrio dinâmico mantendo portanto a rotação constante. Devido a ação motora (momento), aparece no braço uma força que será lida no medidor.

Logo, T = F b onde:

T = torque do motor; F = força lida no medidor; b = braço do dinamômetro.

Cálculo da potência no eixo do motor (Potência efetiva)

Para o cálculo da potência basta lembrar que: Ne = ω T ou Ne = 2 π n T Com unidades coerentes teremos: