Motores de Combustão Interna

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Motores de Combustão Interna

Professora: Jaciana Silva de Santana Email: [email protected]

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Diferencial de Temperatura nas Válvulas

230°C

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IntroduçYipos deão/Motivação

Este tipo de câmara é apropriado para taxas de compressão elevadas e utilizado principalmente em motores de competição, nos quais o diâmetro do pistão é superior ao seu curso.

Lavagem

© Jaciana Santana – 2012.1

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IntroduçYipos deão/Motivação

Quando o pistão sobe, na fase final do tempo de compressão, a borda superior do pistão provoca uma turbulência, sob a forma de jato

Lavagem

provoca uma turbulência, sob a forma de jato intenso na mistura gasosa da periferia do pistão para o centro da câmara, dando origem a uma excelente combustão sem detonação.

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Detonação é um processo de combustão supersônica em que a energia liberada na zona inicial de reação propaga-se através do material na forma de uma onda de choque.

Esta onda de choque comprime as moléculas do material, elevando

Detonação

Esta onda de choque comprime as moléculas do material, elevando sua temperatura até o ponto de ignição.

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A detonação difere da deflagração (queima controlada com frente de chama), que se propaga a uma velocidade subsônica e não gera onda de choque ou grandes variações de pressão.

Detonação

Devido às altas pressões desenvolvidas, detonações costumam ser muito mais destrutivas que deflagrações.

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IntroduçYipos deão/Motivação

A câmara, pelo fato de apresentar a forma de taça e se encontrar na cabeça do pistão, contribui

Lavagem

de taça e se encontrar na cabeça do pistão, contribui com a distribuição uniforme do calor e garante uma rápida vaporização da mistura.

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IntroduçYipos deão/Motivação

Efeito térmico no pistão

Temperatura maior no centro

Análise Térmica no Motor

Temperatura maior no centro do pistão.

Os pontos na figura são valores medidos e as isolinhas são calculadas em um motor ciclo Otto

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IntroduçYipos deão/Motivação

Pistão de motores ciclo Diesel são 50 ºC mais quentes que o ciclo Otto.

Análise Térmica no Motor

Pré-câmara

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IntroduçYipos deão/Motivação

Altas temperaturas entre as válvulas do cabeçote (Otto)

Análise Térmica no Motor

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IntroduçYipos deão/Motivação

Temperaturas na válvula de exaustão (ciclo Diesel).

Em válvulas pequenas a base recebe a maior carga térmica.

Análise Térmica no Motor

a maior carga térmica.

Em válvulas grandes a sede recebe a maior carga térmica.

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IntroduçYipos deão/Motivação

Análise Térmica no Motor

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IntroduçYipos deão/Motivação

Coletores de Admissão e Escape

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IntroduçYipos deão/Motivação

Coletor de Admissão

O colector de admissão leva ar, ou mistura de ar/combustível, à entrada dos cilindros dos motores.

Coletores de Admissão e Escape

ar/combustível, à entrada dos cilindros dos motores.

O coletor de admissão tem duas funções:

Contribuir para a vaporização da mistura gasosa.

Distribuir a mistura pelos cilindros em quantidades uniformes.

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IntroduçYipos deão/Motivação

Quando a válvula de admissão se abre por ação da árvore de comando de válvulas, o pistão, que

Coletores de Admissão e Escape

ação da árvore de comando de válvulas, o pistão, que está num movimento descendente, tem um efeito de sucção (vácuo) no colector de admissão provocando a entrada de gás no interior dos cilindros.

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IntroduçYipos deão/Motivação

O colector de admissão é normalmente feito de uma liga alumínio, mas há casos em que é feito de um plástico especial.

Coletores de Admissão e Escape

um plástico especial.

O ar provém diretamente do filtro de ar ou do carburador, conforme o tipo de motor.

Em motores de injecção multiponto os injetores de combustível estão situados no próprio coletor.

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IntroduçYipos deão/Motivação

Coletor de Escape

O coletor de escape agrupam as saídas dos cilindros do motor que ligam ao escapamento.

Coletores de Admissão e Escape

cilindros do motor que ligam ao escapamento.

Os coletores de escape costumam ser feitos de ferro fundido e atinge temperaturas elevadas.

São sensíveis ao derramamento de água proveniente de outros pontos do motor, podendo esta provocar o estalar do mesmo.

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IntroduçYipos deão/Motivação

Originado do Petróleo (do latim petra = rocha e oleum = óleo)

O petróleo é um líquido oleoso, insolúvel em água e mais leve do que ela.

Combustível

Sua coloração varia entre pardo-escuro a negro e é encontrado em jazidas no subsolo da crosta terrestre.

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IntroduçYipos deão/Motivação

É formado por misturas naturais que consistem predominantemente, de hidrocarbonetos e, em menor quantidade, de derivados orgânicos sulfurados, nitrogenados, oxigenados e organo-metálicos que podem ser encontradas mo

Combustível

nitrogenados, oxigenados e organo-metálicos que podem ser encontradas mo estado sólido, líquido ou gasoso, a depender das condições de pressão e temperatura.

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IntroduçYipos deão/Motivação

A maioria dos combustíveis tem origem do petróleo bruto e é produzido por refinação.

Por refinação o petróleo é separado em várias frações, que depois são processadas quimicamente para produzir diferentes combustíveis. Da destilação fracionada obtêm-se:

Combustível

Gases (propano, butano) Gasolina e Solventes Querosene e Petróleo Gasóleo

Fuel óleo Leve e Pesado Parafinas

Óleos Lubrificantes

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Refino de Petróleo

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GLP

Nafta

DEPENDÊNCIA DE PETRÓLEO

Refino de Petróleo

Gasolina

QAV

Diesel

Combustível

DEPENDÊNCIA DE PETRÓLEO

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© Jaciana Santana – 2012.1 +

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Consequências do Petróleo

anos à saúde e ao meio ambiente

Acidentes Poluição

anos à saúde e ao meio ambiente

SO₂; NO_x; CO; Pb;

Poeira e

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Os principais hidrocarbonetos constituintes da gasolina e do gasóleo agrupam-se em famílias chamadas parafinas, oleofinas, naftalenos e hidrocarbonetos aromáticos.

Parafina (Alcanos)

Estrutura do Combustível

Fórmula geral: C_nH_2n+2

Nas parafinas também chamadas de alcanos, os átomos de carbono se ligam em cadeia linear aberta, apenas com ligações simples. As restantes ligações de cada átomo de carbono são com átomos de hidrogênio.

O nome dos hidrocarbonetos parafínicos termina em “ano”, sendo o prefixo relativo ao número de carbono na molécula.

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Parafina (Alcanos)

Estrutura do Combustível

Nome do Alcano Fórmula do Alcano

Metano CH₄

Etano C₂H₆

Propano C₃H₈ Butano C₄H₁₀ Pentano C₅H₁₂ Hexano C₆H₁₄ Heptano C₇H₁₆ octano C₈H₁₈

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Oleofinas (Alquenos)

Fórmula geral: C_nH_2n

As oleofinas também chamadas de alquenos possuem uma ou mais

Estrutura do Combustível

As oleofinas também chamadas de alquenos possuem uma ou mais ligações duplas entre os átomos de carbono, cuja sua cadeia linear é aberta.

Exemplos:

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Naftalenos (Cicloalcanos)

Fórmula geral: C_nH_2n

Os naftalenos também chamadas de cicloalcanos possuem ligações

Estrutura do Combustível

Os naftalenos também chamadas de cicloalcanos possuem ligações simples entre os átomos de carbono. O nome cicloalcano se dá devido às moléculas de carbono serem em cadeia fechada.

Exemplo:

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Aromáticos

Fórmula geral: C_nH_2(n-3)

Os hidrocarbonetos aromáticos são formados em cadeias fechadas,

Estrutura do Combustível

Os hidrocarbonetos aromáticos são formados em cadeias fechadas, possuindo 6 átomos de carbono com ligações simples e duplas.

Exemplos:

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Estrutura do Combustível

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As propriedades indicam a maneira de como os combustíveis reagem.

1 – Estequiometria da Combustão

2 – Pressão de Vapor de Reid e Temperatura de Ebulição 3 – Calor Latente de Vaporização

Propriedade dos Combustíveis

3 – Calor Latente de Vaporização 4 – Flash Point

5 – Limite de Flamabilidade

6 – Temperatura de Auto-ignição

7 – Temperatura Adiabática de Chama 8 – Poder Calorífico

9 – Produção de CO₂

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1 - Estequiometria da Combustão

Os combustíveis são constituídos por carbono e por hidrogênio, sendo estes os elementos que reagem com o oxigênio do ar.

Propriedade dos Combustíveis

estes os elementos que reagem com o oxigênio do ar.

As reações do carbono e do hidrogênio com oxigênio são:

C + O₂→ CO₂ e 2H₂ + O₂ → 2H₂O

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1 - Estequiometria da Combustão

Os hidrocarbonetos com diferentes relações entre átomos de carbono e de hidrogênio necessitam de diferentes valores de oxigênio para reagirem.

Propriedade dos Combustíveis

Como o ar contém 23% de oxigênio, sabendo-se a relação C/H de um hidrocarboneto, pode-se calcular a relação ar/combustível da sua reação estequiométrica.

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2 - Pressão de Vapor de Reid e Temperatura de Ebulição

A pressão de vapor de Reid é a pressão do vapor numa mistura líquido vapor a 37,8°C (100°F).

Pressão na qual o equilíbrio líquido-vapor é estabelecido.

Propriedade dos Combustíveis

A pressão de Reid tem como objetivo avaliar a tendência da gasolina evaporar-se, de modo que, quanto maior for à pressão de vapor, mais facilmente a gasolina se evapora.

P EVAPORAÇÃO

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2 - Pressão de Vapor de Reid e Temperatura de Ebulição

Os combustíveis possuem diferentes temperaturas de ebulição.

A PVR é utilizada principalmente para indicar as exigências que devem ser satisfeitas para o transporte e armazenamento do produto, de modo a evitar acidentes e minimizar as perdas por evaporação.

Propriedade dos Combustíveis

acidentes e minimizar as perdas por evaporação.

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3 - Calor Latente de Vaporização

Os combustíveis líquidos necessitam ser vaporizados para se misturarem com o ar.

Logo, o calor latente de vaporização é a mudança de fase que ocorre de líquido para vapor nos combustíveis.

Propriedade dos Combustíveis

líquido para vapor nos combustíveis.

4 - Flash Point

O flash point de um combustível é a temperatura para a qual se produz naturalmente uma mistura estequiométrica do seu vapor com o ar. Essa mistura entra em ignição quando em contato com uma chama, desta forma o flash point

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5 - Limite de Flamabilidade

Indica a capacidade da mistura ar/combustível entrar em combustão.

Logo cada tipo de combustíveis possui um limite inferior de flamabilidade LIF e um limite superior de flamabilidade LSF, que variam de combustível para combustível.

Propriedade dos Combustíveis

combustível.

LIF LSF