26/08/ Agosto/2012

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Motores a Diesel.

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Dois mitos!

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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 Diesel

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.

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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 Bosh

Bosh

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.

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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.

Combustão

em sua plena forma.

Combustível Combustível

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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.

Combustão

Ciclo Diesel

Ar Calor Combustível Combustão

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Combustão

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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 Interna

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.

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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 Interna

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.

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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 Interna

Motores de Combustão Interna a Pistão

Característica Ciclo Otto Ciclo Diesel

Tipo de Ignição Por centelha (Vela de

ignição) Auto-ignição

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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 Tempos

1. Aspiração; 2. Compressão; 3. Expansão; 4. Exaustão.

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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 Tempos

Na maioria dos motores Diesel modernos, um compressor empurra a carga (ar) para o cilindro (turbo-compressão).

Primeiro tempo = 180° = 1/4 de ciclo

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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 Tempos

motor Otto), ou a auto-ignição (no motor Diesel).

Segundo tempo = 360° = 2/4 de ciclo

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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 Tempos

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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 Tempos

Quarto tempo= 720° = 1 ciclo.

EXAUSTÃO

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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 comando da ½ volta.

Motores de Ciclo Diesel de 4 Tempos

completa do eixo de manivelas, o comando da ½ volta.

4 tempos – 1 ciclo de trabalho:

Eixo de manivelas = 720° Eixo de cames = 360°

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Motores de Ciclo Diesel de 4 Tempos

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1. Admissão;

Motores de Ciclo Diesel de 4 Tempos

1. Admissão;

2. Compressão

3. Injeção/Explosão;

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Câmara de Combustão de Motor Diesel

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Câmara de Combustão de Motor Diesel

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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 Tempos

1. Aspiração - Compressão; 2. Expansão - Exaustão.

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Motores de Ciclo Diesel de 2 Tempos

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1. Admissão + Compressão;

2. Explosão + Escape.

Motores de Ciclo Diesel de 2 Tempos

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Motores de Ciclo Otto de 4 Tempos

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1. Admissão;

2. Compressão

Motores de Ciclo Otto de 4 Tempos

2. Compressão

3. Explosão;

4. Exaustão.

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Motores de Ciclo Otto de 4 Tempos

1. Admissão;

2. Compressão

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Motores de Ciclo Otto de 2 Tempos

1. Admissão + Compressão;

2. Explosão + Escape.

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1. Admissão + Compressão;

2. Explosão + Escape.

Motores de Ciclo Otto de 2 Tempos

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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 _DIÂMETROCURSO/ 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.

c_m VELOCIDADE Velocidade média do Pistão = 2 s n / 60 = s n / 30

A ÁREA DO PISTÃO Superfície eficaz do Pistão = D2 _{/ 4}

P_e _{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.)} P_e _{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.

V_h VOLUME DO CILINDRO Volume do cilindro = As

V_c VOLUME DA CÂMARA Volume da câmara de compressão.

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Notação Nomenclatura Definição

P_i _{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.} P_l POTÊNCIA DISSIPADA Potência dissipada sob carga, inclusive engrenagens internas.

P_sp DISSIPAÇÃO Dissipação de potência pela carga.

P_r _{CONSUMO DE POTÊNCIA} Consumo de potência por atrito, bem como do equipamento auxiliar para funcionamento do motor, à _{parte a carga. P}

r= Pi - Pe- Pl- Psp

P_v _{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.

p_e 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.} p_i 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.} p_i _{expansão, para desenvolver uma potência igual à potência nominal.}

p_r 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).

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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)

Isto é:

C = ( π x D² x h ) x N 4

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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)

A taxa de compressão corresponde à relação entre:

TC = Cilindrada do Motor + Volume da Câmara de Combustão Volume da Câmara de Combustão

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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)

Pmec = Força do sistema x Diâmetro eixo de manivela 736 x tempo do trabalho

Isto é,

Pmec = F x d 736 x t

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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 Diesel

se exijam características especiais específicas do acionador; VEICULARES

Destinados ao acionamento de veículos de transporte em geral, tais como caminhões e ônibus;

MARÍTIMOS

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Wärstsilä

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Wärstsilä

(39)

Wärstsilä

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Sistemas Componentes de Motores Diesel

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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 Diesel

Sistema de arrefecimento;

Sistema de alimentação (injeção de combustível); Sistema de lubrificação;

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Sistema de Compressão

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Sistema de Compressão

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Sistemas de Admissão de Ar

(45)

Sistemas de Admissão de Ar

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Sistemas de Admissão de Ar

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Sistemas de Admissão de Ar

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Sistemas de Arrefecimento

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Sistemas de Arrefecimento

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Aquecedor Interno do Tampa do Radiador Temperatura D’água Válvula Termostática Embreagem Viscosa

Sistemas de Arrefecimento

Interno do Veículo

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Sistemas de Alimentação (injeção)

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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)

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

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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)

Mola de pressão Corpo do bico Pino de pressão Câmara de pressão Furo de Injeção Ângulo do jato pressão Assento da agulha Agulha