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Máquinas Térmicas

Apostila de Motores de Combustão Interna

Os motores de combustão podem ser classificados como de:

• COMBUSTÃO EXTERNA: no qual o fluido de trabalho está completamente separado da mistura ar/combustível, sendo o calor dos produtos da combustão transferido através das paredes de um reservatório ou caldeira, ou de

• COMBUSTÃO INTERNA, no qual o fluido de trabalho consiste nos produtos da combustão da mistura de ar/combustível.

Uma vantagem fundamental do motor alternativo de combustão interna, sobre as instalações de potência de outros tipos, consiste na ausência de trocadores de calor no circuito do fluido de trabalho, tal como a caldeira e condensador de uma instalação a vapor. A ausência dessas peças não apenas conduz à simplificação mecânica mas, também, elimina a perda inerente ao processo de transmissão de calor através de um trocador de área finita. O motor alternativo de combustão interna possui outra vantagem fundamental importante sobre a instalação a vapor ou turbina a gás, a saber: todas as peças podem trabalhar a temperaturas bem abaixo da máxima temperatura cíclica. Este detalhe possibilita o uso de temperaturas cíclicas bastante altas e torna possível alta eficiência.

Vantagens Desvantagens

• arranque rápido • trabalho em rotações relativamente baixas

• pequeno tamanho

• fácil manutenção

• limitação de potência • não utilização de combustíveis sólidos

• peso elevado para potência

• elevado número de peças

• baixa eficiência

1. Maior eficiência máxima; 2. Menor razão de peso e volume da instalação para a potência máxima (exceto, possivelmente, no caso de unidades maiores do que 7353 kW ou 10.0 CV); 3. Maior simplicidade mecânica; 4. O sistema de refrigeração de um motor de combustão interna transfere uma quantidade de calor muito menor do que o condensador de uma instalação a vapor de igual potência e, normalmente,é operada com temperaturas mais elevadas na superfície. O menor tamanho do trocador de calor é uma vantagem nos veículos de transporte e em outras aplicações, nas quais o resfriamento deve ser feito por meio de ar atmosférico.

1. A instalação a vapor pode usar maior variedade de combustíveis, incluindo os sólidos; 2. Menos suscetíveis a vibrar; 3. A turbina a vapor é prática nas unidades de grande potência (de 147000 kW ou mais) em um único eixo.

Os MCI podem ser classificados em:

a) Quanto a propriedade do gás na admissão: • ar (Diesel)

• mistura ar-combustível (Otto) b) Quanto à ignição • por centelha (ICE) [spark ignition (SI)]

• por compressão (ICO) [compression ignition (CI)] c) Quanto ao movimento do pistão

• Alternativo (Otto, Diesel)

• Rotativo (Wankel, Quasiturbine) d) Quanto ao ciclo de trabalho

• 4 tempos e) Quanto ao número de cilindros

• monocilíndricos

• policilíndricos f) Quanto à disposição dos cilindros

• em linha à opostos (boxer)

• em V à em estrela (radial) g) Quanto à utilização

• 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;

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

• MARÍTIMOS - Destinados à propulsão de barcos e máquinas de uso naval. Conforme o tipo de serviço e o regime de trabalho da embarcação, existe uma vasta gama de modelos com características apropriadas, conforme o uso. (Laser, trabalho comercial leve, pesado, médiocontínuo e contínuo)

Também pode-se classificar os motores de combustão interna segundo os vários sistemas que os compõem, por exemplo:

.. Motores com carburação (Otto) .. Motores com injeção (Diesel, Otto)

.. Ar (natural ou forçada) .. Água (termo-sifão, forçada)

.. Magneto .. Bateria · DISPOSIÇÃO DAS VÁLVULAS .. em I, L, T, F

· DISPOSIÇÃO DO COMANDO DE VÁLVULAS .. no bloco .. no cabeçote (OHC, DOHC)

TAXA DE COMPRESSÃO6 a 9 gasolina9 a 14 álcool 14 a 2

DESPERDÍCIO DECOMBUSTÍVELHÁ DESPERDÍCIO(lavagem de anéis) NÃO HÁ

São motores nos quais um membro rotativo é disposto de forma a variar o volume de trabalho de maneira análoga ao de um compressor do tipo palheta, ou por meio de alguma espécie de movimento excêntrico de um rotor em um espaço cilíndrico (usualmente não circular).

O problema mais difícil em tais motores é a selagem da câmara de combustão contra vazamento sem excessivo atrito e desgaste. Esse problema é bem mais difícil do que o de anéis de segmento convencionais, devido às seguintes razões:

1. “contato de linha” em lugar de contato de superfície; 2. as superfícies a selar são descontínuas, com arestas vivas;

3. a velocidade do selo é elevada durante parte do ciclo de alta pressão, em contraste com anéis de segmento, cuja velocidade é próxima de zero na máxima pressão do cilindro.

O motor WANKEL é um motor deste tipo. Ele ainda se encontra sob intenso desenvolvimento. Embora se diga que o problema de selagem esteja resolvido, não parece razoável aceitar que a solução seja tão satisfatória quanto a do moderno anel de segmento.

Em geral, o objetivo dos projetos de motores rotativos de deslocamento foi de evitar vibração, redução de tamanho, peso e redução de custo em comparação com os tipos convencionais.

A única vantagem básica desse tipo de motor está no fato de ser alta a relação volume de deslocamento para volume total do motor, obtendo-se assim, maiores potências.

O conceito de turbina a gás é antigo, mas ele não se concretizou como fonte prática de potência até após a I. Guerra Mundial. Seu desenvolvimento comercial foi estimulado pela introdução bem sucedida dos motores turbojatos em aviões ingleses e alemães, próximo ao final da guerra.

Na maior parte das realizações atuais, o conjunto é formado por várias câmaras de combustão (de 2 a 6), possuindo cada uma delas de seu injetor. Esta disposição assegura uma melhor utilização do combustível e permite maior flexibilidade de funcionamento.

Ciclo de Carnot

Para entender melhor, colocaremos aqui, de forma resumida o ciclo desenvolvido por um motor térmico, teórico, chamado Ciclo de Carnot. Sadi Carnot (1796-1832) publicou em 1823 uma brochura intitulada “Reflexões sobre a potência motriz do fogo”. Enunciava aí um ciclo ideal que, partindo da transformação de gases perfeitos, deveria ter um rendimento de aproximadamente 72%, o qual, aliás, nunca atingido por um motor térmico real. Conhecido com o nome de “Ciclo de Carnot”, este ciclo teórico se compõe das seguintes fases:

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