MECÂNICA APLICADA. FONTES DE POTÊNCIA RENOVÁVEIS E MOTORES CICLO OTTO E DIESEL (2 e 4 TEMPOS) PROF Msc. Rui Casarin

Transcrição

1 MECÂNICA APLICADA FONTES DE POTÊNCIA RENOVÁVEIS E MOTORES CICLO OTTO E DIESEL (2 e 4 TEMPOS) PROF Msc. Rui Casarin

2 CONCEITOS BÁSICOS DE MECANIZAÇÃO Máquinas Implementos Ferramentas Operações Agrícolas Florestais Zootécnicas Manejo do solo Colheita

3 CONCEITOS BÁSICOS DE MECANIZAÇÃO MÁQUINAS E IMPLEMENTOS Tratorizados Autopropelidos Montado Arrasto Terminologia ( EIRA - ORA )

4 CONCEITOS BÁSICOS DE MECANIZAÇÃO TRATORIZADOS

5 CONCEITOS BÁSICOS DE MECANIZAÇÃO AUTOPROPELIDO

6 CONCEITOS BÁSICOS DE MECANIZAÇÃO AUTOPROPELIDO

7 CONCEITOS BÁSICOS DE MECANIZAÇÃO MONTADO

8 CONCEITOS BÁSICOS DE MECANIZAÇÃO ARRASTO

9 CONCEITOS BÁSICOS DE MECANIZAÇÃO TERMINOLOGIA EIRA EXEMPLO: CORTADEIRA

10 CONCEITOS BÁSICOS DE MECANIZAÇÃO TERMINOLOGIA ORA EXEMPLO: COLHEDORA

11 FONTES DE POTÊNCIA NA AGRICULTURA FORÇA HUMANA: 10% DO PESO VIVO (0,1 CV)

14 FONTES DE POTÊNCIA NA AGRICULTURA POLÍTICOS...

15 FONTES DE POTÊNCIA NA AGRICULTURA FORÇA ANIMAL ESPÉCIE CAPACIDADE DE CARGA EM % DO PESO VIVO DISTÂNCIA PERCORRIDA EM km/dia EQÜINOS 45 a a 30 MUARES 55 a a 35 ASININOS 60 a a 40

16 FONTES DE POTÊNCIA NA AGRICULTURA FORÇA ANIMAL (EQÜINOS) POTÊNCIA APROXIMADA DE 1cv

17 FONTES DE POTÊNCIA NA AGRICULTURA FORÇA ANIMAL (BOVINOS) POTÊNCIA APROXIMADA DE 1cv

18 FONTES DE POTÊNCIA NA AGRICULTURA FORÇA ANIMAL (MUARES) POTÊNCIA APROXIMADA DE 1cv

19 FONTES DE POTÊNCIA NA AGRICULTURA FORÇA ANIMAL (ASININOS) POTÊNCIA APROXIMADA DE 1cv

20 FONTES DE POTÊNCIA NA AGRICULTURA FORÇA ANIMAL (ASININOS) POTÊNCIA APROXIMADA DE 1cv

21 FONTES DE POTÊNCIA RENOVÁVEIS ENERGIA EÓLICA

24 FONTES DE POTÊNCIA RENOVÁVEIS ENERGIA SOLAR

27 FONTES DE POTÊNCIA RENOVÁVEIS ENERGIA HIDRAÚLICA

31 FONTES DE POTÊNCIA RENOVÁVEIS ENERGIA DA BIOMASSA

32 FONTES DE POTÊNCIA RENOVÁVEIS ENERGIA GEOTÉRMICA

33 ENERGIA ELÉTRICA É uma das formas de energia que o homem mais utiliza na atualidade, graças a sua facilidade de transporte, baixo índice de perda energética durante conversões.

34 FONTES DE POTÊNCIA RENOVÁVEIS

35 TIPOS DE MOTORES O MOTOR É UM CONJUNTO DE MECANISMOS QUE TRANSFORMA A ENERGIA X EM ENERGIA MECÂNICA. Eólicos: fluxo de ar; Hidráulicos: pressão de óleo; Elétricos: corrente elétrica; Térmicos: calor.

36 MOTORES TÉRMICOS COMBUSTÃO EXTERNA: QUEIMA OCORRE FORA DO MOTOR (MOTOR A VAPOR) COMBUSTÃO INTERNA: QUEIMA OCORRE DENTRO DO MOTOR (MOTOR CICLO OTTO E DIESEL).

37 HISTÓRICO MOTORES TÉRMICOS De combustão externa: produção externa de calor; Motores das locomotivas a vapor. Atualmente o princípio é utilizado nas Usinas Termoelétricas, podendo utilizar combustível fóssil ou Nuclear.

38 HISTÓRICO MOTORES TÉRMICOS De combustão interna: produção de calor no interior do próprio motor. São os motores utilizados na propulsão de Tratores e Máquinas Agrícolas.

39 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) HISTÓRICO CONCEITOS SOBRE CALOR 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;

40 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) HISTÓRICO CONCEITOS SOBRE CALOR 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 É impossível em uma máquina qualquer, sem auxílio externo, o transporte do calor de um corpo para um outro mais quente ;

41 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) HISTÓRICO DESENVOLVIMENTO DOS MOTORES 1652: Padre HAUTEFOILLE propõe a construção de um motor aproveitando a força expansiva dos gases provenientes da combustão da pólvora num cilindro fechado; 1821: W. CECIL desenvolveu um motor que funcionava com mistura de ar e hidrogênio, que foi realmente o primeiro motor a funcionar com sucesso.

42 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) HISTÓRICO DESENVOLVIMENTO DOS MOTORES 1878: NICOLAS OTTO, alemão, caxeiro viajante e sócio de uma fabrica de motores a gás, é o inventor do motor de combustão por centelha; 1893: RUDOLF DIESEL, alemão, engenheiro, é o inventor do motor de combustão por compressão.

43 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) HISTÓRICO DESENVOLVIMENTO DOS MOTORES

44 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) HISTÓRICO DESENVOLVIMENTO DOS MOTORES

45 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Motor de combustão interna: é uma máquina térmica, que transforma a energia proveniente de uma REAÇÃO QUÍMICA em ENERGIA MECÂNICA. O processo de conversão se dá através de CICLOS TERMODINÂMICOS que envolvem expansão, compressão e mudança de temperatura de gases.

46 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) ÓRGÃOS CONSTITUINTES (4 TEMPOS) A. ÓRGÃOS FUNDAMENTAIS - Bloco - Cabeçote - Cárter - Pistão - Biela - Girabrequim - Volante Válvulas

47 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) ÓRGÃOS CONSTITUINTES (4 TEMPOS) B. ÓRGÃOS COMPLEMENTARES - Sistema de válvula - Sistema de alimentação de ar - Sistema de lubrificação - Sistema de refrigeração

48 ÓRGÃOS FUNDAMENTAIS (4 TEMPOS) PRINCIPAIS COMPONENTES FIXOS BLOCO DO MOTOR CABEÇOTE CÁRTER CILINDRO (CAMISA) CÂMARA DE COMBUSTÃO

49 ÓRGÃOS FUNDAMENTAIS (4 TEMPOS) PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS VIRABREQUIM VOLANTE PISTÃO ANÉIS BIELA VÁLVULAS COMANDO DE VÁLVULAS

50 PRINCIPAIS COMPONENTES FIXOS BLOCO DO MOTOR FUNÇÃO: SUSTENTAR AS DEMAIS PARTES DO MOTOR

51 PRINCIPAIS COMPONENTES FIXOS CABEÇOTE FUNÇÃO: FECHA O BLOCO NA PARTE SUPERIOR E SUSTENTA AS VÁLVULAS.

52 PRINCIPAIS COMPONENTES FIXOS CÁRTER FUNÇÃO: FECHA O BLOCO NA PARTE INFERIOR E ARMAZENA O ÓLEO DO MOTOR.

53 PRINCIPAIS COMPONENTES FIXOS CILINDRO FUNÇÃO: ALOJA O PISTÃO E FAZ LUBRIFICAÇÃO E ARREFECIMENTO.

54 PRINCIPAIS COMPONENTES FIXOS CAMISA DO CILINDRO FUNÇÃO: AS LINHAS DE BRUNIMENTO SÃO RESERVATÓRIOS DE ÓLEO.

55 PRINCIPAIS COMPONENTES FIXOS CÂMARA DE COMBUSTÃO FUNÇÃO: É O ESPAÇO EM QUE OCORREM AS EXPLOSÕES DA MISTURA AR-COMBUSTÍVEL EM UM MOTOR.

56 PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS VIRABREQUIM FUNÇÃO: TRANSFORMA O MOVIMENTO ALTERNATIVO DO PISTÃO EM CIRCULAR.

57 PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS VIRABREQUIM FUNÇÃO: TRANSFORMA O MOVIMENTO ALTERNATIVO DO PISTÃO EM CIRCULAR. CONTRAPESOS MANCAIS EXTREMOS (MUNHÕES)

58 PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS VOLANTE FUNÇÃO: O VOLANTE DO MOTOR AUXILIA O VIRABREQUIM A TRANSFORMA O MOVIMENTO LINEAR DOS PISTÕES EM MOVIMENTO CIRCULAR (ROTAÇÃO).

59 PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS VOLANTE FUNÇÃO: TRATA-SE DE UMA PEÇA DE MATERIAL PESADO, UNIDO AO VIRABREQUIM DO MOTOR, AJUDANDO A MANTER O EQUILÍBRIO E REDUÇÃO DAS VIBRAÇÕES.

60 PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS PISTÃO FUNÇÃO: RECEBE A PRESSÃO DA COMBUSTÃO, INICIANDO O MOVIMENTO ALTERNATIVO DE SUBIDA E DESCIDA.

61 PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS ANÉIS FUNÇÃO: VEDAÇÃO (COMPRESSÃO) E LIMPEZA. COMPRESSÃO ANÉIS DE COMPRESSÃO ANÉIS DE LUBRIFICAÇÃO

62 PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS ANÉIS TEMPERATURA DE COMBUSTÃO 800 C COROA DO PISTÃO ANÉIS DE COMPRESSÃO ANÉIS DE LUBRIFICAÇÃO CAMISA DO CILINDRO SAIA DO PISTÃO GASES

63 PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS BIELA FUNÇÃO: LIGAR O PISTÃO AO VIRABREQUIM CORPO PÉ (PISTÃO) CABEÇA (VIRABREQUIM)

64 PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS VÁLVULAS FUNÇÃO: A VÁLVULA PERMITIR OU BLOQUEAR A ENTRADA OU A SAÍDA DE GASES DOS CILINDROS DO MOTOR.

65 PRINCIPAIS COMPONENTES MÓVEIS COMANDO DE VÁLVULAS FUNÇÃO: COMANDO ABERTURA E FECHAMENTO DAS VÁLVULAS, TANTO DE ADMISSÃO COMO DE ESCAPE.

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67 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) PONTOS MORTOS SÃO OS PONTOS MÁXIMOS QUE O PISTÃO ATINGE EM SEU DESLOCAMENTO DENTRO DA CÂMARA. PONTO MORTO SUPERIOR (PMS) PONTO MÁXIMO QUE O PISTÃO ATINGE NO SEU MOVIMENTO ASCENDENTE. PONTO MORTO INFERIOR (PMI) PONTO MÁXIMO QUE O PISTÃO ATINGE NO SEU MOVIMENTO DESCENDENTE.

68 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) PONTO MORTO SUPERIRO (PMS) PMS PMI

69 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) PONTO MORTO INFERIOR (PMI) PMS PMI

70 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) CICLOS TERMODINÂMICOS CICLO OTTO 4 TEMPOS (ADMISSÃO, COMPRESSÃO, EXPLOSÃO E ESCAPE).

71 CICLO OTTO ADMISSÃO O pistão começa no PMS, a válvula de admissão abre e o pistão desce ao PMI, permitindo que toda a câmara seja preenchida com ar misturado com uma quantia muito pequena de combustível (como por exemplo gasolina);

72 CICLO OTTO COMPRESSÃO A válvula de admissão fecha e o pistão então começa a ascender para o PMS, comprimindo o ar e o combustível dentro da câmara (aumentando a pressão e a temperatura da mistura);

73 CICLO OTTO EXPLOSÃO Quando o pistão alcança o PMS do seu curso, a vela de ignição libera uma pequena faísca que inflama a gasolina. O combustível então libera uma pequena explosão de gás em expansão empurrando o pistão para o PMI;

74 CICLO OTTO ESCAPE Assim que o pistão atinge o PMI a válvula de exaustão se abre, permitindo que o gás residual da combustão seja exaurido da câmara pelo movimento do pistão ao PMS. Assim que o pistão alcançar novamente sua posição mais alta o ciclo recomeça.

75 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) CICLOS TERMODINÂMICOS CICLO DIESEL 4 TEMPOS (ADMISSÃO, COMPRESSÃO, EXPLOSÃO E ESCAPE).

76 CICLO DIESEL ADMISSÃO De maneira similar ao motor a gasolina, o pistão vai para o PMI e o ar é admitido para dentro da câmara através da válvula admissão. Entretanto, o ar admitido é puro, sem mistura de combustível.

77 CICLO DIESEL COMPRESSÃO As válvulas se fecham, encerrando o ar dentro da câmara. O pistão sobe ao PMS, comprimindo o ar, à medida que o ar se comprime a temperatura aumenta

78 CICLO DIESEL EXPLOSÃO Quando o pistão alcança o PMS do seu curso e o ar comprimido encontra-se em alta temperatura, o bico injetor injeta o Diesel que inflama espontaneamente;

79 CICLO DIESEL EXPLOSÃO (FUN. BICO INJETOR) Uma linha pressurizada de combustível é fornecida ao bico injetor pela bomba injetora; Uma agulha com a atuação de uma mola mantém o bico fechado, quando a pressão do combustível é o suficiente para vencer a constante da mola, a agulha é empurrada para cima, permitindo a passagem do combustível, que é por sua vez, borrifado para dentro da câmara de combustão em forma de um leque cone; Há uma linha de retorno para que o combustível excedente possa retornar ao sistema.

80 CICLO DIESEL ESCAPE Assim que o pistão atinge o PMI a válvula de exaustão é aberta, permitindo que a gás residual da combustão seja exaurido da câmara de combustão e permitindo que o ciclo recomece.

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82 CICLOS TERMODINÂMICOS (4 TEMPOS) ADMISSÃO COMPRESSÃO EXPLOSÃO ESCAPE

83 MOTORES MULTICILINDROS (4 CILINDROS) ORDEM DE IGNIÇÃO CIL EXPLOSÃO ADMISSÃO ESCAPE COMPRESSÃO 2 ESCAPE COMPRESSÃO ADMISSÃO EXPLOSÃO 3 ADMISSÃO EXPLOSÃO COMPRESSÃ ESCAPE 4 COMPRESSÃO ESCAPE EXPLOSÃO ADMISSÃO

84 COMPARATIVO ENTRE MOTORES DO CICLO OTTO E DIESEL VARIÁVEL OTTO DIESEL Pressão no fim da compressão Teor de mistura arcombustível Tempo de formação da mistura Formação da mistura Volatibilidade do combustível Temperatura dos gases de descarga 8 a 15 kgf/cm 2 40 a 50 kgf/cm 2 11/1 a 17/1 20/1 a 50/1 Antes da combustão No carburador/tubo coletor Alta Simultânea a combustão Na câmara ou précâmara Baixa 800ºC 600ºC Custo de fabricação Baixo Alto Rendimento Térmico Menor Maior Ignição Centelha elétrica Compressão Taxa de compressão 6/1 a 12/1 18/1 a 23/1 Relação Peso/Potência Menor Maior

85 MOTORES COMBUSTA INTERNA (M.C.I.) CICLOS TERMODINÂMICOS 2 TEMPOS [(COMPRESSÃO + ADMISSÃO NO CÁRTER) E (EXPLOSÃO + ADMISSÃO NO CILINDRO + ESCAPE)].

86 CICLOS TERMODINÂMICOS (2 TEMPOS ) Estes motores freqüentemente não possuem válvulas propriamente ditas, têm duas janelas na parede da câmara de combustão, para comunicá-la com o exterior e o cárter:

87 CICLOS TERMODINÂMICOS (2 TEMPOS ) À medida que ocorre o movimento ascendente do êmbolo, este obstrui as janelas, e em seguida comprime a mistura gasosa existente na parte superior do cilindro.

88 CICLOS TERMODINÂMICOS (2 TEMPOS ) Ao mesmo tempo cria-se um vácuo no cárter, que força a admissão de ar atmosférico no interior do mesmo.

89 CICLOS TERMODINÂMICOS (2 TEMPOS ) Quando o êmbolo atinge o PMS dá-se a ignição, devido à libertação da faísca na vela. Os gases pressionam o pistão em direcção ao PMI, produzindo assim trabalho, movimentando o virabrequim.

90 CICLOS TERMODINÂMICOS (2 TEMPOS ) Próximo ao PMI, o pistão abre a janela de transferência. Ao mesmo tempo, seu movimento descendente pressuriza o carter, forçando a nova mistura a penetrar na câmara o que também contribui na exaustão de gases de combustão.

91 CICLOS TERMODINÂMICOS (2 TEMPOS )

92 OBRIGADO!!!