Motores de Combustão Interna

Transcrição

1 Motores de Combustão Interna Professora: Jaciana Silva de Santana

2 6 - Temperatura de Auto-Ignição Propriedade dos Combustíveis É a temperatura na qual aquecendo uma mistura ar-combustível inicia-se espontaneamente a sua combustão. Para cada tipo de combustível, existe uma temperatura de auto-ignição. Combustíveis LIF LSF T ign. ( C) Metano 5, Acetileno Etileno 2,7 28,6 450 Propano 2,4 9,5 450 Butano 2 8,5 550 Hidrogênio 4,1 72,2 560 Amoníaco Gasolina 1,4 7,6 300 Gasóleo 230 Metanol 6, Etanol 4,3 19

3 Propriedade dos Combustíveis 7 - Temperatura Adiabática de Chama A temperatura adiabática de chama é a temperatura do final da combustão de uma mistura, ou seja, é a temperatura mais elevada que se poderá atingir na sua combustão, sem retiragens ou perdas de calor.

4 Propriedade dos Combustíveis 8 - Poder Calorífico É a quantidade de energia disponível no combustível. Pode ser indicado pela massa de combustível ou pelo volume, já que os motores são limitados pelo volume da mistura.

5 Propriedade dos Combustíveis 9 - Produção de CO 2 O processo da combustão em combustíveis produzem dióxido de carbono, também chamado de gases do estufa. Estes gases poluem a camada de ozônio, provocando vários danos ambientais e de saúde. A tabela indica alguns exemplos de combustíveis com relação à emissão de CO 2. Combustíveis Emissões de CO 2 Gasolina 100 Gasóleo 102 GLP 87 Gás Natural 75 Hidrogênio 0

6 Gases da Combustão

7 GASOLINA A gasolina é um produto da destilação fracionada do petróleo bruto, com temperaturas de ebulição em torno de 25 C e 250 C. No mercado possuem diversos tipos de gasolina, dentre elas temos: gasolina automotiva tipo A; gasolina tipo A-Premium; gasolina tipo C; gasolina tipo C-Premium; gasolina aditivada e gasolina padrão.

8 OCTANAGEM A octanagem é a resistência que a gasolina tem à auto-ignição, o que pode levar à detonação localizada, causando perda de potência e sérios danos ao motor, dependendo de sua intensidade e persistência. Um combustível com mais octanas (ou maior octanagem) permite fazer um motor mais eficiente energeticamente, reduzido consumo e emissões.

9 OCTANAGEM Os projetistas de motores levam em conta a octanagem do combustível para determinar a taxa de compressão, curvas de avanço de ignição. A octanagem da gasolina é determinada pelos métodos RON e MON. MÉTODO RON (Research Octane Number Número de Octano Pesquisa) Avalia a resistência do combustível à detonação, sob condições suaves de trabalho em baixa rotação (Ex: ao arrancarmos o veículo em um sinal). Norma ASTM D 2699.

10 OCTANAGEM MÉTODO RON (Research Octane Number Número de Octano Pesquisa)

11 OCTANAGEM MÉTODO MON (Motor Octane Number Número de Octano Motor) Avalia a resistência da gasolina à detonação com carga total em alta rotação (Ex: subida de ladeira com marcha reduzida e velocidade alta, ultrapassagens). Norma ASTM D Os números adquiridos nos dois métodos (RON e MON), são obtidos através de um motor padrão, fabricado pela companhia DRESSER-WAUKESHA.

12 OCTANAGEM Motores CFR (Cooperative Fuel Research)

13 OCTANAGEM A avaliação da octanagem da gasolina é justificada pela necessidade de garantir que o produto atenda às exigências dos motores no tempo de compressão e início da expansão (quando ocorre aumento de pressão e de temperatura) sem entrar em auto-ignição. A especificação brasileira utiliza a média entre RON e MON conhecido como IAD (Índice antidetonante), que nada mais é que a média aritmética do método MON e RON. IAD = (MON + RON) / 2

14 OCTANAGEM No mundo, a gasolina com mais alta octanagem, entre todas comercializadas atualmente, é a Petrobras Podium. Ela é a mais avançada e apropriada para qualquer veículo a gasolina. Foi elaborada com a mesma tecnologia usada no desenvolvimento da gasolina Petrobras na Fórmula 1. Algumas de suas características específicas são mais bem observadas quando é usada para abastecer veículos de alto desempenho.

15 OCTANAGEM Proporciona: total aproveitamento da potência projetada pelo fabricante do motor, retomada de velocidade em menor tempo (conseqüentemente garante ultrapassagens mais seguras). Está disponível apenas nos postos Petrobras de algumas cidades brasileiras.

16 OCTANAGEM

17 Valores Típicos do Número de Octanas no Brasil Gasolina tipo C comum = 87 octanas IAD (Especial C - Texaco). Gasolina tipo C aditivada = 87 octanas IAD (Gasolina Plus Texaco). Gasolina tipo C premium = 91 octanas IAD (Gasolina premium Texaco). Gasolina tipo C = 95 octanas IAD (Podium BR). Gasolina de aviação = 100 a 145 octanas IAD. Álcool etílico anidro = 100 octanas IAD.

18 ANP n 05 de 2001

19 Propriedade dos Combustíveis GASÓLEO = DIESEL O gasóleo também é um produto da destilação fracionada do petróleo bruto, com temperatura de ebulição variando entre 180 C e 360 C. Este combustível é utilizado em motores à compressão, e ao contrário da gasolina este deve ser facilmente auto-inflamável. A densidade do gasóleo é superior ao da gasolina (0,85 contra 0,75) o que origina menor consumo (quando medido em volume).

20 Outros Combustíveis Além da gasolina e do gasóleo (diesel), há outros combustíveis que se podem usar nos motores de combustão interna. Estes podem ser combustíveis líquidos como ésteres, alcoóis ou mesmo óleos vegetais, mas também pode usar combustíveis gasosos como gás natural.

21 Outros Combustíveis Combustíveis Gasosos Gases de Petróleo Liquefeitos (GLP LPG) Gás Natural Hidrogênio Alcoóis, Ésteres e Outros Oxigenados Alcoóis Ésteres Ácidos Gordos (gorduras) Ésteres (biodiesel) Nitrometano.

22 Combustíveis Gasosos Os combustíveis gasosos possui baixa relação entre o número de moléculas de carbono e hidrogênio, no qual produzem menor quantidade de CO 2, além de facilmente se misturarem com o ar, fáceis de queimar. Porém, possuem baixa velocidade de propagação de chama e necessitam de maior energia de ignição, o que os torna impróprios para o uso em motores diesel.

23 Combustíveis Gasosos Gases do Petróleo Liquefeitos (GLP LPG) GLP Mistura (propano butano etano) >95% Vmáx = 80% do V.interno As principais vantagens: menor custo (metade do valor da gasolina); menor produção de CO 2 ; maior vida em serviço do motor. As desvantagens: preço da instalação; espaço ocupado pelo cilindro de gás.

24 Combustíveis Gasosos Existem três modos de fornecer gás de petróleo liquefeito para o motor: 1- Aspiração num Venturi situado no coletor de admissão. 2- Injeção MPI (sistema de injeção multiponto) no estado gasoso. 3- Injeção MPI (sistema de injeção multiponto) no estado líquido.

25 Combustíveis Gasosos Gases do Petróleo Liquefeito (GPL LPG) 2 - Injeção PMI (sistema de injeção multiponto) no estado gasoso. 3 - Injeção PMI no estado líquido. Nos sistemas (2) e (3) o fornecimento do GPL é feito, em sobrepressão, em frente a cada válvula de admissão.

26 Propriedade dos Combustíveis Gases do Petróleo Liquefeito (GPL LPG) Alterações do motor: Aumento da taxa de compressão (maior índice de octano). Aumento do avanço da ignição em cerca de 5 (devido a velocidade de propagação de chama ser menor que a da gasolina).

27 Gás Natural Combustíveis Gasosos Armazenado comprimido (fase gasosa ou líquida ) Como o metano tem uma baixa relação de C/H a produção de CO 2 é comparativamente baixa (cerca de 25% a menos que a gasolina) e os poluentes possuem níveis baixos de HC e CO devido a sua fácil mistura com o ar. Desvantagem: baixa velocidade de propagação de chama que é significativamente inferior a da gasolina.

28 Combustíveis Gasosos Gás Natural O gás natural pode ser armazenado comprimido na fase gasosa ou líquida em veículos. A sua velocidade de propagação de chama que é inferior a da gasolina.

29 Combustíveis Gasosos Hidrogênio A mistura ar/hidrogênio contém cerca de 30% (em volume) de hidrogênio. Visto como o combustível do futuro devido as suas características poluentes (sua combustão produz água e um pouco de óxido de azoto NO x ). Vantagens: Rendimento elevado mesmo contendo misturas extra-pobres; Possuir a velocidade de propagação de chama uma ordem de grandeza superior a da gasolina. Problemas: Facilidade de entrar em auto-ignição.

30 Combustíveis Gasosos Alcoóis Os alcoóis são hidrocarbonetos parcialmente oxidados. Em motores usam-se o metanol e o etanol. METANOL ETANOL O Etanol é o mais utilizado no Brasil na sua forma quase pura. Sua desvantagem é a corrosão. Éteres Os ésteres são moléculas com um átomo de hidrogênio ligando dois radicais. Podem ser líquido ou gases altamente inflamáveis. Sua obtenção se dá através de desidratação na presença de ácido sulfúrico.

31 Combustíveis Gasosos Ácidos Gordos (Gorduras) São geralmente compostas por vários triglicerídeos. Podem ser usados como combustível em motores de combustão interna. O modo de combustão é propício a motores de ignição por compressão. Pode ser misturado com o gasóleo. Sua combustão produz lacas e outros depósitos sólidos que rapidamente inutilizam o motor por obstrução da câmara de combustão. Por esta razão seu uso ainda é muito limitado.

32 Combustíveis Gasosos Ésteres (Biodiesel) São conhecidos como biodiesel ou por FAME (éster metílico de ácidos gordos) São obtidos por reação entre um ácido e um álcool, através de um processo chamado esterificação. Possuem índice de cetano superior ao gasóleo com propriedades lubrificantes contendo baixo teor de enxofre. CO 2 Ciclo do carbono curto Gases do efeito estufa

33 Combustíveis Gasosos Nitrometano O nitrometano é um composto que além de carbono e hidrogênio contém oxigênio e azoto e é conhecido por aumentar a potência dos motores e pelo seu poder explosivo. Uma desvantagem é seu custo elevado. Combustíveis Sintéticos Estes tipos de combustíveis são produzidos através de síntese de outros combustíveis tais como o carvão, gás natural ou hidrogênio.

34 Combustíveis Gasosos Óxido Nitroso A injeção de óxido nitroso N 2 O é usada para aumentar a potência dos motores durante um pequeno período. Essa substância não é um combustível, mas sim um oxidante, permitindo que uma maior quantidade seja injetada e queimada no motor.

35 ADITIVOS Os aditivos são utilizados para: propiciar desempenho relacionadas com a operação dos motores. minimizar problemas de manuseio e armazenamento. Existe uma variedade grande de aditivos usados nas gasolinas modernas. No Brasil, este uso é restrito e apenas alguns distribuidores juntam produtos especiais à gasolina. Nos postos de serviço são encontrados, também, alguns tipos de aditivos, mas o seu uso não é tão generalizado como em outros países.

36 ADITIVOS hidrocarbonetos aromáticos (xileno, benzeno ou tolueno) Alemanha, Inglaterra, França, tália, Suécia, Tchecoslováquia, Espanha, Argentina, Estados Unidos, África do Sul, Austrália. Alcoól Anidro Brasil (25% na mistura) Em países com petroquímica avançada, onde o processo de refinação fornece elevada octanagem, através do craqueamento e reforma catalítica, alquilação, polimerização, isomerização, o uso de aditivos vem desaparecendo.