Motores de Combustão Interna - MCI

Transcrição

1 Motores de Combustão Interna - MCI Eng. Nauberto R. Pinto Colaboração: Camila R. de Lacerda 29/01/2016 1

2 Elementos da Combustão 2

3 Classificação dos motores quanto ao tipo de combustão: Motores de Combustão Externa (MCE) Máquinas a vapor Motores de Combustão Interna (MCI)* Alternativos (Pistão, biela, eixo manivela) Ciclo Otto ignição por centelha Ciclo Diesel ignição por compressão Rotativos Wankel Turbina a Gás * Maquetes 3 Figuras: Apostila Motores Combustão Interna UFPEL

4 Ciclo Otto (4 tempos) 4

5 Ciclo Diesel (4 tempos) Fonte: 5

6 Petróleo Refino Combustíveis 6

7 Refinarias Petrobrás 1. Refinaria de Paulínea (Replan) SP bbl/d ( m³/dia) 2. Refinaria Landulpho Alves (Relam) BA bbl/d ( m³/dia) 3. Refinaria Henrique Lage (Revap) SP bbl/d ( m³/dia) 4. Refinaria Duque de Caxias (Reduc) RJ bbl/d ( m³/dia) 1. Refinaria Alberto Pasqualini (Refap) RS 2. Unidade de Industrialização do Xisto (SIX) - PR 3. Refinaria Gabreil Passos (Regap) MG 4. Refinaria Lubnor CE 5. Refinaria Capuava (Recap) SP 6. Refinaria Isaac Sabbá (Reman) AM 7. Refinaria Presidente Getúlio Vargas (Repar) PR 8. Refinaria Presidente Bernardes (RPBC) - SP 9. Refinaria Potiguar Clara Camarão RN 7

8 Processos de destilação 8

9 Petróleo e seus derivados 9

10 Combustíveis para Motores Ciclo Otto Gasolina A Gasolina C Etanol Hidratado Mistura Gasolina C + Etanol Hidratado (FLEX) Gás Natural Veicular (GNV) Ciclo Diesel Óleo Diesel Óleo Diesel + Biodiesel Óleo Bunker (combustível pesado) Biodiesel puro (B100 ) Óleo Vegetal in natura Óleo Diesel + Gás Natural Veicular (Sistema Dual Fuel ) Etanol Aditivado 10

11 Combustíveis: Gasolina Gasolina A Combustível produzido a partir de processos utilizados nas refinarias (sem etanol). Gasolina C... (Gasolina A + 27,5 % vol. de Etanol Anidro combustível) 1 - Gasolina Comum Sem aditivos 2 - Gasolina Aditivada Recebe aditivos detergentes-dispersantes ( keep clean ). 3 - Gasolina Premium... (Gasolina A + com 25 % Vol. de Etanol) Possui maior octanagem, permitindo melhor aproveitamento do potencial do motor (Motores de alto desempenho). 11

12 Etanol Combustíveis Alternativos Não é derivado do petróleo; para ciclo Otto É obtido a partir da fermentação de biomassa (ex. cana de açucar, milho,...) Gás Natural Veicular - GNV Mistura de hidrocarbonetos leves, em estado gasoso (abastecimento veicular a 200 atm); Queima reconhecidamente mais limpa, praticamente sem emissão de monóxido de carbono. Gás Liquefeito de Petróleo - GLP Uso restrito para empilhadeiras. 12

13 Esquema Injeção Eletrônica (FLEX) Fonte: Canister 2 - Reservatório de gasolina para partidas a frio 3 - Relé 4 - Bomba elétrica de combustível 5 - Válvula solenóide 6 - Válvula de purga do canister 7 - Sensor de temperatura e pressão do ar 8 - Válvula de injeção 9 - Sensor de detonação 10 - Sensor de rotação 11 - Sensor de temperatura 12 - Sensor de fase 13 - Bobina de ignição 14 - Pedal do acelerador 15 - Vela de ignição 16 - Sonda Lambda 17 - Bomba de combustível 18 - Unidade de comando 19 - Corpo da borboleta 13

14 Cadeia de Comercialização - Otto 14

15 Octanagem É a capacidade que um combustível tem em resistir a altas temperaturas na câmara de combustão, sem sofrer combustão espontanea fora de tempo. 15

16 Octanagem (Métodos ASTM) Método Motor ( MON - Motor Octane Number ) Avalia a resistência da gasolina quanto a detonação, na situação em que o motor está em plena carga e em alta rotação. Método Pesquisa ( RON - Research Octane Number ) Avalia a resistência da gasolina quanto a detonação, na situação em que o motor está em carga parcial e em baixa rotação. Índice Anti-detonante ( IAD ) 16

17 Método Motor (MON) CFR F-2 (ASTM D 2700) 17

18 Método Pesquisa (RON) CFR F-1 (ASTM D 2699) 18

19 Índice Antidetonante - IAD (Resolução ANP nº 40, 25/10/2013) Gasolina C : Comum e Aditivada IAD= 87 MON = 82 RON = 92 Gasolina C : Premium IAD= 91 MON = 82 RON =

20 Fatores de Influência sobre a Octanagem 20

21 Fatores de Influência sobre a Octanagem (Otto) Composição da gasolina (aromática ou parafínica) Pressão atmosférica (altitude) Temperatura e umidade do ar atmosférico Taxa de compressão Formato da câmara de combustão Posição da vela de ignição Sistema de combustível (carburação, injeção) Temperatura da mistura Relação ar/combustível (pobre, rica, estequiométrica) Avanço da centelha Ponto quente (carbonização/ vela quente) Rotação do motor Carga aplicada ao motor (ex.: subida de serra) 21

22 Padrões ASTM de Referência (Octanagem) Isoctano n-heptano 100 (cem) 0 (zero) Exemplo Mistura dos Padrões - (% vol.) Padrão 83: 83% Iso. + 17% n-hep. 22

23 Amostra A: Cálculo da Octanagem (Interpolação entre Padrões) A = A 86 = ( ) x A = x A = 87,7 23

24 Combustíveis: Óleo Diesel 1) - Óleo Diesel Rodoviário (baixo ponto de fulgor) 1.1) - Diesel A Para uso rodoviário e não rodoviário, sem biodiesel 1.2) - Diesel B7 Óleo Diesel A com 7% de biodiesel 7% a partir de 1º de novembro ( Lei nº , da Presidência da República, de 24/09/2014 ) 1.3) - Diesel Bx Óleo Diesel A com biodiesel na proporção ( X % ), ( quando autorizado para uso específico ou experimental ). Quanto ao teor de enxofre (Resolução ANP nº 50 de ) S 10 - combustíveis com teor de enxofre, máximo, de 10 mg/kg S combustíveis com teor de enxofre, máximo, de 500 mg/kg 2 - Óleo Diesel Marítimo (alto ponto de fulgor) 24

25 Qualidade de ignição do diesel A qualidade de ignição do diesel pode ser medida pelo seu número de cetano (NC) ou calculado pelo índice de cetano (IC). 25

26 NÚMERO DE CETANO O Número de Cetano (NC) mede a capacidade do combustível entrar em autocombustão quando injetado no motor (determinado em motor ASTM CFR-5). ÍNDICE DE CETANO O Índice de Cetano (IC) mede a qualidade de combustão dos combustíveis diesel (obtido por cálculo). 26

27 Método Cetano CFR F-5 (ASTM D 613) 27

28 Número de Cetano (Resolução ANP nº 50, 23/12/2013) Diesel S-10 ( máximo Teor de enxofre 10 mg/kg ) NC= 48 Diesel S-500 ( máximo Teor de enxofre 500 mg/kg ) NC= 42 (eventualmente calculado pelo Índice de Cetano-IC) 28

29 Fatores de Influência sobre o Número de Cetano 29

30 Fatores de Influência sobre o Número de Cetano (Diesel) Composição do Diesel Temperatura do ar de admissão Rotação do motor Taxa de compressão Temperatura do combustível Débito da bomba injetora de combustível Avanço da injeção 30

31 Curva do Motor (Cetano) 31

32 Curva do Motor (Cetano) 32

33 Combustão: Relação Estequiométrica 33

34 Relação Estequiométrica Combustível Relação ar/combustível Gasolina A 14,7 : 1 Gasolina C (com 22% de etanol) 13,3 : 1 Álcool Hidratado(etanol) 9,0 : 1 Diesel 15,2 : 1 Gás Natural Veicular 17,2 : 1 Combustível FLEX 9,0 a 13,3 : 1 Fonte: GLEHN,

35 Parte Prática (Laboratório de Máquinas Térmicas) CFR-F2 (MON) 35