Motores de Combustão Interna Revisão Prova 1º Bim Bibliografia Básica: MARTINS, Jorge, Motores de combustão interna, 4ª edição, Publindústria - 2013, 480pgs, ISBN 978-989-723-033. Prof. Msc. Eng. Carlos Lavrado Filho Disciplina do Curso de Engenharia Mecânica 8º Período
1-Definamáquinatérmica. São máquinas que convertem energia térmica em energia mecânica. Normalmente a fonte de calor é proveniente de um combustível fóssil, porém toda máquina que realiza troca de energia calorífica em trabalho é considerada uma máquina térmica.
2- Monte um gráfico contendo a classificação dasmáquinastérmicas. Máquinas térmicas Combustão interna Combustão Externa Volumétricas Dinâmicas Alternativas (motor a pistão) Rotativas (motor Wankel) Rotativas (turbinas de gás) A reação (jato) Volumétricas (motor de locomotiva a vapor) Dinâmicas (turbina de vapor)
3- Sobre a classificação dos motores, cite 9 grupos de características que são descritas na bibliografiaemestudo. 1. Ciclo de operação 2. Colocação das válvulas 3. Combustível usado 4. Método de carga (alimentação do motor) 1. Tipo de injeção 2. Preparação da mistura 3. Tipo de ignição 4. Arrefecimento 5. Geometria dos cilindros
4-Comopodemoscalcularacilindradadeum motor? = Volume varrido ou cilindrada n= número de cilindros C= curso do cilindro D= diâmetro do cilindro = π 4
5-Oquequerdizermotordeigniçãocomandada? Cite um exemplo. E por qual ciclo ele pode ser representado? É todo tipo de motor aonde a combustão é controlada através de uma centelha ou faísca proporcionada por um sistema elétrico de alta tensão e um sistema de controle para direcionar a eletricidade (bobina e distribuidor). Exemplos: Motores a gasolina ou motores a álcool com sistema de ignição comandados por bobina e distribuidor. Podem ser presentados com ciclo térmico de Otto a volume constante.
6- Explique os 4 tempos de um motor de ignição comandada, desenhe para representar cada tempo. Admissão, 1º tempo. De PMS para PMI Compressão, 2º tempo. De PMI para PMS Explosão-Expansão, 3º tempo. Antes do fim do PMS até o PMI (tempo motor) Escape, 4º tempo De PMI após o tempo motor até PMS
7-Comente o funcionamento de um motor de ignição por compressão. E por qual ciclo pode ser representado? Também conhecidos como motores com autoignição, os motores de ignição por compressão são acionados ao aumentar a pressão interna dentro da câmara e atingem a temperatura de fulgor. Respeitando a lei dos gases perfeitos PV=nRT. São motores aonde ocorre o ciclo a pressão constante. Poder ser representado pelo ciclo térmico Diesel.
8- Explique o funcionamento de um motor 2 tempos, desenhe para representar cada tempoediferenciecadafase. Combustão/Expansão e Escape no 1º tempo. Lavagem (transferência) e compressão / admissão no 2º tempo.
9-Explique o funcionamento de um motor rotativo tipo Wankel, desenhe as fases do ciclo. Esse motor consiste essencialmente em uma câmara cujo formato interno se aproxima da forma de um oito. Dentro dela, um rotor mais ou menos triangular - o pistão do motor - gira excentricamente com relação ao eixo principal, que equivale ao virabrequim dos motores a pistões. As formas destes dois elementos são tais que enquanto os cantos do pistão estão sempre equidistantes das paredes da câmara - e muito próximos a elas, formando uma vedação- eles sucessivamente aumentam e diminuem o espaço entre os lados convexos dotriângulo-orotor-easparedesdacâmara. Assim, se uma mistura for injetada numa das câmaras, quando está aumentando de tamanho, será comprimida na redução subsequente de volume, enquanto o rotor, ou pistão, gira. Deste modo, o ciclo clássico de quatro tempos - admissão, compressão, explosão e exaustão - é produzido e, além disso, as três facesdorotorestão emtrêsfasesdiferentesdociclo,aomesmotempo.
10- Fale um pouco da história dos motores a ar. E qual ciclo pode ser usado para representar seu funcionamento? Em 1759, Henry Hood propôs a utilização de ar quente ao invés de vapor, ideia executada por George Caley em 1807. Outros motores a ar que operavam por combustão externa, onde o combustível era queimado fora dos cilindros foram desenvolvidos, destacandoseosmotoresde Robert Stirlingelaboradonoanode1816eomodelodeJohn Ericson de 1826. Esses motores apresentavam um melhor rendimento por operarem com pressões superiores aos motores a vapor. O motor Stirling foi aperfeiçoado pelo pastor escocês Robert Stirling em 1816, auxiliado pelo seu irmão engenheiro. Eles visavam a substituição do motor a vapor, com o qual o motor stirling tem grande semelhança estrutural e teórica. No início do século XIX, as máquinas a vapor explodiam com muita frequência, em função da precária tecnologia metalúrgica das caldeiras, que se rompiam quando submetidas à alta pressão. Sensibilizados com a dor das famílias dos operários mortos em acidentes, os irmãos Stirling buscaram conceber um mecanismo mais seguro. É referido também como "motor de ar quente", por utilizar os gases atmosféricos como fluido de trabalho.
11- Como funcionam os motores de combustãoatmosféricos? Sãotodososmotoresaondenãoocorrepressurizaçãonocilindro,ousejaa taxa de combustão ocorre sempre a 1 atm. Ou melhor não ocorre compressão prévia á combustão. Motor de Barber, a primeira turbina 1791. Motor de Rivaz, 1805. A expansão pelo gás aquecido com carvão elevava o pistão que utilizava a gravidade para descer o pistão e gerar trabalho. Motor de Draque1855 e também o motor de Lenoir1861. Ação dupla de pistões contrapostos fazendo assim a aspiração por meio de válvulas reguladoras. Motores de Daimere Maybach 1872, que auxiliaram na N.A Otto & Cie.
12-Emqueano,equemfoiopioneiroqueutilizou ecriouummotorcomcompressãoprévia? No ano de 1876, NikolausOtto foi o pioneiro desta técnica, aonde antes de ocorrer a combustão havia um aumento da pressão sendo possível aumentar as taxas de compressão dos motores aumentando significativamente seu rendimento.
13- Sobre o desenvolvimento dos sistemas auxiliares, cite os três principais sistemas e suas respectivasmudançasaolongodosanos. Sistemasdeignição CriadosNicolauOtto(faíscapormagnetodebaixatensão)e Robert Bosch (as primeiras velas de alta tensão) até as atuais velas de irídio aonde tem maior temperatura e maior área de queima o que acelera e melhora queima do gás combustível. Sistemas de admissão através dos primeiros carburadores de superfície, depois os carburadores por venturi até os atuais sistemas de injeção eletrônica. Sistemas de arrefecimento os primeiros motores com sistema de arrefecimento simples por agua até os atuais sistemas pressurizados compostos por aditivos álcoois e agua. Com os radiadores por convecção forçada.
14- Fale sobre a evolução do motor clássico até os dias de hoje, em relação as taxas de compressão, C/D, Peso/Potência, cilindrada, mistura (admissão) edemaisáreasdeevolução. oaumentodataxadecompressãonofinaldosanos60atéosveículoscomtaxavariávelem2016. Relação reduziu ao longo de décadas, estabilizando para uma razão comum presente nos motores atuais. Influências no atrito e temperatura da camisa. Redução em virtude dos novos materiais e melhor rendimento gerando mais potência com dimensões menores. Redução em virtude do consumo e pela crise energética (petróleo), além da redução de poluentes. Implementação dos sistemas de injeção eletrônica com sistemas de leituras dos gases do escape e ajuste automático para maior torque ou maior autonomia. E a implementação de sensores e transdutores para auto ajuste e sistemas de regulagem de torque, variação da taxa de compressão e temperatura, variando assim o regime de operação do motor para se adequar ao menor consumo, maior potência e rendimento, com o menor peso possível.
15- Desenhe e explique o ciclo teórico a volume constanteedemonstreseurendimento.
16- Desenhe e explique o ciclo teórico a volume constanteedemonstreseurendimento.
17-Quais os 4 parâmetros básicos do motor? Binário = Resultado do trabalho produzido. Potência específica = é a relação de trabalho efetivo produzido em um determinado tempo. Rendimento total = relação entre trabalho pelo massa de combustível utilizada pelo seu respectivo poder calorífico. Consumo específico = relação entre a massa de combustível pelo trabalho realizado.
18- Defina o conceito binário, e como é medido o binário de um motor? Qual equipamentoéutilizado? De uma forma simplificada,obinário representa a força do motor. Só que, a força do motor não é mesma em todas as rotações. Por isso se diz que o binário máximo de um motor é atingido a uma determinada rotação, ou seja, a força do motor varia até encontrar a sua máxima pujança em determinada rotação. Definido pela força entre um deslocamento (nesse caso o pistão), relação de trabalho, ou torque. Depende da velocidade, e está relacionado com a potência. Pode ser medido com ajuda de um dinamômetro. Vai medir o torque do motor.
19-O quer dizer potência específica o que essa variável representa? Onde = B x Ω= 2πN x B potência específica (W) B binário (N.m) Ω velocidade angular (rad/s ou rot/s) (RPM x 1/60) N número de voltas Representa a taxa em que é realizado o trabalho (nesse caso o binário) trabalho.
20-Sobre o Rendimento (total) e o consumo específico, como podem ser calculados? = = = 1 onde; massa de combustível (g/s) poder calorífico (inferior a pressão constante) (J/g) Potência específica (J/s ou W)
21- Quais são os principais parâmetros geométricos do motor? E como podem ser calculados? Taxa de compressão; = = =!+ # # Relação diâmetro curso do pistão; $ %& = Relação comprimento da biela raio do virabrequim. $ '& = ( $
22- Em relação á mistura, como ela pode ser dimensionada? Quais as variáveis envolvidas para oseudimensionamento? ) * = +, - Onde; A F. Φ λ = ar ou * ) = - +, = combustível = massa de ar = massa de combustível =riqueza =pobreza λ= 1 2 1 2 3 Φ= 1 2 3 1 2 Para dimensionar estequiométricamente é realizado o balanço químico e calculado a relação de ar combustível com base na formação de elementos e sua massa molecular. UmmotorpodeterumamisturaricaquandoΦ >1 Umamisturapobrequando λ>1
23- O que quer dizer queima estequiométrica? Estequiometria (ou equações químicas) vem do grego stoikheion (elemento) e metriā (medida, de metron). O termo "estequiométrico" é usado com frequência em Termodinâmica para referir-se à "mistura perfeita"deumcombustíveleoar. A estequiometria baseia-se na lei da conservação das massas, na lei das proporções definidas (ou lei da composição constante) e na lei das proporções múltiplas. Em geral, as reações químicas combinam proporções definidas de compostos químicos. Já que a matéria não pode ser criada ou destruída, a quantia de cada elemento deve ser a mesma antes, durante e após a reação. A queima estequiométrica é a relação perfeita para balancear todo o produto com o reagente.
24- Quais as quatro grandezas mais importantes que podem comparar diferentes tipos de motores? Pressão média efetiva (bar) Velocidade média do pistão (m/s) Potência específica aerial (kw/dm²) Massa por unidade de cilindradas (kg/l)
25-Explique os rendimentos e eficiências, como podemos calcular as eficiências e depois calcular o rendimento total? Rendimento adiabático η ) = # Rendimento inerente η = 5 5 4 Rendimento teórico η 3 = 5 3 Rendimento relativo às propriedades dos fluidos η 4 = 5 4 5 3 Eficiência de bombagem e ' = 5 5 Rendimento mecânico η = 5 5 Rendimento total η = η ) η 3 η 4 η e ' η