Ciclo_Indicado

MCINT - Lic. em Eng. Mecanica Automovel - Lopes da Costa

Motores de Combustao Interna - MCINT

Licenciatura em Eng. Mecanica Automovel

Ciclos Otto e Diesel

Ciclos IndicadosPotencia Teorica e RendimentosIndicado e EfectivoAdmissao nos Ciclos Indicados

Abaixamento das perdas decargaAfinacao da abertura e fechodas valvulasSobrealimentacaoColectores de geometriavariavel

Compressao nos Ciclos Indicados

Taxa de Compressao e o CicloOtto Real

Explosao nos Ciclos IndicadosFactores que influenciam aRapidez da Combustao

Expansao nos Ciclos IndicadosEscape nos Ciclos IndicadosCiclo Diesel Indicado -Especificidades

AdmissaoCompressaoInjeccao/Combustao


Ciclos Indicados

Ate ao momento, todos osciclos considerados aqui, emdiagramas p-v, sao teoricos.

Evolucoes Termodinamicasconsideradas nesses ciclos saoreversveis - sao evolucoesTermodinamicas em que nao

existem perdas do fluido de

trabalho, nem por atrito nem de

calor, para a vizinhanca.

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Ciclos Indicados

I Na realidade o fluido de trabalho sofre evolucoesTermodinamicas irreversveis.

I Os ciclos realmente cumpridos diferem dos ciclos ate agoraapresentados.

I Os motores adoptam solucoes construtivas no sentido deminorar essas diferencas.


Ciclos Indicados

Em laboratorio, utilizandodispositivos genericamentedesignados porindicadores, e possveltracar o ciclo realmenteefectuado por um motor.

Designa-se este ciclo porCiclo Real ou CicloIndicado.


Ciclos IndicadosCiclo Otto Indicado

MOTORES TRMICOS

37 J. Carlos Lopes da Costa ISEP : Dep. Eng. Mecnica

Ciclo indicado

Grfico das presses

Ciclo Indicado

Abertura da Vlvula de Escape

Ciclo Indicado

Pres

so

Pres

so

Ignio

Admisso

Volume


Ciclos Indicados

Ciclo Otto - Grafico das pressoes

MOTORES TRMICOS


Ciclo indicado

Grfico das presses

Ciclo Indicado


Ciclo Indicado

Pres

so

Pres

so

Ignio

Admisso

Volume


Potencia Teorica e Rendimentos Indicado e EfectivoCiclos Indicados

I Ate ao momento temos apenas considerado ciclos teoricospelo que as potencias uteis calculadas sao designadas porpotencias teoricas uteis - Wtu .

I Daqui resulta que podemos definir um binario medio comosendo binario teorico util - Bmu :

Wtu = Bmt .



I As pressoes do fluido de trabalho variam ao longo dos ciclos.Contudo podemos definir uma pressao media teorica - pmt :

pmt =

p.dV

VPMI VPMSI A pmt relaciona-se com o trabalho teorico util Wtu num

motor mono-cilndrico mediante:

Wtu = pmt (VPMI VPMS )I Num motor com Nc cilindros:

Wtu = pmtNc (VPMI VPMS ) = pmtVc... em que Vc e a cilindrada do motor.



I A potencia teorica util e obviamente:

Wtu =Wtutciclo

I Num motor a 4 tempos (NTM = 4) desenvolve 1 ciclo porcada 2 rotacoes do motor. Logo, num motor a rodar an rpm1:

tciclo =120

n[s], ou genericamente tciclo =

30NTM

nI Logo a potencia teorica util tambem pode ser expressa por:

Wtu =Wtutciclo

=pmtVcn

120... ou mais genericamente por:

Wtu =Wtutciclo

=pmtVcn

30NTM

1Nota: tciclo =60n[s] num motor a 2 tempos.



Outras relacoes possveis...

Wtu =pmtVcn

30NTM= Bmt

...de onde resulta que:

pmt = BmtpiNTM

Vc

Conclusao: ha proporcionalidade entre a pressao media teoricae o binario medio teorico de um motor de combustao interna.



Como vimos, os ciclos indicados - reais - apresentam umcomportamento - evolucao da pressao pi - diverso e menoseficiente que o ciclo teorico.Para os ciclos indicados podemos tambem definir os conceitos de:

I Trabalho indicado:

Wi = pmiVc

...em que pmi traduz a pressao media indicada.

I Potencia Indicada:

Wi =pmiVcn

30NTMO trabalho e a potencia indicada sao menores que as correspondentes

grandezas teoricas. A diferenca e tanto maior quanto maiores forem as

irreversibilidades das evolucoes termodinamicas.



Podemos assim tambem estabelecer...

Wi =pmiVcn

30NTM= Bmi

...de onde resulta o conceito de Binario Indicado - Bmi .Daqui tambem resulta...

pmi = BmipiNMT

Vc



Ligando assim a potencia teorica a` potencia indicada, obtemos oRendimento Indicado:

i =WiWtu

=Wi

Wtu=

pmipmt

=BmiBmt

O rendimento indicado traduz a ineficiencia do fluido motor emseguir o comportamento termodinamico teorico .

No entanto, ainda existem outras perdas entre o gas e autilizacao final do trabalho (ou potencia mecanica) produzidapelo motor.



O trabalho indicado e o que efectivamente o ciclo termodinamicoproduz.Entre o trabalho que e produzido dentro dos cilindros e o trabalhoque e entregue no veio do motor, ha perdas mecanicas devidas:

I Aos atritos entre as pecas que deslizam umas sobre as outrasPerdas por atrito ocorrem entre os segmentos e os cilindros ou camisas, entre as

hastes e as guias das valvulas de admissao e de escape, nas diversas

chumaceiras, entre o pino do embolo e o casquilho que o envolve, etc.

I A` energia consumida por orgaos auxiliares do motor. Energiaconsumida na bomba de oleo, no accionamento das valvulas de admissao e de

escape, etc.

O trabalho efectivamente entregue pelo motor e designado porTrabalho Mecanico ou Efectivo.



Alem do Trabalho Mecanico ou Efectivo We , definem-se assimtambem os conceitos de:

I potencia mecanica ou efectiva We ,

I pressao media efectiva pme e

I binario medio efectivo Bme .

We =pmeVcn

30NTM= Bme

pme = BmepiNMT

Vc



Ligando assim a potencia efectiva a` potencia indicada, obtemos oRendimento Efectivo ou Rendimento Mecanico:

e =WeWi

=We

Wi=

pmepmi

=BmeBmi



A cadeia das diversas transformacoes de energia num motor decombustao interna pode ser resumida da seguinte forma:

QentraTWtu iWi eWe


Admissao nos Ciclos Indicados

Como ponto de partida, tomemos o ciclo Otto indicado:

MOTORES TRMICOS


Ciclo indicado

Grfico das presses

Ciclo Indicado


Ciclo Indicado

Pres

so

Pres

so

Ignio

Admisso

Volume


Admissao nos Ciclos IndicadosCiclos Indicados



I A admissao inicia antesdo PMS (ver adiante).

I Perda de carga na entradafaz baixar a pressao na

admissao. Causas:

I Filtro de ar.I CarburadorI Colector de

admissaoI Valvula de

admissao.

MOTORES TRMICOS


Ciclo indicado

Grfico das presses

Ciclo Indicado


Ciclo Indicado

Pres

so

Pres

so

Ignio

Admisso

Volume



Quanto maior esta perda de

carga, pior sera o enchimento

da camara de combustao por

mistura reagente.

Consequencia: descida dapotencia util debitadapelo motor.

MOTORES TRMICOS


Alteraes do Ciclo Indicado

Admisso Insuficiente (demasiada perda de

carga na admisso).

Ignio com avano excessivo:

Ignio Atrasada:



Basicamente, ha 3 solucoes para melhorar o enchimento:

I Abaixamento das perdas de carga no circuito de admissao.

I Afinacao dos momentos de abertura e fecho das valvulasde admissao.

I Sobre-alimentacao.


Abaixamento das perdas de cargaAdmissao nos Ciclos Indicados

Perdas de carga

p = fLequiv .D

v2

2

A perda de carga baixa com:

I Aumento do diametro das condutas

I Diminuicao do coeficiente de Darcy f , funcao da rugosidade.

I Diminuicao de Lequiv ., i.e., extensao da conduta, mas tambemfuncao da tortuosidade do trajecto da conduta.



MOTORES TRMICOS

25 J. Carlos Lopes da Costa

(rpm)

W ou

Pot.

Terica

Real

Concluso:

medida que: ! Veloc. de rotao do motor sobe ! Enchimento do cilindro piora ! Caudal de Mistura diminui

! Calor Fornecido 1Q& reduz-se

Consequncias:

Potncia (ou W& ) diminui Como a mistura mais pobre a

combusto mais lenta Evoluo 3"4 menos isocrica.

Que medidas tomam os construtores de motores para melhorar a admisso? #### Vlvulas cabea Abandono de solues

que obriguem a mistura a percursos tortuosos.

#### Vlvulas de admisso maiores: geralmente so maiores que as de escape.



Aumento do diametro do colector e das valvulas de admissao.

MOTORES TRMICOS


(rpm)

W ou

Pot.

Terica

Real

Concluso:

medida que: ! Veloc. de rotao do motor sobe ! Enchimento do cilindro piora ! Caudal de Mistura diminui

! Calor Fornecido 1Q& reduz-se

Consequncias:

Potncia (ou W& ) diminui Como a mistura mais pobre a

combusto mais lenta Evoluo 3"4 menos isocrica.

Que medidas tomam os construtores de motores para melhorar a admisso? #### Vlvulas cabea Abandono de solues

que obriguem a mistura a percursos tortuosos.

#### Vlvulas de admisso maiores: geralmente so maiores que as de escape.

Optimizacao do desenho de colectores de admissao.



Porque e prefervel 2 valvulas de admissao (ou escape) em vez de uma dediametro maior:

I Valvulas maiores Maior inercia Maior probabilidade de atraso nosmovimentos.

I Valvulas de maiores diametros Pior vedacao Sedes de vedacaomaiores.



Outras accoes que tendem a baixar a perda de carga:

I Diminuicao da rugosidade dos colectores.

I Aumento do numero de carburadores ou carburadores deduplo corpo (no caso de ser esta a solucao de carburacao 2).

I Aumento da area de filtragem e optimizacao dos filtros de ar.

2Alias, o quase abandono desta solucao - carburadores - nos motores de ciclo Otto

mais modernos, para alem de outras vantagens, vai no sentido de eliminar este factor

de aumento da perda de carga na admissao.


Afinacao da abertura e fecho das valvulasAdmissao nos Ciclos Indicados

Afinacao dos momentos de abertura e fecho das valvulas

I Avanco na abertura das valvulas de admissao: para que aentrada da mistura se inicie o mais cedo possivel (perto doPMS).

I Atraso no fecho das valvulas de admissao: Aproveita-seassim a inercia (energia cinetica) do escoamento de entradada mistura ar + combustvel.


SobrealimentacaoAdmissao nos Ciclos Indicados


SobrealimentacaoCiclos Indicados

Sobrealimentacao

A sobrealimentacao - aumento da pressao de admissao -tipicamente pode ser conseguida por duas formas:

I Compressores volumetricos: Deslocam um dadovolume por cada rotacao.Solucao mais comum o compressor de lobulos,embora existam outras (exemplo recente:compressor G, da VW).

I Compressores dinamicos: Fornecem energiacinetica ao ar.Solucao mais difundida, nomeadamente osturbo-compressores.

MOTORES TRMICOS


par padmisso

Necessidade de alimentao forada Altitudes

Alimentao Forada (Motores de ciclo Otto, 4 tempos)

Consiste na utilizao de compressores para aumentar a massa da mistura que admitida nos motores (o compressor colocado na conduta de admisso).

Enchimento

p admisso > p atm

Aplicaes:

Automveis desportivos ou de competio

Avies:

Motores Diesel: melhoria do com Compressor! Taxa de compresses do motor diminui, logo o trabalho de compresso baixa.

Tipos de Compressores:

Compressor de ps.

Compressor de lbulos (tipo Roots)

Compressores centrfugos

Os compressores de lbulos garantem presso mesmo a baixas rotaes, mas perdem rendimento a altos regimes. Os compressores centrfugos praticamente no [funcionam\ a baixos regimes, mas a altas rotaes aumentam a presso (rpm p ) continuamente.

p mdia efectiva Potencia (W ) v

p

v1 v2

1ou7 2ou6

patm

p3

p4=pmax 4

3

5

W

padm

MOTORES TRMICOS


par padmisso




Enchimento

p admisso > p atm

Aplicaes:


Avies:



Compressor de ps.





p

v1 v2

1ou7 2ou6

patm

p3

p4=pmax 4

3

5

W

padm



Compressor de lobulos

I E accionado pelomotor que alimenta,atraves de umacadeia cinematica.

I Aspira ar daatmosfera e insufla-ocomprimido nacamara de combustaodurante a fase deadmissao.

Ciclos Otto e Diesel - 73

Ciclo Otto indicado

12 de Junho de 2013 74Leonardo Ribeiro/ISEP

A sobrealimentao de motores de combusto interna de ciclo Otto pode ser feita por dois processos, a saber: por compressor de lbulos e por turbocompressor.

O compressor de lbulos, ver Figura, accionado pelo motor de combusto interna atravs de uma cadeia cinemtica.

O compressor aspira ar da atmosfera e insufla-o comprimido na cmara de combusto durante o tempo de admisso.



Compressor de lobulos - Eaton (Volkswagen Golf GT 1.4TSI)



Compressor de lobulosO seu comportamentoencontra-se representadona figura.A pressao maxima destescompressores ronda os1.5 kgf/cm2, comvelocidades proximas das2000 rpm.

Para velocidades superiores, a pressao baixa devido a perdas por recirculacao -

fugas da sada para a zona de entrada atraves das folgas entre os lobulos e a

carcaca.



Turbo-Compressor

MOTORES TRMICOS


par padmisso




Enchimento

p admisso > p atm

Aplicaes:


Avies:



Compressor de ps.





p

v1 v2

1ou7 2ou6

patm

p3

p4=pmax 4

3

5

W

padm



Turbo-Compressor



Turbo-compressor - Valvula Wastegate

A valvula limitadora de pressao Wastegate desvia parte dos fumos da turbina

directamente para o escape quando a velocidade de rotacao do

turbo-compressor - e por isso a pressao na admissao - se tornam excessivas.



Sobrealimentacao - Intercooler

MOTORES TRMICOS


Tubo-compressor Os primeiros compressores retiraram movimento do motor para serem accionados. Contrariamente a esta soluo, o turbo-compressor surgiu da ideia de aproveitar a energia cintica dos gases de escape para accionar o compressor.

Num turbo-compressor, os gases de escape que saem do motor accionam a turbina. O seu movimento de rotao transmitido directamente a um compressor centrfugo. Este aspira e comprime ar para a admisso do motor.

De forma a baixar a temperatura do ar na amissao, tornando-omais denso, ele e geralmente arrefecido num permutador de calorar-ar - intercooler - apos o compressor.Acresce a esta necessidade o facto de, no caso dos turbo-compressores, a sua

temperatura de funcionamento ser muito elevada devido a` presenca dos gases de

escape.



Sobrealimentacao

Turbo-CompressorO seu comportamento encontra-se

representado na figura.

A pressao maxima destescompressores pode atingiros 2 a 3 kgf/cm2, comvelocidades que podematingir as 40000 rpm.

A baixos regimes, os Turbo-Compressores debitam muito baixaspressoes pelo que, na pratica, nao funcionam a baixa rotacao.



SobrealimentacaoExistem solucoes mistas que procuram tirar partido do melhor dasduas solucoes - Compressores Volumetricos eTurbo-Compressores (Twincharging).

Lancia Delta S4

Volkswagen Golf GT 1.4TSI



Sobrealimentacao - Turbo-Compressores de GeometriaVariavel.A baixa velocidade de rotacao:

O baixo caudal de gases de escape sao direccionados tangencialmente a`

turbina, de forma a aumentar a sua energia cinetica.



Sobrealimentacao - Turbo-Compressores de GeometriaVariavel.A alta velocidade de rotacao:

Na presenca de um elevado caudal de gases de escape, as pas direccionadoras

abrem passagem de forma a limitar a sua accao sobre a turbina.


Colectores de geometria variavelAdmissao nos Ciclos Indicados

A compressao inicia na subida do embolo apos o PMI.No entanto, como ja vimos, na pratica a valvula de admissaofecha ja durante a subida do pistao. Porque?

I Ate aos anos 50, os projectistas pensavam que condutas deadmissao curtas favoreciam o respirar do motor.

I Entretanto descobriram que condutas longas podiam narealidade, e sob determinadas condicoes, melhorar ofuncionamento do motor.



A compressao inicia na subida do embolo apos o PMI.No entanto, como ja vimos, na pratica a valvula de admissaofecha ja durante a subida do pistao. Porque?

I Ate aos anos 50, os projectistas pensavam que condutas deadmissao curtas favoreciam o respirar do motor.

I Entretanto descobriram que condutas longas podiam narealidade, e sob determinadas condicoes, melhorar ofuncionamento do motor. A dois nveis:

I Devido a` criacao de uma maior massa e inercia de ar emmovimento na admissao, que permite completar oenchimento do cilindroatrasando o fecho da valvula de admissao.

I Devido a criacao de ondas de pressao apos o fecho, quedevidamente temporizadas, permitem desencadear um inicio doenchimento mais forte no ciclo seguinte - superchargingeffect. - Colectores de geometria variavel.



Supercharging effect:

I Quando facha a admissao,devido a` inercia do ar naconduta de admissao,desenvolve-se junto a`valvula uma subida depressao e velocidade nula.Esta onda de pressaopropaga-se a` velocidadedo som ate ao final daconduta (plenum).

I A gera-se uma onda depressao nula mas develocidade inversa, queretorna a` zona da valvula,faz ricochete e regressaao final da conduta.



Supercharging effect:

I Sucedem-se novas ondasde pressao negativa evelocidade nula, e eposteriormente de pressaonula e velocidade positiva.

I Esta ultima resulta emnova subida de pressaoe acesso de caudal nazona da valvula. Ointeressante sera fazercoincidir este momentocom o momento denova abertura davalvula!



O problema que surge eque este efeito favoravelapenas se fara sentir emdeterminados regimes(n) de funcionamento domotor, excepto seconseguirmos fazer variarL em funcao do regimedo motor!Assim surge o conceito dosColectores de GeometriaVariavel - VariableIntake Manifold (VIM).



Variable length intake manifold (VLIM) - 2 estadosSolucao do motor Ford Duratec 2.5l v6 e do Honda K20C.



Variable length intakemanifold (VLIM) - 3 estadosSolucao do motor Audi 4.2-liter40-valve V8.



BMWs DIVA (Differentiated Variable Air Intake)

Muito volumoso. Pouco sucesso por esse motivo.


Compressao nos Ciclos IndicadosCiclos Indicados

A compressao do ar ou da mistura fresca nao e isentropica(adiabatica) como assumido no ciclo ideal.Motivos:

I A mistura/ar entra a cerca de 60C enquanto as paredes docilindro rondas os 80C Recebe calor!

I Ja durante a compressao, a mistura/ar aumenta muito a suatemperatura Perde calor para o cilindro!

No entanto, estes processo sao extremamente rapidos, logo quasedesprezaveis.Mas por outro lado, ha perdas de energia no movimento damistura/ar no interior do cilindro, devido a` sua viscosidade eturbulencia.

Resumindo: a compressao e nao adiabatica e irreversvel!


Taxa de Compressao e o Ciclo Otto RealCompressao nos Ciclos Indicados



Auto-ignicao

A combustao da-se antesdo momento indicado,provocando ondas dechoque que atingem opistao no seu movimentoascendente (alem deoutros componentes) - omotor grila.

A persistencia destefenomeno destroi o motor

MOTORES TRMICOS


Taxa de Compresso e o Ciclo Real

necessrio que (taxa de compresso) no seja... Demasiadamente baixa:

111

=

k

terico ; logo elevado melhora terico

Demasiadamente alta:

Altas temperaturas e presses

Detonao espontnea (auto-ignio) da mistura (sem aco da vela)

A combusto d-se antes do momento indicado, provocando ondas de choque que atingem o pisto no seu movimento ascendente e outros componentes mecnicos (o motor grila). A persistncia deste fenmeno pode destruir o motor.


Taxa de Compressao e o Ciclo Otto RealCompressao nos Ciclos IndicadosMOTORES TRMICOS


Solues (mantendo ):

!!!! Usar combustveis com ndice de Octano elevado.

Poder Antidetonante dos Combustveis Aptido de um combustvel para suportar compresses elevadas sem detonar espontaneamente em mistura estequiomtrica com o ar. " Isso-Octano ou Octano C8H18 Poder Antidetonante elevado. " Heptano C7H16 Poder Antidetonante extremamente baixo. O Indice de Octano (I. O.) corresponde percentagem volumtrica de Isso-Octano presente numa mistura de Iso-Octano com Heptano, que detona precisamente com a mesma taxa de compresso do combustvel em causa.

!!!! A auto detonao comea em pontos quentes do cilindro: vlvulas, velas.

" Atender ao posicionamento das vlvulas (sobretudo as de escape) na concepo do motor.

" Melhorar a refrigerao do motor.

" Utilizao de velas frias nos motores de maiores performances - com alta taxa de compresso ().

Nota:

Valores tpicos do ndice de Octano: I.O. 90 Gasolina Normal (em desuso) I.O. 95 Gasolina Super (em desuso) I.O. 98 Gasolina Super

MOTORES TRMICOS


Solues (mantendo ):







Nota:




MOTORES TRMICOS


Solues (mantendo ):







Nota:


MOTORES TRMICOS


Solues (mantendo ):







Nota:



Taxa de Compressao e o Ciclo Otto RealCompressao nos Ciclos IndicadosMOTORES TRMICOS


Solues (mantendo ):







Nota:


MOTORES TRMICOS


Solues (mantendo ):







Nota:



Explosao nos Ciclos IndicadosCiclos Indicados

A explosao da misturanao ocorre a velocidadeinfinita.O pistao desloca-seenquanto a explosaoocorre.Se ela fosse iniciadano PMS haveria umagrande perda depressao.



Como se pretende que omaximo de pressao ocorraquando os embolosestiverem no PMS, entaoa ignicao tera que serinduzida antes do PMS,pouco antes de terminar acompressao.

O avanco da ignicao,relativamente a` posicao dacambota, pode variarentre valores da ordem dos5 (ralenti) e os 45 emregime maximo.


Factores que influenciam a Rapidez da CombustaoExplosao nos Ciclos Indicados

MOTORES TRMICOS


! Exploso Expanso

A combusto no instantnea:

Teremos Perda de potncia: o impulso dos gases menor porque o pisto j est a afastar-se, enquanto a queima se desenvolve.

Factores que influenciam a rapidez da ignio: !!!! Doseamento: procurar a carburao ideal

(carburao: mistura de combustvel com o ar)

Mistura rica: Combusto lenta por falta de O2. Combusto no escape (quando o combustvel no queimado encontra mais O2). Depsitos e incrustaes nas velas e na cmara de combusto.

Mistura pobre: Combusto lenta devido grande distncia entre partculas do combustvel. A combusto pode-se prolongar pela expanso e escape at admisso " Retorno de chama ao carburador.

Mistura ideal: 10 a 15% de excesso de combustvel, em relao mistura estequiomtrica.

Motor Aquece: A energia trmica (Q1) no se transforma devidamente em trabalho (W)

v

p

v1 v2

1ou7 2ou6

patm

p3

pmax 4

3

5

4



Forma daCamara deCombustao

Ideal: esfericacom a vela nocentro da esfera.

Melhoraproximacao:Hemisferica.

MOTORES TRMICOS


!!!! Forma da Cmara de Combusto:

Ideal: esfrica com vela ao centro. Na prtica: hemisfrica.

!!!!



MOTORES TRMICOS


!!!! Forma da Cmara de Combusto:

Ideal: esfrica com vela ao centro. Na prtica: hemisfrica.

!!!!



Temperatura maxima T3 - Ciclo Otto

A temperatura maxima real e menor que a temperatura maximateorica. Motivos:

I As reaccoes exotermicas que envolvem o carbono e ohidrogenio provenientes do combustvel (hidrocarbonetos)

C + O2 CO2H2 +

12O2 H2O

a altas temperaturas passam a ser reversveis:

C + O2 CO2H2 +

12O2 H2O

Ou seja, passam a tambem ocorrer em sentido oposto,processo que e endotermico, o que provoca umabaixamento da temperatura.



Temperatura maxima T3 - Ciclo Otto

A temperatura maxima real e menor que a temperatura maximateorica. Motivos:I No ciclo teorico admite-se cp e cv constantes. Mas no ciclo

indicado nao sao e tendem a subir.I Os cp e cv de gases de moleculas monoatomicas nao variam

com a temperatura.I No entanto, sobem com a temperatura quando as

moleculas tem mais que um atomo (e mais fortementequanto mais complexa for a molecula), que aparecem durante acombustao.

Atendendo a` equacao

Qentra = PCIcomb.mcomb. = mmist .cv (T3 T2)e facil constatar que, para um mesmo Qentra a temperaturano final da combustao T3 real e mais baixa.


Expansao nos Ciclos IndicadosCiclos Indicados

A expansao dos gases (fumos) nao e isentropica (adiabatica)como assumido no ciclo ideal.Motivos:

I A temperatura dos gases e muito superior a` das paredes doscilindros e camara de combustao Os gases perdem calor!Na pratica, estes processo sao extremamente rapidos, logo quase

desprezaveis.

I Ha perdas de energia no movimento dos gases durante aexpansao, devido a` sua viscosidade e turbulenciaEvolucao irreversvel.

Resumindo: a compressao e nao adiabatica e irreversvel!


Expansao nos Ciclos IndicadosCiclos Indicados

A expansao de gases e a unica fase do ciclo Otto que produztrabalho.Por isso, deve prolongar-se tanto quanto possvel de modo amaximizar a energia mecanica comunicada ao embolo.Isso sera conseguido se a expansao de gases se fizer ate o embolochegar ao PMI.

Seria desejavel atrasar o mais possvel a abertura da valvula deescape. No entanto...


Escape nos Ciclos IndicadosCiclos Indicados

Nesta fase, uma parte dos gasesresultantes da combustao sai espontaneamente.Designa-se esta fase por Escape Espontaneo.

De seguida, o embolo sobe do PMI para o PMS expulsando osrestantes gases. Esta fase designa-se por Escape Forcado.



Na pratica, se a valvula (ou valvulas) de escape abrir quandoo embolo estiver no PMI, a subida do embolo durante o escapeforcado sera feita com muita resistencia originada pela grandequantidade de fumos que nao saram aquando do escapeespontaneo.

Esta resistencia e causada pela pressao dos fumos, tanto maiorquanto menor for a quantidade de fumos que saem durante oescape espontaneo.

Claro que a esta resistencia corresponde dispendio de energia, que deve ser

minimizado.



MOTORES TRMICOS


! Escape O escape inicia-se por volta do PMI. As vlvulas de escape abrem e d-se um abaixamento brusco da presso para valores prximos da presso atmosfrica.

De seguida, o pisto sobe expulsando os gases resultantes da combusto. A presso sobe acima da presso atmosfrica para vencer as resistncias (as perdas de carga) sada dos gases para o escape. A esta resistncia chama-se contra presso de escape. (Absorve Trabalho W



Algo equiparavel ao ja descrito para a admissao...

Para aumentar a sada de gases o escape espontaneo e diminuira Contra-Pressao de Escape:

I aumenta-se o diametro do colector e/ou da valvula deescape,

I optimiza-se o desenho do colector de escape,

I usam-se duas valvulas de escape em vez de apenas uma,

I diminui-se a rugosidade dos tubos no escape,

I colocam-se as valvulas de escape na cabeca do motor (verdesenho da cam. combustao),

I abre-se a valvula (ou valvulas) de escape antes do embolochegar ao PMI. - A energia perdida ao desaproveitar parte daexpansao dos fumos e inferior a` energia poupada com o aumento da sada

de fumos no escape espontaneo.



Optimizacao do colector de escape

MOTORES TRMICOS


O que feito para diminuir a contra presso e os seus efeitos:

!!!! Condutas (colectores) de escape com maior dimetro possvel, com raios de curvatura largos.

!!!! Optimizar o desenho dos colectores de escape de forma a minorar o efeito que as ondas de presso provocadas pelo escape num cilindro ter no escape dos cilindros adjacentes.

Exemplo: Motores com 4 cilindros. A exploso nos diversos cilindros d-se, tipicamente, na sequncia 1 3 4 2. (ver abaixo). O escape dar-se-, logicamente, na mesma sequncia. Se o desenho do colector de escape for demasiadamente simplificado, a onda de presso do escape do cilindro 1, ao propagar-se pode atingir a sada do escape do cilindro 3 no momento da abertura da sua vlvula. Ao generalizar-se este tipo de situao para todos os cilindros (3 para o 4, 2 para o 1, ), o funcionamento do motor ser prejudicando.



Transicao Escape-AdmissaoAs valvulas de admissao abrem antes do embolo terminar o escapeforcado no PMS Melhor expulsao de fumos: o jacto de ar oumistura fresca empurra os fumos para o escape - nomeadamentecom sobre-alimentacao ou efeito equivalente. A isto chama-sea lavagem da camara de combustao.

No entanto, no incio de um ciclo coexistem ar ou mistura frescaacabada de admitir e fumos do ciclo anterior que nao foramexpulsos.Quanto maior for a quantidade de fumos do ciclo anterior menorsera a quantidade de mistura fresca admitida; e menor quantidadede mistura fresca significa menos potencia produzida no ciclo.


Ciclo Diesel Indicado - EspecificidadesCiclos Indicados

Tal como o ciclo Otto, o cicloDiesel Indicado apresentasignificativos desviosrelativamente ao respectivoCiclo Teorico.

Com as devidas adaptacoes,grande parte dos motivosdestes desvios e possveismelhorias a introduzir paraos compensar ja foramdescritos anteriormente.

Ciclos Otto e Diesel - 94

Ciclo Diesel indicado

12 de Junho de 2013 95Leonardo Ribeiro/ISEP

Nesse momento a presso e a temperatura dentro da cmara de combusto sobem bruscamente; o mbolo deve estar o mais perto possvel do PMS, para que haja melhor aproveitamento pelo mbolo do impacto da presso criada pelos fumos.

A partir desse momento todo o combustvel que for injectado arde logo que fique em contacto com os gases existentes na cmara de combusto; por isso a presso e a temperatura continuam a subir mas de forma mais suave.

No fim da injeco, a presso e a temperatura dentro da cmara de combusto comeam a descer devido ao prosseguimento da expanso.

Vejamos, no entanto, algumas particularidades.


AdmissaoCiclo Diesel Indicado - Especificidades

I Nos motores Diesel e feita a admissao apenas de ar(contrariamente aos motores de ciclo Otto tradicionais).

I Nao existe proporcao massica constante entre ocombustvel e o ar constituintes da mistura reagente (aocontrario do que acontece nos motores de ciclo Otto).

I Regula-se a quantidade de combustvel injectado em funcaoda velocidade e da carga do motor (e nao a quantidade de aradmitido).

I Excesso de Ar - Tipicamente 45 a 55% face a` MisturaEstequiometrica.


CompressaoCiclo Diesel Indicado - Especificidades

Sobrealimentacao - Particularidades dos Motores Diesel.

I Os motores Diesel tipicamente apresentavam grandescilindradas devido ao facto de necessitarem elevadas taxas decompressao.P. ex.: os PCI da gasolina e do gasoleo nao sao muito diferentes; no

entanto, Motores Diesel atmosfericos apresentam cilindradas maiores para

uma mesma potencia que os motores a gasolina (ciclo Otto).

I A utilizacao de turbo-compressores nestes motores - osTurbo-Diesel - constituiu uma melhoria da sua eficiencia: oforte trabalho de compressao que era necessario desenvolverao nvel dos pistoes - fazendo elevar a cilindrada - passou emboa parte a ser feito pelo turbo-compressor.

Da a menor cilindrada dos Turbo-Diesel actuais (para umamesma potencia) face aos antigos motores Diesel.


Injeccao/CombustaoCiclo Diesel Indicado - Especificidades

A injeccao e feita nos Motores Diesel...

I na forma de...I ...gotculas - combustveis lquidos.I ...partculas - combustveis solidos.

I por injectores...I ...mecanicos (ou electro-mecanicos).I ...pneumaticos - em desuso. Usada em motores de grande

porte. Consistia na pulverizacao pela accao de ar comprimidopara a criacao de aerosol do ar com combustvel.

Ao ser injectado no seio de ar comprimido, cuja temperatura estanormalmente acima dos 600C, as minusculas gotculas oupartculas de combustvel aquecem rapidamente.



1. No incio da injeccao, o combustvel queima parcialmente.I Acumula-se combustvel por queimar dentro da camara de

combustaoI A temperatura dentro da camara de combustao sobe

continuamente ate que...

2. O combustvel por queimar se inflama bruscamente.I Pressao e a temperatura dentro da camara de combustao

sobem bruscamente;I O embolo deve estar o mais perto possvel do PMS, para que

haja melhor aproveitamento deste impacto da pressao. Antecipacao do Momento da Injeccao relat. ao PMS.

3. Todo o combustvel que for injectado arde logo que fique emcontacto com os gases na camara de combustao.

I a pressao e a temperatura continuam a subir mas de formamais suave.

4. No fim da injeccao, a pressao e a temperatura descem devido aoprosseguimento da expansao.



Para maximizar o contacto entre o ar e o combustvel injectado emaximizada a turbulencia no interior da camara de combustaoadaptando o desenho das condutas de admissao.

MOTORES TRMICOS


Excesso de Ar - Tipicamente 45 a 55% face Mistura Estequiomtrica.

Aumentar a Turbulncia do Ar na Cmara de Combusto. Concepo

de cmaras de combusto que induzem forte turbulncia.

Tipos de Cmara de Combusto Injeco Directa Pr-cmara de Combusto



Para maximizar o contacto entre o ar e o combustvel injectado emaximizada a turbulencia no interior da camara de combustaoatravez da forma da camara de combustao.

MOTORES TRMICOS


Excesso de Ar - Tipicamente 45 a 55% face Mistura Estequiomtrica.

Aumentar a Turbulncia do Ar na Cmara de Combusto. Concepo

de cmaras de combusto que induzem forte turbulncia.

Tipos de Cmara de Combusto Injeco Directa Pr-cmara de Combusto



Para maximizar o contacto entre o ar e o combustvel injectado emaximizada a turbulencia no interior da camara de combustaoatravez da forma da camara de combustao.

Notar a presenca de velas de incandescencia para facilitar o arranque do

motor.

Ciclos IndicadosPotncia Terica e Rendimentos Indicado e EfectivoAdmisso nos Ciclos IndicadosCompresso nos Ciclos IndicadosExploso nos Ciclos IndicadosExpanso nos Ciclos IndicadosEscape nos Ciclos IndicadosCiclo Diesel Indicado - Especificidades

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