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  • GEM30 - Mquinas Trmicas

    Prof. Joo Marcelo Vedovoto E-mail: jmvedovoto@mecanica.ufu.br

    Sala: 305 Laboratrio de Mecnica dos Fluidos 5P

    Uberlndia, 04 de Setembro de 2013.

  • Qualidade de ignio Nmero de cetano - reviso

    O nmero de cetano mede a qualidade de ignio do leo diesel e tem influncia direta na partida do motor, no funcionamento sob carga e nas emisses;

    A autoignio est relacionada a fragmentao de molculas, e em motores diesel, a fragmentao fcil das molculas de combustvel desejvel porque intensifica a combusto;

    O nmero de cetano aumenta com tendncia de fragmentao, em oposio octanagem

  • Qualidade de ignio Nmero de cetano

    A figura abaixo representa a relao entre a estrutura e o comprimento da cadeia carbnica, com a temperatura de auto-ignio

  • Qualidade de ignio Nmero de cetano

    Fisicamente, nmero de cetano o tempo decorrido entre o incio da injeo de combustvel e o incio da combusto, e tambm denominado como atraso de ignio.

    Como visto, quanto maior o nmero de cetano, menor o atraso de ignio (melhor qualidade de ignio) e maior a resistncia batida diesel.

    Contrariamente, com um menor nmero de cetano, o atraso maior, e consequentemente a batida diesel mais provvel de acontecer;

  • Qualidade de ignio Nmero de cetano

    Combustveis com nmero de cetano adequado apresentam melhor partida a frio, menor eroso nos pistes, menor tendncia a depsitos na CC, menor consumo e emisses mais controladas;

    Emisses:

    CO, que se origina de altas temperaturas e mistura rica;

    HC, que se originam em baixas temperaturas e mistura rica;

    Nox, cuja formao favorecida pelas altas temperaturas de combusto, presena de oxignio e particulados;

    Particulados, gerados em altas temperaturas e misturas ricas (localizadas)

  • Qualidade de ignio Nmero de cetano

  • Nmero de cetano e sua influncia na combusto

    Em geral, as especificaes de NC no mundo esto na faixa de 40 a 55;

    Atrasos menores fazem com que a taxa de entrega de calor na combusto seja mais progressiva, fazendo com que o gradiente de subida de presso na cmara seja tambm mais lenta, diminuindo o rudo gerado pelo motor.

    Outra maneira de se reduzir o atraso na ignio atravs do uso de sistemas common rail, os quais permitem o artifcio de pr-pulsos.

  • Compostos oxigenados

    lcoois:

    Essencialmente com cadeias de 1-5 carbonos;

    Metanol: obtido de gs de sntese CO+H2, gs natural, carvo. Com baixa solubilidade em gasolinas, utiliza-se com algum solvente como o etanol;

    Etanol: Obtido atravs da fermentao natural de aucares, ou pela hidrlise enzimtica de celulose;

    Mistura Acetona-Butanol-Etanol ABE: Usado na Europa e obtido da fermentao anaerbica de diversos componentes, tais como razes, celulose, gros, tubrculos com alto teor de aucares

    teres:

    Melhor miscibilidade, em funo da maior semelhana molecular com a gasolina;

    MTBE: obtido atravs da reao do metanol com isobuteno;

    ETBE: obtido atravs da reao do etanol com isobuteno;

    TAME: obtido de maneira similar ao MTBE e ETBE, porm mais pesado.

  • Compostos oxigenados

  • Compostos oxigenados Principais propriedades

    Apesar de seu baixo poder calorfico, o calor de mistura alto, pois a pequena razo ar-combustvel exige a adio de maior volume de combustvel para o mesmo volume de ar aspirado;

    Como so utilizados principalmente em misturas com gasolinas comerciais, deve-se levar em conta a mudana na relao ar-combustvel da mistura;

    Por exemplo, a gasolina, no Brasil recebe 22-25% e etanol anidro e sua relao ar-combustvel fica em torno de 13,3kg de ar para 1kg de combustvel.

  • Compostos oxigenados Principais propriedades

    Comparado a hidrocarbonetos, os oxigenados possuem banda de inflamabilidade muito maior, melhorando a disperso cclica da combusto nos motores.

    Apesar deste ganho, tornam-se facilmente inflamveis, mesmo em misturas muito ricas crticos em termos de segurana;

    O alto calor de vaporizao permite um maior enchimento dos motores, isto , durante a dinmica de vaporizao das gotculas no ciclo de admisso do motor, mais calor retirado do ar.

    O ar ento resfriado, aumentando a massa especfica, e assim aumentando a eficincia volumtrica, gerando mais energia.

  • Compostos oxigenados Principais propriedades

  • Octanagem

    Como a detonao funo da temperatura na cmara de combusto, o resfriamento causado pelo alto calor latente de vaporizao diminui esta tendncia, fazendo com que a octanagem suba.

  • leos vegetais

  • leos vegetais

    A estrutura bsica dos leos e gorduras so os triglicerdios, que dependendo do comprimento da cadeia carbnica do cido graxo podem ser lquido ou slido (gorduras);

    Podem ser saturados ou insaturados (duplas cadeias carbnicas). A medida que as insaturaes aumentam, a viscosidade e o ponto de fuso diminuem;

    O uso de leos vegetais puros, ou em misturas com leo diesel geram uma variedade de problemas prticos devido a sua combusto incompleta, a saber:

    Dificuldade de partida a frio;

    Formao de depsitos de coque nos bicos injetores limpezas frequentes

  • leos vegetais

    O uso de leos vegetais puros, ou em misturas com leo diesel geram uma variedade de problemas prticos devido a sua combusto incompleta, a saber (continuao):

    Formao excessiva de depsitos nos cilindros que dificultam trocas trmicas e aumentam a participao de hidrocarbonetos no queimados ou parcialmente queimados nos gases de escapamento

    Diluio do combustvel no queimado ao leo lubrificante, reduzindo o perodo de troca da carga e de filtros;

    Entupimento dos canais de lubrificao pela formao de polmeros em suas extenses

  • Biodiesel

  • Biodiesel

    O biodiesel obtido pela alterao da estrutura qumica das gorduras de origem animal e vegetal por um processo de transesterificao ou pela esterificao direta de seus cidos graxos, produzindo steres de cadeias menores;

  • Biodiesel

    Os processos de transesterificao e de esterificao ocorrem na presena de lcoois que, por convenincia, costumam ser de cadeias curta (metanol ou etanol) e de catalisadores;

    A alta viscosidade dos leos vegetais, que tambm so steres, est intimamente relacionada com a presena do glicerol em sua molcula e a alta massa especfica ao tamanho desta molcula (aproximadamente 50 tomos de carbono);

    A transesterificao retira o glicerol do restante da molcula do leo vegetal, o que reduz significativamente sua viscosidade, e separa os radicais cidos diminuindo o tamanho da cadeia molecular a praticamente um tero.

    Viscosidade cinemtica do leo vegetal de colza (20C):~71,5 cSt;

    Viscosidade cinemtica do biodiesel de colza (20C):~7,0 cSt;

    Viscosidade cinemtica do leo diesel (20C):~3,7 cSt.

  • Vantagens do Biodiesel

    Em geral, nenhuma modificao necessria no motor para usar biodiesel. O menor poder calorfico compensado pela maior massa especfica;

    So perfeitamente miscveis ao leo diesel;

    Os nmeros de cetano dos steres de leos vegetais so, em geral, mais elevados que o do leo diesel comercial;

    Como um composto oxigenado, potencializa a reduo de produo de CO e de material particulado no escapamento, promovendo facilidades para uso de catalisadores;

  • Vantagens do Biodiesel

    Os teores de enxofre e de aromticos praticamente nulos tornam os steres muito indicados aos desenvolvimentos recentes de sistemas de ps tratamento dos gases de escapamento;

    As lubricidades caractersticas dos biodieseis so, invariavelmente mais elevadas que as do leo diesel, reduzindo desgastes nos componentes de sistemas de injeo

    O ponto de fulgor mais elevado que o do leo diesel, o que lhe atribui a condio de combustvel seguro.

  • Precaues de uso do Biodiesel

    Alguns tipos de tintas so atacados por biodiesel;

    Alguns elastmeros no tem afinidade qumica com o biodiesel;

    comum observar formao de depsitos na regio da vlvula de admisso;

    O leo lubrificante diludo com biodiesel tem suas capacidades dispersantes e detergentes reduzidas;

    Alguns tipos so altamente higroscpicos (ex: biodiesel de mamona)

  • Precaues de uso do Biodiesel

    Os biodieseis se oxidam e degradam rapidamente. Isto bom do ponto de vista ambiental, mas dificulta seu armazenamento. necessrio o uso de aditivos antioxidante como por exemplo a hidroquina;

    O processo de transesterificao gera grandes quantidades de glicerina (~10% da massa do biodiesel produzido)

  • GEM30 - Mquinas Trmicas

    Prof. Joo Marcelo Vedovoto E-mail: jmvedovoto@mecanica.ufu.br

    Sala: 305 Laboratrio de Mecnica dos Fluidos 5P

    Uberlndia, 06 de Setembro de 2013.

  • Introduo

    Sero apresentados:

    Sistemas de preparao da mistura ar-combustvel;

    Sistema de ignio

  • Introduo

    Em motores de ignio comandada queimada uma mistura de ar-combustvel:

    Mistura pobre:

    fornecido menos combustvel do que o necessrio para a mistura estequiomtrica;

    Motor apresenta menor potncia.

    Mistura rica:

    fornecido mais combustvel do que o necessrio para mistura estequiomtrica;

    O excedente de combustvel no pode ser queimado;

    Ocasiona maior consumo e produo de hidrocarbonetos no queimados nos gases de escape (poluentes).

  • Introduo

    Na prtica, prevalece a maior potncia:

    Mistura levemente rica;

    Motores a gasolina podem funcionar desde os limites da relao A/F=9, at A/F=19;

    Para