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Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução Eng. João Trincheiras Torres Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

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Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005. Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução. Eng. João Trincheiras Torres. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005. Introdução. Avião do Barão Manfred von Richthofen – também - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Motores de Combustão Interna

Aplicação na Propulsão Aeronáutica

Uma Introdução

Eng. João Trincheiras Torres

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

Page 2: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Introdução

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

Avião do Barão Manfred von Richthofen – tambémconhecido por Barão Vermelho...

Fokker DR1 – TriplanoCaça de 1ª linha da 1ª Grande Guerraem 1916/7 e pesava 580 kg

Motor: Oberursel 110 Hp (82 Kw) Radial Rotativo

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Introdução

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

Caça Supermarine SpitfireAnos 40 - WW2

Motor: Rolls-Royce Merlin 1650 Hp 27 litros de cilindrada 916 kg, 12 cilindros em V

Peso total: 2400 KgVelocidade Max: 570 km/h

Page 4: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Introdução

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

O bem conhecido Lockheed-Martin F-16 Fighting Falcon (General Dynamics)

Peso Max: 12.3 T sem tanques ext. 19.2 T com tanques ext.Vel. Max: Mach 2 @ 12 200 mAlcance max (ferry): 3900 kmCombustível: 4000 LImpulso: 29500 lb = 131.6 kN (em a/b)(equiparável a uns 18000 kW/25000Cv)

Page 5: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Notas Históricas

• Século XVII

• 1673 – Máquina de pólvora – Ciclo Atmosférico (Huygens)

• 1681 – Marmita para cozer alimentos sob pressão (Papin)

• 1688 – Aperfeiçoamento da máquina de pólvora de Huygens (Papin)

• 1690 – Máquina de Vapor - cilindro e caldeira confundidos (Papin)

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Page 6: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

• Século XVIII

• 1712 – Máquina de Newcomen – cilindro e caldeira separados, mas

resfriamento por injecção de água no cilindro (Newcomen)

• 1791 – Patente inglesa para motor de combustão interna (J. Barber)

• 1794 – Patente inglesa para motor de combustão interna (R. Street)

(ignição por faísca)

• 1799 – Patente para gás de iluminação (Philippe Le

Bon)

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Notas Históricas

Page 7: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

• Século XIX

• 1801 – Patente de motor a gás (Philippe Le Bon)

• 1806 – Ensaios do pyreolophore (Irmãos Niepce)

(motor de combustão pulvurento)

• 1807 – Carro de Rivaz, motor de hidrogénio (Isaac de Rivaz)

• 1823 – Projecto de motor atmosférico, inflamação por queimador no distribuidor (Samuel Brown)

• 1826 – Emprego dos combustíveis líquidos (Erskine Hazard) (ideia do carburador)

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Notas Históricas

Page 8: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

• Século XIX (cont)

• 1838 – Motor de mistura combustível comprimida num reservatório.(Barnett)

• 1860 – Motor Lenoir – Ciclo de dois tempos sem compressão(Lenoir)

• 1863 – Automóvel Hippomobile a hidrogénio (Lenoir)

• 1876 – Motor, ciclo de 4 tempos (Otto)

• 1883 – Ciclos de 2 tempos com compressão (Benz)

• 1897 – Motor a combustão a pressão constante (Diesel)

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

Notas Históricas

Page 9: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

• Século XX

1903 – Primeiros Voos a motor

The Wright Flyer – Irmãos Wright

(NOTA – IMAGEM aviao e motor e potencia)

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

Notas Históricas

Page 10: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Os Precursores (combustão externa)

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Page 11: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Os Precursores (combustão Interna)

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

Page 12: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Os Precursores (combustão Interna, Otto)

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

Page 13: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Possíveis Classificações de Motores Alternativos de Combustão interna

• Quanto ao ciclo de funcionamento

» Ciclo Otto (motores de explosão)

» Ciclo Diesel (motores de combustão)

• Quanto ao sistema Operativo

» Motores a 4 tempos

» Motores a 2 tempos

• Segundo a actuação do fluido sobre o embolo

» Motores de efeito simples

» Motores de efeito duplo

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

Page 14: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

• Segundo o tipo de Refrigeração» Arrefecidos a ar (e ar/óleo)» Refrigerados por líquido (água e glicol)» Não refrigerados (adiabáticos)

• Quanto ao numero de cilindros» Monocilindricos (imagem)» Pluricilindricos (imagem)

• Quanto à disposição dos cilindros» Em linha» Cilindros Opostos» Pistons Opostos» Em: V, W, H, U» Em estrela (radiais, rotativos)

Possíveis Classificações de Motores Alternativos de Combustão interna

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Page 15: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

• Potência Máxima Alcançada• A Relação Peso/Potência do grupo motopropulsor completo• O consumo específico de combustível do motor

(normalmente em gramas/kW.hr)

• Outros Consumos do Motor» Óleo» Água/Metanol (aumento de potência)» Água/glicol (refrigerante)

• Peso Total para realizar uma dada missão

Características a avaliar em motores para a aeronáutica

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Page 16: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

• Sólidos• Líquidos• Gasosos

• Gases líquidos• Gases permanentes

(criogénicos)

CombustíveisTipos de combustíveis

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Características de alguns combustíveis líquidos

Combustível Densidade Calor específico (MJ/Kg)

Gasolina de aviação 0.720 43.5

Gasóleo 0.815-0.855 42.5

Page 17: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Características de alguns gases

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Gás Densidade *

(Kg/m3)

Ponto de Fusão

ºC

Ponto de Ebulição

ºC

Calor Específico

(MJ/Kg)

Ar 1.293 -220 -191 --

Propano (C3H8) 2.00 -190 -43 46.3

Metano (CH4) 0.72 -183 -162 50.0

Hidrogénio (H2) 0.09 -259 -253 120

• * Densidade a 0ºC e a 1.013 bar• Zero absoluto = -273.15ºC•Propano liquefaz-se a 4-12 bar, dependendo da temperatura

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Detonação nos combustíveis

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No motor Diesel No motor Otto

Com baixa compressão Com compressão elevada

Com estrangulamento do ar de admissão Com sobrealimentação

Com cargas baixas Com cargas elevadas

Com aumento de RPM Com diminuição de RPM

Com descida da temp. do ar da água de refrigeração e da temp. da cabeça do motor

Com aumento da temp. do ar, da água de refrigeração e da temp. da cabeça do motor

Com hidrocarbonetos de cadeia fechada (aromáticos, nafténicos)

Com hidrocarbonetos de cadeia aberta (parafínicos, oleofínicos)

Com depressantes de I.O. Com aceleradores de ignição

No motor Otto No motor Diesel

A detonação aumenta

A detonação diminui

Page 19: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

A pré-ignição e a detonação nos motores

OTTO

• Uma combustão normal dentro de um cilindro é rápida (frente de chama entre 10m/s a 50m/s) mas não é instantânea. Contudo, se a temperatura e a pressão da mistura ar/combustível não queimada alcançar valores críticos, então a combustão dar-se-á espontaneamente e simultaneamente através de toda a mistura ar/combustível ainda não queimada. O resultado é uma explosão violenta e súbita da mistura chamada DETONAÇÂO.

• Normalmente a DETONAÇÂO é a combustão espontânea da mistura ar/combustível após ignição.

• PRÉ-IGNIÇÃO é uma combustão prematura da mistura ar/combustível antes da ignição normal, com elevadas pressões, e durante o final do tempo da compressão.

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Diesel

No motor Diesel o tempo que decorre entre a injecção do combustível no cilindro e o tempo em que ocorre a inflamação, chama-se atraso de inflamação. Se for muito grande, acumula-se muito combustível por queimar podendo então esta inflamação desenrolar-se de forma repentina, com elevadas pressões de forma semelhante à detonação nos motores do Ciclo Otto.

Se um combustível de um motor do ciclo Otto for muito resistente à detonação é possível desenvolver motores capazes de debitar cerca do dobro da potencia alcançável utilizando combustíveis clássicos

A pré-ignição e a detonação nos motores

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Page 21: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Lubrificação

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TIPOS DE LUBRIFICANTES- Sólidos

- Consistentes- Líquidos- Gasosos

FUNÇÕES DO ÓLEO DE UM MOTOR- Lubrificar- Arrefecer

- Remover impurezas- Neutralizar produtos de combustão quimicamente activos

- Amortecer vibrações- Transmitir forças

SISTEMAS DE LUBRIFICAÇÃO- Por chapinhagem

- Lubrificação forçada- Por perda total

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Tipos de Arrefecimento de Motores

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DIRECTO SOBRE ALETASForçado

Não forçado INDIRECTO POR MEIO DE UM FLUIDOÁgua

Água mais anticongelanteÓleo

Nota: O anticongelante mais utilizado é o etileno-glicol.Misturado a 50% com água, ferve a 135ºC (1,5bar) e congela a cerca de -40ºC

OUTROS PERMUTADORES DE CALOR- INTERCOOLERS

- RADIADORES DE ÓLEO- CONDENSADORES DE AR CONDICIONADO, ETC.

Page 23: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Como aumentar a potência dos motores

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005

• Com o aumento do tamanho dos cilindros

• Com o aumento do número dos cilindros•(ambos estes casos é por aumento de cilindrada do motor)

• Com o aumento das rotações

• Através de sobrealimentaçãoSobrealimentação mais vulgar

•MecânicaCompressor de palhetasCompressor RootsCompressores centrífugos

•Accionada por gases de escapeTurbocompressores

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Componentes adicionais nos motores

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ESSENCIAISBombas de óleo

Bombas de água (se as houver)Bombas de combustível

MagnetosConta-Rotações

ADICIONAIS (DO MOTOR)Motor de arranque

Geradores (alternadores)

ADICIONAIS (DA AERONAVE)Bombas hidráulicasBombas de vácuo

Bombas de ar condicionadoOUTROS

A caixa redutora do héliceO hélice

Page 25: Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Pensam que já sabem tudo acerca de motores?!?!? Então tentem perceber como este motor funciona

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Gnome RotarySopwith Pup~80 Cv1916