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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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Motores de Combustão Interna
Aplicação na Propulsão Aeronáutica
Uma Introdução
Eng. João Trincheiras Torres
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
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
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
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)
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)
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
• 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)
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
Notas Históricas
• 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)
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
Notas Históricas
• 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
• 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
Os Precursores (combustão externa)
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
Os Precursores (combustão Interna)
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
Os Precursores (combustão Interna, Otto)
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
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
• 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
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
• 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
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
• Sólidos• Líquidos• Gasosos
• Gases líquidos• Gases permanentes
(criogénicos)
CombustíveisTipos de combustíveis
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
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
Características de alguns gases
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
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
Detonação nos combustíveis
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
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
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.
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
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
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
Lubrificação
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
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
Tipos de Arrefecimento de Motores
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
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.
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
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
Pensam que já sabem tudo acerca de motores?!?!? Então tentem perceber como este motor funciona
Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005
Gnome RotarySopwith Pup~80 Cv1916