Motores a Combustão Interna e Novas Alternativas de Combustíveis

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2.1.1 Motor alternativo.

Máquinas alternativas possuem elementos que realizam movimentos repetitivos de translação. Nestes motores, os principais destes elementos são os pistões, cujo movimento altera o volume das câmaras de combustão, ora comprimindo os gases, ora sendo movimentado pelos gases.

Motores alternativos dividem-se pelo número de tempos em que completa uma seqüência de processos. Neste caso, tempo é o percurso de um pistão, do ponto morto inferior ao ponto morto superior, o que equivale à meia volta da árvore de manivelas.

2.1.2 CICLOS TERMODINÁMICOS.

2.1.2.1 CICLO OTTO OU MOTOR DE IGNIÇÃO POR FAÍSCA (MIF).

O motor baseado no ciclo ideal Otto caracteriza-se por ter sua ignição por faísca.

Este tipo é os mais comumente utilizados em automóveis de passeio e motocicletas. Existem processos alternativos em motores experimentais para iniciar a queima como micro-ondas ou uma injeção piloto.

1o tempo: Admissão

O pistão desce enquanto aspira uma mistura gasosa de ar e combustível que pode ser gasolina, gás ou álcool, que entra no cilindro através da válvula de admissão (os motores a diesel admitem apenas ar). Durante esse tempo a válvula de escape permanece fechada para que a mistura não saia. A pressão máxima atingida é menor que 1 atmosfera, mantendo-se constante (processo isobárico) e a temperatura fica entre 340 e 400K.

2o tempo: Compressão.

A válvula de admissão se fecha enquanto o pistão se move para cima, devido a inércia do virabrequim, comprimindo a mistura gasosa. Nesse tempo, além do aumento de pressão que fica entre 8 e 15 atm, há um aumento de temperatura que fica entre 600 e 750K, porém é um processo adiabático, pois não há transferência de calor nem para fora nem para dentro da mistura.

3o tempo: Explosão e expansão.

Quando ocorre a máxima compressão uma centelha elétrica na vela de ignição provoca uma explosão que causa um aumento de temperatura, de 2300 a 2700K, nos gases resultantes e um aumento de pressão que fica entre 30 e 50 atm, no interior do cilindro, resultando na expansão da mistura gasosa. Também é um processo adiabático.

4o tempo: Exaustão

No final da expansão a temperatura fica na faixa de 900 a 1100 K e a pressão fica na faixa de 4 a 6 atm. Abre-se então a válvula de escape e praticamente sem variar o volume, o gás que se encontra no interior do cilindro escapa para a atmosfera, reduzindo-se a pressão a 1 atm. A seguir, ainda com a válvula aberta, o pistão sobe, retomando o volume mínimo, expulsando quase todo o gás restante para a atmosfera.

Assim se completou o ciclo, pois o volume e a pressão no interior do cilindro voltaram aos seus valores no início do 1o tempo. Então, a válvula de admissão novamente se abre, reiniciando-se um novo ciclo.

Figura 1: Ciclos motor de ignição por faísca. (MIF)

[pic 1]

Fonte: www.ebah.com.br

2.1.2.3 Ciclo motor de Diesel

Motor diesel

O motor Diesel caracteriza-se pela ignição por compressão. O fluido de trabalho (normalmente ar) é comprimido sem ser misturado ao combustível e quando o combustível é injetado no fluido comprimido e quente esse se inflama.

O motor Diesel foi projetado para suprir os inconvenientes do Ciclo Otto, que por sua vez, possui algumas limitações e restrições para o seu devido funcionamento.

As máquinas que impulsionam veículos pesados como caminhões, trens e navios, usualmente são baseadas no ciclo ideal de Diesel, o que não se refere ao combustível utilizado e os mecanismos dos motores ditam os processos pelos quais passam os fluidos, determinando as características dos ciclos. Mas, mesmo operando em ciclos termodinâmicos semelhantes, motores de combustão interna podem ter mecanismos e formas construtivas extremamente diversas.

2.1.2.3.1 Ciclos do motor de ciclo Diesel, ou motor de ignição espontânea. (MIE)

No motor de ignição comandada, o combustível é geralmente misturado com ar no exterior do cilindro e toda essa massa se inflama na câmara de combustão, por meio da faísca proporcionada pelo sistema de ignição.

Aspira ar puro que, submetido à elevada pressão atingida no final da compressão, atinge uma temperatura suficiente para a inflamação do combustível – gasóleo, à medida que é injetado no seio do ar.

Como o ar se encontra em elevada pressão, o combustível necessita uma pressão ainda superior, por isso é dispensado o sistema de injeção de alta pressão.

1°Tempo - Admissão

O pistão parte do PMS, descendo até o PMI. A válvula de admissão encontra-se aberta durante este período, admitindo ar puro dentro do cilindro, enchendo-o de ar.(fonte: Jorge Martins,2011)

Figura 2: 1°Tempo - Admissão

[pic 2]

(fonte: WWW.ebah.com.br)

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2° Tempo - Compressão

Com ambas as válvulas fechadas, o pistão sobe até PMS, comprimindo ar puro encerrado no cilindro. .(fonte: Jorge Martins,2011)

Figura 3: 2° Tempo – Compressão.

[pic 3]

Fonte: WWW.ebah.com.br

3° Tempo - Combustão – Expansão

Começa no PMS, ou antes, o combustível é injetado no seio do ar quente, inflamando-se espontaneamente no contato com este. A injeção continua durante parte da descida do pistão, sendo este o tempo motor. .(fonte: Jorge Martins,2011)

Figura 4: 3⁰ tempo: Compressão.

[pic 4]Fonte: www.ebah.com.br

4°Tempo - Escape

Quando