4 Motores de Combustão Interna

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<p>1</p><p>MOTORES</p><p>• Os motores podem ser definidos como</p><p>todo tipo de conjunto mecânico capaz de</p><p>transformar uma determinada energia</p><p>em energia mecânica.</p><p>• Os motores são classificados segundo a</p><p>energia que transformam.</p><p>Definição</p><p>Definição</p><p>Energia</p><p>Térmica</p><p>Motor de</p><p>Combustão</p><p>interna</p><p>Energia</p><p>Mecânica</p><p>Classificação</p><p>• Eólicos: Movimento do ar.</p><p>• Hiráulicos: Fluxo hidráulico.</p><p>• Elétricos: Corrente elétrica.</p><p>• Térmicos: Propriedades térmicas.</p><p>– Térmicos de combustão externa: Usinas</p><p>Termoelétricas.</p><p>– Térmicos de combustão interna: tratores e</p><p>máquinas agrícolas.</p><p>2</p><p>MOTORES DE</p><p>COMBUSTÃO INTERNA</p><p>• Transformam a energia interna dos</p><p>combustíveis em trabalho mecânico</p><p>• Realizam um ciclo termodinâmico</p><p>(variações de pressão, temperatura e</p><p>volume) e a combustão explosiva de uma</p><p>mistura ar + combustível.</p><p>HISTÓRICO</p><p>• 1862: BEAU DE ROCHAS</p><p>• Idealizou o motor à explosão (4</p><p>tempos).</p><p>• 1876: NICHOLAS OTTO</p><p>• Construiu o motor à explosão e ignição</p><p>por centelha.</p><p>• 1893: RUDOLF DIESEL</p><p>• Idealizou, projetou e construiu o motor</p><p>ciclo diesel. Ignição por compressão.</p><p>CLASSIFICAÇÕES DE MOTORES</p><p>Os cilindros de um motor podem ser</p><p>arranjados em linha, opostos ou em</p><p>configuração V.</p><p>em Linha</p><p>CLASSIFICAÇÕES DE MOTORES</p><p>em V</p><p>3</p><p>CLASSIFICAÇÕES DE MOTORES</p><p>Opostos</p><p>Motores de combustão interna</p><p>10</p><p>CLASSIFICAÇÕES DE MOTORES</p><p>Principais Partes Constituintes CONSTITUIÇÃO</p><p>• Cilindro fechado com um êmbolo ou</p><p>pistão em seu interior.</p><p>• Pistão acoplado a um mecanismo biela-</p><p>manivela.</p><p>• A cada meio giro da árvore de</p><p>manivelas o pistão percorre um certo</p><p>espaço entre suas posições extremas.</p><p>4</p><p>CONSTITUIÇÃO CONSTITUIÇÃO</p><p>• As posições extremas:</p><p>• Ponto morto superior (PMS)</p><p>• Ponto morto inferior (PMI)</p><p>• Percurso entre o PMS e o PMI é o</p><p>curso do pistão.</p><p>• Volume deslocado: cilindrada.</p><p>CONSTITUIÇÃO</p><p>Ponto Morto Inferior</p><p>Ponto Morto Superior</p><p>Curso</p><p>CONSTITUIÇÃO</p><p>5</p><p>Ponto Morto Superior (PMS) e Inferior</p><p>(PMI)</p><p>PMI</p><p>PMS</p><p>Ponto Morto Superior (PMS) e Inferior</p><p>(PMI)</p><p>PARTES DO MOTOR</p><p>• Órgãos principais</p><p>• Partes fixas</p><p>• Partes móveis</p><p>• Órgãos complementares</p><p>• Órgãos acessórios</p><p>6</p><p>PARTES FIXAS</p><p>• Bloco</p><p>• Camisas do cilindro</p><p>• Carter</p><p>• Cabeçote</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>• Pistão ou Êmbolo.</p><p>• Anéis de segmento.</p><p>• Biela.</p><p>• Casquilhos.</p><p>• Árvore de manivelas (eixo virabrequim).</p><p>• Eixo comando de válvulas.</p><p>• Volante do motor.</p><p>BLOCO</p><p>Partes Fixas</p><p>7</p><p>PARTES FIXAS</p><p>CAMISAS DO CILINDRO</p><p>• Cilindros removíveis onde se deslocam</p><p>os pistões.</p><p>• Quando desgastadas podem ser</p><p>substituídas.</p><p>• Uma das partes mais exigidas do</p><p>motor:</p><p>• Grandes temperaturas e pressões.</p><p>• Atrito dos anéis de segmento.</p><p>CAMISAS DO CILINDRO</p><p>8</p><p>CAMISAS DO CILINDRO</p><p>REFRIGERADO AR</p><p>PARTES FIXAS CÁRTER</p><p>• Parte inferior do bloco.</p><p>• Cobre os componentes inferiores do</p><p>motor.</p><p>• Nos motores 4 tempos tem a função</p><p>de depósito de óleo.</p><p>CÁRTER</p><p>9</p><p>PARTES FIXAS CABEÇOTE</p><p>• Fecha os cilindros formando a câmara</p><p>de combustão.</p><p>• Nele se localizam as válvulas de</p><p>admissão e escape.</p><p>• Em alguns motores a árvore de</p><p>comando e os acionamentos das</p><p>válvulas estão no cabeçote.</p><p>CABEÇOTE</p><p>• Nos motores arrefecidos à água</p><p>apresenta câmaras que se comunicam</p><p>com o bloco.</p><p>• Junta entre o cabeçote e o bloco.</p><p>• Vedar as galerias de água e de óleo.</p><p>• Vedar as câmaras de combustão.</p><p>CABEÇOTE</p><p>Tampa</p><p>Junta</p><p>Cabeçote</p><p>Junta</p><p>CABEÇOTE</p><p>10</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>PISTÃO OU ÊMBOLO</p><p>• Órgão que recebe a impulsão causada</p><p>pela combustão.</p><p>• Construído na forma de caneca.</p><p>• Leves e resistentes a tensão e</p><p>desgaste.</p><p>• Apresenta ranhuras perimetrais para</p><p>colocação dos anéis de segmento.</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>PISTÃO OU ÊMBOLO</p><p>• Em geral construído de liga de alumínio</p><p>com reforço em aço.</p><p>• Pode ter formato côncavo ou plano.</p><p>PISTÃO OU ÊMBOLO</p><p>PISTÃO OU ÊMBOLO</p><p>Válvulas</p><p>11</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>ANÉIS DE SEGMENTO</p><p>• Anéis metálicos.</p><p>• Vedação ou compressão.</p><p>• Próximo à cabeça do pistão.</p><p>• Vedam a passagem dos gases de</p><p>combustão.</p><p>• Raspadores de óleo.</p><p>• Eliminar o excesso de óleo da parede</p><p>do cilindro.</p><p>ANÉIS DE SEGMENTO</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>BIELA</p><p>• Interliga o pistão ao eixo virabrequim.</p><p>• Responsável pela transformação do</p><p>movimento retilíneo do pistão em</p><p>movimento circular do eixo</p><p>virabrequim.</p><p>BIELA</p><p>Pé</p><p>Corpo</p><p>Cabeça</p><p>12</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>CASQUILHOS</p><p>• Protegem o eixo virabrequim, bielas,</p><p>bloco, eixo comando de válvulas e</p><p>cabeçote do desgaste provocado pela</p><p>fricção entre os componentes móveis.</p><p>• Funciona como um mancal.</p><p>• Apresenta ranhura para facilitar</p><p>lubrificação.</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>CASQUILHOS</p><p>• Material:</p><p>• Baixo coeficiente de atrito.</p><p>• Ponto de fusão relativamente baixo.</p><p>• Boa resistência à corrosão.</p><p>CASQUILHOS</p><p>Pino do pistão</p><p>(êmbolo)</p><p>13</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>EIXO VIRABREQUIM</p><p>• Árvore de Manivelas (virabrequim)</p><p>• É o eixo que recebe o movimento</p><p>transmitido pelas bielas</p><p>EIXO VIRABREQUIM</p><p>14</p><p>EIXO VIRABREQUIM EIXO VIRABREQUIM</p><p>15</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>EIXO COMANDO DE VÁLVULAS</p><p>• Árvore de comando da distribuição.</p><p>• Eixo composto por ressaltos que</p><p>acionam as válvulas de admissão e</p><p>escape.</p><p>• Movido pelo virabrequim por</p><p>engrenagens, correntes ou correia</p><p>dentada.</p><p>EIXO COMANDO DE VÁLVULAS</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>EIXO COMANDO DE VÁLVULAS</p><p>Acionamento das Válvulas</p><p>16</p><p>Válvulas</p><p>A válvula de haste é hoje universalmente</p><p>usada nos motores de quatro tempos.</p><p>Controlam a entrada e saída de gases</p><p>no cilindro.</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>VOLANTE DO MOTOR</p><p>• Caracteriza-se por seu peso.</p><p>• Funções:</p><p>• Armazenar energia cinética suprindo</p><p>os intervalos nos quais não se produz</p><p>energia devido à inércia.</p><p>• Fazer o acoplamento na embreagem.</p><p>• Permitir partida do motor.</p><p>17</p><p>PARTES MÓVEIS</p><p>VOLANTE DO MOTOR</p><p>TEMPOS DO MOTOR</p><p>• A cada meio giro da árvore de</p><p>manivelas correspondem diferentes</p><p>condições de pressão e volume na</p><p>câmara do cilindro: tempos.</p><p>• De acordo com o número de tempos</p><p>para completar um ciclo</p><p>termodinâmico: motores de dois e</p><p>quatro tempos.</p><p>Motores de Combustão Interna CICLOS</p><p>De acordo com as características da</p><p>realização dos tempos dois ciclos</p><p>termodinâmicos teóricos:</p><p>• Ciclo Otto</p><p>• Ciclo Diesel</p><p>18</p><p>Motor do Ciclo Otto</p><p>• Ignição por centelha – ICE</p><p>• Vela de ignição promove centelha elétrica</p><p>para dar início a combustão.</p><p>Motor do Ciclo Otto</p><p>• Nos motores de quatro tempos é admitido a</p><p>mistura de ar e combustível.</p><p>• Nos motores de dois tempos é admito a</p><p>mistura de ar, combustível e óleo lubrificante.</p><p>• Nos motores de dois tempos: No primeiro</p><p>tempo ocorre a admissão e compressão e no</p><p>segundo curso as fases de expansão e</p><p>descarga.</p><p>Tempo de admissão</p><p>Tempo de compressão</p><p>Tempo de descarga</p><p>Tempo de explosão</p><p>ou expansão.</p><p>Motores 4 Tempos Funcionamento</p><p>19</p><p>Motor do Ciclo Otto – 4 tempos</p><p>• Realizam o ciclo em quatro</p><p>cursos.</p><p>• O ciclo é equivalente a</p><p>duas voltas (720°) na</p><p>árvore de manivelas.</p><p>Motor do Ciclo Otto - Dois Tempos</p><p>• Ciclo de funcionamento em dois cursos</p><p>do pistão, isto é, em uma volta (360°) da</p><p>árvore de manivelas.</p><p>• A lubrificação do motor é feita</p><p>através da mistura de óleo</p><p>lubrificante no combustível.</p><p>• Não possuem sistema de válvulas</p><p>sendo a admissão feita em duas</p><p>etapas: primeiro no cárter e depois no</p><p>cilindro.</p><p>Motor do Ciclo Otto Dois Tempos</p><p>Primeiro curso Segundo curso</p><p>20</p><p>Motor do Ciclo Diesel</p><p>• Ignição por compressão.</p><p>• Bico pulveriza combustível sob pressão para</p><p>dar início a combustão.</p><p>Motor do Ciclo Diesel</p><p>1° Curso: Admissão 2° Curso: Compressão</p><p>Motor do Ciclo Diesel</p><p>3° Curso: Expansão 4° Curso: Descarga</p><p>Motor do Ciclo Diesel</p><p>21</p><p>Principais Fabricante de</p><p>Motor Diesel</p><p>QUANTO AO COMBUSTÍVEL</p><p>Diesel → Ciclo Diesel</p><p>Gasolina</p><p>Álcool</p><p>Querosene → Ciclo Otto</p><p>Gás Natural</p><p>GLP</p><p>Características Dimensionais</p><p>Diâmetro do Cilindro</p><p>Características Dimensionais</p><p>Curso do pistão</p><p>O curso é a distância</p><p>entre o Ponto Morto</p><p>Superior (PMS) e o Ponto</p><p>Morto Inferior (PMI).</p><p>22</p><p>Características Dimensionais</p><p>Volume do Cilindro</p><p>O volume do cilindro é obtido multiplicando-se a área</p><p>do cilindro pelo curso do pistão.</p><p>Vcil = A . L</p><p>Vcil = ππππ r2 . L</p><p>Características Dimensionais</p><p>Volume da Câmara de Combustão (Vcam)</p><p>• O volume da câmara de combustão é o espaço</p><p>compreendido entre o cabeçote e o pistão no</p><p>PMS.</p><p>• É onde ocorre a combustão da mistura ar-</p><p>combustível.</p><p>• As câmaras de combustão apresentam formatos</p><p>irregulares, devido a isso seu volume é obtido</p><p>experimentalmente.</p><p>Características Dimensionais</p><p>Volume da Câmara de Combustão (Vcam)</p><p>Vcam = obtido experimentalmente</p><p>Características Dimensionais</p><p>Cilindrada Parcial ou Volume de Admissão</p><p>A cilindrada parcial é o volume admitido</p><p>por um cilindro para realização do ciclo.</p><p>Cp = Cilindrada parcial, cm3;</p><p>Vcil = Volume do cilindro, cm3;</p><p>Vcam = Volume da câmara de combustão.</p><p>23</p><p>Características Dimensionais</p><p>Cilindrada total ou Cilindrada</p><p>É o volume admitido por todos os cilindros do</p><p>motor para realização do ciclo, isto é, o volume</p><p>admitido pelo motor equivalente a duas voltas na</p><p>árvore de manivelas.</p><p>Ct = Cilindrada Total, cm3;</p><p>Cp = Cilindrada Parcial, cm3;</p><p>n = número de cilindros do motor.</p><p>Características Dimensionais</p><p>Taxa de Compressão</p><p>A taxa de compressão é a relação entre a</p><p>cilindrada parcial e o volume da câmara de</p><p>combustão.</p><p>Tc = taxa de compressão;</p><p>Cp = cilindrada parcial, cm3;</p><p>Vcam = volume da câmara de combustão, cm3.</p><p>Características Dimensionais</p><p>Cilindrada Minuto</p><p>É o volume admitido pelo motor em um minuto de</p><p>funcionamento. Depende da cilindrada total e da</p><p>rotação da árvore de manivelas.</p><p>Cmin = cilindrada minuto, cm3.min-1;</p><p>Ct = cilindrada total, cm3;</p><p>N = velocidade angular da árvore de manivelas, rpm;</p><p>∆ = 2 para motores de quatro tempos; 1 para motores de</p><p>dois tempos.</p><p>Características Dimensionais</p><p>Velocidade Linear do Pistão</p><p>É a velocidade de deslocamento do pistão no vai e</p><p>vem entre PMS e PMI. Depende do curso do</p><p>pistão e da rotação da árvore de manivelas.</p><p>VLP = velocidade linear do pistão, m.s-1;</p><p>L = curso do pistão, mm;</p><p>N = velocidade angular da árvore da manivelas, rpm;</p><p>24</p><p>Exemplos</p><p>1. Determine a cilindrada de um motor de</p><p>6 cilindros, cujo o pistão tem um</p><p>diâmetro de 8,33 cm e um curso de</p><p>16,45cm.</p><p>2. Calcule a cilindrada de um motor de 4</p><p>cilindros, cujo o pistão tem um</p><p>diâmetro de 14,7 cm e um curso de 17</p><p>cm.</p><p>Exercícios</p><p>1. Determine a cilindrada de um motor de 8</p><p>cilindros, cujo o pistão tem um diâmetro</p><p>de 7,69 cm e um curso de 11,32 cm.</p><p>2. Calcule a cilindrada de um motor de 6,</p><p>cujo o pistão tem um diâmetro de 10,2 cm</p><p>e um curso de 22,3 cm.</p><p>3. Calcule a cilindrada de um motor de 4,</p><p>cujo o pistão tem um diâmetro de 5,8 cm e</p><p>um curso de 10,4 cm.</p><p>Determinando Vcam Determinando Vcam</p>