Mqui nas Tr mi cas Apost i l a de Mot or es de Combust o I nt er na APOSTILA DE MOTORES DE COMBUSTO INTERNA INTRODUO Os motores de combusto podem ser classificados como de:COMBUSTOEXTERNA:noqualofluidodetrabalhoestcompletamenteseparadodamistura ar/combustvel,sendoocalordosprodutosdacombustotransferidoatravsdasparedesdeum reservatrio ou caldeira, ou deCOMBUSTO INTERNA, no qual o fluido de trabalho consiste nos produtos da combusto da mistura de ar/combustvel. Uma vantagem fundamental do motor alternativo de combusto interna, sobre as instalaes de potncia de outros tipos, consiste na ausncia de trocadores de calor no circuito do fluido de trabalho, tal como a caldeiraecondensadordeumainstalaoavapor.Aausnciadessaspeasnoapenasconduz simplificaomecnicamas,tambm,eliminaaperdainerenteaoprocessodetransmissodecalor atravs de um trocador de rea finita. Omotoralternativodecombustointernapossuioutravantagemfundamentalimportantesobrea instalao a vapor ou turbina a gs, a saber: todas as peas podem trabalhar a temperaturas bem abaixo damximatemperaturacclica.Estedetalhepossibilitaousodetemperaturascclicasbastantealtase torna possvel alta eficincia. VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS MOTORES DE COMBUSTO INTERNA VantagensDesvantagens arranque rpidotrabalho em rotaes relativamente baixaspequeno tamanhofcil manutenolimitao de potnciano utilizao de combustveis slidospeso elevado para potnciaelevado nmero de peasbaixa eficincia VANTAGENS PARA O MOTOR DE COMBUSTO INTERNA ALTERNATIVO SOBRE INSTALAES DE TURBINAS DE VAPOR: 1. Maior eficincia mxima; 2. Menor razo de peso e volume da instalao para a potncia mxima (exceto, possivelmente, no caso de unidades maiores do que 7353 kW ou 10.000 CV); 3. Maior simplicidade mecnica; 4. O sistema de refrigerao de um motor de combusto interna transfere uma quantidade de calor muito menor do que o condensador de uma instalao a vapor de igual potncia e, normalmente, operada com temperaturas mais elevadas na superfcie. O menor tamanho do trocador de calor uma vantagem nos veculos de transporte e em outras aplicaes, nas quais o resfriamento deve ser feito por meio de ar atmosfrico. 2VANTAGENS PRTICAS DA INSTALAO A VAPOR SOBRE O MOTOR ALTERNATIVO DE COMBUSTO INTERNA 1. A instalao a vapor pode usar maior variedade de combustveis, incluindo os slidos; 2. Menos suscetveis a vibrar; 3. A turbina a vapor prtica nas unidades de grande potncia (de 147000 kW ou mais) em um nico eixo. CLASSIFICAO DOS MOTORES DE COMBUSTO INTERNA (MCI) Os MCI podem ser classificados em: a) Quanto a propriedade do gs na admisso: ar (Diesel) mistura ar-combustvel (Otto) b) Quanto ignio por centelha (ICE)[spark ignition (SI)] por compresso (ICO)[compression ignition (CI)] c) Quanto ao movimento do pisto Alternativo (Otto, Diesel) Rotativo (Wankel, Quasiturbine) d) Quanto ao ciclo de trabalho 2 tempos 4 tempos e) Quanto ao nmero de cilindros monocilndricos policilndricos f) Quanto disposio dos cilindros em linha opostos (boxer) em V em estrela (radial) g) Quanto utilizao ESTACIONRIOS - Destinados ao acionamento de mquinas estacionrias, tais como Geradores, mquinas de solda, bombas ou outras mquinas que operam em rotao constante; INDUSTRIAIS - Destinados ao acionamento de mquinas de construo civil, tais como tratores,carregadeiras, guindastes, compressores de ar, mquinas de minerao, veculos de operao fora-de-estrada, acionamento de sistemas hidrostticos e outras aplicaes onde se exijam caractersticas especiais especficas do acionador; VEICULARES - Destinados ao acionamento de veculos de transporte em geral, tais como caminhes e nibus; MARTIMOS - Destinados propulso de barcos e mquinas de uso naval. Conforme o tipo de servio e o regime de trabalho da embarcao, existe uma vasta gama de modelos com caractersticas apropriadas, conforme o uso. (Laser, trabalho comercial leve, pesado, mdio-contnuo e contnuo) 3 OUTRAS CLASSIFICAES: Tambm pode-se classificar os motores de combusto interna segundo os vrios sistemas que os compem, por exemplo: ADMISSO DE COMBUSTVEL .. Motores com carburao (Otto) .. Motores com injeo (Diesel, Otto) REFRIGERAO .. Ar (natural ou forada) .. gua (termo-sifo, forada) IGNIO .. Magneto .. Bateria DISPOSIO DAS VLVULAS .. em I, L, T, F DISPOSIO DO COMANDO DE VLVULAS .. no bloco .. no cabeote (OHC, DOHC) 4COMPARAO ENTRE MOTOR OTTO E MOTOR DIESELMOTOR OTTO MOTOR DIESELADMISSO DE COMBUSTVEL CARBURAOINJEOINJEOALTERAO DA ROTAO MISTURA A/C COMBUSTVELIGNIO FONTE EXTERNA AUTO IGNIOTAXA DE COMPRESSO 6 a 9 gasolina9 a 14 lcool14 a 22DESPERDCIO DECOMBUSTVELH DESPERDCIO(lavagem de anis)NO HTIPO DE COMBUSTVEL LEVES PESADOSMOTORES ROTATIVO DE DESLOCAMENTO - MOTOR WANKELSomotoresnosquaisummembrorotativodispostodeformaavariarovolumedetrabalhodemaneiraanlogaaodeumcompressordotipopalheta,oupormeiodealgumaespciede movimento excntrico de um rotor em um espao cilndrico (usualmente no circular).Oproblemamaisdifcilemtaismotoresaselagemdacmaradecombustocontravazamento sem excessivo atrito e desgaste. Esse problema bem mais difcil do que o de anis desegmento convencionais, devido s seguintes razes:1. contato de linha em lugar de contato de superfcie;2. as superfcies a selar so descontnuas, com arestas vivas;3.avelocidadedoseloelevadadurantepartedociclodealtapresso,emcontrastecom anis de segmento, cuja velocidade prxima de zero na mxima presso do cilindro.OmotorWANKELummotordestetipo.Eleaindaseencontrasobintensodesenvolvimento. Embora se diga que o problema de selagem esteja resolvido, no parece razovelaceitar que a soluo seja to satisfatria quanto a do moderno anel de segmento.Emgeral,oobjetivodosprojetosdemotoresrotativosdedeslocamentofoideevitarvibrao, reduo de tamanho, peso e reduo de custo em comparao com os tipos convencionais.A nica vantagem bsica desse tipo de motor est no fato de ser alta a relao volumede deslocamento para volume total do motor, obtendo-se assim, maiores potncias.5TURBINAS A GSO conceito de turbina a gs antigo, mas ele no se concretizou como fonte prtica depotnciaatapsaII.GuerraMundial.Seudesenvolvimentocomercialfoiestimuladopelaintroduo bem sucedida dos motores turbojatos em avies ingleses e alemes, prximo ao final daguerra.Namaiorpartedasrealizaesatuais,oconjuntoformadoporvriascmarasdecombusto(de2a6),possuindocadaumadelasdeseuinjetor.Estadisposioasseguraumamelhor utilizao do combustvel e permite maior flexibilidade de funcionamento.6 CICLOS DE POTNCIA Ciclo de Carnot Paraentendermelhor,colocaremosaqui,deformaresumidaociclodesenvolvidoporummotor trmico,terico,chamadoCiclodeCarnot.SadiCarnot(1796-1832)publicouem1823umabrochura intituladaReflexessobreapotnciamotrizdofogo.Enunciavaaumcicloidealque,partindoda transformaodegasesperfeitos,deveriaterumrendimentodeaproximadamente72%,oqual,alis,nunca atingidoporummotortrmicoreal.ConhecidocomonomedeCiclodeCarnot,esteciclotericose compe das seguintes fases: 12 = compresso isotrmica 23 = compresso adiabtica 34 = expanso isotrmica 41 = expanso adiabtica (Figura 30) OciclodeCarnotnopodeserobjetodenenhumarealizaonaprtica.Podeserdescrito teoricamente da seguinte maneira: Primeira fase: compresso isotrmica umamassagasosaintroduzidanocilindroedepoiscomprimidapelopistotemperatura constante, sendo o cilindro esfriado durante esta fase. Segunda fase: compresso adiabtica Sendo interrompido o resfriamento do cilindro, continua-se a compresso rapidamente de modo que nenhuma troca de calor tenha lugar entre o gs e o cilindro. Terceira fase: expanso isotrmica Aopassoque,duranteacompressoisotrmicaocilindrodeveserresfriado,duranteaexpanso isotrmica, este mesmo cilindro exige aquecimento para tornar a temperatura constante. Quarta fase:expanso adiabtica Continuandoorepouso,faz-secessaroreaquecimentodocilindro para que essa fase se efetue sem trocadecalorcomocilindroequeamassagasosaretomeovolumeeapressoquepossuano incio da primeira fase Figura 30- Diagrama do Ciclo de Carnot O rendimento de um ciclo de Carnot depende somente das temperaturas nas quais o calor fornecido ou rejeitado, dado pela relao: 7 tLHTTTTTT= = = 1 1 14132 O rendimento tambm pode ser expresso pela relao de presso ou taxa de compresso, durante os processos isoentrpicos: taxa de presso isoentrpica ( )rPPPPTTpskk= = = 1423321 taxa de compresso isoentrpica ( )rVVVVTTvsk= = = 41323211 Portanto: ( )t psk kvskr r = = 1 11 1 Ciclos de Otto e Diesel NosdoisprocessosqueocorremnosMotoresdeCombustoInternaAlternativosdedoisequatro tempos, podemos ainda incluir uma subdiviso: 1) MCI trabalhando a quatro tempos: a) Ciclo Otto; b) Ciclo Diesel. 2) MCI trabalhando a dois tempos: a) Ciclo Otto; b) Ciclo Diesel. Ciclo Otto (Volume Constante) Em1862,Beau de Rochas enunciou o ciclo de quatro tempos que, primeiramente, o alemo Otto aplicara a um motor trmico, de onde surgiu em algumas obras a designao de Ciclo Otto.Teoricamente, ocicloenuncia-sedaseguintemaneira:oenchimentodocilindroefetua-se com a presso atmosfrica, pois que: AB = Compresso adiabtica; BC = Elevao brutal da presso em volume constante; CD = Expanso adiabtica; DA = Baixa brutal de presso em volume constante. O esvaziamento do cilindro se efetua em presso atmosfrica. Primeira fase:compresso adiabtica Efetuadademaneiraadiabtica,acompressolevaosgasesaumacertatemperatura,contudo insuficiente para provocar a inflamao. Segunda fase:transformao isovolumtrica 8 Introduz-seumafontequentedestinadaaelevarinstantaneamenteapressodosgases(fasca eltrica)semqueopistotenhatempodedeslocar-seduranteessatransformaodevolume constante. Terceira fase:expanso adiabtica Terminadaainflamao,amassagasosadistende-sedemaneiraadiabticaeofimdessadistenso corresponde a uma baixa sensvel de presso. Quarta fase:expanso isocrica Aaberturadoescapamentoprovocaumabaixabrutaldepressoquelevaointeriordocilindro presso atmosfrica enquanto o pisto bascular em ponto morto (volume constante). NaFigura31,observa-seosdiagramastericoerealdocicloemquesto.Observe-sequeociclo real sensivelmente diferente. Figura 31 - Diagramas do ciclo de Beau de Rochas. A) diagrama terico B) diagrama real. Ocicloseaproximadomotordecombustointernadeignioporcentelha.Determina-seo rendimento trmico desse ciclo como se segue, admitindo-se constante o calor especfico do ar: ( ) tH LHABvkvkQ QQTTrr== = = 1 1 11 11 Ciclo Quatro Tempos, Ciclo Otto O ciclo segue os tempos indicados anteriormente sendo que, no 1 tempo, admite-se uma mistura ar-combustvel.Acombustoiniciadaporumacentelha(spark),geradanointeriordocilindroporumavela (sparkplug).Amisturaar-combustvel,quefeitapelocarburadoroupelainjeoeletrnica,preparara aproximadamente nas seguintes propores: 14,8:1-14,8partes de ar para 1 parte de gasolina 9,0:1-9,0partes de ar para 1 parte de lcool Amisturaentranocilindropressoatmosfricaecomprimidapelocilindro.Nosmotoresa gasolina, a taxa de compresso , aproximadamente, de 9:1 e, nos a lcool, 12:1. Ciclo Dois Tempos, Ciclo Otto Soutilizadosprincipalmenteemveculosmotoresdeduasrodas,motocicletas.Somotoresmais simples e leves, possuem cerca de 70 a 90% de potncia a mais do que um motor de quatro tempos de mesma cilindrada.Emcontrapartidasomaispoluentes(devidoqueimadeleolubrificantequemisturadoao combustvel no carter durante a pr-compresso). 9 Ciclo de Diesel (Volume Constante) QuandoDieselseinteressoupelomotortrmico,procurourealizarindustrialmenteummotor concebidosegundoociclodeSadiCarnot.Sabe-sequearealizaodesteprimeiromotormanifestou-se impossvel.Dieselabandonouesteciclo,devidoaosperigosqueomesmoapresentavapelacompresso elevada demais (250kg);substituiu-o por um ciclo mais simples, conhecido como o nome de ciclo Diesel, cujo detalhe d-se em seguida. Figura 32 - Diagramas do ciclo de Rudolf Diesel. A) diagrama terico B) diagrama real. O enchimento e o esvaziamento do cilindro efetua-se com a presso atmosfrica, pois que: AB = compresso adiabtica do ar puro aspirado antes; BC = combusto em presso constante; CD = expanso adiabtica; DA = baixa brutal da presso. Primeira fase:compresso adiabtica O ar puro aspirado anteriormente comprimido e atinge uma temperatura suficiente para provocar a inflamao do combustvel injetado. Segunda fase:compresso isobrica No comeo da distenso, a combusto efetua-se em presso constante, quando o volume aumenta e a expanso dos gases compensa a queda de presso devida ao aumento de volume. Terceira fase:expanso adiabtica A expanso efetua-se sem troca de calor com as paredes do cilindro. Quarta fase:baixa de presso A abertura brutal do escapamento produz uma queda rpida da presso enquanto o pisto bscula em ponto morto (volume constante). OcicloDieselaplica-seaosmotoreslentosestudadosparaapropulsodosbarcos.Dificilmente realizvelemummotorderegimeelevado,carrosleveseveculosindustriais,osengenheirosque continuaram o trabalho de Diesel o substituram por um motor de ciclo misto cujo funcionamento relaciona-se ao mesmo tempo com o ciclo Diesel e com o de Beau de Rochas (Otto). O rendimento do ciclo Diesel dado pela relao: 10 ( )( )( )( )tLHv D Ap C BA D AB C BQQC T TC T TT T TkT T T= = = 1 1 111 importantenotarque,nocicloDiesel,arazodecompressoisoentrpica maior do que a razo de expanso isoentrpica. Ciclo Quatro Tempos, Ciclo Diesel OengenheiroRudolfDiesel(1858-1913),emfevereirode1892publicouemBerlimumfascculo intituladoTeoriaeconstruodeummotortrmicoracionalondeexpunhasuasidiasparaarealizao prticadociclodeCarnot.AindanaAlemanha,comeaaconstruodoseuprimeiromotoremAusburgo. Em 1897, utilizando um j melhorado (monocilndrico, dimetro de 250mm, curso de 400mm e consumo de 247g de combustvel por cavalo e por hora), desenvolve 20HP a 172rpm e rendimento trmico de 26,2% (os motores a gasolina rendiam 20% e os a vapor 10%). Omotordesenvolvido,trabalhandoaquatrotempos,possuibasicamenteduasgrandesdiferenasdeum motor a gasolina: 1.O motor aspira e comprime apenas ar. 2.Um sistema de injeo dosa, distribui e pulveriza o combustvel em direo dos cilindros.O combustvel inflama-se ao entrar em contato com o ar, fortemente aquecido pela compresso.Utiliza taxa de compresso de, aproximadamente 19:1. Ciclo Dois Tempos, Ciclo Diesel OmotorDieseladoistemposnotrabalhacomumapr-compressonocarter.Eletem carregamentoforadopormeiodeumcompressorvolumtrico(rotativo)oudeumaventoinha.Possui tambmumsistemadelubrificaosemelhanteaosmotoresdequatrotempos,isto,levaleonocartere possui bomba de leo, filtro, etc.V-se, na Figura 88, um exemplo de motor Diesel dois tempos. Estando os orifcios de escapamento e de admisso fechados pelo pisto, que est aproximando-se do ponto morto superior, o combustvel injetado no cilindro e a combusto comea. As presses elevadas, geradas pela combusto no tempo motor repelem em sentido oposto o pisto, que age na biela fazendo o virabrequim girar. 11 No fim do tempo motor, a posio do pisto permite a abertura do orifcio de escapamento.A sada foi estudada de modo a garantir a evacuao rpida dos gases queimados no coletor de escapamento. Imediatamente depois, o orifcio de admisso descoberto e o ar contido na cmara de ar alimentada pelo compressor em baixa presso entra precipitadamente no cilindro, expelindo os gases queimados residuais pelos orifcios de escapamento. Figura 33 - Esquema de funcionamento do Motor Diesel 2 tempos. Vantagens: O motor de dois tempos, com o mesmo dimensionamento e rpm, d uma maior potncia queomotordequatrotemposeotorquemaisuniforme.Faltamosrgosdedistribuiodoscilindros, substitudos pelos pistes, combinados com as fendas de escape e combusto, assim como as de carga. Desvantagens:Almdasbombasespeciaisdeexaustoedecarga,commenorpodercalorficoe consumodecombustvelrelativamenteelevado;cargacalorficaconsideravelmentemaiselevadaquenum motor de quatro tempos, de igual dimensionamento. SO=fendasdeexaustoabertas;SS=fendas fechadas.DeAOaSOexpandem-seosgases decombusto;deASatSScargaposterior( vezesaaltapresso).Pode-setomarcomo valoresmdiosparaospontosdedistribuio: AO~70antesdoPMI;AS 30 depois do PMI; SO = 40 antes do PMI; SS ~ 40 depois doPMI.EB=inciodainjeo;EE=fimda injeo. Figura 34 - Grfico de presses em um motor Diesel de dois tempos com vlvula de admisso no cabeote e fendas de exausto por fluxo contnuo. Ciclo Misto Ociclomistoaplica-se aos motores Diesel modernos. A Figura 90, que segue, mostra os diagramas terico e real. 12 onde AB =compresso adiabt ica BC =combust o isovolumt rica (isocrica);CD =expanso isobrica;DE =expanso adiabt ica;EA =queda rpida na presso. Acomparaodosdiagramasmost rabemqueessesdoisciclosse assemelhamnoplanoprt ico; quenarealidadeomot oragasolinano complet ament edepressovariveledevolumeconst ant e,masseaproximado ciclomist oporquea exploso dosgasesapenasumacombust orpida,mas no inst ant nea PRI NCI PAI S COMPONENTES DOS MCI Os principais component es de um MCIso: r gos ( ou peas)f i xos: 1. bl oco do mot orcyl i ndercr ankcase 2. cabeot e head 3. cr t ercr ankcase r gos mvei s: 1. pi st o ( mbol o)pi st on 2. bi el a connect i ng r od 3. r vor e de mani vel as ( vi r abr equi m)camshaf t4. vl vul as de admi sso e escape i nt ake and exaustval ves 5. r vor e de comando de vl vul as camshaf t Bl oco do Mot or omot orpropriament edit o,ondesousinadososcilindrosouosfuros paraacolocaodest es; osmot oresarrefecidosaarlevamcilindrosalet ados, possuindo,geralment e,blocobaixopermit indoqueoscilindrosfiquemexpost os circulao do ar de arrefeciment o.Na part e inferior do bloco est o os aloj ament os dosmancaiscent rais,ondeseapiaoeixodemanivelas(virabrequim).Nos mot oreshorizont ais(e.g.,dofusca),decilindrosopost os,oeixodemanivelas acha-senocent rodobloco,est e,porsuavez,compost odeduaspart es j ust apost as, afixadas por parafusos.Figura 36. Cabeote uma espcie de tampa do motor contra a qual o pisto comprime a mistura, no caso do ciclo Otto, ou o ar, no caso do Diesel.Geralmente possui furos com roscas onde so instaladas as velas de ignio ou os bicos injetores e onde esto instaladas as vlvulas de admisso e escape com os respectivos dutos.Figura 37. Carter Parte inferior do bloco, cobrindo os componentes inferiores do motor, e onde est depositado o leo lubrificante. Figura 36 - Bloco do Motor Pisto apartemveldacmaradecombusto,recebeaforadeexpansodosgasesqueimados, transmitido-abiela,porintermdiodeumpinodeao(pinodopisto).emgeralfabricadoemligade alumnio.Figura 93. Figura 37 - Cabeote 14 Biela Brao de ligao entre o pisto e o eixo de manivelas; recebe o impulso do pisto, transmitindo-o ao eixodemanivelas(virabrequim).importantesalientarqueoconjuntobiela-virabrequimtransformao movimento retilneo do pisto em movimento rotativo do virabrequim.Figura 38. Virabrequim (Eixo de manivelas, rvore de manivelas) Eixomotorpropriamentedito,oqual,namaioriadasvezes,instaladonaparteinferiordobloco, recebendo ainda as bielas que lhe imprimem movimento.Figura 94. Eixo Comando de Vlvulas (rvore Comando da Distribuio) Afunodesteeixoabrirasvlvulasdeadmissoeescape,respectivamente,nostemposde admissoeescapamento.acionadopeloeixodemanivelas,atravsdeengrenagem,correnteouainda, correiadentada.dotado de ressaltos que elevam o conjunto: tucho, haste, balancim abrindo as vlvulas no momento oportuno. Figura 38. Figura 38 Biela, Pisto e Bronzinas Vlvulas Existem dois tipos:de admisso e de escape.A primeira abre-se para permitir a entrada da mistura combustvel/ar(ouarpuro,conformeocaso)nointeriordocilindro.Aoutra,deescape,abre-separadar sada aos gases queimados.Figura 94. 15 Conjunto de Acionamento das Vlvulas Compreendeotuchoeumahaste,queointerligaaobalancim,apoiando-sediretamentesobrea vlvula.No momento em que o eixo comando de vlvulas gira, o ressalto deste aciona o tucho, que por sua vez move a haste, fazendo com que o balancim transmita o movimento vlvula, abrindo-a.H um conjunto destes(tucho,haste,balancim)paracadaressalto,i.e.,umparacadavlvula,tantodeadmissoquantode escape.Figura 39. Figura 39 - Eixos, tuchos e vlvulas 16COMPONENTES DO MOTORRGOS FIXOSBLOCODECILINDROS.Osmateriaisdoblocodecilindrosincluemoferrofundido,alumniofundido,alumnioforjadoeaoforjado,usualmentesoldadonoltimocaso.Otipoapropriadodependeprincipalmentedasconsideraesdotipodemotorecustosdefabricaovrsusaimportncia da economia de peso.Ousodoalumnioemlugardoferrofundidoresultaemmelhordissipaodecalorereduo do peso.CONSIDERAES PARA O PROJETO DE BLOCOS FUNDIDOS.Os princpios gerais a serem seguidos no projeto de bloco de cilindros fundidos incluemos seguintes itens:1.Asseesespessasesfriammaislentamentedoqueasdelgadasemudanasabruptasnaespessuradaseodevemserevitadassemprequepossvel,afimdereduziraomnimoasdeformaes e fissuras de contrao.2. Evitar grandes sees planas. Curvar todas as grandes sees delgadas.3.Nervuras.Ocostumedeadiodenervurasoualmasdelgadasparamelhorarflexousualmentetemefeitooposto.queanervuraagecomoumelevadordetensoenodeveserusadaquandosequerelevararesistnciaflexo.Seuusoparaoutrasfinalidadescomo,porexemplo, resfriamento ou reduo de vibrao, permissvel, contanto que a tenso adicionada nosejacrtica.Aadiodomaterialdanervuraespessuradaseoumaprticamelhordeseutilizar o material adicional.4. Evitar furos para reduo de peso, uma vez que as tenses concentra-se em tais aberturas.Oblocodecilindrosfreqentementefundidonumapeanicacomocrtersuperiordomotor;isto,favoreceumamontagemprecisadoselementosmecnicosinternos(virabrequim,bielas e pistes).

DEFINIES Ponto Morto Superior e Ponto Morto Inferior Ponto Morto Superior (PMS) {TDC - Top Dead Center} e o Ponto Morto Inferior (PMI) {BDC - Bottom Dead Center}, so nestas posies onde o mbolo muda de sentido de movimento estando no seu mximo (PMS) ou no seu mnimo (PMI), conforme a Figura 1. 17 Figura 1 - Curso do Pisto Cilindrada ovolumetotaldeslocadopelopistoentreoP.M.I.eoP.M.S.,multiplicadopelonmerode cilindros do motor. indicada em centmetros cbicos (cm) e tem a seguinte frmula: cilindrosN CursoDC . .4.2=(em cm) Tomando como exemplo o motor de um mega GLS(GM).Deseucatlogotm-se os seguintes dados: Motor Dianteiro Longitudinal M.P.F.I. Nmero de Cilindros 04 Dimetro cilindro 86,0 mm Curso do pisto 86,0 mm Taxa de Compresso 9,2:1 assim: cm 229 , 1998 4 . 6 , 8 .46 , 8 .2==Cconhecido, no mercado, como 2.0 ou 2,0 litros Cmara de Compresso ou de Combusto, Volume Morto oespaolivrequeficaacimadopistoquandoesteseencontranoP.M.S.Nela,amistura ar/combustveldomotoragasolina,queentroupelavlvuladeadmisso,sercomprimidae,apsafasca emitidapelavela,explodirparaqueaexpansodosgasesmovimenteopistoedseqnciaao funcionamento do motor. 18 Dependendodograudemodernidadedomotor,acmarapodeestarinseridanocabeoteouna cabea dos pistes esse ltimo mais comumente achados.Basicamente, o volume da cmara de combusto defineaTaxadeCompressodomotor.Quantomenorforseuvolume,maiorseressarelaoe, conseqentemente, melhor o rendimento do motor.Todos os componentes que atuam em sua formao ou ao seuredorinfluenciamdiretamenteemsuaeficincia:aposiodasvlvulaseodesenhodosdutosde admisso, por exemplo. Figura 2 Cmara de Combusto Octanagem Aoctanagemmedeacapacidadedagasolinaderesistirdetonao,ouasuacapacidadederesistir sexignciasdomotorsementraremauto-ignioantesdomomentoprogramado.Adetonao,tambm conhecida como batida de pino, leva perda de potncia e pode causar srios danos ao motor, dependendo de sua intensidade e persistncia. Um combustvel de octanagem n aquele que se comporta como se fosse uma mistura contendo n% deisooctanoe(100-n)% de n.heptano.Por conveno, o isooctano puro tem octanagem 100 e o n.heptano puro tem octanagem zero.Hoje, alguns combustveis aditivados possuem octanagem superior a escala posta, uma nova tecnologia. Para a Gasolina No Brasil (com exceo do Rio Grande do Sul) utilizada uma gasolina nica no mundo, pois trata-se de uma mistura de 76% de gasolina e 24% de lcool etlico (etanol).O teor de lcool na gasolina objeto de Lei Federal, cuja especificao final de responsabilidade da Agncia Nacional de Petrleo ANP. NoEstadodoRioGrandedoSul,aoinvsdelcool,utiliza-seoMTBE(metil-tercio-butil-etileno) comooxigenador,i.e.,aditivoquecontmoxignioparaaumentaraeficinciadacombustodo hidrocarboneto Gasolina (C8H18)n. Atualmente,agasolinaquecompesestamisturaproduzida,emquasesuatotalidade,pelasdez refinarias da Petrobras.O restante, por duas outras refinarias privadas: a de Manguinhos, no Rio de Janeiro, e 19 adeIpiranga,noRioGrandedoSul.Jolcoolproduzidoapartirdacana-de-acaremdiversas destilariasespalhadaspelopas.Acomposiofinaldachamadagasolinabrasileira,ouseja,amisturade gasolinaelcoolrealizadapelasCompanhiasDistribuidoras(Esso,Shell,Texaco,etc...),responsveis tambm pela comercializao final do produto junto aos postos de servio. Desdejaneirode1992,agasolinabrasileiraisentadechumbo.Ochumboerautilizado mundialmenteparaaumentaraoctanagemdagasolina,mas,porquestesambientais,vemsendo gradualmenteeliminado.Atualmente,estodisposiodosconsumidoresbrasileiros03tiposdegasolina:comum, comum aditivada e premium.Esta classificao dada segundo a octanagem da gasolina. Aoctanagemdagasolinapodeseravaliadapordoismtodosdistintos:mtodoMotor(MON MotorOctaneNumber)avaliaaresistnciadagasolinadetonaoquandoomotorestoperandoem condiesmaisseverasaltarotaoeplenacarga,comoaconteceemsubidascommarchareduzidae velocidadealta.OmtodoPesquisa(RONReserchOctaneNumber)avaliaaresistnciadagasolina detonaoquandoomotorestoperandoemcondiesmaissuavesbaixarotao,comoaconteceem subidascommarchaalta.Aoctanagemdasgasolinasbrasileirasequivalentedasgasolinasencontradas nosEstadosUnidosenaEuropa.dadapelamdiaentreosdoismtodos,conhecidacomondice Antidetonante (MON +RON)/2. AsGasolinasComumeComum-Aditivadatmoctanagemde86,indicadasparaamaioria da frota deveculoscirculantenoBrasil.AGasolinaPremiumpossuimaioroctanagem,91.Podeserutilizadaem qualquer veculo, mas no trar nenhum benefcio se o motor no exigir este tipo de combustvel (alta taxa de compresso,commonitoramentoeletrnico,injeomultipontoeprojetadosparagasolinasdealta octanagem). AsGasolinasComumeComum-Aditivadapossuemamesmaoctanagem,diferindo-seentresi apenas pela presena de um aditivo, do tipo detergente dispersante que tem a funo de manter limpo todo o sistema por onde passa a gasolina. Para o Etanol No Brasil, o etanol (C2H5OH) utilizado de duas maneiras: Como mistura na gasolina, na forma de 24% de etanol anidro, a 99,6 Gay-Lussac (GL) e 0,4% de gua, formando uma mistura gasohol com o objetivo de aumentar a octanagem da gasolina; Como etanol puro, na forma de etanol hidratado a 95,5 GL. Nosoutrospases,asmisturasdegasoholcontmtipicamenteapenas10%(oumenos)deetanol.O etanol um excelente combustvel automotivo: apresenta um ndice de Octanagem superior ao da gasolina etemumaPressodeVaporinferior,resultandoemmenoresemissesevaporativas.Acombustonoar inferior a da gasolina, o que reduz o nmero e a severidade de fogo nos veculos.O etanol anidro tem poder calorficoinferioresuperiorde21,2e23,4MJ/l(megaJouleporlitro),respectivamente,contra30,1e34,0 MJ/l da gasolina. As principais propriedades da gasolina e do lcool esto indicadas abaixo: GASOLINAETANOL Calor especfico (kJ/kg)34.90026.700 N. de Octano (RON/MON)91/80109/98 Calor latente de vaporizao (kJ/kg)376 ~ 502903 Temperatura de ignio (C)220420 Razo Estequiomtrica Ar/Combustvel14,59 Fonte: Goldemberg & Macedo 20 Taxa de Compresso (Relao) Relaomatemticaqueindicaquantasvezesamisturaar/combustvelousimplesmenteoar aspirado(nocasodosdiesel)paradentrodoscilindrospelopistocomprimidodentrodacmarade combusto antes que se inicie o processo de queima.Assim, um motor a gasolina que tenha especificada uma taxadecompressode8:1,porexemplo,indicaqueovolumeaspiradoparadentrodocilindrofoi comprimido oito vezes antes que a centelha da vela iniciasse a combusto, Figura 3. Figura 3 Definio de Taxa de Compresso Do ponto de vista termodinmico, a taxa de compresso diretamente responsvel pelo rendimento trmico do motor.Assim, quanto maior a taxa de compresso, melhor ser o aproveitamento energtico que o motor estar fazendo do combustvel consumido.Por esse motivo que os motores diesel consomem menos que um similar a gasolina:funcionando com taxas de compresso altssimas (17:1 nos turbodiesel e at 22:1 nos diesel aspirados), geram a mesma potncia consumindo menos combustvel. Hlimitaesfsicasetcnicasparaasimplesampliaodataxa.Noprimeirocaso,ocorrea dificuldadedeobtenodecmarasdecombustominsculas.Joseguinteapresentarestriesquantos propriedadesdocombustvel,i.e.,tcnicas,oquantocadaumtoleradecompressoantesdeseauto-inflamar (octanagem). A taxa de compresso corresponde relao entre Combusto de Cmara da VolumeCombusto de Cmara da Volume Motordo Cilindrada += TC chamando de V a cilindrada do motor e v o volume da cmara de combusto (volume morto), tm-se: vvTCV+= Tomando como exemplo o motor de um Corsa Sedan GL (GM), Figura 4.Do catlogo, obtm-se as seguintes informaes: Motor Transversal M.P.F.I. Gasolina Cilindrada1.61600 cm Nmero de Cilindros04 Dimetro do Cilindro79,0 mm Curso do Pisto81,5 mm Taxa de Compresso9,4:1 21 Como a Taxa de Compresso j dada, pode-se calcular ento o volume da cmara de combusto v. Figura 4 O veculo do exemplo. para um motor de 04 cilindros1600 cm para um cilindro apenas40041600= cm a Cilindrada cm 486 , 399 15 , 8 .49 , 7 ..4V2 2= = = CursoD para uma Taxa de Compresso de 9,4:1 volume morto v cm 56 , 471 4 , 9486 , 3991V===TCv Pode-se ento calcular a altura deixada no cilindro para a abertura das vlvulas: hDv .4.2=cm 97 , 09 , 7 .56 , 47 . 4.. 42 2= = = Dvh h = 9,7 mm Comissopode-seconcluirqueaTaxadeCompressoumapropriedadeinerenteaomotor (bloco, cabeote, pistes) e no ao combustvel utilizado no mesmo. No se altera a Taxa de Compresso de um motor apenas modificando o tipo de combustvel consumido. Comoexemplo,imaginequeaaltura(h)docilindroquecompesovolumemorto(cmarade combusto) tenha sido rebaixada de 0,6 mm.Qual ser a nova Taxa de Compresso deste motor? ( ) cm 605 , 44 06 , 0 97 , 0 .49 , 7 ..4.2 2= = = hDv 22 956 , 9605 , 44605 , 44 486 , 399 V=+=+=vvTC Assim,comadiminuiode0,6mmaTaxadeCompressoaumentarde9,4:1para aproximadamente 10,0:1. Auto-Ignio Em razo das altas temperaturas na cmara de combusto ou octanagem incorreta da gasolina para a taxadecompressodomotor,algumasvezesoefeitoauto-igniopodeocorrer.Pontosquentesnointerior da cmara passam a fazer o papel da vela de ignio, incandescendo a mistura ar/combustvel antes mesmo de a vela de ignio iniciar o processo atravs da centelha eltrica.Uma vela com grau trmico muito alto para a situao em que o motor est sendo utilizado pode tambm ser o motivo da auto-ignio. Muitoprejudicialaofuncionamentodomotor,fazendocomqueomesmopercapotnciaecorrao risco de um superaquecimento ainda maior, a auto-ignio pode levar destruio da cmara de combusto e, em casos extremos, furos na cabea dos pistes ou mesmo sua fuso com o cilindro (Figura 5).Seusefeitos devastadoressoidnticosaosdomotorcompontodeigniomuitoadiantado,oquepodeacabar provocando detonaes (Figura 6). De uma maneira geral, o maior responsvel pela auto-ignio a carbonizao da cabea dos pistes edascmarasdecombustoemmotorescomaltacompresso,fatoqueaumentaaindamaisataxade compressoporreduzirovolumedacmaradecombusto,ouqueestejamtrabalhandocomoavan'oda ignio adiantado com relao ao ideal para aquele motor. AspectoZona dos anis e cabea do pisto parcialmente destrudas.Furo no topo do pisto. Figura 5 Danificao por Pr-Ignio 23

AspectoCabea do pisto parcialmente destruda. Figura 6 Danificao por Detonao Avano Nome empregado mais comumente para designar o quanto a fasca da vela dever ser avanada, com relaoaoP.M.S.dopistoparainiciaroprocessodecombusto.Faz-seoavano para se obter a mxima presso sobre o pisto quando o mesmo atinge o P.M.S., melhorando a performance do motor. Num automvel, o avano pode ser de 03 tipos: a vcuo, centrfugo ou eletrnico.Os dois primeiros, absolutamentemecnicos,atuamdiretamentesobreodistribuidor(Figura7),sendopassveisdeerro operacional. Figura 7 O Sistema de Ignio Convencional e oDistribuidor Oterceirotipodeavano,oeletrnico,existenamemriadosistemadecomandodaignioou,o quebemmaismodernoecomumatualmente,nacentraleletrnicaquecomandaainjeoeignio, simultaneamente. 24 Outras Definies e Nomenclatura Anomenclaturautilizadapelosfabricantesdemotores,normalmenteencontradanadocumentao tcnica relacionada, obedece a notao adotada pela norma DIN 1940. Existem normas americanas, derivadas das normas DIN, que adotam notaes ligeiramente diferenciadas, porm com os mesmos significados. NotaoNomenclaturaDefinio DDimetro do Cilindro Dimetro interno do Cilindro. sCurso do PistoDistnciapercorridapelopistoentreosextremosdocilindro, definidoscomoPontoMortoSuperior(PMS)ePontoMorto Inferior (PMI). s /DCurso/DimetroRelao entre o curso e o dimetro do pisto. (Os motores cuja relaocurso/dimetro=1sodenominadosmotores quadrados.) nRotaoNmero de revolues por minuto da rvore de manivelas. cmVelocidadeVelocidade mdia do Pisto = 2 s n / 60 = sn / 30 Area do PistoSuperfcie eficaz do Pisto = D2 / 4 Pe Potncia til a potncia til gerada pelo motor, para sua operao e para seusequipamentosauxiliares(assimcomobombasde combustvel e de gua, ventilador, compressor, etc.) zNmero de CilindrosQuantidade de cilindros de dispe o motor. VhVolume do CilindroVolume do cilindro = A s VcVolume da CmaraVolume da cmara de compresso. VVolume de Combusto Volume total de um cilindro = Vh + Vc VHCilindrada TotalVolume total de todos os cilindros do motor = z Vh Relao de Compresso Tambmdenominadaderazooutaxadecompresso,a relaoentreovolumetotaldocilindro,aoiniciar-sea compresso,eovolumenofimdacompresso,constituiuma relaosignificativaparaosdiversosciclosdosmotoresde combusto interna. Pode ser expressa por (Vh + Vc )/Vc ( > 1). Pi Potncia Indicada a potncia dentro dos cilindros. Abreviadamente denominada de IHP (Indicated Horsepower), consiste na soma das potncias efetiva e de atrito nas mesmas condies de ensaio.PlPotncia DissipadaPotncia dissipada sob carga, inclusive engrenagens internas. PspDissipaoDissipao de potncia pela carga. Pr Consumo de Potncia Consumodepotnciaporatrito,bemcomodoequipamento auxiliarpara funcionamento do motor, parte a carga. Pr = Pi - Pe - Pl - Psp Pv Potncia TericaPotncia terica, calculada por comparao, de mquina ideal. Hiptesesparaesteclculo:ausnciadegasesresiduais, queimacompleta,paredesisolantes,semperdas hidrodinmicas, gases reais. 25 pe Presso Mdia Efetiva a presso hipottica constante que seria necessria no interior do cilindro, durante o curso de expanso, para desenvolver uma potncia igual potncia no eixo. pi Presso Mdia Nominal a presso hipottica constante que seria necessria no interior do cilindro, durante o curso de expanso, para desenvolver uma potncia igual potncia nominal. pr Presso Mdia de Atrito a presso hipottica constante que seria necessria no interior do cilindro, durante o curso de expanso, para desenvolver uma potncia igual potncia de atrito.BConsumoConsumo horrio de combustvel. b Consumo Especfico Consumoespecficodecombustvel=B/P;comondicee refere-se potncia efetivae com o ndice i refere-se potncia nominal. m Rendimento Mecnico arazoentreapotnciamedidanoeixoeapotnciatotal desenvolvida pelo motor, ou seja: m = Pe / Pi= Pe / (Pe + Pr)ou ento m = Pe / (Pe + Pr+ Pl+ Psp). e Rendimento tilOurendimentoeconmicooprodutodorendimentonominal pelo rendimento mecnico=i .m i Rendimento Indicado o rendimento nominal. Relao entre a potncia indicada e a potncia total desenvolvida pelo motor. v Rendimento Terico o rendimento calculado do motor ideal. g Eficincia a relao entre os rendimentos nominal e terico; g=i /v. l Rendimento Volumtrico arelaoentreasmassasdearefetivamenteaspiradaea terica. PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES ALTERNATIVOS O Ciclo mecnico o mesmo em qualquer motor alternativo. 1.Introduz-se o combustvel no cilindro; 2.Comprime-se o combustvel, consumindo trabalho (deve ser fornecido); 3.Queima-se o mesmo; 4.Ocorre a expanso dos gases resultantes da combusto, gerando trabalho; 5.Expulso dos gases. Nos motores a pisto, este ciclo pode completar-se de duas maneiras: ciclo de trabalho a quatro tempos; ciclo de trabalho a dois tempos. 26 Um ciclo de trabalho estende-se por duas rotaes da rvore de manivelas, ou seja, quatro cursos do pisto. No primeiro tempo, com o pisto em movimento descendente, d-se a admisso, que se verifica,na maioriadoscasos,poraspiraoautomticadamisturaar-combustvel(nosmotoresOtto),ouapenasar (motorDiesel).NamaioriadosmotoresDieselmodernos,umaventoinhaempurraacargaparaocilindro (turbocompresso). Nosegundotempo,ocorreacompresso,comopistoemmovimentoascendente.Poucoantesdo pistocompletarocurso,ocorreaigniopormeiodedispositivoadequado(nomotorOtto),ouaauto-ignio (no motor Diesel). No Terceiro tempo, com o pisto em movimento descendente, temos a ignio, com a expanso dos gases e transferncia de energia ao pisto (tempo motor). No quarto tempo, o pisto em movimento ascendente, empurra os gases de escape para a atmosfera. Duranteosquatrotemposouduasrotaestransmitiu-setrabalhoaopistosumavez.Para fazercomqueasvlvulasdeadmissoeescapamentofuncionemcorretamente,abrindoefechandoas passagens nos momentos exatos, a rvore de comando de vlvulas (ou eixo de cames) gira a meia rotao do motor, completando uma volta a cada ciclo de quatro tempos. 27 Os quatro tempos 1 TEMPO Curso de Admisso Estando o pisto no PMS, o mesmo comea a descer estando aberta a vlvula de admisso (VA) e fechada a vlvula de descarga (VD).O mbolo, ao descer gera um vcuo no interior do cilindro, aspirando a mistura ar-combustvel (Ciclo Otto) ousomente ar (Ciclo Diesel) at o PMI, quando a VA se fecha, cumprindo-se meia volta do virabrequim (180). 2 TEMPO Curso de Compresso Estando VA e VD fechadas, a medida que o pisto desloca-se para o PMS, o mesmo comprime o contedo do cilindro, aumentando a sua temperatura e presso interna, figura 03.O virabrequim gira outros 180, completando o primeiro giro (volta completa - 360). 3 TEMPO Curso de Combusto e Expanso Nesta fase produz-se a energia que ser transformada em trabalho mecnico.Pouco antes do pisto atingir o PMS com VA e VD fechadas, a mistura ar-combustvel queimada.A energia liberada nesta combusto d origem a uma fora no mbolo, deslocando-o do PMS ao PMI.Esta fora transmitida do mbolo, atravs da biela, ao virabrequim girando-o (executa meia volta - 180). 4 TEMPO Curso de Escape Com a VA fechada e a VD aberta, o mbolo, ao deslocar-se do PMI para o PMS, onde VD se fecha, expulsa os produtos da combusto.O virabrequim executa outra meia volta - 180, completando o ciclo (720). Figura 8 - Os 4 tempos de um motor de combusto. 28 importantesalientarquesomentenocursodecombustoseproduzenergiamecnica,osoutros trs tempos so passivos, ou seja, absorvem energia. Figura 9 - Temperatura e Presso no final da Compresso Motor Dois Tempos Osmotoresdestetipocombinamemdoiscursosdomboloasfunesdosmotoresdequatro tempos,sendoassim,humcursomotorparacadavoltadovirabrequim.Normalmenteestesmotoresno tmvlvulas,eliminando-se o uso de tuchos, hastes, etc.O carter, que possui dimenses reduzidas, recebe a misturaar-combustveleoleodelubrificao.Devesercuidadosamentefechadopoisnelesedapr-compresso da mistura. 1 Tempo - Curso de Admisso e Compresso Ombolodirige-seaoPMS,comprimindoamisturaar-combustvel.Asjanelasdeescapeecarga sofechadas,abrindo-seajaneladeadmisso.Comomovimentodombolo,gera-seumapressobaixa dentrodocartereassim,pordiferenadepressoadmite-seumanovamisturaar-combustvel-leo lubrificante, que ser utilizado no prximo ciclo.O virabrequim d meia volta, 180 graus, fechando o ciclo.Pouco antes de atingir o PMS, d-se a centelha, provocando a combusto da mistura, gerando uma fora sobre o mbolo.Inicia-se ento o prximo ciclo. 2 Tempo - Combusto e Escape ocursodetrabalho.NoPMS,dadoinciocombustopormeiodeumacentelha(spark),o mbolo forado at o PMI.Durante o curso, o mbolo passa na janela de descarga dando vazo aos gases dacombusto.Aomesmotempoomboloabreajaneladecargapermitindoqueumanovamisturaar-29 combustvel entre no cilindro preparando-o para o novo ciclo e forando os gases provenientes da combusto para fora (lavagem).O virabrequim, neste primeiro tempo, d meia volta, 180 graus. Figura 10 - Ciclo de um Motor 2 Tempos MOTOR WANKEL Essemotor,deummodogeral,apresentaasseguintesvantagensrelativamenteaoscongneres alternativos: 1.Eliminaodosmecanismosbiela-manivelacomreduodosproblemasdecompensaodeforase momentos, bem como vibratrios; 2.Menornmerodepeasmveis,oquepoderocasionarconstruoemanutenomaissimplesede menor custo; 3.Maior concentrao de potncia, logo menor volume e peso. Poroutrolado,omotorapresentaproblemas,empartejsanadoseemparteaindaparaserem resolvidos.Entre esses problemas, destacamos: 1.Alta rotao:o primeiro prottipo experimental girava a 17.000 rpm.Atualmente essa rotao encontra-se na faixa das 4.000 rpm. 2.Problemas de vedao entre pisto e cilindro; 3.Problemas de lubrificao, sendo que estes dois ltimos j foram sanados. OmotorWankel,constaapenasdecilindro,deduaspartesrotativas,rvorecomrespectivo excntrico, volantes, massas de compensao e o pisto rotativo, que gira engrenado a um pinho fixo. Desde os primeiros dias da inveno do motor a gasolina, milhares j foram construdos baseados em princpioseciclosdiferentesdosquecaracterizaramosmotoresclssicosdedoisouquatrotempos.Entre 30DESGASTEDOSCILINDROS.Ofuncionamentodomotorlevaaumdesgasteprogressivodoscilindros.Estedesgasteirregularedaocilindroumaovalizaoeumaconicidade.Omaiordesgasteverifica-senoPMS.Nestelocal,alubrificaonormalmenteinsuficiente,enquantoapresso e a temperatura esto no seu mximo. No PMI, estas condies so exatamente opostas e odesgaste quase nulo.A ovalizao dos cilindros pode ter como causa a obliqidade da biela que, em torno domeio do curso, apoia o pisto contra o cilindro. Neste caso, a ovalizao perpendicular ao eixo dovirabrequim.O desgaste , em grande parte, devido aos arranques com o motor frio. A condensaoda gasolina e a insuficincia de leo fazem com que durante os primeiros minutos de funcionamentoos pistes funcionem que completamente a seco.Ograndedesgastedoscilindroslevaaumconsumoexageradodeleoedecombustvel, a um depsito de sujeira nas velas, a uma marcha ruidosa e a diminuio da potncia.CILINDROSDESCENTRADOS.Numgrandenmerodemotoresnosefazcoincidiroeixodoscilindros com o eixo do virabrequim. Este ltimo est deslocado alguns milmetros no sentido opostoao sentido de rotao. Este deslocamento tem por finalidade diminuir a inclinao da biela no tempomotor(descidadopisto).Daresultaummenoresforolateraldopistosobreasparedesdocilindroeumaovalizaomenossensvel.Duranteasubidadopisto,ainclinaodabielagrande,mascomoapressodogsfraca,osesforoslateraisficamnormais.Odeslocamentoregulariza o desgaste de ambos os lados do cilindro.CRTER. O crter de um motor em ferro fundido ou em alumnio fundido. Forma a parte principaldo bloco do motor e contm o virabrequim, o eixo de cames (motor de vlvulas laterais) e a bombadeleo.Asextremidadesdocrtertmfreqentementegarrasdestinadasafixaodomotor.Asparedes extremas e as divisrias internas suportam os mancais do virabrequim.Aparteinferiordocrterformadepsitodeleo.dechapaembutidaoudeligadealumnio. A sua fixao ao crter superior faz-se por intermdio de cavilhas de ao doce.CABEOTE. O cabeote tem a funo de tampar os cilindros formando a cmara de combusto. Osmotoresrefrigeradosaguausamcabeotesdeferrofundidoouligasdealumnio.Esteltimoquando a necessidade de peso leve ou melhor conduo de calor uma vez que impedem a formaode pontos quentes nas paredes internas do cabeote.Ocabeoteumdoselementosmaiscrticosnoprojetodeummotorporqueelecombina problemas estruturais, fluxo de calor e escoamento de fluido em uma forma complexa.31Oproblemacentralnoprojetodocabeotecomvlvulasconsisteemsechegaraumarranjo satisfatrio, quanto a vlvulas e janelas (motor 2 tempos), que suporte as cargas de gs e, aomesmo tempo, evitar excessiva distoro e tenso devido aos gradientes de temperatura e, tambm,evitar custos excessivamente elevados ou complexidade indevida.COMPONENTES DO SISTEMA DE FORAVIRABREQUIM.Osvirabrequinssofeitosdeaoforjado,oufundidosdeao,ferromalevelouferrocinza.Emtermosqualitativos,ascargasemumvirabrequimresultamemtensesdevidoflexo,toroecizalhamentoemtodoseucomprimento.Ageometriacomplexaenvolvidatornariaimpossvelclculosprecisosdetensoaindaqueascargasfossemconhecidascompreciso.Adespeitodessasdificuldadesentretanto,muitosetemfeitopararacionalizaodoprojetodovirabrequim, grande parte por meio da anlise experimental de tenses.A linha de eixo o conjunto de munhes nos quais gira o virabrequim apoiado no blocodo motor.Os moentes so as partes do virabrequim onde se apoiam as bielas.Ointeriordovirabrequimcontmdutosespeciaisporondecirculaoleonecessrioalubrificao dos munhes e dos moentes.VOLANTE. O volante de fundio ou de ao moldado.Destina-se a regularizar a rotao do virabrequim. No momento da exploso, o volanteabsorveaenergiadesenvolvida;restitui-anostemposnomotores.Osmotoresdeumcilindroexigemumvolantegrande,enquantoqueosdevrioscilindrossoequipadoscomvolantestantomais leves quanto mais elevado for o nmero de cilindros.32BIELAS.Asbielassodeao-ligaestampadoeporvezesdeligadealumnio.Atampadabielafixa por parafusos de ao ao cromo-nquel tratado, de grande resistncia.Opdebielaarticula-senopinodepistoporintermdiodeumabuchadebronzefosforoso chavetada. Um batimento lateral de 3 a 4 mm entre o s ressaltos do pisto aproveitadopara que o deslocamento longitudinal do virabrequim no provoque uma flexo da biela.OcorpodabielatubularoudeseoemduploT.Asbielasinteiramenteusinadasasseguram um melhor equilbrio do motor.A cabea de biela gira no pino por intermdio de mancais de duas partes.Osmetaisutilizadosdependemdognerodemotores,dascargasdabielaedavelocidade de rotao.33MANCAIS.Soutilizadosparareduziroatritoeservirdeapoioaspartesgiratriasdomotor(moentes, munhes,...).Osmancaisdividem-seemdoistiposprincipais:osfixos-alojadosnosmunhesenobloco do motor, e os mveis, montados nos moentes e bielas.Podem ser de deslizamento ou de rolamento (com roletes, esferas, agulhas).Omancal,quandoconstitudoporduaspartesiguais,parafacilitaramontagem,designado por mancal de duas meias-buchas.Omancalcompostoporduaspartes,umaexternachamadacapaeoutrainternacomposta por metal anti-frico.Ometalanti-fricopodeserumaligadeestanho,decobreedeantimnio.Estaligapermite um deslizamento muito suave; favorece um funcionamento silencioso do motor.Osmancaisdemetalrosa-ligadealumnio,decobreedezinco-somontadosemmotores especialmente potentes.Os mancais de bronze - liga de estanho e de cobre - so particularmente montados nosmotores Diesel. A boa resistncia mecnica deste material convm extremamente a este gnero demotores cujo conjunto de biela submetido a fortes cargas.PISTES.Ospistessodefundiomalevel,deligadealumniooudeao.Estesdoisltimosmetaispermitemfazerpistesmaisleves.Osefeitosdeinrcianofinaldocursosomenores;h,portanto, menos vibraes e uma menor frenagem em altos regimes.Ospistesdeligadealumniosoigualmentemelhorescondutoresdecalor.Estaqualidade primordial quando se trata de motores cujo regime ultrapassa as 3500 rpm.Opistodeummotordecombustointernafuncionaemcondiesparticularmentedesfavorveis.Para um regime de 3600 rpm, ele pra 120 vezes por segundo.Entre cada parada ele atinge uma velocidade de 70 km por hora.No momento da exploso, ele recebe um impulso de mais ou menos 20000 N (2000 kg),e isto, 30 vezes por segundo.A sua temperatura sobe a 620 K (350 C), no centro da cabea, e cerca de 420 a 450K (150 - 200 C) na extremidade final da saia.34Em marcha, a dilatao dos pistes grande. As folgas mdias tm um dimetro maiorpara os pistes de liga de alumnio devido maior dilatao desta liga em relao fundio ou aoao.Contudo,estesltimos,nosendotobonscondutoresdecalor,asuatemperaturaeleva-semais no que nos pistes de liga de alumnio. temperatura ambiente, o pisto deve ser ajustado no seu cilindro com uma certa folga,para que, mesmo depois de ter atingido a sua temperatura de marcha, ainda deslize livremente.As folgas de dilatao dadas na fabricao do pisto dependem: do dimetro do cilindro; do ou dos metais que compem o pisto; da forma do pisto; do regime de rotao do motor; do sistema de refrigerao e de sua eficcia; das condies de emprego do motor; do tipo de combustvel.ANISDESEGMENTO.Osanisdesegmentoconstituemumproblemadifcildeprojetodesdeoadventodomotordecombustointernae,somentenoperodoposteriorII.GuerraMundial,osanis alcanaram vida e confiabilidade comensurvel com as das outras partes do motor.Materialdosanisdesegmento.Amaioriadosanisdesegmentofeitadeferrofundido-cinzadada sua excelente resistncia ao desgaste em todos os dimetros de cilindro. Quando o vazamentopelo anel for um problema, utiliza-se o ferro modular ou mesmo o ao, usualmente com superfciesde mancal revestidas. Para maior resistncia ao desgaste do anel e parede do cilindro, os anis sode face cromada ou molibdnio metalizado, uma estrutura porosa de xido de molibdnio. Os anisde controle de leo podem ser de ferro ou de ao.Projetodeanisdesegmento.Oprojetodosanisdesegmentotmsidodesenvolvidoquasetotalmente numa base emprica.Osanisdesegmentotmduasfunes:evitarovazamentodogseparamanterofluxo de leo na cmara de combusto no mnimo necessrio para a adequada lubrificao do anel e35Nopisto.Nosmotoresmodernos,avazodeleoatravsdosanisextremamentepequenaeaproxima-sedezeroparamotoresdepequenoemdioporte.Todososanistomampartenocontroledofluxodeleo,masexistepelomenosumanelcujafunoprincipalessa.Sooschamados anis de controle de leo, enquanto que os outros so anis de compresso.Os requisitos a seguir so considerados desejveis:1. A largura da face dos anis deve ser pequena.2. Utilizao do menor nmero possvel de anis, para diminuir o atrito.36CAPTULO 5 - SISTEMA DE DISTRIBUIOChama-sedistribuiooconjuntodeelementosquecomandamaadmissodemisturaA/CmotoresOtto)ouar(motoresDiesel)noscilindroseposteriormenteasadadosgasesqueimados.So requisitos fundamentais para um sistema de distribuio eficiente, que cada vlvulasemantenhaabertaotemponecessrioparaumaboaadmissodemisturaouar),alavagemdocilindro,eacompletaexpulsodosgasesqueimados.Quefuncionesuaveeeficientementenosmais variados regimes de rotao do motor.Pode-sedesignarummotorespecificandoadisposiodosseuselementosdedistribuio.Osmotoresdevlvulaslateraispossuemvlvulasdispostasaoladosdoscilindros.Esta disposio clssica assegura um funcionamento silencioso, assim como uma marcha suave.Os motores com vlvulas suspensas possuem vlvulas colocadas sobre os cilindros.Esta disposio permite uma forma mais racional da cmara de combusto, favorece a potncia domotoreumrendimentotrmicosuperior.Aposiodasvlvulassuspensasdeterminamelhorrendimento aos altos regimes e convm aos motores potentes de relao volumtrica elevada.As vlvulas suspensas podem ser acionadas:. por hastes e balancins com eixo de cames no crter;. por balancins com eixo de cames suspenso;. por eixo de cames suspenso com impulsos diretos sobre as vlvulas.Asduasltimassoluesexigemumaconstruomaisdispendiosa.Aligaodovirabrequimedoeixodecamesfeitapormeiodeengrenagens,porumacorrente(correntesilenciosa),ouatravsdeumacorreiadeborrachacomarramesdeao(almadeao).Afixaodireta das vlvulas permite obter uma abertura rpida particularmente em regimes muito altos, sendoreduzida ao mnimo a inrcia das peas de movimento alternado.37RGOS DE DISTRIBUIOPinhesdedistribuio.Transmitemomovimentodovirabrequimaoeixodecames.Estespinhessodeaosemiduro,paraacionamentosporcorrente.Sodeaooumatriasplsticasestratificadas, para acionamento por meio de engrenagens.Comooeixodecamesgirametadedavelocidadedovirabrequim,arelaodetransmisso dos pinhes de distribuio de 1:2 (motores a 4 tempos).A posio exata de engrenagem dos pinhes de distribuio marcada pelo fabricanteno momento da montagem. Esta marcao corresponde geralmente posio do primeiro pisto noPMS, no final do tempo de descarga.Nasdistribuiesacionadasporengrenagens,amarcaofeitaportraosoupontosmarcados nos dentes.Quando a distribuio acionada por corrente ou por correia dentada, a marcao dospinhes, afastados um do outro, obtida por meio de traos que se fazem coincidir simultaneamentecom a linha reta que liga o eixo das duas rodas dentadas, ou por meio de marcas no bloco do motor.Eixo de cames. Ou comando de vlvulas um eixo que tem solidrio a ele ressaltos ou excntricos,destinados a agir sobre os impulsionadores das vlvulas em tempos precisos.So fabricados em ao forjado ou ferro fundido (ao nquel-cromo-molibdnio). Passa portratamentos como cementao e tempera, de maneira a oferecer a mxima resistncia ao desgastedos excntricos.38Geralmenteoeixodecamesgiraemmancaisregulados,porvezesemmancaisdebronze ou de fundio.A forma e a posio dos cames determinam diretamente as caractersticas de potnciae de regime do motor.Projetodocame.Devidoalimitaesdetenso,asvlvulasnopodemserabertasefechadasrepentinamente, mas devem seguir uma configurao de carter geral, mostrado no grfico a seguir.Omovimentoatualdavlvulaseroprojetado,comomostraafigura,modificadopelascaractersticas elsticas do mecanismo da vlvula.Afimdequeavlvulasemprevedebem,eparapermitirajustagens,desgaste,expanso e contrao devido a mudanas de temperatura, necessria sempre alguma folga. Essafolgadeveseramnimanecessriaparaassegurarqueavlvulavememtodosascondiesnormais,incluindoumafolgarazovelparaerrosdeajustagem.Incluindonestascondiesadilatao dos materiais e manuteno da lubrificao.fundamentalconsiderarasconseqnciasdeumadefeituosafolganasvlvulas:asfolgaspequenasprovocaronaadmissomcompressoeexplosesnoscondutosdeadmisso.Senadescargaasconseqnciasserodanosasparaaintegridadedosistemaumavezquealmde m compresso, poder provocar a queima da vlvula (deformao da vlvula).Asfolgasexcessivasnaadmissoterocomoresultadoadeficienteadmisso,enquantonadescargaoescapeincompletodosgasesqueimados.Nasduassituaesoresultadoser o baixo rendimento do motor.Noinstantequeocameencontraotuchonoiniciodociclodeabertura,afolgacompensadaporumarampadevelocidadeconstante(velocidadeaquisignificaelevaoporunidade de tempo em determinada rotao da manivela).39Acurvadeelevaodevlvulavrsusngulodemaniveladevesertraduzidanocontornodocamedesejado,quedependedoprojetodomecanismodavlvula,incluindonaturalmente a forma do seguidor (tucho) do came.Tucho.Temafunodetransmitiromovimentodocamevaretaouhasteimpulsora.Sofabricadosemaonitradoforjadooudefundiotemperada.Devemserrgidosnacompressoetambm como uma coluna. Tubos de ao parecem ser os mais adequados.Quandoocarregamentodocamealto,comonosmotoresqueoperamemlongosperodoscomelevadasvelocidadesdopisto,sonecessriostuchosderoletefeitosdeaocomendurecimento superficial, operando com cames do mesmo material. Os tuchos com roletes tambmso aconselhveis quando se deseja longa vida para o motor.Tucho hidrulico. O uso de tuchos hidrulicos bastante geral para motores de automveis, onde obaixo nvel de rudo considerado essencial. Como o sistema hidrulico amortece a folga, as rampaspara uso deste tipo de tucho podem ter maiores velocidades do que aquelas de sistemas mecnicos.Outravantagemprticadostuchoshidrulicosadeajustagemautomticaparaodesgastedomecanismo de vlvula, eliminando desta forma a necessidade de ajustagem peridica da folga.Balancins.Osbalancinstemafunodeinverterosentidodomovimentogeradopelocame.Podem ser de fundio, ao estampado ou alumnio.Mola da vlvula. Tem como funo fechar a vlvula mantendo-a pressionada contra a sua sede.Cargasdamola.Amnimacarga,isto,comavlvulafechada,deveriaseraltaobastanteparamanteravlvulafirmementeemsuasededuranteoperodoemquepermanecefechada.Nosmotorescarburados,avlvuladedescargadeveficarfechadanomaiorvcuodocoletore,nosmotores supercarregados, a vlvula de admisso no deve ser aberta pela mais elevada presso docoletor.Flutuao de vlvulas. Est sempre presente uma vibrao interespira, chamada de onda, de maioroumenorintensidade.Comavibraointerespira,amximatensosermaiordoqueatensocalculada na razo da deflexo atual para a admitida das espiras. obviamente desejvel reduzir aamplitude da vibrao interespira a um mnimo.Diz-se que h flutuao de vlvulas, quando a mola que um sistema oscilante, recebeuma excitao com freqncia igual a uma das suas freqncias naturais.Taisvibraespodemserreduzidaspormeiodeamortecedoresdeatrito,porngulosde hlice no uniformes, duas molas com dimetros distintos e sentido das hlices opostos.Vlvulas. A vlvula de haste hoje universalmente usada nos motores de quatro tempos. So elasque regulam a entrada e sada de gases no cilindro.Asvlvulasdeadmissosodeao,deaoaonqueloucromo-nquel.Apassagemdos gases novos mantm a sua temperatura a cerca de 523 a 573K (250 a 300C).As vlvulas de descarga so de uma liga de ao, de forte teor de nquel, de cromo e detungstnio. O cromo torna o ao inoxidvel; o tungstnio mantm uma forte resistncia mecnica temperatura elevada; o nquel melhora a resistncia.Asvlvulasdedescargasuportamumpoucoapassagemdegasesatemperaturaselevadas (973 a 1023K - 700 a 750C).plenapotnciaelasfuncionamgeralmenteaovermelho-escuro.40Avlvularesfriadaporcontatocomoassentoecomaguia.Nosmotoresmuitopotentes,asvlvulasdeescapesointeriormenteguarnecidascomsaisdesdiooupotssiodestinados a melhorar a refrigerao por condutibilidade.A cabea da vlvula comporta uma superfcie de apoio retificada cujo o ngulo pode serde45ou60.Umngulode45permiteumamelhorcentragemdavlvulasobreoseuassentocadavezquesedoencaixe,mas,paraumadadasubida,aseodepassagemdosgasesmelhor do que o assento de 60. Estas particularidades fazem com que se d preferncia ao ngulode 45paraasvlvulasdeescape,maisfacilmentedeformveisaaltatemperatura,eongulode60 s vlvulas de admisso, que devem sobretudo favorecer a entrada dos gases novos no cilindro.41CAPTULO 8 -SISTEMA DE ALIMENTAO (MOTORES OTTO)CARBURAOINJEOINTRODUORequisitosdemistura.Emgeral,atimarazoar/combustvelcomdeterminadavelocidade do motor consiste naquela em que se consegue o conjugado desejado, ou presso mdiaefetivanofreio,comomenorconsumodecombustvelconsistentecomaoperaonormaleconfivel. Essa tima razo A/C no constante, mas depende de muitos fatores.Osrequisitosdemisturaparaapartidaeaquecimentoomotornecessitargeralmentedemisturaanormalmentericasnodispositivodealimentao,sejaocarburadorouumsistemadeinjeo, afim de assegurar a mistura de queima nos cilindros. Assim, o sistema de alimentao deveestaraptoafornecermisturasmuitoricasnapartidaearazoA/Cdeveserprogressivamentereduzidaapartirdesseponto,duranteoperododeaquecimento,atomotorfuncionarsatisfatoriamente com razes A/C normais de operao permanente.Otermoacelerao,comrelaoaosmotores,geralmenteusadoparacaracterizarumaumentonavelocidadedomotor,resultantedaaberturadavlvula.Opropsitoimediatodaaberturadavlvuladeacelerao,entretanto,assegurarumaumentodoconjugado,edependerda natureza da carga o aumento subseqente na velocidade.Nos motores com carburador que usam combustvel lquido, o processo de acelerao complicadopelapresenadocombustvelnoevaporadonocoletordeadmisso.Ainvestigaomostra que, durante a operao permanente normal com gasolina (ou lcool), o coletor de admissocontmumagrandequantidadedecombustvellquidoqueadereparededocoletoreescorreaolongodasmesmasatocilindro,comumavelocidadebastantebaixacomparadaadorestodamistura,queconsisteemar,vapordecombustvelegotculasentranhadasdecombustvel.Nascondies permanentes de operao com determinada velocidade, a quantidade de lquido contida nocoletor,emqualquermomento,torna-semaiorcomoaumentodapressonocoletor.Aprincipalrazoparaquealtaspressesnocoletorresultememgrandesquantidadesdelquidodeve-seaofluxodecombustvelaumentarcomoaumentodadensidadedoar,eaevaporaomaislentaquando aumenta a presso total.Quandoavlvulaestabertaparaacelerao,aumentandoapressonocoletor,deveserfornecidocombustvelparaaumentarocontedodelquidodocoletor.SeocarburadorforneceumarazoA/Cconstante,arazoqueatingeocoletorestdiminuirduranteoperodoemqueocontedodelquidoestaumentando.Comainstantneaaberturadavlvuladeacelerao,aresultante reduo na razo A/C recebida pelos cilindros pode ser tal que venha a ocorrer m queima,retrocesso de chama, ou mesmo completa parada do motor.Paraevitarumamisturaanormalmentepobrenoscilindros,resultantederpidasaberturas da vlvula de acelerao, usualmente necessrio aumentar a relao de suprimento pelainjeo no coletor de uma quantidade de combustvel conhecida como carga de acelerao. A injeodessa carga deve ocorrer simultaneamente com a abertura da vlvula. A tima quantidade de cargade acelerao aquela que resultar na razo A/C para melhor potncia nos cilindros. Em geral, essaquantidade varia com a velocidade do motor e com a posio da vlvula no incio da acelerao, comavolatilidadedocombustvel,temperaturadamistura,evelocidadedeaberturadavlvula.Dessaforma,oscarburadoressoprojetadosparaforneceraquantidadenecessrianascondiesmaisdifceise,quandoestaquantidademuitogrande,oerroserdoladoricodamisturademelhorpotncia,ondeosacrifcioempotnciapequeno.Comoaaberturaparcialoulentadavlvuladeacelerao necessita de quantidade de mistura inferior de completa acelerao, essa quantidade 42usualmente tomada como proporcional razo de abertura da vlvula e do ngulo correspondente aomovimento da vlvula.CARBURADOR BSICOO elemento bsico ou principal da maioria dos carburadores consiste em uma passagemde ar de geometria fixa, contendo uma restrio com a forma de ventri. Na garganta do ventri estlocalizado um injetor de combustvel e este vem de uma cmara de bia de nvel constante, ou outrodispositivo de presso constante. O fluxo de ar controlado por uma vlvula-borboleta a jusante doventri.O ar atravessa uma passagem com a forma de ventri, proveniente da admisso de ar.Essaformausadaparadiminuiraummnimoaquedadepressoestticaatravsdosistema.Adiferenadepressodeestagnaonaentradadeareapressoestticanagargantadoventriusada para criar e regular a vazo de combustvel. Na figura, a passagem de ar est na vertical, comescoamentoparabaixo,carburadordefluxodescendente.Muitoscarburadoressodispostosdeformatalqueoescoamentoseprocessedebaixoparacima,carburadoresdefluxoascendente,ealgunstmpassagemdearnahorizontal,carburadoresdefluxohorizontal.Osprincpiosdeoperao entretanto, so os mesmos para qualquer direo do fluxo de ar.Ajusantedoventri,napassagemdear,encontra-selocalizadaumavlvuladeborboleta, que, nos motores de ignio por centelha, o principal elemento de controle de potncia.Ocombustvelintroduzidonoar,nagargantadoventri,pormeiodeumbocal,alimentadopelacmaradenvelconstanteoucmaradabia,atravsdeumorifciomedidordecombustvel.Onveldecombustvelnacmaradabiamantidoconstantepormeiodeumavlvulacontroladapelabia.Apressoacimadocombustvelmantidaigualapressototaldeadmissodear,pormeiodeumtubodeimpacto,quemedeapressototal,oudeestagnao,naentrada de ar.SISTEMADEMARCHALENTA.Osistemausadoparacobrirorequisitodemisturacombaixastaxas de fluxo de ar chamado de sistema de marcha lenta, ainda que ele possa influenciar a razoA/Cemcargasbemsuperioressdemarchalenta.Afiguraaseguirmostraumarranjotpicoparaum sistema de marcha lenta. O depsito de marcha lenta uma passagem vertical ligada cmaradabiapelaspartessuperioreinferior.Aconexodofundotemumorifciomedidorcomseopequena. A passagem de marcha lenta tem uma abertura de descarga localizada prximo da aresta43davlvuladeborboleta,quandoestaseencontranaposiodefechada.Aextremidadeinferiorabertalocaliza-seprximodofundododepsitodemarchalenta.Otubodeardemarchalentacomunica-secomapassagem,cujoformatoapresentadonafigura,econtroladoporumarestrio ajustvel chamada de parafuso de ajustagem da marcha lenta.Paramarchalentanamaisbaixarotaopossveldesejvel,avlvulaajustadadeencontroaumesbarroajustveltalqueelapermaneceabertaapenasosuficienteparapermitirofluxodearnecessrio.Nesseponto,aarestadavlvulaparcialmenteencobreobocal(injetor)demarcha lenta. Atravs da colocao adequada da sada do injetor em relao vlvula e por meio deajustagemapropriadadoparafusoreguladordamarchalenta,haversuficientesuconotubodemarcha lenta para elevar o combustvel a uma taxa tal que fornea a razo A/C exigida pela marchalenta.A abertura ulterior da vlvula gradualmente expe o injetor de marcha lenta completadepresso no coletor de admisso, que pode chegar a 0.7 bar abaixo da presso atmosfrica em ummotor em marcha lenta normal. Nesse ponto, a diferena de presso entre as extremidades superiore inferior da passagem de marcha lenta to grande que ela drena o depsito de marcha lenta at onvelmostradonafiguraanterior.Apartirdesseponto,medidaqueavlvulaaberta,haversempre suficiente suco para manter o nvel de combustvel no depsito de marcha lenta no fundodotubodemarchalenta.Aquantidadedecombustvelqueescoaserconstanteedependentedarea e do coeficiente do orifcio de combustvel de marcha lenta e da altura de carga.SISTEMA DE MARCHA ACELERADA. Ao abrir-se a borboleta do acelerador, aumenta-se o fluxo dearatravsdopulverizadordecompensaodear.Emconseqnciadoaumentodadepressonodifusor,ocombustvel,depoisdepassarpelopulverizadorprincipal,fazsubironvelnopoodeemulso; ao mesmo tempo, o ar admitido no calibrador principal emulsiona o combustvel, que serposteriormente pulverizado no difusor. Simultaneamente, diminui a depresso no furo de descarga docalibre de lenta e cessa o fluxo de combustvel nesse ponto.Paraevitarqualquerempobrecimentoindevidodamisturaduranteestafasedetransio,usualexistiremumoumaisorifciosdeprogressoquesoalimentadospelocanaldocircuito de marcha lenta.Para fornecer o combustvel adicional necessrio na acelerao e nas aberturas sbitasda borboleta do acelerador existe uma bomba de acelerao mecnica. Esta consiste num poo (oucmara)cheiodecombustveleemummboloacionadoporumamolaouumdiafragmaligados44borboleta.Quandoestaseabre,ocombustveldescarregadonodifusorporaodeuminjetorintegrado no circuito da bomba.Partida do motor frio. necessrio uma razo A/C rica, com uma proporo que varia de1:1 e 3:1. Para conseguir esta proporo, fecha-se a borboleta do afogador.Estandofrios,ocarburadoreocoletordeadmissododecertomodoorigemcondensao do combustvel nas paredes do coletor, dificultando seriamente a sua vaporizao. Estefatoreamaiordensidadedoarfrio,somadosalentidodasprimeirasrotaes,empobrecemamistura.Observao: Tubo de emulso. O emulsionador formado por dois tubos, um no interior do outro. Ocombustvelpenetranestestubosantesdepassarparaacorrentedearprincipal,nodifusor.Amedidaqueaumentaonmeroderotaesdomotor,oaradmitidoporumpulverizadordecompensao,oucalibradordear,penetranotubointerior,queapresentaorifciosadiferentesnveis, ficando a mistura mais pobre.SISTEMA DE INJEO ELETRNICA DE COMBUSTVELOssistemaseletrnicosdeinjeodecombustvelapresentamduasvantagensprincipaissobreossistemasmecnicos:dispemdegrandenmerodedispositivosdealtasensibilidade para fornecer sempre aos cilindros a quantidade precisa de combustvel e no requeremum distribuidor mecnico de alta preciso.Estas vantagens so evidentes nos sistemas eletrnicos mais utilizados, que operam empressesdecombustvelmaisbaixasqueossistemasmecnicos(1.75a2.1bar).Osistemaequipado com uma bomba de combustvel eltrica que aspira combustvel do reservatrio num nvelsuperioraoquenecessrioparaainjeo.Ocombustvelemexcessoretornaparaoreservatrioatravs de um regulador de presso que evita a possibilidade de formao de bolhas de ar e de vaporde combustvel.Oinjetormantm-sefechadosobaaodemolasesoacionadosporsolenides.Ovolumedecombustvelinjetadodependedotempoduranteoqualosolenidemantmoinjetoraberto.Estetempo,porsuavez,dependedeumsinalqueosoleniderecebedosistemadeprocessamento eletrnico.45Estesistemadeprocessamentoeletrnicoestligadoaumasriededispositivossensveis que atuam segundo diversas condies preestabelecidas do motor, tais como presso do arnocoletor,astemperaturasdoaradmitidoedosistemaderefrigerao,umidadedoar,onveldeacelerao.Existem,ainda,sensoresqueatuamsobreascondiesdacombustoporexemplo,sensoresdedetonao.Estesdispositivospermitemaosistemadeprocessamentodeterminarinstantaneamenteomomentodeaberturadosinjetores,arazodamistura,oavanoouatrasodaignio, etc.A grande vantagem do sistema eletrnico de injeo de combustvel est na rapidez derespostascondiesdetrabalhodomotor.Istoproporcionaaltonveldeconfiabilidade,controleapuradosobreosgasesdedescarga(reduodosnveisdepoluio)umavezquepermiteumamelhorqueimadamistura,almclaro,demelhorrendimentonoapenasemtermosdepotncia,mas tambm em termos de consumo.Atualmentesoutilizadosdoistiposbsicosdesistemasdeinjeodecombustvel:ossistemas que utilizam apenas um injetor (single-point), e os sistemas que operam com um injetor paracada cilindro (multi-point). Nos dois casos os sistemas de monitoramento do motor so semelhantes.Obviamenteobtm-semelhoresresultadosnossistemas"multi-ponto"(multi-point),devido a melhor distribuio da mistura A/C, praticamente no existe perda de carga devido ao atritodos coletores, tendo em vista a que o combustvel injetado na janela de admisso, assim como osproblemas decorrentes da condensao do combustvel nos coletores.Poroutrolado,ossistemasbaseadosemumnicoinjetorproporcionamumtimorendimentosecomparadocomossistemasconvencionaisdealimentao(carburadores)pelosmotivos j abordados e se comparados com os sistemas multi-ponto oferecem um custo inferior.PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA DE INJEOBico injetor. Controla o volume de combustvel. Atua atravs de comandos enviados pela "unidadecomando eletrnico".Regulador de presso.Atuacomolimitadordepressodecombustvelde1a2bar,permitindooretorno de combustvel em excesso para o reservatrio.Bomba de combustvel. Possui acionamento eltrico. Sua operao independe da rotao do motor,mantendo assim o sistema sem flutuaes de presso.Bobinasdeignio.Emgeral,paracadadoiscilindrosinstaladaumabobinacontroladapelosistemadeeletrnicodeignioepela"unidadecomandoeletrnico".Nestescasosdispensaodistribuidor.Atuadordemarchalenta.Temafunodecontrolaravazodearemregimedemarchalenta,permitindo assim controle da rotao em qualquer instante de funcionamento do motor.Unidade de Comando Eletrnico. o centro de operao de todos os componentes do sistema dealimentaodecombustvel.Temafunodemonitorareanalisarosdadosenviadospelossensores,sinalizandoaoinjetoreemalgunscasosaosistemadeignioascondiesdetrabalhosolicitadas pelo motor.463CoCombustoemMotoresA chamada diferena fundamental entre a Ignio por Centelha (ICE)1 e a Ignio porCompresso(ICO)2nosMotoresdeCombustoInterna,nocomentasobreotipodecombustoqueocorreesobrecomooprocessoidealizadonosCiclosOttoeDiesel.Oprocesso de combusto no ocorre em um volume constante (Otto) e nem a presso constante(Diesel).A diferena entre os dois processos de combusto que as mquinas de Ignio porCentelha normalmente possuem seus reagentes pr-misturados, enquanto que nas mquinas deIgnio por Compresso, os reagentes so misturados j na combusto.Comacombustodereagentespr-misturadosamisturaar/combustveldevesersempre estequiomtrica (quimicamente correta) para uma ignio e combusto correta.Para ocontrole da potncia de sada a mquina ICE regulada reduzindo-se a massa de combustvele/ouarnacmara,reduzindoaeficinciadociclo.Aocontrrio,paramquinasICO,ondeocorreainjeodocombustvel,amisturasomenteestequiomtricanafrentedechama.Asadadepotnciapodeentosercontroladapelavariaodocontroledaquantidadedecombustvel injetado, isto colabora para sua economia de combustvel superior.Nosreagentespr-misturados,achamasedeslocaentreosmesmos,separandoreagentes dos produtos da combusto.Tm-se um exemplo de combusto com reagentes pr-misturados num equipamento de oxi-acetileno; para soldagem, a chama rica em combustvelpara prever a oxidao do metal, enquanto, para o corte do metal, a chama rica em oxigniopara fundir o mesmo.Na chama de difuso, a chama ocorre na interface entre o combustvel e o comburente.Osprodutosdacombustodispersam-senocomburente,eocomburentesedispersacompletamentenoproduto.Processosimilarocorrenoladodocombustvelnachama.Avelocidadedecombustocontroladapeladifuso.Umexemplocomumdeumachamadedifusoavela.Ocombustvelfundidoeevaporadopelaradiaoprovindadachama,eento oxidada pelo ar; o processo claramente governado pela difuso, pois os reagentes noesto pr-misturados.OBicodeBunsen,apresentadonafigura01,possuiumachamapr-misturadaeumachamadedifuso.Oarqueentrapelabasedoqueimadornosuficienteparacompletaracombusto com uma simples chama pr-misturada.Conseqentemente, uma segunda frente dechama estabelecida na interface onde o ar est se misturando no combustvel no queimado. 1 Spark Ignition - SI2 Compression Ignition - CI474Figura 01 - Bico de BunsenAfsicaeaqumicadacombustofoidescritacomalgunsdetalhesporGaydoneWolfhard3 (1979) e Lewis e von Elbe4 (1961), mas nenhum livro devota muita ateno para acombustoemumMCI.Misturasdear/hidrocarbonetostemvelocidadelaminardequeimamxima por volta de 0,5 m/s, uma exceo notvel deve ser observada na mistura ar/acetilenocom um valor de 1,58 m/s.Um clculo aproximado do tempo de queima da mistura em um cilindro de 10 mm dedimetrocomigniocentraldeaproximadamente100ms.Noentanto,paraumaMCItrabalhandoa3000rpmotempodecombustopodedurarapenas10ms.Istomostraaimportncia da turbulncia na velocidade de combusto para o menor tempo.Aturbulnciageradacomoresultadodosprocessosdeadmissoecompressoedageometriadacmaradecombusto.Emadioaistopode-segerarummovimentodearcomo uma espiral, sendo particularmente importante em motores Diesel.Isto obtido com acomponente tangencial da velocidade do ar durante a admisso, figura 02.Figura 02 - Espiral gerada com a AdmissoParaacombustocomreagentespr-misturados,oefeitodaturbulnciaestnafragmentaoounacurvaturadafrentedachama.Alipodem-seterpacotesdegases 3 Gaydon A. G. & Wolfhard H. G. Flames, their Structure, Radiation and Temperature, 4th edn, Chapmanand Hall, London.4 Lewis B. and von Elbe G.Combustion Flames and Explosions of Gases, 2nd edn, Academic Press, NewYork.485queimados dentro do gs no queimado e vice-versa.Isto aumenta a rea frontal da chama e avelocidadedacombusto.Afigura03apresentaumacomparaoentreafrentedachamalaminar e turbulenta.Figura 03 - Comparao entre frentes laminares e turbulentas para combusto comreagentes pr-misturados.Para a combusto por difuso controlada, a turbulncia tambm aumenta a velocidadedaqueima.Ocombustvelinjetadocomoumfinosprayatomizado,juntoaoarqueestquenteosuficienteparavaporiz-loeproduziraqueimadasgotculasdecombustvel,figura04.Figura 04 - Comparao entre uma frente laminar com ar parado e uma frente turbulentacom movimentao de ar para combusto de difuso controlada.Sensveiseconomiaspodemserconseguidasapenascompequenosajustesnecessriosparaqueosequipamentosoperemadequadamentedopontodevistadocontroledacombusto.Entretantosparmetrosaseremcontrolados,podemsercitados,attulodeexemplo,ascondiesdenebulizaodocombustvelearelaoar/combustvel.Essesparmetros, no entanto, muitas vezes no so visveis, nem intuitivos.Mesmo um operadorexperimentadodificilmenteconseguir,pelaobservaodachama,distinguircondiesdeoperao em que os excessos de ar sejam 30 e 60% respectivamente.Durante a combusto coexistem fenmenos qumicos, trmicos e aerodinmicos, para ainterpretao dos quais so propostos vrios modelos, sem que haja uma completa e rigorosadefiniodosprocessosintermediriosenvolvidos.Noobstante,olevantamentoea496interpretaodedeterminadosparmetrosqueestejamaelarelacionados,diretaouindiretamente,permitemoestabelecimentodemelhorescondiesdeoperaodosequipamentos onde se esteja processando a combusto.Reaes de combusto e EstequiometriaDemaneirageral,define-secombustocomoumareaoqumicaentreduassubstnciasditascombustvelecomburente,ocorrendoaaltavelocidadeealtatemperatura,ondesedumaintensaliberaodecalorcomaemissosimultneadeluz,namaioriadasvezes, dependendo, entre outros fatores, do tipo de combustvel.Normalmente, o comburente utilizado o oxignio do ar atmosfrico,por outro lado,os combustveis se inserem numa faixa de tipos e qualidades, muito embora possa ser dito quea maioria daqueles utilizados industrialmente tm em sua composio, entre outros elementos,o carbono, o hidrognio e o enxofre.Naprtica,costuma-sefazerumadistinoentreduasformasbsicasdereaodecombusto.Diz-sequeacombustocompletaquandoocombustvelqueimaemsuatotalidade,ouseja,osreagentessolevadosaoseugraudeoxidaomxima.Asprincipaisreaes existentes, nesse caso, so os seguintes:C+O2CO2+Q1H2 +1/2O2H2O+Q2S+O2SO2+Q3Nas reaes anteriores, Q1, Q2, Q3 representam as quantidades de calor liberadas emcada uma das raes.Alm das reaes acima, duas merecem ser destacadas.A primeira delas a que leva formao de CO:C+1/2 O2CO+Q4importanteobservarque,desdequesejamadotadasasmesmascondiesdetemperatura e presso na qual ocorram as reaes, ento a quantidade de calor Q4menorque a quantidade Q1, e portanto a combusto incompleta um processo menos eficiente que acombusto completa, quando o que se procura a liberao de calor.Outra reao a que leva formao de SO3:SO2+1O2SO3+Q5507A quantidade de SO3 formado, na maioria das vezes, pequena.O grande problema que essa substncia, reagindo com o vapor dgua, forma cido sulfrico gasoso, o qual podecondensar dependendo das condies de temperatura dos gases.Nesse caso, existem todos osinconvenientes da corroso provocada pela deposio da substncia cida em paredes.Acondensaodocidosulfricoumfenmenoquedevesercuidadosamenteanalisado,quandosepensaeminstalarumrecuperadordecalornachamindeumequipamento.Paraclculosprticos,pode-seadmitirquenomximo3%deSO2setransformaemSO3.Assim,admitindoumexcessodearde30%,atemperaturadecondensaodocidosulfrico, para os gases de combusto de leo BPF (4% de enxofre), ser da ordem de 120C(verfigurab.1),nocasodoleoBTE(0,9%deenxofre)de90C.Essesvaloressovlidospara presso total da ordem de 1,013.105 Pa (760mmHg).Dessaforma,quandosequerevitaracorrosodachamin,convenientemanteratemperatura dos gases 40 ou 50C acima do ponto de orvalho.Para se utilizar o monograma da figura 1, calcula-se:( ) %SO3base secanumero de moles de SOnos gasesnumero total de moles de gases secos3Pdo vapor d' gua=numero de moles da aguanumero total de molesP dos gasesparcial total III.Poder calorficoAcadaumadasreaeselementaresdecombustocompletaestassociadaumaquantidadedecalorliberadacaracterstica,denominadacalordereao.Emgeral,paraoscombustveisindustriais,costuma-sedeterminar,experimentalmente,aquantidadedecalorliberada(podercalorfico)porumaamostra,mediantearealizaodeensaioemlaboratrio,sob condies padronizadas.importantedefinir-seclaramenteopodercalorfico,paraquesepossaestabeleceruma terminologia comum entre a entidade que ensaia o combustvel e aquela que vai se utilizardo resultado.Maisexplicitamente,entende-seporpodercalorficodeumcombustvelocalorliberadoduranteacombustocompletadeumquilogramadomesmo(nocasodecombustveisslidoselquidos),oudeumnormalmetrocbico(nocasodecombustveisgasosos).Oscombustveisnormalmenteutilizadoscontmhidrognioemuitasvezesumidade.Durante a combusto, a gua produzida pela oxidao do hidrognio, acrescida da umidade docombustvel,passaafazerpartedosprodutosdecombusto.Seduranteoensaioascondies so tais que esta gua se condensa, o calor liberado durante a combusto, e assimmedido, denomina-se poder calorfico superior (PCS).Caso no se considere a possibilidadede condensao, ter-se- o poder calorfico inferior (PCI).518Alm disso, preciso estabelecer condies padronizadas de presso e temperatura, nasquais o ensaio realizado ou o resultado apresentado.Normalmente, adota-se a presso de1 atm e temperatura de 20C como condies padro para os reagentes e os produtos aps acombusto, e nesse caso o poder calorfico dito presso constante.OvalorfornecidopelosensaiosusuaisoPCS,sendoqueoPCIpodeserdeterminado, analiticamente, a partir do PCS e da composio elementar do combustvel.Essafrmula apresentada na tabela B.6.Ospoderescalorficospodemaindaserdeterminadosatravsdefrmulasempricas,quelevamemcontaacomposioelementardocombustvel,desdequeseconheamasentalpias de reao de cada uma das reaes dos elementos anteriormente vistas.No entanto,usando tal procedimento, pode-se chegar a erros considerveis em certos casos.AtabelaB.1apresentaopodercalorficosuperioreinferiordealgunscombustveisslidos e lquidos, bem como suas composies elementares.AtabelaB.2apresentaparmetrosanlogosparagasespobrestpicos,obtidospelagaseificaodecarvovegetalemadeira.Nessecaso,sofornecidasascomposiesvolumtricas dos gases secos, em termos, de componentes bsicos.So apresentados tambmos poderes calorficos dos gases secos, valores calculados e no obtidos por ensaio.TABELA B.1Composio elementar e poder calorfico aproximados de alguns combustveis slidos e lquidosComb. leo a(BPF) (a)leo C(OC-4) (a)leo D(BTE) (a)leo E(a)leoDiesel (b)Querosene(b)CarvoMin. (c)CarvoMin. (c)Lenha Seca(d)C(%)CO H(%)MP O(%)ON S(%)EN N(%)TE H2O(%)SCinzas(%)84,811,1---4,0---traostraos85,412,3---2,3---traos---87,411,8---0,7---traostraos85,610,4---4,0---------86,013,1---0,9---------85,614,3---0,1---------41,53,18,41,20,8base seca45,052,33,79,60,50,9base seca32,550,26,343,1---0,06base seca0,38PCS(kJ/kg) (kcal/kg)41,940(10,020)44,330(10,590)43,870(10,480)42,070(10,050)45,460(10,860)46,510(11,110)16,700(3,990)21,120(5,045)15,910(3,800)PCI (kJ/kg) (kcal/kg)39,470(9,430)41,610(9,940)41,270(9,860)39,770(9,500)42,570(10,170)43,370(10,360)16,020(3,827)20,300(4,850)14,530(3,470)(a) Valores fornecidos pela Shell Brasil S.A. (Petrleo), obtidos dos certificados de qualidade da refinaria Relan. Anos de 1977.(b)Teores de carbono e hidrognio, bem como os poderes calorficos, estimados a partir dos teores de enxofre e densidade mdios, obtidosjunto a Shell Brasil S.A. (Petrleo), para leos provenientes da refinaria Relan. (c) Fonte: (2). (d) Fonte: (3)529TABELA B.2Composio volumtrica e poderes calorficos degases pobres secosCombustvelGs de carvo Vegetal(a)Gs deMadeira (b)Composio volumtrica dos gases secos (%)CO2O2COCH4H2N27,90,329,70,513,847,88,50,328,10,813,648,6PCS dos gases secos (kJ/kg)(PCS em kcal/kg)5690(1360)5610(1340)PCI dos gases secos (kJ/kg)(PCI em kcal/kg)5400(1290)5320(1270)(a)ValoresmdiosobtidosemensaiosrealizadosemgaseificadorinstaladonoIPT.Ogaseificadordotipoleitofixodescendentecomfluxoemcontracorrente,tendoarevapordgua como agente gaseificantes.(b)ValoresmdiosobtidosemensaiosrealizadospeloIPT,emgaseificadorinstaladoemindstriaparticular.Ogaseificadordotipoleitofixodescendente,comfluxosemcontracorrentes, tendo ar e vapor dgua como agentes gaseificantes.5310IV.Estequiometria da combustoQuando o oxignio consumido o necessrio e suficiente para queimar completamenteoselementoscombustveis,diz-sequeareaoestequiomtrica.Quandoaquantidadedeoxigniomaior,fala-seemexcessodeoxignio;emcasocontrrio,fala-seemfaltadeoxignio, situao na qual no se realiza a combusto completa, podendo formar-se CO e atpartculas de carbono, estas ltimas constituindo o que sedenomina fuligem.Como usualmente o oxignio retirado do ar atmosfrico, fala-se em excesso de ar oufaltadear,sendoesteconstitudobasicamentedeoxignio(O2)enitrognio(N2),naproporo indicada na Tabela B.3.Tabela B.3Composio aproximada do ar atmosfrico seco(a)Volume (%) Massa(%)Nitrognio 79 77Oxignio 21 23Densidade 1,293kg/Nm3(b)(a) O ar atmosfrico carrega consigo uma dada quantidade de unidade, que dependedascondiesatmosfricas,edeterminvelatravsdeconsultacartapsicromtrica; na falta de melhores dados, pode-se adotar a umidade =0,010 kg devapor dgua/kg ar seco que representa um valor mdio para a cidade de So Paulo.(b) O normal metro cbico (Nm3) identifica uma massa de gs com volume medidode1m3,estandoestenascondiesnormaisdetemperaturaepresso,ouseja,temperaturaabsolutade273,16K(0C)epressoabsolutade1,013x105Pa(760mmHg).Parasedeterminarovolumedamassadegsemoutrascondies,deve-se aplicar:V=370,84T/p: onde T = temperatura absoluta do ar em Kelvin (K) e, P = pressoabsoluta do ar em Pascal(Pa).Assim,paracada4,76unidadesdevolumedearconsumidosnacombusto,apenasuma (21% de oxignio) realmente participa das reaes sendo as restantes 3,76 constitudas denitrognio.Esse gs, por sua vez, sendo inerte, apenas contribui para abaixar a temperatura dechama na combusto.Apartirdasreaesbsicasdecombusto,possveldeterminaraquantidadedearconsumido, bem como a quantidade de gases gerados, em massa e em volume.NatabelaB.4soconsideradasasequaesbsicasparaumaqueimacompletaeestequiomtrica do carbono, do hidrognio e do enxofre.5411TABELA B.4Equaes bsicas de combustoC + O2 CO212kg33kg44kg12kg22,4Nm322,4Nm3Ar de combusto seco: 22,4/12 . 4,76 = 8,88Nm3/kg de C ou 8,88.1,293 = 11,48kg/kg de CH2 + 1/2O2 H2O2kg 16kg18kg2kg 11,2Nm3 22,4Nm3Ar de combusto seco: 11,2/2 . 4,76 = 26,7 Nm3/kg de H2ou 26,7 . 1,293 = 34,52 kg/kg de H2S + O2 SO232 kg32kg 64 kg32 kg22,4Nm322,4 Nm3Ar de combusto seco: 22,4/32 . 4,76 = 3,33 Nm3/kg de Sou 3,33 . 1,293 = 4,31 kg/kg de SConhecendo-seento,oscoeficientesassinaladosnatabelaB.4eacomposioelementardocombustvel,possvelobteraquantidadedearnecessriaparasuaestequiomtrica.NatabelaB.5soapresentadosalgunsvaloresderefernciademassasdearestequiomtrica para alguns combustveis.55TABELA B.5Ar e gases de combusto para queima estequiomtricaAR DE COMBUSTO(a)GASES DECOMBUSTO(b)kg/kg decombustvelNm3/kg decombustvelkg/kg decomb.Nm3/kgde comb.leo A(BPF)leo C(OC-4)leo D(BTE)leo Eleo DieselQueroseneGs de naftaGs pobre de carvovegetal (vide tabela B.2)PropanoGLPLenha seca (vide tabelaB.1)Carvo Mineral com32,5% de cinzas (videtabela B.1)13,814,314,313,714,614,97,61,215,815,76,17,010,811,111,110,711,411,66,00,9512,312,24,85,414,815,315,314,715,615,98,62,216,816,77,17,611,411,811,811,312,112,47,01,613,313,25,45,7(a) Ar atmosfrico mido com umidade =0,010kg de vapor dgua/kg de ar seco.(b) Gases de combusto midos.Na maioria das vezes, no entanto, a combusto se processa com excesso de ar.Define-se ento, o coeficiente de excesso de ar (c) como sendo:cmassa de ar utilizado-massa de ar estequiometricomassa de ar estequiometrico56tilaapresentaodealgumasfrmulasquepermitamoclculodosparmetrosanteriormente fornecidos, desde que se saiba a composio elementar do combustvel.Considere-seocasogeraldeumcombustvelqualquer,doqualconhecidaacomposio em massa:c: kg de carbono por kg de combustvelh: kg de hidrognio por kg de combustvelo: kg de oxignio por kg de combustvela: kg de gua (umidade) por kg de combustvels: kg de enxofre por kg de combustveln: kg de nitrognio por kg de combustvelAdmitindo-seacombustocompleta,atabelaB.6permiteadeterminaodevriosparmetros importantes.Osconceitosanteriormentevistos,soimportantesnamedidaemquepossibilitamaexecuo dos procedimentos a seguir apresentados:a) Balanos energticos: as quantidades de ar de combusto e de gases geradosso utilizados para a obteno do balano de massa, bem como do balano energtico,semosquaispraticamenteimpossvelaotimizaodomododeoperaodoequipamento estudado.b)Dimensionamentodeexaustoresetrocadores(recuperadores)decalor,quetem no conhecimento da vazo de gases um parmetro importante de projeto.c) Anlise de gases: com base no estudo das reaes qumicas possvel, tendoacomposiodocombustvel,avaliaracomposiovolumtricadosgasesdecombusto, seja esta estequiomtrica, com falta ou excesso de ar.Em sentido inverso,a anlise da composio dos produtos de combusto permite determinar como se deu acombusto, primeiro passo para a atuao nas variveis que a influenciam.5714TABELA B.6Parmetros de combustoPARMETRO SMBOLO FRMULA(a)Massa de O2 necessria combustoestequiomtricamO2mc h s oO23212 4 32 32 + +

_,

Massa de ar atmosfrico seconecessria combustoestequiomtricamar secomar seco=137,9c h s o12 4 32 32+ +

_,

Volume correspondente massa acima Var secoVar seco=106,6c h s o12 4 32 32+ +

_,

Massa de ar atmosfrico midonecessria combustoestequiomtricamar mar=mar seco(1+)Volume correspondente massa acima VarVar=Var seco + mar seco. .1,244Massa de CO2 formado, provenienteda combusto completa(b)mCO2mCO2=3,67CVolume correspondente massa acimaVCO2VCO2=1,867c=mCO2.0,509Massa de H2O formado, provenienteda combusto completa(c)mH O2mH O2=9h+a+mar seco. (1+e)Volume correspondente massa acimaVH O2VH O2=11,2h+1,244(a+mar seco.)= mH O2.1,244Massa de SO2 formado, proveniente dacombusto completa(b)mSO2mSO2=2SVolume correspondente massa acimaVSO2VSO2=0,7s=mSO2.0,35Massa total de gases secos,provenientes da combustoestequiomtricamgsm c s nc h s ogs + + + + +

_,

3 67 2 105 312 4 32 32, ,58BELA B.6Parmetros de combusto (continuao)PARMETRO SMBOLO FRMULA(a)Volume correspondente massaacimaVgsVc s, . c h s o n.gs + + + +

_, +';12 323 7612 4 32 32 2822,4Massa total de gases decombusto midos, provenientesda combusto estequiomtricamgu mgu=mgs+9h+a+mar seco.VolumecorrespondentemassaacimaVgu Vgu=Vgs+11,2h+1,244(a+mar seco.)Massa de gases de combustosecos, provenientes da combustocompleta com excesso de armgs'mgs=mgs+mar seco.eVolumecorrespondentemassaacimaVgs'Vgs=Vgs+Var.eMassa de gases de combustomidos, provenientes dacombusto completa com excessode armgu'mgu=mgu+mar.eVolumecorrespondentemassaacimaVgu'Vgu=Vgu+Var.eDeterminaodoPCIapartirdoPCSPCI PCI=PCS-(9H+a).2,454 (d)(a)Para as massas, as unidades so kg/kg de combustvel. Para os volumes, so Nm3/kgdecombustvel.(b) Independe do excesso de ar. (c) Com excesso de ar. (d)PCS e PCI em kJ/kg de combustvel a 20C e1 atm.V.Excesso de arO excesso de ar muito alto, abaixando a temperatura de chama, diminui sensivelmente atrocadecalorporradiao,diminuindoaeficinciadosequipamentos.Essaarazopelaqualoexcessodearsemprequepossvel,devesermantidoemnveismnimos,compatveiscom a exigncia de combusto completa.Uma exceo deve ser feita queles equipamentos onde, ou por razes de processo, oupor razes de material, deve ser admitida uma quantidade razovel de excesso de ar, de formaa se diminuir a temperatura de chama, ou dos produtos na cmara de combusto.Noscasosondesedesejaminimizaroexcessodear,aanlisedosprodutosdecombustoreveste-sedesingularimportncia,jque,comofoivistoanteriormente,podefornecer a qualidade da combusto.Dos aparelhos utilizados para tal fim, o mais conhecido oanalisadorOrsat,quepermitedeterminaracomposiovolumtricadosgasessecos,fornecendo os teores de CO2, CO, O2, SO2 e N2.59No entanto, quando a temperatura dos gases de chamin relativamente baixa (abaixode cerca de 500C),verifica-se,experimentalmente,queosteoresdeCOsomnimos,desdeque no haja a formao de fuligem.Essa ltima condio (aparecimento de fuligem) de fcilconstataovisual,normalmente,prontamentecorrigidapelooperador.Nessescasos,portanto no se costuma verificar o teor de CO, sendo determinado apenas o teor de CO2oude O2.AdeterminaodoteordeCO2,presentenosgasesdechamin,maissimplese,portanto, mais usual.Averificaoexatadograudeemissodefuligempodetambmserfeitamedianteautilizaodeinstrumentaosimples.Existemescalasdendicedefuligem(porexemploBacharach e Ringelman) que permitem acomparao com a amostra coletada.Admitidaacombustocompleta,aporcentagemdeCO2dosgasessecospodeserrelacionada com o excesso de ar, mediante a utilizao das frmulas abaixo:ecCOh n oc h s o+ + +