Disciplina:
Máquinas de Combustão InternaAula 02:
Conceito e Histórico
Departamento: Engenharia
Professor: João Loureiro
2.1 Histórico
2.2 Principais ciclos
2.3 Conceito básico
2.4 Classificação
2.4.1 MCE - Motores de Combustão Externa
2.4.2 MCI - Motores de Combustão Interna - Ciclos
Máquinas de Combustão Interna
2.1 Histórico;
No século XVIII apareceram os primeiros motores a
combustão externa e o combustível utilizado era a
lenha, naquela época abundante e de baixo custo.
Estes motores a vapor eram geralmente utilizados em
máquinas estacionárias.
No século XIX apareceram os primeiros motores a
combustão interna. Nestes, o combustível é
queimado dentro do próprio motor e seu aparecimento
provocou um rápido desenvolvimento mecânico.
Aula 02: Conceito e Histórico2
Máquinas de Combustão Interna
2.1 Histórico;
Os motores de combustão interna levaram vantagem
sobre as máquinas a vapor pelas seguintes
características:
Menor custo por cavalo vapor,
Maior eficiência,
Menor peso por cavalo vapor,
Funcionamento inicial rápido
Possibilidade de adaptação a diversos tipos de
máquinas.
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Máquinas de Combustão Interna
2.1 Histórico;
Os motores de combustão externa também evoluíram
em termos de eficiência, nas aplicações estacionárias,
na medida em que:
O vapor seja gerado por caldeiras mais eficientes
A energia térmica seja convertida em energia
mecânica em equipamentos tambem mais eficientes
como as turbinas, destacando:
Turbo geradores,
Turbo máquinas.
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Máquinas de Combustão Interna
2.1 Histórico;
Escala de tempo:
Em 1860 o mecânico alemão Lenoir construiu o
primeiro motor a combustão interna, e tinha a
potência de 1 cv, trabalhando com gás de iluminação
e ignição “eletrodo” incandescente contínuo.
Em 1861, Otto e Langen, baseando-se na máquina
de Lenoir, construíram um motor que comprimia a
mistura de ar e gás de iluminação, com ignição feita
por uma centelha elétrica intermitente e sincronizada.
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Máquinas de Combustão Interna
2.1 Histórico;
Escala de tempo:
Em 1862, o engenheiro francês Beau de Rochas
publicou estudos teóricos e estabeleceu alguns
princípios termodinâmicos baseado no motor de
Otto. Este, por sua vez, baseado no estudo de
Rochas, desenvolveu um motor: o motor de ciclo
Otto apresentado em 1872.
Estes motores usavam como combustível o gás de
carvão ou o gasogênio, com ignição feita por
centelha elétrica.
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Máquinas de Combustão Interna
2.1 Histórico;
Escala de tempo:
Em 1889, fez-se a primeira aplicação do motor de
ciclo Otto em veículos, utilizando-se como
combustível a gasolina.
Em 1893, o engenheiro alemão Rudolf Diesel
descreveu um novo motor, no qual a ignição da
mistura ar mais combustível era feita por
compressão. Este motor, que Diesel denominou
“motor térmico racional”, acabou ficando conhecido
como motor Diesel.
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Máquinas de Combustão Interna
2.2 Principais ciclos:
Os motores modernos são derivados dos construídos
por Otto e Diesel e as características básicas dos
mesmos são as seguintes:
a) Motores de ciclo Otto: utilizam combustível de
baixa volatilidade, como a gasolina e o álcool. Para
ignição necessitam de centelha produzida pelo
sistema elétrico.
b) Motores de ciclo Diesel: utilizam como combustível
prferencial o óleo diesel. A inflamação do
combustível injetado sob pressão na câmara de
combustão ocorre pela compressão de ar e
consequente elevação da temperatura.
Aula 02: Conceito e Histórico8
Máquinas de Combustão Interna
2.3 Conceito básico:
Conversão de:
Energia térmica
em
Energia mecânica
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Máquinas de Combustão Interna
2.4 Classificação:
MCE – Motores de Combustão Externa
MCI – Motores de Combustão Interna
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Máquinas de Combustão Interna
2.4.1 MCE - Motores de Combustão Externa;
Conceito:
Motor de combustão externa é uma máquina
térmica composta por dois sistemas:
O primeiro transforma a energia proveniente da
queima de um combustível para gerar energia
térmica, sob a forma de vapor.
O segundo converte esta energia térmica em
energia mecânica”.
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Máquinas de Combustão Interna
2.4.1 MCE - Motores de Combustão Externa;
Desenvolvimento:
Os primeiros motores a combustão externa
apareceram no século XVIII e o combustível
utilizado era a lenha, naquela época abundante e de
baixo custo. Estes motores a vapor eram
geralmente utilizados em máquinas estacionárias.
Ver ilustração no próximo slide:
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Máquinas de Combustão Interna
2.4.1 MCE - Motores de Combustão Externa;
Ilustração:
Aula 02: Conceito e Histórico13
Sistema 01
Sistema 01 Sistema 02
Máquinas de Combustão Interna
2.4.2 MCI - Motores de Combustão Interna;
Conceito:
“Motor de combustão interna é uma máquina
térmica que transforma a energia proveniente de
uma reação química em energia mecânica”.
O processo de conversão se dá através de ciclos
termodinâmicos que envolvem expansão,
compressão e mudança de temperatura de
gases.
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Máquinas de Combustão Interna
2.4.2 MCI - Motores de Combustão Interna;
Características:
Os motores a combustão interna são aqueles em
que o combustível é queimado internamente.
Um mecanismo constituído por pistão, biela e
virabrequim é que transforma a energia térmica
(calorífica) em energia mecânica.
O movimento alternativo (vai e vem) do pistão
dentro do cilindro é transformado em movimento
rotativo através da biela e do virabrequim.
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Máquinas de Combustão Interna
MCI - Exemplo (motor 4 tempos):
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1º Admissão2º Compressão
3º Explosão4º Exaustão
Máquinas de Combustão Interna
2.4.2 MCI - Motores de Combustão Interna;
Ciclos:
O processo de conversão se dá através de ciclos
termodinâmicos que envolvem expansão,
compressão e mudança de temperatura de gases.
Ciclos Termodinâmicos:
Ciclo motor de Otto
Ciclo motor de Diesel
Ciclo Brayton
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Máquinas de Combustão Interna
Aula 02: Conceito e Histórico – Ciclo Otto18
AB - Processo de Compressão Adiabática;
BC - Processo de Aquecimento Isométrico de Calor;
CD - Processo de Expansão Adiabática;
DA - Processo de Rejeição Isométrica de Calor;
1º Tempo:
OA – Admissão
2º Tempo:
AB - Compressão
3º Tempo:
BC – Explosão
CD – Expansão
4º Tempo:
DA – Descarga
AO - Exaustão
Máquinas de Combustão Interna
Aula 02: Conceito e Histórico19
Máquinas de Combustão Interna
Diesel
Aula 02: Conceito e Histórico20
TRANSFORM. DO CICLO: Constantes:
1 – 2 Compressão (Adiabática) calor
2 – 3 Injeção (Isobárica) Pressão
3 – 4 Expansão (Adiabática) Calor
4 – 1 Escape (Isocórica) Volume
SEM TRANSFORMAÇÃO:
1 – B Exaustão de gases de combustão
B – 1 Admissão de ar
PMS Ponto Morto Superior
PMI Ponto Morto Inferior
VA Válvula de Admissão
VE Válvula de Escape
Trabalho
Máquinas de Combustão Interna
2.4.2 MCI - Ciclo Diesel:
Aula 02: Conceito e Histórico21
Máquinas de Combustão Interna
2.4.3 MCI - Ciclo Brayton – Combustão Interna: Esquema
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Máquinas de Combustão Interna
2.4.3 MCI - Ciclo Brayton – Combustão Interna: Diagrama
Aula 02: Conceito e Histórico23
Etapas do Ciclo:
1 – 2 o ar em condição ambiente
passa pelo compressor, onde ocorre
compressão adiabática e isentrópica,
com aumento de temperatura e
consequente aumento de entalpia
2 – 3 Comprimido, o ar é direcionado
às câmaras, onde mistura-se com o
combustível possibilitando queima e
aquecimento, à pressão constante
3 – 4 Ao sair da câmara de
combustão, os gases, à alta pressão e
temperatura, se expandem conforme
passam pela turbina, idealmente sem
variação de entropia
4 – 1 esta etapa representa a
transferência de calor do fluido para o
ambiente
Máquinas de Combustão Interna
2.4.3 MCI - Ciclo Brayton – Combustão Interna: Exemplo
Aula 02: Conceito e Histórico24
Máquinas de Combustão Interna
2.4.3 MCI - Ciclo Brayton – Combustão Interna: Exemplo
Aula 02: Conceito e Histórico25
Máquinas de Combustão Interna
2.4.4 MCE - Ciclo Brayton – Combustão Interna: Esquema
Aula 02: Conceito e Histórico26
Máquinas de Combustão Interna
2.4.4 MCE - Ciclo Brayton – Combustão Interna: Esquema
Aula 02: Conceito e Histórico27
Máquinas de Combustão Interna
2.4.4 MCE - Ciclo Brayton – Combustão Interna: Diagrama
Aula 02: Conceito e Histórico28
Máquinas de Combustão Interna
2.4.4 MCE - Ciclo Brayton – Combustão Interna: Exemplo
Aula 02: Conceito e Histórico29
Máquinas de Combustão Interna
2.4.4 MCE - Ciclo Brayton – Combustão Interna: Exemplo
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