Processos Industriais - Automação - Aula 08

Máquinas Térmicas: São Sistemas Termodinâmicos que trocam calor e trabalho com o meio externo. Os Motores à combustão interna,por exemplo,recebem calor de uma fonte externa(combustível+ar) e transformam parte desse calor em trabalho mecânico. Ciclos de Combustão: Quando os cientistas buscavam aperfeiçoar suas máquinas, estes estabeleceram, que teriam que fugir da imagem do princípio de funcionamento da combustão externa, ou seja, das máquinas à vapor, alvo de inúmeros acidentes envolvendo seus protótipos de veículos de passeio. Portanto, definiram que suas máquinas obedeceriam tempos de funcionamento, para combustão de uma mistura numa câmara vedada, gerando energia mecânica, originada do aproveitamento de parte da energia térmica resultante dos tempos de funcionamento. Esse ciclo foi definido por Beau de Rochas e implementado com sucesso pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto em 1876, e posteriormente por Étienne Lenoir e Rudolf Diesel. Ciclo OTTO: 1ºtempo Admissão: A válvula se abre admitindo uma mistura de ar+combustível, pulverizando-o em forma gasosa. Nesse momento, o pistão está descendo. 2ºtempo Compressão: Ao subir, o pistão vem comprimindo a mistura contida na câmara de combustão, visando atingir o ponto máximo. Nesse instante, a mistura começa a aquecer, devido ao contato com as partes quentes do bloco do motor. 3ºtempo Combustão: No ponto máximo, ponto morto superior(PMS), essa mistura recebe uma descarga elétrica (centelha). O resultado desta reação termoquímica, é a geração de uma ação exotérmica, quando então a mistura libera calor, forçando o pistão para baixo (PMI) ponto morto inferior, com extrema força, movimentando o conjunto pistão/biela, que transmitem este movimento ao virabrequim, gerando assim, a energia mecânica. 4ºtempo Descarga: Nesse tempo, o pistão começa novamente a subir, expulsando os gases queimados, através da válvula de escape, completando dessa forma os quatro tempos de um motor à combustão. Motores de combustão interna também são popularmente chamados de motores a explosão. Esta denominação, apesar de freqüente, não é tecnicamente correta. De fato, o que ocorre no interior das câmaras de combustão não é uma explosão de gases. O que impulsiona os pistões é o aumento da pressão interna da câmara, decorrente da combustão. O que pode-se chamar de explosão é uma detonação dos gases, que deve ser evitada nos motores de combustão interna, a fim de proporcionar maior durabilidade dos mesmos e menores taxas de emissões de poluentes atmosféricos provenientes da dissociação de gás nitrogênio. Basta observar, por exemplo, os motores utilizados nas provas de "arrancada", onde o desgaste é intenso, devido à desproporção de mistura dos gases, conseguindo apenas uma média de 5 arrancadas por cada motor montado. Depois disso, vão direto para a retífica, para serem reconstruídos. Motores Diesel: Neste ciclo, os tempos funcionam de maneira semelhante ao ciclo Otto, a diferença entre eles, se dá apenas na Admissão(1ºtempo), onde este aspira somente ar, com ausência de combustível, que só será pulverizado na compressão(2ºtempo), onde o contato com o ar atmosférico comprimido e já aquecido(contato com as partes quentes do motor), resulta na combustão, devido à propriedade termodinâmica apresentada pelo óleo diesel. Essa diferença entre os combustíveis, confere ao ciclo Diesel, a propriedade de ser a máquina térmica que mais se aproxima do rendimento idealizado por Carnot. Temperatura de Trabalho: Uma importante característica dos motores, é a transformação gasosa ocorrida no interior das câmaras de combustão. Nos motores Diesel, o aumento de temperatura, resultante da combustão, situa-se entre 600°C e 800°C e a pressão resultante entre 65 a 130 Kgf/cm², respectivamente. Já no ciclo Otto, estando utilizando gasolina como combustível, a temperatura alcança uma variação entre 800° e 1000° e a pressão entre 60 e 80 Kgf/cm². Essa diferença no desempenho, mostra a superioridade alcançada nos motores Diesel, que com uma temperatura média de trabalho(menor que nos motores do Ciclo Otto),apresentam maior pressão interna nas câmaras de combustão. Consequentemente, apresentam maior rendimento funcional. Isso explica, o fato dos motores tradicionais(álcool/gasolina/gnv), terem suas temperaturas de trabalho aumentadas, nos últimos cinco anos, buscando melhorar a eficiência na queima dos combustíveis. Diferenças entre ciclo Real e Teórico: Existem vários fatores que diferenciam o funcionamento dos motores quando estes são expostos ao ciclo real, observe a seguir estas diferenças: a) Perdas por bombeamento: No ciclo teórico a aspiração e descarga são feitas à pressão constante, enquanto que no ciclo real isto não acontece. b) Perdas pela combustão não instantânea: No ciclo teórico, o calor é introduzido instantaneamente e a pressão constante, enquanto que no real isto não ocorre. c) Perdas pela dissociação do combustível: No ciclo teórico não existe dissociação do combustível, enquanto que no real ele se dissocia em elementos tais como CO2, H2, O ,CO e outros compostos, absorvendo calor(roubando energia). d) Perdas devido à abertura antecipada da válvula de descarga: Na teoria a abertura da válvula de descarga é considerada instantânea, enquanto que no real ela se abre antes do pistão atingir o PMI. e) Perdas de calor: Na teoria, as perdas de calor são nulas enquanto que no real elas são sensíveis, devido à necessidade de refrigeração dos cilindros(arrefecimento). Regimes de Funcionamento: Os Motores Diesel apresentam diferentes regimes de funcionamento: a) Diesel Lento: Trabalham a uma rotação de 400 a 800 RPM. Grandes e robustos, são empregados em navios e grandes sistemas de acionamento. b) Diesel Normal: Trabalham com rotações que variam de 800 a 2000 RPM. Geralmente empregados como estacionários, para acionamento de geradores de energia elétrica. c) Diesel Veloz: Apresentam rotações maiores que 2000 RPM. São estes motores que atualmente estão sendo utilizados nos veículos de passeio.

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