escola superior nÁutica infante d. henrique tecnologia marÍtima capítulo iv – instalações de...
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ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUEINFANTE D. HENRIQUE
TECNOLOGIA MARÍTIMATECNOLOGIA MARÍTIMA
Capítulo IV – Instalações de Capítulo IV – Instalações de Motores DieselMotores Diesel
ENIDH – 2013/2014ENIDH – 2013/2014
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Motores Diesel
SumárioMáquinas alternativas de combustão
internaComponentes principaisParâmetros e definiçõesMotores a 4 e 2 tempos (gasolina,
diesel)Alimentação de combustívelRegulação de velocidadeCircuitos auxiliares
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Motores Diesel
Máquinas alternativas de combustão internaMotores de explosão (2 e 4 tempos)Motores Diesel (2 e 4 tempos)Motores marítimos: por razões de
segurança e de economia, hoje em dia apenas se utilizam motores diesel a dois e quatro tempos
Estes motores permitem satisfazer as necessidades de produção de energia dos navios mercantes
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Motores DieselMáquinas alternativas de combustão
internaA utilização dos motores de explosão
(ou a gasolina) a bordo dos navios, é restringida por questões de segurança
A Convenção para a Salvaguarda da Vida Humana no Mar – SOLAS (Safety of Life at Sea) impede a utilização de combustíveis com pontos de inflamação (flash point) inferiores a 65ºC (caso da gasolina)
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Motores Diesel
Retrospectiva histórica
Rudolf Diesel Patente (1893)
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Motores Diesel
Primeiro motor Diesel (1897)1 cilindro, 4 temposArrefecido a água
Injecção de combustível por ar comprimido
Potência: 14.7 kW (20 HP)
Veloc. Rotação: 172 rpm
Cilindrada: 19.6 litrosDiâmetro êmbolo: 250
mm Curso: 400 mm
Rendimento: 26.8%
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Motores DieselAplicação de motores diesel na
marinha mercante de longo cursoO navio mercante dinamarquês de
longo curso Selandia de 6,700 dwt, foi o primeiro a utilizar propulsão através de motores Diesel
Foi construído em 1911 nos estaleiros da Burmeister & Wain em Copenhaga
A propulsão era assegurada por dois motores Diesel a 4 tempos de 1250 hp cada
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Motores Diesel
Primeiro navio mercante de longo curso com propulsão a diesel (Selandia, 1911)
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Motores Diesel
Motor diesel do navio Selandia (1911)
Potência: 1250 hp
Velocidade de rotação:
140 rpm
Construtor: Burmeister
& Wain
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Motores DieselInstalação propulsora a motor
dieselActualmente, nos navios de carga de
grande porte em que são requeridas elevadas potências, utiliza-se geralmente o sistema de propulsão directa através de motores diesel lentos a dois tempos, com regimes de funcionamento de 70 a 200 rpm
Em geral, estes motores aumentam a sua velocidade de rotação à medida que as potências diminuem
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Turbinas a vapor e gásTurbinas a vapor e gásInstalação propulsora a motor
Diesel
Características técnicas da instalação propulsora
diesel de um navio-tanque
VLCC
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Motores Diesel
Instalação propulsora a motor dieselNos navios de média dimensão e
também nos navios de pesca, devido aos seus próprios condicionalismos (espaço disponível na casa da máquina), a propulsão efectua-se normalmente através de motores diesel a 4 tempos de média velocidade
Estes motores operam geralmente entre 200 e 600 rpm
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Motores DieselInstalação propulsora a motor
diesel
Características técnicas da
instalação propulsora
diesel de um ferry
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Motores DieselInstalação propulsora a motor diesel
As embarcações do tipo “HIDROFOIL” e “HOVERCRAFT”, que são navios ligeiros de alta velocidade, utilizam em geral motores diesel rápidos a 4 tempos (mais de 600 rpm) para a propulsão
Estes motores são também utilizados em funções auxiliares nos navios mercantes para a produção de energia eléctrica (grupos diesel-geradores)
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Motores DieselInstalação propulsora a motor
diesel
Características técnicas da
instalação propulsora
diesel de um “hidrofoil”
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Motores Diesel
Motor diesel
marítimo a 2 tempos
(baixa rotação)
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Motores Diesel
Motor de combustão interna de explosão rotativo (Wankel)
Motor de combustão interna rotativo
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Motores Diesel Componentes principais de um
motor BASE (BEDPLATE)
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Motores Diesel ESTRUTURA (ENGINE FRAME)
Motor a 4 tempos – cilindros em V
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Motores Diesel Componentes principais
Elementos de um motor diesel a 2 tempos:
- Estrutura
- Coluna
- Bloco de cilindros
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Motores Diesel CAMISAS (LINERS)
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Motores Diesel Bloco de camisas do motor
(cylinder jackets)
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Motores Diesel VEIO DE MANIVELAS
(CRANKSHAFT)
Volante
Virador
Moente da manivela
Moente de apoio
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Motores Diesel Componentes principais
VOLANTE (FLYWHEEL) Disco com elevado momento de
inércia utilizado para armazenar energia de rotação
Permite que o veio de manivelas mantenha uma velocidade angular constante, quando lhe é aplicado um binário flutuante (caso dos motores alternativos de combustão interna)
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Motores Diesel Componentes principais
VOLANTE (FLYWHEEL) O volante serve também para
absorver vibrações e manter estável (ou seja evitar oscilações) a marcha do motor em funcionamento lento
Em certos motores (rápidos), podem utilizar-se dois volantes de modo a diminui o seu tamanho
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Motores Diesel Componentes principais
VOLANTE (FLYWHEEL)
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Motores Diesel ÊMBOLOS (PISTONS)
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Motores Diesel ÊMBOLOS (PISTONS)
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Motores Diesel Componentes principais
TIRANTE (CONNECTING ROD)
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Motores Diesel Componente
s principais TIRANTE,
HASTE E CRUZETA (CONNECTING ROD, PISTON ROD AND CROSSHEAD)
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Motores Diesel Componentes principais
CRUZETA
TIRANTE
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Motores Diesel Componente
s principais VÁLVULAS
(VALVES)
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Motores Diesel Componentes principais
CABEÇA DO MOTOR (ENGINE HEAD)
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Motores Diesel
Veio de ressaltos (CAMSHAFT) Nos motores a 4 tempos, o veio de
ressaltos roda com um velocidade de rotação que é metade da do veio de manivelas
Nos motores a 2 tempos, o veio de ressaltos roda com a mesma velocidade de rotação do veio de manivelas
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Motores Diesel Distribuição (accion. das
válvulas) O veio de ressaltos
acciona as válvulas
através de tacos de
impulso e balanceiros
Accionamento do veio de
ressaltos através de corrente
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Motores Diesel Distribuição (accion. das
válvulas)
Accionamento do veio de ressaltos
através de rodas
dentadas (timing gears)
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Motores Diesel Abertura das válvulas
Accionamento directo das
válvulas através de dois
veios de ressaltos - motores
rápidos a 4 tempos (DOHC – Double Over
Head Cam)
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Motores Diesel Abertura das válvulas (Mot. 4
tempos) É efectuada através do veio de
ressaltos A recuperação (fecho) e efectuada
através de molas
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Motores Diesel Accionamento hidráulico das
válvulas Válvula de evacuação com
abertura por acção hidráulica e
recuperação (fecho) por ar comprimido
(motor diesel marítimo lento a
2 tempos)
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Motores Diesel Motor diesel marítimo a dois
tempos
Motor a 2 tempos com accionamento hidráulico das válvulas
de evacuação
(MAN-B&W)
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Motores Diesel
Parâmetros e definições DIÂMETRO (D) - Refere‑se ao
diâmetro interior do cilindro PONTOS MORTOS (PM) - São as
posições extremas que o êmbolo pode ocupar durante o seu movimento no interior do cilindro
É nessas posições que inverte o sentido do seu movimento rectilíneo e consequentemente a sua velocidade se anula
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Motores Diesel
Parâmetros e definições PONTO MORTO SUPERIOR (PMS) - É
a posição mais próxima da cabeça do cilindro, que o êmbolo pode ocupar, durante o seu movimento
PONTO MORTO INFERIOR (PMI) - É a posição mais afastada da cabeça do cilindro, que o êmbolo pode ocupar, durante o seu movimento
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Motores Diesel Parâmetros e definições
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Motores Diesel Parâmetros e definições
CURSO OU PASSEIO (L) - É a distância percorrida pelo êmbolo quando se desloca de um ponto para o outro
Dado que cada deslocamento do êmbolo de um ponto morto para o outro implica meia rotação do veio de manivelas, é óbvio que o curso é igual ao dobro do raio da manivela, ou seja:
L = 2.r em que r representa o raio da manivela
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Motores Diesel
Parâmetros e definições CÂMARA DE COMPRESSÃO OU
CÂMARA DE COMBUSTÃO (Vc) - É o volume compreendido entre a cabeça do cilindro e a cabeça do êmbolo, quando este se encontra no PMS
A distância entre o topo superior do êmbolo e a superfície interna da cabeça é designada por “liberdade do êmbolo”
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Motores Diesel Parâmetros e definições
VOLUME DESLOCADO PELO ÊMBOLO - É o volume deslocado, varrido ou gerado pelo êmbolo quando se desloca do PMS para o PMI
Este parâmetro (Vd), pode ainda ter as seguintes designações: volume varrido pelo êmbolo volume gerado pelo êmbolo cilindrada unitária embolada
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Motores Diesel
Parâmetros e definições VOLUME DESLOCADO PELO ÊMBOLO
(Vd) - O seu valor é obtido através da seguinte expressão:
LD
Vd 4
2
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Motores Diesel
Parâmetros e definições CILINDRADA TOTAL (Vt) - É o volume
correspondente ao produto do número de cilindros do motor pela cilindrada unitária, ou seja: Vt = Vd . i em que i é o número total de cilindros
VOLUME TOTAL DO CILINDRO (Va) - É o volume do cilindro correspondente à soma do volume da câmara de combustão com o volume deslocado pelo êmbolo (Va = Vc + Vd)
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Motores Diesel
Parâmetros e definições RELAÇÃO DE COMPRESSÃO OU
RELAÇÃO VOLUMÉTRICA – É a relação entre o volume total do cilindro e o volume de câmara de combustão, ou seja:
Vc
Vd1
Vc
VdVc
Vc
Va
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Motores Diesel
Parâmetros e definições Deve notar-se que quanto maior for
a relação de compressão ou relação volumétrica de um motor, maior será o seu rendimento
Fluido operante, fluido motor ou fluido de trabalho – Mistura ar/combustível que evolui no interior dos cilindros do motor
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Motores Diesel Parâmetros e definições
CICLO DE FUNCIONAMENTO – Define‑se como sendo a série de transformações químicas e físicas a que o fluido motor é submetido quando da sua passagem através do motor, as quais se repetem segundo uma lei periódica
DIAGRAMAS – São representações gráficas apropriadas que nos permitem exprimir através de uma curva, as variações de uma grandeza em função de uma outra (Ex: P em função de V)
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Motores Diesel
Parâmetros e definições DIAGRAMAS - É possível
representar as variações de pressão de um fluido gasoso contido num cilindro, em função do seu volume
Quando o ar é comprimido através de um êmbolo, a pressão e a temperatura aumentam em simultâneo à medida que se processa a diminuição do volume
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Motores Diesel
Parâmetros e definições Evolução de um fluido no interior do
cilindro
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Motores Diesel
Classificação das máquinas de combustão interna
Motor de explosão (Otto) - A mistura ar-combustível é admitida no motor que a comprime
A mistura inflama-se devido à acção de um arco eléctrico (faísca produzida por uma vela)
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Motores Diesel
Classificação das máquinas de combustão interna
Motor diesel - o ar é comprimido no cilindro e apenas quando o êmbolo se encontra perto do PMS (ponto morto superior) é que o combustível é injectado no seio do ar comprimido
A temperatura a que o ar se encontra é responsável pela inflamação expontânea da mistura ar-combustível
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Motores Diesel
Classificação das máquinas de combustão interna
A relação de compressão de um motor de explosão é de 6:1 a 12:1, enquanto que num motor diesel a relação vai de 14:1 até 25:1 (valores indicativos)
Em geral, pode dizer-se que quanto maior for a relação de compressão do motor diesel, maior será a sua eficiência
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Motores Diesel Ciclo a volume constante
Nos motores de explosão mais antigos, a entrada da mistura ar/combustível é efectuada no colector de admissão através de um dispositivo designado por carburador, no qual é efectuada a mistura
Actualmente, utiliza-se um sistema que injecta o combustível no colector de admissão (injecção indirecta) ou directamente no interior do cilindro (injecção directa)
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Motores Diesel Ciclo a volume constante
O seu ciclo de funcionamento baseia-se num ciclo teórico segundo o qual a combustão realiza-se instantaneamente
Deste modo, verifica‑se um aumento brusco de pressão da massa gasosa contida no cilindro sem variação de volume
Este ciclo teórico foi inventado em 1862 por Beau de Rochas e experimentado pela primeira vez em 1878 por Nikolaus Otto
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Motores Diesel Ciclo a volume constante
O diagrama a seguir indicado representa o ciclo termodinâmico e não um ciclo mecânico
Permite a sua análise e a determinação do resultado de certos efeitos sem ter que entrar nos detalhes e na complexidade inerente a um motor real
O desenvolvimento do ciclo termodinâ-mico pressupõe que sejam assumidas determinadas simplificações
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Motores Diesel Simplificações na análise dos ciclos
O fluido de trabalho é o ar e que possui massa constante
Isto significa que o ar nunca abandona o cilindro, nele permanecendo durante todo o ciclo
Considera-se que, em lugar de existir a combustão de um combustível, verifica-se um processo de adição de calor e que em vez de haver um processo de evacuação, o calor é rejeitado do cilindro
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Motores Diesel Ciclo a volume constante (ciclo
Otto)
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Motores Diesel
Ciclo a pressão constante (Diesel)
O seu ciclo de funcionamento baseia-se num ciclo teórico, segundo o qual, a combustão se efectua gradualmente, mantendo‑se constante a pressão
São por vezes designadas por “Máquinas de Combustão Gradual ou de Combustão Lenta”
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Motores Diesel Diagrama do ciclo teórico a
pressão constante (Diesel)
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Motores Diesel
Diagrama do ciclo teórico a pressão constante (diesel)
A área a tracejado, limitada pelas linhas correspondentes às transformações corresponde ao trabalho útil produzido
Para cada rotação do veio de manivelas, dá-se um ciclo completo
A determinação do trabalho útil (W), é importante para o conhecimento do comportamento do ciclo
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Motores Diesel Pressão média efectiva (pme /
mep)
A área a tracejado, limitada pelas
linhas correspondentes
às transformações, corresponde ao trabalho útil (W) produzido pelo
ciclo
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Motores Diesel Pressão média efectiva (pme)
A área rectangular possui um compri-mento igual a Vd = V1 – V2, e uma altura igual à pressão média efectiva (pme). O trabalho W é igual em ambas as formas representadas
Da análise do gráfico, conclui-se que:
Vd
Wpme
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Motores Diesel
Pressão média efectiva A pressão média ou mep (mean
effective pressure), é um parâmetro muito importante para caracterizar o desempenho de motores
Permite comparar o desempenho de dois motores com cilindradas diferentes
A pme tem vindo a aumentar, devido nomeadamente à introdução da sobrealimentação nos motores
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Motores Diesel
Pressão média efectiva No caso dos motores diesel, os
valores mais usuais são os seguintes:
Motor diesel a 4 tempos (atmosférico) : 8 a 10 bar
Motor diesel a 4 tempos (sobrealimentado) : 20 a 23 bar
Motor diesel a 2 tempos (sobrealimentado): 18 a 22 bar
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Motores Diesel
Ciclo teórico misto Tendo em conta as simplificações
assumidas anteriormente, o diagrama P-V de um motor não corresponde exactamente ao diagrama anteriormente analisado, devido fundamentalmente à “adição” de calor (injecção) antes e após o PMS.
A adição de calor ocorre tanto a volume constante como a pressão constante
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Motores Diesel
Diagrama do ciclo teórico misto
Adição de calor a volume constante (2-3) e pressão constante (3-
4)
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Motores Diesel Ciclo real
Comparação entre o ciclo teórico misto
(a tracejado) e real (a
vermelho) de um motor
Diesel
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Motores Diesel Classificação quanto ao número de
cilindros Monocilíndricos ou policilíndricos O número de cilindros que equipam os
motores é função de: Dimensões dos locais onde são instalados; Custo comparativo para a mesma potência; Facilidade de acesso aos diferentes órgãos
para efeitos de reparação, manutenção, etc; Assistência em mão-de-obra especializada e
sobressalentes.
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Motores Diesel
Classificação quanto à arquitectura do motor
Motor com cilindros em linha
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Motores Diesel Outras arquitecturas de motores
Motores em V e de cilindros opostos
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Motores Diesel
Velocidade de funcionamento Máquinas lentas ou de baixa rotação
(até 250 rpm) Máquinas de média rotação (250 a
800 rpm) Máquinas de alta rotação (800 a
1500 rpm) Máquinas de altíssima rotação (mais
de 1500 rpm)
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Motores Diesel
Classificação quanto ao combustível utilizado pelo motor
Motores a gasolina e a petróleo Motores a gás Motores a óleos pesados Motores “dual-fuel” Motores “bi-fuel” Motores “multi-fuel” (Ex: tri-fuel)
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Motores Diesel Classificação quanto à relação de
compressão do motor Motores de baixa compressão – são
os motores de explosão em que a relação de compressão varia normalmente entre 6 e 10 podendo no entanto em casos especiais como é o caso dos motores destinados à competição atingir valores mais elevados (Ex: 14)
Motores de alta compressão – são os motores diesel nos quais a relação de compressão varia entre 14 e 25
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Motores Diesel Funcionamento do motor a 4
tempos O ciclo a quatro tempos (4 T) é um
ciclo mecânico em que se verificam duas rotações completas do veio de manivelas por cada ciclo de trabalho
Numa rotação verifica-se a admissão e a compressão, enquanto na outra se verificam as fases de expansão (trabalho) e de evacuação
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Motores Diesel Funcionamento do motor a 4
tempos O ciclo completo de um motor de
explosão a quatro tempos, compreende:
Admissão da mistura ar+combustível Compressão da mistura Ignição do combustível, imediatamente
seguida da sua combustão e consequente expansão dos gases queimados
Evacuação dos gases da combustão
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Motores Diesel Funcionamento do motor a 4
tempos O ciclo completo de um motor diesel
a quatro tempos, compreende: Admissão do ar Compressão do ar Injecção do combustível,
imediatamen-te seguida da sua combustão e consequente expansão dos gases queimados
Evacuação dos gases da combustão
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Motores Diesel
Funcionamento do motor a 4 tempos (explosão)
1 – Admissão
2 - Compressão
3 – Expansão
4 - Evacuação
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Motores Diesel
Funcionamento do motor a 4 T- diesel
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Motores Diesel Diagrama de funcionamento do
motor a 4 tempos
Período de cruzamento de
válvulas: válv. de admissão e evacuação
abertas em simultâneo (melhora a remoção dos gases da
combustão)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 84
Motores Diesel Funcionamento do motor a 2
tempos (Diesel) Este ciclo de funcionamento
completa-se em apenas uma volta completa do veio de manivelas, ou seja, em dois cursos do êmbolo
Os motores a 2 tempos realizam, portanto, as mesmas fases dos motores que funcionam a quatro tempos, em apenas uma volta completa do veio de manivelas
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 85
Motores Diesel
Funcionamento do motor a 2 tempos (Diesel)
Nestes motores, não existe uma separação nítida entre os cursos de admissão e evacuação
Assim, é necessário utilizar outros métodos para remover os gases queimados e encher os cilindros com ar fresco
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Motores Diesel
Funcionamento do motor a 2 tempos (Diesel)
O ar utilizado para a limpeza dos gases e enchimento dos cilindros é designado por ar de lavagem
É geralmente, fornecido por uma bomba ou compressor accionados mecanicamente através do próprio motor ou através da energia cinética dos gases de evacuação (sobrealimentador)
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Motores Diesel Funcionamento do motor Diesel
a 2 tempos (janelas de admissão/evac.)
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Motores Diesel Funcionamento do motor Diesel
a 2 tempos (com válvula de evacuação)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 89
Motores Diesel
Funcionamento do motor a 2 tempos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 90
Motores Diesel Ciclo do motor diesel a dois
tempos
Válvula de evacuação e janelas
de admissão
abertas em simultâneo (Lavagem
do cilindro)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 91
Motores Diesel
Lavagem dos cilindros nos motores diesel a dois tempos
Nos motores diesel marítimos antigos a 2 tempos, utilizava-se o sistema de lavagem transversal e em laço através de janelas existentes nas camisas
Actualmente apenas se fabricam motores diesel marítimos a dois tempos com sistema de lavagem longitudinal (utilizam válvulas de evacuação)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 92
Motores Diesel
Lavagem dos cilindros nos motores diesel a dois tempos
Lavagem longitudinal - Este tipo de lavagem também designada lavagem equicorrente, unifluxo e unidireccional é o único que se utiliza nos modernos motores diesel marítimos a dois tempos (motores com elevada relação L/D), por ser aquele que permite atingir um melhor desempenho
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Motores Diesel Lavagem dos cilindros nos
motores diesel
A sobrealimentação
permite aumentar a eficiência da lavagem dos
cilindros – melhora o
rendimento
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 94
Motores Diesel Características do motor a 2
tempos Nas instalações de grande dimensão,
os motores de dois tempos possuem uma potência cerca de 1,8 vezes superior aos motores de quatro tempos de peso idêntico.
Nos motores mais pequenos (ex: motores de camiões) esta diferença diminui e a potência efectiva para motores de dimensões semelhantes é sensivelmente idêntica nos motores de dois e quatro tempos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 95
Motores Diesel Características do motor a 2
tempos As baixas velocidades de rotação –
abaixo de 100 rpm – dos grandes motores diesel utilizados na propulsão marítima, têm as seguintes principais vantagens:
Permitem a utilização eficiente de combustíveis pesados (HFO - Heavy Fuel Oil) com a consequente redução de custos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 96
Motores Diesel Características do motor a 2 tempos
Podem ser acoplados directamente ao veio do hélice, eliminando a necessidade de utilização de caixas redutoras
Evitam-se assim elevadas rotações do hélice, que teriam baixa eficiência devido ao fenómeno da cavitação
Possuem uma arquitectura mais simples, dado que não utilizam válvulas de admissão o que reduz a possibilidade de ocorrência de avarias
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 97
Motores Diesel Motores atmosféricos ou de
aspiração natural São motores nos quais o ar é
introduzido nos cilindros apenas devido à depressão provocada pelo deslocamento dos êmbolos no interior daqueles (motores a 4 tempos)
Motores nos quais o ar é introduzido devido à acção desenvolvida pelas bombas de ar de lavagem (motores a 2 tempos)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 98
Motores Diesel
Motores atmosféricos ou de aspiração natural
A designação de motores atmosféricos pode induzir em erro, uma vez que nos motores a 4 tempos, a pressão do ar que entra nos cilindros é inferior à pressão atmosférica
Isto deve-se ao facto de os êmbolos ao aspirarem o ar provocarem uma depressão no colector de aspiração
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 99
Motores Diesel Motores sobrealimentados
(supercharged engines) Nos motores sobrealimentados, o
peso do ar introduzido nos cilindros por cada ciclo de funcionamento é superior ao que seria introduzido se o motor fosse de aspiração natural
Esta característica permite aumentar a potência específica do motor, devido ao facto de poder queimar-se mais combustível por ciclo
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM 100
Motores Diesel
Motores sobrealimentados Estes motores dispõem para o
efeito de sobrealimentadores (também designados por turbocompressores)
Estes aspiram o ar do exterior e em seguida comprimem-no para um colector ligado aos cilindros por forma a ser introduzido no seu interior, na altura oportuna, a uma pressão superior à que se verificaria no caso da aspiração atmosférica
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Motores Diesel
Motores sobrealimentados Os gases de evacuação do motor
são canalizados para o sobrealimentador, actuando sobre a roda da turbina, onde a sua energia cinética é convertida em movimento de rotação da turbina.
A turbina encontra-se montada num veio a que também se encontra ligada a roda do compressor de ar
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Motores Diesel Motores sobrealimentados
O compressor aspira o ar do exterior e comprime-o para a admissão do motor
Para aumentar a massa específica do ar de admissão, utilza-se geralmente um refrigerador de ar (Intercooler)
Este permutador é colocado entre a saída do compressor e o colector de admissão do motor
Utiliza-se com fluido de arrefecimento o ar ou a água
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Motores Diesel
Motor Diesel sobrealimentado
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Motores Diesel
Aspecto típico de um sobrealimentador
Compressor
Turbina de gases
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Motores Diesel Esquema de motor
sobrealimentadoColector
de evacuação
Refrigerador de ar de lavagem
Colector de ar de
lavagem
Sobrealimentador
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Motores Diesel Sobrealimentador de um motor
Diesel marítimo a dois tempos
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Motores Diesel Sobrealimentador auxiliar
eléctrico
Utiliza-se quando o
motor estiver a funcionar a baixa rotação
(Ex: em manobras)
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Motores Diesel Motor atmosférico vs
sobrealimentado A sobrealimentação permite aumentar a
potência, o binário e reduzir o consumo específico de combustível (sfc – g/kWh)
No caso dos motores a dois tempos, o aumento de potência pode ser da ordem dos 35 a 50%
Nos motores a quatro tempos essa potência pode aumentar até valores superiores a 100% relativamente aos motores de aspiração natural
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Motores Diesel Curvas
características de um motor Diesel (binário, potência e consumo específico de combustível -sfc)
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Motores Diesel Motor atmosférico vs
sobrealimentado
Curvas características
de motores diesel (de aspiração
natural versus sobrealimentad
o)
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Motores Diesel Relação ar/combustível
Conforme já vimos anteriormente, uma mistura rica produz, em geral, um consumo demasiado elevado de combustível e a formação de CO (monóxido de carbono) ou de fuligem
Nos motores de explosão, o valor de λ situa-se normalmente entre 0,9 e 1,1
Nos motores Diesel , o valor de λ situa-se sempre acima de 1, ou seja estes motores trabalham sempre com excesso de ar (λ > 1)
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Motores Diesel
Excesso de ar nos motores diesel Teoricamente, os motores diesel
podem funcionar com uma relação de λ próxima de 1 (relação estequiométrica)
Na prática, para limitar a emissão de gases poluentes de modo a que fiquem dentro dos parâmetros estabelecidos pelas normas de emissões, funcionam com elevado excesso de ar ou seja com um valor de λ de 1,5 a 2 (em plena carga)
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Motores Diesel
Alimentação de combustível Tanto em motores diesel, como em
motores de explosão de injecção directa de combustível nos cilindros, a mistura ar/combustível é efectuada no interior dos próprios cilindros
Para o efeito, utilizam-se válvulas injectoras de combustível, geralmente designadas por injectores
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Motores Diesel Alimentação de combustível
(motor diesel)
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Motores Diesel
Alimentação de combustível (motor Diesel)
Os sistemas de injecção podem ser de diversos tipos
O sistema mais utilizado, representado na figura anterior, possui uma bomba injectora por cada cilindro
As bombas podem ser constituídas por corpos individuais separados ou serem instaladas num único bloco
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Motores Diesel
Alimentação de combustível (motor Diesel)
Uma bomba injectora funciona da seguinte forma:
1. Recebe movimento a partir do veio de ressaltos do motor
2. Comprime o combustível a alta pressão para os injectores instalados em cada cilindro
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Motores Diesel
Bomba injectora tipo BOSCH Esta bomba é constituída por um
junço (êmbolo), que trabalha no interior de uma camisa
O combustível, após ter sido admitido na bomba através de orifícios laterais existentes na camisa, é comprimido pelo junço, saindo pela abertura superior da camisa
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Motores Diesel
Bomba injectora tipo BOSCH A variação do débito da bomba é
conseguida através da rotação do junço, mantendo-se constante o seu curso.
A rotação é efectuada por uma régua ou cremalheira que actua sobre o extremo inferior do junço
A cremalheira é accionada pelo regulador de velocidade do motor
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Motores Diesel
Bomba injectora do tipo BOSCH
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Motores Diesel
Bomba do tipo BOSCH – modo de funcionamento (I)
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Motores Diesel
Bomba BOSCH – funcionamento (II)
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Motores Diesel
Bomba BOSCH – resumo acerca do modo de funcionamento
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Motores Diesel
Injectores de combustível O combustível a alta pressão
proveniente da bomba é enviado para a válvula de injecção que o pulveriza no interior do cilindro
Devido às elevadas temperaturas que se verificam na zona da cabeça do cilindro, as válvulas de injecção são providas de canais onde circula um fluido de arrefecimento (água ou combustível).
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Motores Diesel Injectores de combustívelUma falha no
circuito de arrefecimento pode dar origem à prisão da agulha (obturador) da válvula de injecção, com a consequente entrada descontrolada de combustível no cilindro
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Motores Diesel Injecção através de rampa comum
(common-rail) Este sistema possui uma bomba de
alta pressão que mantém uma pressão sensivelmente constante num colector (rampa) onde se encontram ligados os encanamentos de combustível para cada injector (válvula de injecção)
A injecção é efectuada através de válvulas electromagnéticas controladas por computador
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Motores Diesel
Injecção directa “common-rail “ de motor diesel marítimo (Wartsila)
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Motores Diesel
Sistema “common-rail” - diagrama de controlo da injecção
A injecção de combustível é calculada pelo computador
em função da carga e da
velocidade de rotação do
motor
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Motores Diesel
Videos sobre motores diesel marítimos a 2 tempos com sistema “common-rail”
MAN-B&Whttp://www.youtube.com/watch?v=0i38BTHi3FU
&feature=related
Wartsila/Sulzerhttp://www.youtube.com/watch?v=w3G1Ntwgwp
8&feature=related
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Motores Diesel Tabela comparativa entre motores
diesel
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Motores Diesel Regulação de velocidade
Nos motores de explosão, a velocidade de rotação controla-se através da regulação do caudal de ar que entra nos cilindros (através de uma borboleta montada no colector de admissão)
Nos motores diesel esse dispositivo não existe, pelo que é necessário utilizar um sistema de regulação de velocidade, dado que, para uma variação de carga, o motor poderia aumentar a velocidade de rotação até se destruir
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Motores Diesel
Regulação de velocidade De modo a manter constante a
velocidade de rotação quando se varia a carga, os motores diesel são equipados com sistemas automáticos de regulação de velocidade
Estes reguladores podem ser de diversos tipos (mecânicos, hidráulicos, e electrónicos) e de maior ou menor complexidade
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Motores Diesel Regulador mecânico clássico
Regulador de massas
(Watt, século XVIII)
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Motores Diesel
Regulador mecânico de motor marítimo
Regulador mecânico de
velocidade de motor diesel
marítimo (Woodward)
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Motores Diesel Regulação electrónica de
velocidade e carga de um motor diesel marítimo
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Motores Diesel Sistemas de refrigeração
Motores refrigerados por ar – São, normalmente, motores que desenvolvem pequenas potências excepto nos casos da aviação em que podem atingir potências elevadas. Têm uma grande aplicação na aeronáutica sendo igualmente utilizados para equipar veículos automóveis
Motores refrigerados por água – Salvo em casos especiais, a partir de determinadas potências, todos os motores são refrigerados por água
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Motores Diesel
Sistemas de refrigeração De um modo geral, os motores diesel
marítimos, podem utilizar água doce tratada como fluido de refrigeração
Em alternativa à utilização de água doce normal, pode utilizar-se água destilada
São adicionados produtos químicos especialmente adequados para minimizar os efeitos corrosivos sobre os circuitos e sobre o próprio motor
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Motores Diesel
Sistemas de refrigeração
Arrefecimento do êmbolo através de óleo que circula no interior do
tirante
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Motores Diesel Sistemas de lubrificação
Sistemas de lubrificação geral por óleo circulante: motores de 4 tempos para lubrificação geral dos seus órgãos, incluindo os cilindros
Sistemas de lubrificação parcial por óleo circulante: motores de 2 tempos com cruzeta, para lubrificação geral dos seus órgãos, excluindo os cilindros
Sistemas independentes de lubrificação dos cilindros: motores de 2 tempos com cruzeta, para lubrificação dos cilindros
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Motores Diesel
Lubrificação
Circuito típico de
lubrificação (motores a 4
tempos)
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Motores Diesel Sistema de lubrificação das
camisas
Sistema mecânico de lubrificação
das camisas e êmbolos –
“copos automáticos”
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Motores Diesel Sistema de lubrificação
Circuito típico de
lubrificação
(motores a 2 tempos)
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Motores Diesel Sistema de arranque
Os motores marítimos principais e auxiliares arrancam através de ar comprimido
Exceptuam-se os geradores de emergência que arrancam normalmente através de baterias
Outros motores existentes a bordo de pequena dimensão (motores das baleeiras, bomba de incêndio de emergência, arrancam manualmente.
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Motores Diesel Sistema de ar de arranque
A função do sistema de ar de arranque é introduzir de uma forma sequencial similar à ordem de inflamação do motor, em cada um dos seus cilindros
Utilizam uma válvula auxiliar de ar de arranque, para introduzir a quantidade necessária de ar comprimido a cerca de 30 bar, de modo a obter o impulso que possibilite o arranque do motor
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Motores Diesel
Sistema de ar de arranque Para comandar a abertura das
válvulas de ar de arranque instaladas nas cabeças do motor, existe um dispositivo designado por distribuidor de ar de arranque
Este dispositivo quando receber ar da garrafa de ar comprimido, vai canalizar o ar para o cilindro que possibilite o movimento do veio de manivelas (cilindro no PMS)
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Motores Diesel
Sistema de ar de arranque (mecânico)
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Motores Diesel
Válvula de ar de arranque (MAN)
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Motores Diesel
Sistema de inversão de marcha Nos navios que possuem hélice de
passo variável, as pás do hélice podem ser orientadas de modo a possibilitar a marcha a ré do navio, sem necessidade de inverter a rotação da máquina principal
Nos navios que possuem hélice de passo fixo, para o navio poder navegar à ré, a máquina principal tem de parar a marcha a vante e inverter o sentido de rotação
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Motores Diesel
Sistema de inversão de marcha Neste caso, os motores diesel têm
obrigatoriamente que efectuar a inversão do sentido de rotação
Esta inversão é efectuada alterando a distribuição do motor
O processo mais comum, consiste em deslocar longitudinalmente o veio de ressaltos
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Motores Diesel
Sistema de inversão de marcha Um sistema hidráulico ou
pneumático, actua no extremo do veio fazendo com que este se desloque longitudinalmente
Os ressaltos são ligados entre si por uma espécie de rampa para permitir que os roletes dos impulsores possam deslizar quando o veio de ressaltos se desloca longitudinalmente
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Motores Diesel
Sistema de inversão de marcha