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    27-Oct-2015

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<ul><li><p>GEM30 - Mquinas Trmicas </p><p>Prof. Joo Marcelo Vedovoto E-mail: jmvedovoto@mecanica.ufu.br </p><p>Sala: 305 Laboratrio de Mecnica dos Fluidos 5P </p><p>Uberlndia, 04 de Setembro de 2013. </p></li><li><p>Qualidade de ignio Nmero de cetano - reviso </p><p> O nmero de cetano mede a qualidade de ignio do leo diesel e tem influncia direta na partida do motor, no funcionamento sob carga e nas emisses; </p><p> A autoignio est relacionada a fragmentao de molculas, e em motores diesel, a fragmentao fcil das molculas de combustvel desejvel porque intensifica a combusto; </p><p> O nmero de cetano aumenta com tendncia de fragmentao, em oposio octanagem </p></li><li><p>Qualidade de ignio Nmero de cetano </p><p> A figura abaixo representa a relao entre a estrutura e o comprimento da cadeia carbnica, com a temperatura de auto-ignio </p></li><li><p>Qualidade de ignio Nmero de cetano </p><p> Fisicamente, nmero de cetano o tempo decorrido entre o incio da injeo de combustvel e o incio da combusto, e tambm denominado como atraso de ignio. </p><p> Como visto, quanto maior o nmero de cetano, menor o atraso de ignio (melhor qualidade de ignio) e maior a resistncia batida diesel. </p><p> Contrariamente, com um menor nmero de cetano, o atraso maior, e consequentemente a batida diesel mais provvel de acontecer; </p></li><li><p>Qualidade de ignio Nmero de cetano </p><p> Combustveis com nmero de cetano adequado apresentam melhor partida a frio, menor eroso nos pistes, menor tendncia a depsitos na CC, menor consumo e emisses mais controladas; </p><p> Emisses: </p><p> CO, que se origina de altas temperaturas e mistura rica; </p><p> HC, que se originam em baixas temperaturas e mistura rica; </p><p> Nox, cuja formao favorecida pelas altas temperaturas de combusto, presena de oxignio e particulados; </p><p> Particulados, gerados em altas temperaturas e misturas ricas (localizadas) </p></li><li><p>Qualidade de ignio Nmero de cetano </p></li><li><p>Nmero de cetano e sua influncia na combusto </p><p> Em geral, as especificaes de NC no mundo esto na faixa de 40 a 55; </p><p> Atrasos menores fazem com que a taxa de entrega de calor na combusto seja mais progressiva, fazendo com que o gradiente de subida de presso na cmara seja tambm mais lenta, diminuindo o rudo gerado pelo motor. </p><p> Outra maneira de se reduzir o atraso na ignio atravs do uso de sistemas common rail, os quais permitem o artifcio de pr-pulsos. </p></li><li><p>Compostos oxigenados </p><p> lcoois: </p><p> Essencialmente com cadeias de 1-5 carbonos; </p><p> Metanol: obtido de gs de sntese CO+H2, gs natural, carvo. Com baixa solubilidade em gasolinas, utiliza-se com algum solvente como o etanol; </p><p> Etanol: Obtido atravs da fermentao natural de aucares, ou pela hidrlise enzimtica de celulose; </p><p> Mistura Acetona-Butanol-Etanol ABE: Usado na Europa e obtido da fermentao anaerbica de diversos componentes, tais como razes, celulose, gros, tubrculos com alto teor de aucares </p><p> teres: </p><p> Melhor miscibilidade, em funo da maior semelhana molecular com a gasolina; </p><p> MTBE: obtido atravs da reao do metanol com isobuteno; </p><p> ETBE: obtido atravs da reao do etanol com isobuteno; </p><p> TAME: obtido de maneira similar ao MTBE e ETBE, porm mais pesado. </p></li><li><p>Compostos oxigenados </p></li><li><p>Compostos oxigenados Principais propriedades </p><p> Apesar de seu baixo poder calorfico, o calor de mistura alto, pois a pequena razo ar-combustvel exige a adio de maior volume de combustvel para o mesmo volume de ar aspirado; </p><p> Como so utilizados principalmente em misturas com gasolinas comerciais, deve-se levar em conta a mudana na relao ar-combustvel da mistura; </p><p> Por exemplo, a gasolina, no Brasil recebe 22-25% e etanol anidro e sua relao ar-combustvel fica em torno de 13,3kg de ar para 1kg de combustvel. </p></li><li><p>Compostos oxigenados Principais propriedades </p><p> Comparado a hidrocarbonetos, os oxigenados possuem banda de inflamabilidade muito maior, melhorando a disperso cclica da combusto nos motores. </p><p> Apesar deste ganho, tornam-se facilmente inflamveis, mesmo em misturas muito ricas crticos em termos de segurana; </p><p> O alto calor de vaporizao permite um maior enchimento dos motores, isto , durante a dinmica de vaporizao das gotculas no ciclo de admisso do motor, mais calor retirado do ar. </p><p> O ar ento resfriado, aumentando a massa especfica, e assim aumentando a eficincia volumtrica, gerando mais energia. </p></li><li><p>Compostos oxigenados Principais propriedades </p></li><li><p>Octanagem </p><p> Como a detonao funo da temperatura na cmara de combusto, o resfriamento causado pelo alto calor latente de vaporizao diminui esta tendncia, fazendo com que a octanagem suba. </p></li><li><p>leos vegetais </p></li><li><p>leos vegetais </p><p> A estrutura bsica dos leos e gorduras so os triglicerdios, que dependendo do comprimento da cadeia carbnica do cido graxo podem ser lquido ou slido (gorduras); </p><p> Podem ser saturados ou insaturados (duplas cadeias carbnicas). A medida que as insaturaes aumentam, a viscosidade e o ponto de fuso diminuem; </p><p> O uso de leos vegetais puros, ou em misturas com leo diesel geram uma variedade de problemas prticos devido a sua combusto incompleta, a saber: </p><p> Dificuldade de partida a frio; </p><p> Formao de depsitos de coque nos bicos injetores limpezas frequentes </p></li><li><p>leos vegetais </p><p> O uso de leos vegetais puros, ou em misturas com leo diesel geram uma variedade de problemas prticos devido a sua combusto incompleta, a saber (continuao): </p><p> Formao excessiva de depsitos nos cilindros que dificultam trocas trmicas e aumentam a participao de hidrocarbonetos no queimados ou parcialmente queimados nos gases de escapamento </p><p> Diluio do combustvel no queimado ao leo lubrificante, reduzindo o perodo de troca da carga e de filtros; </p><p> Entupimento dos canais de lubrificao pela formao de polmeros em suas extenses </p></li><li><p>Biodiesel </p></li><li><p>Biodiesel </p><p> O biodiesel obtido pela alterao da estrutura qumica das gorduras de origem animal e vegetal por um processo de transesterificao ou pela esterificao direta de seus cidos graxos, produzindo steres de cadeias menores; </p></li><li><p>Biodiesel </p><p> Os processos de transesterificao e de esterificao ocorrem na presena de lcoois que, por convenincia, costumam ser de cadeias curta (metanol ou etanol) e de catalisadores; </p><p> A alta viscosidade dos leos vegetais, que tambm so steres, est intimamente relacionada com a presena do glicerol em sua molcula e a alta massa especfica ao tamanho desta molcula (aproximadamente 50 tomos de carbono); </p><p> A transesterificao retira o glicerol do restante da molcula do leo vegetal, o que reduz significativamente sua viscosidade, e separa os radicais cidos diminuindo o tamanho da cadeia molecular a praticamente um tero. </p><p> Viscosidade cinemtica do leo vegetal de colza (20C):~71,5 cSt; </p><p> Viscosidade cinemtica do biodiesel de colza (20C):~7,0 cSt; </p><p> Viscosidade cinemtica do leo diesel (20C):~3,7 cSt. </p></li><li><p>Vantagens do Biodiesel </p><p> Em geral, nenhuma modificao necessria no motor para usar biodiesel. O menor poder calorfico compensado pela maior massa especfica; </p><p> So perfeitamente miscveis ao leo diesel; </p><p> Os nmeros de cetano dos steres de leos vegetais so, em geral, mais elevados que o do leo diesel comercial; </p><p> Como um composto oxigenado, potencializa a reduo de produo de CO e de material particulado no escapamento, promovendo facilidades para uso de catalisadores; </p></li><li><p>Vantagens do Biodiesel </p><p> Os teores de enxofre e de aromticos praticamente nulos tornam os steres muito indicados aos desenvolvimentos recentes de sistemas de ps tratamento dos gases de escapamento; </p><p> As lubricidades caractersticas dos biodieseis so, invariavelmente mais elevadas que as do leo diesel, reduzindo desgastes nos componentes de sistemas de injeo </p><p> O ponto de fulgor mais elevado que o do leo diesel, o que lhe atribui a condio de combustvel seguro. </p></li><li><p>Precaues de uso do Biodiesel </p><p> Alguns tipos de tintas so atacados por biodiesel; </p><p> Alguns elastmeros no tem afinidade qumica com o biodiesel; </p><p> comum observar formao de depsitos na regio da vlvula de admisso; </p><p> O leo lubrificante diludo com biodiesel tem suas capacidades dispersantes e detergentes reduzidas; </p><p> Alguns tipos so altamente higroscpicos (ex: biodiesel de mamona) </p></li><li><p>Precaues de uso do Biodiesel </p><p> Os biodieseis se oxidam e degradam rapidamente. Isto bom do ponto de vista ambiental, mas dificulta seu armazenamento. necessrio o uso de aditivos antioxidante como por exemplo a hidroquina; </p><p> O processo de transesterificao gera grandes quantidades de glicerina (~10% da massa do biodiesel produzido) </p></li><li><p>GEM30 - Mquinas Trmicas </p><p>Prof. Joo Marcelo Vedovoto E-mail: jmvedovoto@mecanica.ufu.br </p><p>Sala: 305 Laboratrio de Mecnica dos Fluidos 5P </p><p>Uberlndia, 06 de Setembro de 2013. </p></li><li><p>Introduo </p><p> Sero apresentados: </p><p> Sistemas de preparao da mistura ar-combustvel; </p><p> Sistema de ignio </p></li><li><p>Introduo </p><p> Em motores de ignio comandada queimada uma mistura de ar-combustvel: </p><p> Mistura pobre: </p><p> fornecido menos combustvel do que o necessrio para a mistura estequiomtrica; </p><p> Motor apresenta menor potncia. </p><p> Mistura rica: </p><p> fornecido mais combustvel do que o necessrio para mistura estequiomtrica; </p><p> O excedente de combustvel no pode ser queimado; </p><p> Ocasiona maior consumo e produo de hidrocarbonetos no queimados nos gases de escape (poluentes). </p></li><li><p>Introduo </p><p> Na prtica, prevalece a maior potncia: </p><p> Mistura levemente rica; </p><p> Motores a gasolina podem funcionar desde os limites da relao A/F=9, at A/F=19; </p><p> Para se obter: </p><p> Menor consumo A/F=16; </p><p> Maior potncia A/F=13; </p></li><li><p>Introduo </p><p> O sistema que fornece a mistura A/F ao motor deve ser capaz de: </p><p> Criar diferentes riquezas da mistura; </p><p> Fornecer diferentes vazes; </p><p> Existem basicamente dois sistemas para dosagem da mistura: </p><p> Carburadores; </p><p> Sistemas de injeo. </p></li><li><p>Introduo </p><p> Carburadores: </p><p> Passa uma certa quantidade de ar aspirado pelo motor em movimento; </p><p> Ento uma certa quantidade de gasolina sugada e misturada nesta corrente de ar. </p><p> Sistemas de injeo: </p><p> Mede-se a quantidade de ar que entra no motor; </p><p> Uma quantidade proporcional de gasolina injetada, ou no duto de admisso de ar, ou diretamente no dentro do cilindro. </p></li><li><p>Introduo </p><p> Os combustveis dos motores de ignio comandada: </p><p> Derivados do petrleo: gasolina; </p><p> Biocombustveis: etanol. </p><p> Propriedades importantes dos combustveis: </p><p> Temperatura de ebulio (volatilidade): </p><p> O combustvel deve vaporizado antes de ser queimado; </p><p> importante que o combustvel seja vaporizado em uma manh fria de inverno e no evapore no depsito durante as altas temperaturas do vero; </p><p> Portanto a composio da gasolina varia de pas para pas e de estao para estao. </p></li><li><p>Introduo </p><p> Propriedades importantes dos combustveis: </p><p> ndice de octano ou octanagem: </p><p> O combustvel da mistura deve suportar altas presses e temperaturas sem explodir por si s; </p><p> Uma gasolina com alta octanagem no produz mais potncia; </p><p> O motor que deve ser projetado para ter uma taxa de compresso maior e, consequentemente, maior potncia; </p><p> Normalmente, o ndice de octano requerido por um dado motor aumenta com o passar do tempo (10 a 20 mil quilmetros); </p><p> Melhoria da vedao e depsito de resduos nas paredes dos cilindros, aumentam a taxa de compresso e dificultam a transferncia de calor. </p></li><li><p>Carburador </p><p> A parte principal de um carburador o duto convergente-divergente, denominado: tubo de Venturi; </p></li><li><p>Carburador </p><p> Como a rea de passagem diminu, o escoamento de ar acelerado (conservao de massa) e h uma queda de presso; </p><p> Essa queda de presso que succiona a gasolina para o duto de admisso; </p><p> Um carburador elementar composto por: </p><p> Cuba: uma quantidade de gasolina mantida um determinado nvel por meio de uma bia e uma vlvula de agulha; </p><p> Pulverizador: localizado no ponto mais estreito do Venturi, o duto onde o combustvel introduzido junto ao ar; </p><p> Calibre ou gicleur: formado por um orifcio calibrado, de forma a impor uma maior queda de presso com o aumento da vazo de combustvel; </p><p> Vlvula borboleta: dosar a vazo da mistura, ligada ao acelerador. </p></li><li><p>Carburador </p><p> Um carburador elementar composto por: </p></li><li><p>Carburador </p><p> A vazo de gasolina depende da queda de presso do ar no Venturi; </p><p> Mas aumenta mais rapidamente que a vazo de ar: </p><p> Origina misturas mais ricas com o aumento da vazo de ar; </p><p> Com um carburador elementar no se consegue obter uma mistura constante A/F; </p><p> E para diferentes condies de funcionamento, o motor necessita de diferentes valores de mistura; </p></li><li><p>Carburador </p><p> Quando um motor trabalha a frio: </p><p> preciso fornecer-lhe mais gasolina que o normal, mistura rica, j que no tem calor para a vaporizao; </p><p> Com mais gasolina, os componentes mais volteis evaporam, mesmo a baixa temperatura; </p><p> A gasolina lquida que entra nos cilindros, pode passar pelos segmentos dos pistes e misturar com o leo lubrificante, ou ser expelida junto com os gases de escape; </p></li><li><p>Carburador </p><p> Quando um motor trabalha a frio: </p><p> A medida que o motor aquece, uma maior proporo de gasolina vaporizada e no h mais necessidade de uma mistura rica; </p><p> Quando o motor trabalha em marcha lenta: </p><p> Tambm necessria uma mistura rica; </p><p> Como a vlvula do acelerador est, praticamente, fechada, a presso existente no coletor de admisso muito baixa; </p><p> No escape a presso um pouco maior; </p><p> Quando se requer o mximo de potncia do motor: </p><p> A limitao a quantidade de ar que ele pode admitir; </p><p> Se o carburador ou o injetor fornecesse a mistura totalmente vaporizada, esta iria ocupar um volume significativo no cilindro, e menos ar seria admitido no motor; </p><p> Resultando em perda de potncia; </p></li><li><p>Carburador </p><p> Quando se requer o mximo de potncia do motor: </p><p> Nessas condies, grande parte da gasolina que passa pela vlvula de admisso lquida e vaporiza-se durante o processo de compresso, ou mesmo, durante a combusto; </p><p> Quando a vlvula do acelerador est totalmente aberta que se d o fenmeno da detonao; </p><p> uma situao bastante destrutiva, que se minimiza no deixando entrar gasolina lquida nos cilindros; </p><p> A gasolina ao ser vaporizada baixa a temperatura das paredes do cilindro; </p><p> Quando se requer o mximo de potncia do motor: </p><p> Motores com injeo multiponto so menos propensos ao fenmeno da detonao, pois a gasolina injetada prximo aos cilindros a uma temperatura mais baixa; </p><p> Dessa forma motores com MPI permitem uma maior taxa de compresso e tem maior rendimento e potncia; </p></li><li><p>Carburador </p><p> Quando se requer velocidade constante, no mxima, o fator predominante a economia de combustvel: </p><p> Deve-se admitir uma mistura pobre; </p><p> Desacelerao: </p><p> No interessa que haja combusto; </p><p> Somente ar, no misturado com gasolina, deve ser aspirado; </p><p> Se alguma gasolina entrar no cilindro, nessa condio, ele no queimar; </p></li><li><p>Carburador </p><p> Antes das normas sobre controle de poluio serem to severas, o uso dos carburadores era quase universal; </p><p> Este componente tinha a funo de corrigir a mistura A/F de acordo com as especificaes requeridas, descritas anteriormente; </p><p> Porm para melhorar a otimizao dos catalizadores necessrio uma mistura mais prxima da estequiomtrica: </p><p> Surgimento dos sistemas de injeo. </p></li><li><p>Carburador </p><p> Arranque a frio: enriquecer a mistura; </p><p> Consegue atravs do fechamento da vlvula choke ou limitadora de ar, afogador; </p><p> Com essa vlvula fechada a presso baixa muito no Venturi do carburador; </p><p> Resulta em um aumento da vazo de gasolina; </p><p> Esta vlvula comandada por um boto ou pela temperatura do motor: </p><p> Uma mola termosttica fecha a vlvula quando o motor est frio e abre progressi...</p></li></ul>