motor de ciclo diesel
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MOTOR DE CICLO DIESEL
Motores Diesel são máquinas térmicas de combustão interna alternativas,
isto é, possuem válvulas que abrem ou fecham, alterando as condições ao longo
do ciclo. Exemplos são os motores de ônibus e caminhões, motores para
propulsão marítima, e motores de grupos-geradores de emergência.
O motor de ciclo Diesel é composto por cilindros, dentro de cada qual
movimenta-se um pistão. A combustão ocorre dentro da câmara formada pelo
conjunto cilindro-pistão.
O pistão desloca-se dentro do cilindro, variando o volume interno da
câmara, desde o Ponto Morto Inferior (PMI) - quando o volume interno da
câmara atinge seu valor máximo – até o Ponto Morto Superior (PMS) - quando o
volume interno da câmara atinge seu valor mínimo.
Cada cilindro é dotado de uma válvula de admissão, por onde entra o ar
necessário à combustão; uma válvula de exaustão (ou escape), por onde saem
os gases resultantes da queima; e um bico injetor, por onde entra o combustível
(óleo diesel), injetado sob pressão, e pulverizado devido ao formato do bico.
A principal característica que diferencia o motor Diesel de outros, é a
injeção do combustível, sob pressão, no ponto morto superior. Para obter a
pressão necessária para forçar a entrada de combustível na câmara, o motor
Diesel é equipado com uma bomba injetora, que pressuriza o combustível num
valor superior à pressão da câmara, e o distribui no tempo certo para cada bico
injetor.
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Devido à alta pressão e temperatura da câmara, pela compressão do ar
admitido no primeiro tempo, o combustível queima a medida em que penetra na
câmara. A expansão dos gases resultantes da queima movimenta o cilindro em
direção ao ponto morto inferior, obtendo-se uma expansão a pressão constante
(isobárica), mantida pela pressão na linha da bomba injetora.
O ciclo Diesel consiste de quatro etapas:
a) Aspiração: abre-se a válvula de admissão, aspirando ar (isobárica); ao
chegar ao ponto morto inferior, fecha-se a válvula de admissão;
b) Compressão: O pistão sobe até o ponto morto superior, pressurizando a
câmara (adiabática);
c) Expansão: o combustível é injetado sob pressão e pulverizado pelo bico
injetor. A alta pressão e temperatura da câmara provocam a combustão.
A pressão na câmara mantém-se constante por força da injeção
pressurizada de combustível. Impulsionado pela pressão, o pistão desce
até o ponto morto inferior, expandindo os gases queimados (adiabática).
d) Exaustão: abre-se a válvula de escape, e a pressão na câmara cai
bruscamente (isométrica); o pistão sobe, expulsando os gases
queimados; ao chegar no ponto morto superior, a válvula de escape
fecha, e inicia-se um novo ciclo.
O movimento linear do pistão é convertido em movimento rotacional,
através do dispositivo conhecido como “virabrequim” (em inglês, crank-shaft).
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O controle de rotação é obtido através da injeção de combustível
enriquecendo-se a mistura (mais combustível), aumenta-se a rotação, e vice-
versa.
Um dos cuidados que se deve ter em relação ao motor Diesel é quanto à
bomba injetora. A linha deve estar isenta de ar, e o filtro de combustível livre de
contaminantes que possam restringir a pressão de injeção.
É interessante notar que a injeção dura apenas do início até metade da
etapa de expansão. Comparado com o motor Otto, o combustível queima
lentamente, à medida que é injetado, não ocorrendo explosão. Como resultado
temos um motor com funcionamento mais silencioso.
Não há problema de detonação, pois a câmara é pressurizada contendo
apenas ar atmosférico, podendo-se atingir taxas de compressão bastante altas
(entre 16:1 e 20:1), o que confere ao motor Diesel um rendimento mecânico
excelente, normalmente entre 38% e 47%.
Mais adiante apresentaremos o gráfico P-V do ciclo Diesel. Se
compararmos seu rendimento com o ciclo Otto, veremos que, caso houvesse um
combustível capaz de alcançasse com o motor Otto a mesma taxa de
compressão que se pode alcançar com o motor Diesel, sem detonação, o ciclo
Otto seria mais eficiente. Isto se deve ao aumento brusco de pressão na
explosão do combustível, através da faísca, que ocorre no mesmo, aumentando
assim a área dentro da curva do ciclo, aumentando conseqüentemente o
rendimento.
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Dos combustíveis disponíveis no mercado, apenas o álcool hidratado
(94% etanol + 6% água) no motor a álcool pode chegar a uma taxa de
compressão de cerca de 12:1; e o gás natural (85% metano), se numa mistura
pobre (lean), com excesso de ar tal que l > 2, pode operar com taxa de
compressão até 16:1. Como veremos adiante, os motores a GN operando em
ciclo Otto, com tecnologia Lean-Burn chegam a eficiências elétrica acima de
40%.
A figura a seguir apresenta esquematicamente o funcionamento do motor
Diesel. Para cada etapa, são apresentados os pontos inicial e final do pistão, e a
posição das válvulas de admissão e de escape:
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1. O Ciclo DIESEL:
A figura abaixo apresenta o ciclo típico de um motor Diesel, no plano P-V.
A área achureada (verde), interna ao ciclo, é o trabalho mecânico líquido obtido.
Note que, quanto maior a taxa de compressão, maior será a eficiência do ciclo:
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