Motor a diesel

Motor Diesel

Rudolf Diesel

O Motor Diesel ou motor de ignição por compressão é um motor de combustão interna inventado pelo engenheiro alemão Rudolf Diesel (1858-1913), em que a combustão do combustível se faz pelo aumento da temperatura provocado pela compressão de ar.

Em 23 de fevereiro de 1893, o engenheiro alemão Rudolf Diesel recebe a patente para o seu motor de autoignição. O motor Diesel se destaca ainda hoje pela economia de combustível.

As principais diferenças entre o motor a gasolina e o motor diesel são as seguintes:

-Enquanto o motor a gasolina funciona com a taxa de compressão que varia de 8:1 a 12:1, no motor diesel esta varia de 14:1 a 25:1. Dai a robustez de um relativamente a outro.

-Enquanto o motor a gasolina aspira a mistura ar/combustível para o cilindro o motor Diesel aspira apenas ar.

- A ignição dos motores a gasolina se dá a partir de uma faisca elétrica fornecida pela vela de ignição antes da máxima compressão na camara de combustão. Já no motor Diesel ocorre combustão do combustível pelas elevadas temperaturas (500 ºC a 650ºC) do ar comprimido na camara de combustão. O Engenheiro Rudolf Diesel, chegou a esse método quando aperfeiçoava máquinas a vapor.

Historia

A patente sobre o motor de Rudolf Diesel, em 23 de fevereiro de 1893.

Rudolf Diesel nasceu em Paris no ano de 1858, filho de um artista que trabalhava cabedal e de uma governanta que também era professora de línguas. Rudolf era um bom aluno, aos 12 anos foi admitido na Ecole Primaire Superieure que na altura era a melhor escola de Paris. Na altura em que rebentou a guerra Franco-Prussiana (19 de Julho de 1870—10 de Maio de 1871), a família de Rudolf foi considerada inimiga da França, sendo deportados para cidade de Londres. Mais tarde, um primo ajuda-o a voltar para a cidade natal do seu pai, Augsburg, onde consegue frequentar a Royal County Trade School e ganhar uma bolsa para a Technische Hochschule of Munich onde se torna num brilhante aluno. Aqui conhece Carl von Linde, pioneiro na área da refrigeração, que faz de Rudolf seu protegido.

Após a sua graduação, muda-se para Winterthur, Suíça onde é maquinista e designer durante dois anos. Paris foi o seguinte destino, onde esteve empregado na Linde Refrigeration Enterprises e também onde se tornou um apreciador de arte e política.

Em 1885 monta a sua primeira loja-laboratorio em Paris, onde desenvolve o seu motor a tempo inteiro. Mais tarde muda-se para Berlim onde continua o seu trabalho, ficando sempre associado à Linde Enterprises.

Faleceu em 30 de setembro de 1913, quando o seu navio cruzava o Canal da Mancha. Quando voltava dos EUA apos conflitos sobre registros de patentes, especulações financeiras malsucedidas e problemas psicológicos que o levaram à beira da falência. Diesel retornou à Europa para prosseguir suas pesquisas. Morreu numa viagem à Inglaterra, onde pretendia expor às autoridades navais daquele país novas possibilidades para o uso de seu motor. A cabine do navio em que viajava chegou vazia na Inglaterra. Alguns dias depois, seu corpo foi encontrado boiando no Mar do Norte.

Os marinheiros que o acharam guardaram seus documentos e o devolveram ao mar. Somente em terra é que viram tratar-se do famoso inventor alemão Rudolf Diesel.

Tecnologia

Quando o tempo está frio, o ar ao ser comprimido poderá não atingir a temperatura suficiente para a primeira ignição, mas esses obstáculos têm vindo a desaparecer em virtude das injecções electrónicas directas e a maior rotação do motor de partida. Nos modelos antigos ou lugares muito frios costuma-se usar velas de incandescência no tubo de admissão para minimizar esse efeito sendo que alguns motores estacionários ainda usam buchas de fogo e a partida é feita com manivelas.

Combustivel

O combustível utilizado actualmente pelos motores diesel é o gasóleo (o invento original rodou com óleo vegetal ), um hidrocarboneto obtido a partir da destilação do petróleo a temperaturas de 250°C e 350°C. Recentemente, o diesel de petróleo vem sendo substituído pelo biodiesel e por óleo vegetal a partir de tecnologias de conversão, sendo algumas de fontes de energia renovável.

Onde se tem feito mais evolução neste tipo de motorização mais eficiente que o seu congénere a gasolina é no campo da injecção directa, nomeadamente nas de alta pressão como o injector-bomba e o "common-rail", que possibilitam a obtenção de mais potência, menor consumo e menos ruído de funcionamento.

Funcionamento

Ciclo Termodinâmico

Fig.1 Ciclo diesel num diagrama p-v.

Fig.2 Ciclo diesel num diagrama T-s.

Para explicar o funcionamento de um motor Diesel, é preciso conhecer algumas características termodinâmicas referentes à teoria de máquinas térmicas, mais concretamente aos ciclos térmicos. O ciclo Diesel representa, em teoria, 11 funcionamento do motor com o mesmo nome. A realidade não difere muito deste modelo teórico, mas devido a variados factores, o ciclo térmico não passa mesmo disso. Na prática, o funcionamento possui algumas diferenças.

Para o ciclo teórico, estão representadas nas figuras, as evoluções consoante as propriedades analisadas. A figura 1 mostra a evolução segundo a pressão e o volume específico, a figura 2, a relação entre a temperatura e a entropia. .

Em ambos os casos, a evolução é:

• 1 → 2 : Compressão isentrópica → $W_{1,2}$
• 2 → 3 : Fornecimento de calor a pressão constante (isobárico) →$q_{2,3}$
• 3 → 4 : Expansão isentrópica → $W_{3,4}$
• 4 → 1 : Cedência de calor a volume constante → $q_{4,1}$

Trabalho de ciclo: ${W_{ciclo} = W_{1,2} + W_{3,4}}$

Rendimento do ciclo: $\eta = \left(\frac{W_{ciclo}}{q_{2,3}}\right)$

Razão de compresão:

Funcionamento Mecânico

Na maioria das aplicações, os motores Diesel funcionam a quatro tempos O ciclo inicia-se com o êmbolo no Ponto Morto Superior (PMS). A válvula de admissão está aberta e o êmbolo ao descer aspira o ar para dentro do cilindro.

O êmbolo atinge o Ponto Morto Inferior (PMI) e inicia-se então a compressão. A temperatura do ar dentro do cilindro aumenta substancialmente devido à diminuição do volume.

Pouco antes do PMS o combustível começa a ser pulverizado pelo ejector em finas gotículas, misturando-se com o ar quente até que se dá a combustão. A combustão é controlada pela taxa de injecção de combustível, ou seja, pela quantidade de combustível que é injectado. O combustível começa a ser injectado um pouco antes do PMS devido ao facto de atingir a quantidade suficiente para uma perfeita mistura (ar + combustível)e consequentemente uma boa combustão.

A expansão começa após o PMS do êmbolo com a mistura (ar + combustível) na proporção certa para a combustão espontânea, onde o combustível continua a ser pulverizado até momentos antes do PMI.

O ciclo termina com a fase de escape, onde o embolo retorna ao PMS, o que faz com que os gases de combustão sejam expulsos do cilindro, retomando assim o ciclo.

No caso dos motores a dois tempos, o ciclo é completado a cada volta, a admissão não é feita por válvulas mas sim por janelas.

Gama de Velocidade

Industrialmente, estes motores são divididos segundo a sua velocidade de rotação (rpm), existem três tipos: altas, médias e baixas velocidades.

• Altas velocidades - (acima de 1000rpm) - São mais utilizados em inúmeras aplicações (automóveis, caminhões, barcos, compressores, bombas, entre outros...). Geralmente motores a quatro tempos com a combustão a dar-se rapidamente.

• Médias velocidades - (variam entre as 500 e 1000rpm) - Na indústria, estes motores são utilizados em aplicações de "grande porte", tais como locomotivas, grandes compressores e bombas, grupos geradores diesel-elétricos e alguns navios.

• Baixas velocidades - (variam entre 60 e 200rpm) - Em grandes navios, os maiores motores (em dimensão) quando comparados com os outros dois, estes motores diferenciam-se não só pela potência que são capazes de desenvolver (cerca de 85 MW), como pelas propriedades do combustível e a velocidade de explosão.

Ligações externas

• Motor Diesel
• Animação do ciclo termodinâmico Diesel
• Motor Diesel - Inglês