ATPS Maquinas Tremicas II

ATIVIDADES PRÁTICAS

SUPERVISIONADAS

Motor Stirling, configuração “alfa”

Nome: Adilson C. de Paula R.A.: 100874010

Amanda Cerqueira 111540445

Chester Moura Pinto 111268885

Denis Duarte de Oliveira 111268613

Guilherme G. de Assis 111276578

Leonardo C. de Jesus 111315735

Marcos R. A. Mateus 101057300

Roni Machado 111302609

Curso: Mecânica Aplicada

Turma: 6º semestre

Objetivo

Desenvolver projeto que contenha o funcionamento de um mecanismo biela-manivela.

Neste projeto abordaremos o princípio do motor Stirling e também ampliamos nosso conhecimento sobre motores de combustão interna.

Definição de motores de combustão interna

O propósito do motor a gasolina (ou álcool, ou gás) é transformar em movimento linear o combustível. O modo mais fácil de criar movimento a partir da gasolina é queimá-la dentro de um motor.

Há vários tipos de motores de combustão interna, também chamados de motores a explosão. Temos como exemplo os Motores a diesel e turbinas a gás.

Também existem motores de combustão externa. O motor a vapor de trens antigos e navios a vapor é o melhor exemplo de motor de combustão externa. O combustível (carvão, madeira, óleo ou outro) é queimado fora do motor para produzir vapor, e este gera movimento dentro do motor. A combustão interna é muito mais eficiente do que a combustão externa, e o motor de combustão interna é bem menor que um motor equivalente de combustão externa.

Quase todos os veículos e equipamentos atuais usam motores de combustão interna a pistão porque esse motor é:

• relativamente eficiente (comparado com um motor de combustão externa)

• relativamente barato (comparado com uma turbina a gás)

• relativamente fácil de abastecer (comparado com um carro elétrico)

Atualmente o mais utilizado é o que é chamado de ciclo de combustão de 4 tempos para converter a gasolina em movimento. Ele também é conhecido como ciclo Otto, em homenagem a Nikolaus Otto, que o inventou em 1867.

O coração do motor é o cilindro, dentro do qual um pistão se move para cima e para baixo.

Há motores de um único cilindro, típico de cortadores de grama e de motocicletas de pequeno porte, mas a maioria dos motores de combustão interna tem mais de um cilindro (geralmente quatro, seis ou oito cilindros). Em um motor com vários cilindros, eles são dispostos de diversas maneiras. As principais configurações são em linha, em V ou plano (conhecido também como horizontal oposto ou boxer), como mostram as figuras abaixo.

Em linha - Os cilindros são alinhados em uma única bancada

V - Os cilindros são dispostos em duas bancadas, formando um ângulo entre si

Plano - Os cilindros são dispostos em duas bancadas, em lados opostos do motor

Há vantagens e desvantagens de cada configuração de motor em termos de suavidade, custo de fabricação e características diretamente ligadas à sua forma. Essas vantagens e desvantagens tornam cada um mais apropriado a certos tipos de aplicação.

1° tempo do motor, admissão; vamos entender que neste momento o motor está desligado pronto para receber o movimento inicial do motor de partida que está acoplado ao motor a combustão. Neste mesmo momento vamos colocar o pistão que está ligado à biela e posteriormente ao virabrequim em uma posição na qual conhecemos como P.M.S., ponto morto superior, é o curso máximo que o pistão alcança ao subir dentro do cilindro. Temos que entender também que o eixo virabrequim está ligado e sincronizado com o eixo comando de válvulas através de uma correia dentada, então dizemos, que a parte de baixo do motor que corresponde as peças que estejam dentro do bloco como virabrequim, bielas e pistões estão sincronizados com a parte de cima do motor que corresponde ao cabeçote e suas peças. Neste momento vamos ligar o motor de arranque que se acopla ao volante do motor que também está ligado ao virabrequim e o motor de combustão interna começa a girar. O virabrequim girando começa a movimentar a biela e conseqüentemente o pistão que está no P.M.S. e desce para o P.M.I., ponto morto inferior, que é o curso máximo que o pistão alcança ao descer dentro do cilindro. Como o virabrequim está ligado ao comando de válvulas, este por sua vez começa a acionar, através do “came”, a válvula de admissão no cabeçote permitindo a passagem de ar e combustível vindos do coletor de admissão passando pelos dutos internos do cabeçote. Desta maneira o pistão que está descendo cria uma sucção e aspira o ar mais combustível para o interior do cilindro até que o pistão chegue ao P.M.I. completando o 1° tempo e 180° graus, meia volta do motor.

2° tempo do motor, compressão; quando o pistão inverte o sentido de movimento começa a subir do P.M.I. em direção ao P.M.S. dando início ao segundo tempo do motor. A medida que o virabrequim vai girando empurrando a biela e conseqüentemente o pistão para a parte superior do cilindro, a mistura de ar mais combustível vai sendo comprimida no interior do cilindro e o comando de válvula que antes tinha o seu ressalto ou “came” pressionando a válvula à descer agora passa por ela e mola de válvula retorna a mesma vedando a parte interna do cilindro. Devemos observar que existe uma determinada folga dimensional entre cilindro e pistão para que o mesmo possa deslizar dentro do cilindro, porém, a mistura não pode escapar por esta folga entrando em cena a atuação dos anéis de segmento que vedam esta passagem. Quando o pistão chega ao seu curso máximo, P.M.S., a mistura está toda comprimida sem ter por onde escapar, pois as válvulas estão fechadas e os anéis vedando, então todo o volume aspirado no tempo anterior agora está pressurizado na câmara de combustão finalizando o segundo tempo e completando uma volta completa do virabrequim 360°.

3° tempo do motor, Explosão; agora com o fim do segundo tempo o pistão não tem outra saída a não ser de inverter novamente o sentido de movimento do P.M.S. para o P.M.I., só que agora contando com uma força extra. A mistura comprimida na câmara de combustão recebe uma centelha ou faísca da vela, ocorre um deslocamento de massa devido à explosão dentro da câmara, o pistão é forçado a descer empurrado pela expansão dos gases, com isso, o pistão se desloca do P.M.S. para o P.M.I., mantendo ainda as válvulas do cabeçote fechadas, já que o comando de válvulas não está com nenhum ressalto tocando as válvulas. Na verdade, o terceiro tempo do motor é considerado o principal tempo porque é neste tempo que o motor gera força motriz e torque que será transmitido as rodas por meio de rotação. Quando o pistão chega ao ponto morto inferior P.M.I. encerra-se o terceiro tempo do motor e o virabrequim completa uma volta e meia 540°.

4° tempo do motor, escape; o motor admitiu a mistura no primeiro tempo, comprimiu e explodiu no segundo e terceiro tempo, agora é a vez de colocar os gases resultantes da queima para fora do motor. Neste caso, temos o pistão no fim do terceiro tempo na posição P.M.I., pronto para iniciar o quarto tempo. O comando de válvulas está sincronizado com o virabrequim e o seu ressalto começa a tocar a válvula de escape e o pistão começa a subir empurrando a mistura queimada em direção dos dutos do cabeçote e coletor de escape. Quando o pistão alcança o P.M.S. os gases que se encontravam dentro do cilindro foram expulsos para fora limpando o cilindro, o comando de válvulas encerra sua ação sobre a válvula de escape. Neste momento se encerra o quarto tempo com o motor completando duas voltas 720°. Temos agora um ciclo completo do motor quatro tempos ciclo Otto e enquanto o motor estiver ligado e funcionando este ciclo se repete todas às vezes. No final do quarto tempo do motor o pistão se encontra em P.M.S., exatamente pronto para se iniciar o primeiro tempo novamente quando o mesmo se deslocará para o P.M.I. com o ressalto ou “came” do comando abrindo a válvula de admissão, e assim por diante, dando continuidade a todos os tempos do motor de combustão interna ciclo Otto.

Ciclos do motor quatro tempos

Conjunto virabrequim (rotação)

Virabrequim ou árvore de manivelas; o virabrequim que também é conhecido como árvore de manivelas e girabrequim é o eixo central do motor.

Este eixo que recebe a força dos pistões e a inversão do sentido de movimento da biela é o responsável por gerar e enviar ao sistema de transmissão, torque, força e rotação. Preso em seus munhões por mancais de apoio no bloco e capas removíveis entre bronzinas, o virabrequim é fundido em aço carbono tem as bielas acopladas nos moentes e sua geometria lembra várias manivelas colocadas lado a lado. Na mecânica em geral quanto maior for o braço de força ou alavanca maior será o torque e no virabrequim o tamanho da manivela influencia diretamente neste fator, quanto maior a manivela maior será o torque, mas algumas características

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