Motor a diesel

Predefinição:Info/Objeto/Wikidata 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 se faz pelo aumento da temperatura provocado pela compressão do ar.

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

História

Rudolf Diesel

Ver artigo principal: Rudolf Diesel

Ver também: História do motor de combustão interna

Rudolf Diesel

Rudolf Diesel nasceu em Paris em 1858, filho de um artista que trabalhava cabedal^{[carece de fontes]} e de uma governanta que também era professora de línguas. Aos 12 anos de idade foi admitido na Ecole Primaire Superieure, que era então a melhor escola de Paris. Quando 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 a cidade de Londres. Mais tarde, um primo ajudou-o a voltar para a cidade natal do seu pai, Augsburg, onde frequentou a Royal County Trade School e ganhou uma bolsa para a Universidade Técnica de Munique, onde conheceu Carl von Linde, pioneiro na área da refrigeração, que fez de Rudolf seu protegido.

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

Em 1885 montou sua primeira loja-laboratorio em Paris, onde desenvolveu o seu motor a tempo inteiro. Mais tarde mudou-se para Berlim onde continuou seu trabalho, ficando sempre associado à Linde Enterprises.

Em 1893, patenteou seu invento, apresentando o primeiro automóvel da história equipado com motor a diesel (e o primeiro movido por um biocombustível) em Augsburg, Alemanha, no dia 10 de Agosto.

Regressou dos Estados Unidos após conflitos sobre registros de patentes, especulações financeiras mal sucedidas e teve problemas psicológicos. Esteve à beira da falência. Diesel regressa à Europa para prosseguir as suas pesquisas. Faleceu a 30 de setembro de 1913, ao cruzar o canal da Mancha numa viagem à Inglaterra. Diesel pretendia expor às autoridades navais daquele país novas possibilidades para o uso do seu motor. A cabine do navio onde viajava chegou vazia à Inglaterra. Os motivos e acontecimentos que levaram à sua morte, continuam um mistério ainda hoje. Dias depois da sua morte, o seu corpo foi encontrado a boiar no Mar do Norte.

Os marinheiros que o acharam guardaram os seus documentos e pertences e devolveram o corpo ao mar (prática comum naquele tempo). Só 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.

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 15:1 a 25:1. Daí a robustez de um relativamente a outro.
• Enquanto o motor a gasolina admite (admissão - primeiro tempo do ciclo de quatro tempos de um motor Ciclo Otto) a mistura ar/combustível para o cilindro (injeção indireta, com o combustível sendo diretamente despejado no coletor de admissão), o motor Diesel aspira apenas ar, com o diesel sendo despejado diretamente no topo do cilindro (todavia, os motores a gasolina com injeção direta, mais similares ao ciclo diesel, estão a se popularizar graças aos ganhos em eficiência e economia que tal sistema possibilita).
• A ignição dos motores a gasolina dá-se a partir de uma faísca elétrica fornecida pela vela de ignição antes da máxima compressão na câmara de explosão (> a 400 ºC). Já no motor Diesel a combustão ocorre quando o combustível é injetado e imediatamente inflamado pelas elevadas temperaturas (> a 600 °C) devido ao ar fortemente comprimido na câmara de combustão. O Engenheiro Rudolf Diesel, chegou a esse método quando aperfeiçoava máquinas a vapor.

Combustível

Ver artigo principal: Diesel

Ver também: Bomba injetora

Bomba injetora de um motor a diesel de 12 cilindros.

O primeiro protótipo de motor diesel foi alimentado com óleo vegetal (óleo de amendoim), porém o combustível utilizado desde então pelos motores diesel é o óleo diesel (gasóleo em Portugal), um hidrocarboneto obtido a partir da refinação do petróleo a temperaturas de 250°C e 350 °C. Recentemente no Brasil, por lei, o diesel de petróleo é vendido após receber uma adição percentual de biodiesel, pois esse é produzido de óleo vegetal e/ou animal (fontes de energia renovável) através do processo de transesterificação sendo, portanto, um éster e não um hidrocarboneto como o diesel de origem fóssil. Há pesquisas desde 1920 para aprimorar a produção de diesel sintético através de tecnologias de conversão (Processo de Fischer-Tropsch) utilizando como insumo substâncias que contém carbono e hidrogênio (ver: Combustível sintético). Na década de 2010, pesquisa-se a produção de biodiesel a partir de cana-de-açúcar que, como o diesel derivado do petróleo, também é um hidrocarboneto.

Funcionamento

Ciclo termodinâmico

Ver artigo principal: Ciclo diesel

Fig .1: Ciclo diesel num diagrama p-v.

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, o 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 → $q_{4,1}$

Figv.2: Ciclo diesel num diagrama T-s.

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

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 como um motor 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), a válvula de admissão fecha, 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.

Usos

Diagrama do petroleiro russo Vandal.

Seu primeiro uso prático foi no campo da propulsão naval. As primeiras embarcações a usá-lo foram o petroleiro Vandal (Rússia, 1903) e o submarino Aigrette (França, 1904). Em 1912, surge a primeira locomotiva a diesel (Suíça). O primeiro trator e o primeiro caminhão a diesel surgiram, respectivamente em 1922 e 1923 (ambos na Alemanha). No começo dos anos 1930, automóveis com este propulsor disputaram de competições automobilísticas nos Estados Unidos. A produção em série de automóveis leves dotados de motor a diesel, só teve início na década de 1930, por iniciativa de fabricantes da França e Alemanha.

Gama de velocidade

Motor aeronáutico a diesel SMA SR305-230.

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 (ver: propulsão naval).

• 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 - normalmente óleo combustível pesado - e a velocidade de explosão e serem motores dois tempos, como o maior motor a combustão interna do mundo o Wärtsilä-Sulzer RT-flex96C.

Ver também

• Ignição por compressão de carga homogênea

Bibliografia

• (em alemão)

Die Entstehung des Dieselmotors. Rudolf Diesel, Steiger August, 1984. ISBN 9783921564707

• (em inglês) Rudolf Diesel and the diesel engine (Pioneers of science and discovery). Priory Press, 1974. ISBN 9780850781304
• Mecanica Diesel. Rache A. M. (Marco), Editora Hemus, 2004. ISBN 9788528903874

Ligações externas

• Motor Diesel
• Animação do ciclo termodinâmico Diesel
• Motor Diesel - Inglês
• Best Cars Web Site. Diesel, um motor de muitas peculiaridades
• Best Cars Web Site. Diesel: a evolução de um motor que ganha importância no mundo