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Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005. Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução. Eng. João Trincheiras Torres. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005. Introdução. Avião do Barão Manfred von Richthofen – também

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Motores de Combustão Interna Aplicação na Propulsão Aeronáutica Uma Introdução

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Presentation Transcript

  1. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Motores de Combustão InternaAplicação na Propulsão AeronáuticaUma Introdução Eng. João Trincheiras Torres

  2. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Introdução Avião do Barão Manfred von Richthofen – também conhecido por Barão Vermelho... Fokker DR1 – Triplano Caça de 1ª linha da 1ª Grande Guerra em 1916/7 e pesava 580 kg Motor: Oberursel 110 Hp (82 Kw) Radial Rotativo

  3. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Introdução Caça Supermarine Spitfire Anos 40 - WW2 Motor: Rolls-Royce Merlin 1650 Hp 27 litros de cilindrada 916 kg, 12 cilindros em V Peso total: 2400 Kg Velocidade Max: 570 km/h

  4. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Introdução O bem conhecido Lockheed-Martin F-16 Fighting Falcon (General Dynamics) Peso Max: 12.3 T sem tanques ext. 19.2 T com tanques ext. Vel. Max: Mach 2 @ 12 200 m Alcance max (ferry): 3900 km Combustível: 4000 L Impulso: 29500 lb = 131.6 kN (em a/b) (equiparável a uns 18000 kW/25000Cv)

  5. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Notas Históricas • Século XVII • 1673 – Máquina de pólvora – Ciclo Atmosférico (Huygens) • 1681 – Marmita para cozer alimentos sob pressão (Papin) • 1688 – Aperfeiçoamento da máquina de pólvora de Huygens (Papin) • 1690 – Máquina de Vapor - cilindro e caldeira confundidos (Papin)

  6. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Notas Históricas • Século XVIII • 1712 – Máquina de Newcomen – cilindro e caldeira separados, mas resfriamento por injecção de água no cilindro (Newcomen) • 1791 – Patente inglesa para motor de combustão interna (J. Barber) • 1794 – Patente inglesa para motor de combustão interna (R. Street) (ignição por faísca) • 1799 – Patente para gás de iluminação (Philippe Le Bon)

  7. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Notas Históricas • Século XIX • 1801 – Patente de motor a gás (Philippe Le Bon) • 1806 – Ensaios do pyreolophore (Irmãos Niepce) (motor de combustão pulvurento) • 1807 – Carro de Rivaz, motor de hidrogénio (Isaac de Rivaz) • 1823 – Projecto de motor atmosférico, inflamação por queimador no distribuidor (Samuel Brown) • 1826 – Emprego dos combustíveis líquidos (Erskine Hazard) (ideia do carburador)

  8. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Notas Históricas • Século XIX (cont) • 1838 – Motor de mistura combustível comprimida num reservatório. (Barnett) • 1860 – Motor Lenoir – Ciclo de dois tempos sem compressão (Lenoir) • 1863 – Automóvel Hippomobile a hidrogénio (Lenoir) • 1876 – Motor, ciclo de 4 tempos (Otto) • 1883 – Ciclos de 2 tempos com compressão (Benz) • 1897 – Motor a combustão a pressão constante (Diesel)

  9. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Notas Históricas • Século XX 1903 – Primeiros Voos a motor The Wright Flyer – Irmãos Wright (NOTA – IMAGEM aviao e motor e potencia)

  10. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Os Precursores (combustão externa)

  11. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Os Precursores (combustão Interna)

  12. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Os Precursores (combustão Interna, Otto)

  13. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Possíveis Classificações de Motores Alternativos de Combustão interna • Quanto ao ciclo de funcionamento • Ciclo Otto (motores de explosão) • Ciclo Diesel (motores de combustão) • Quanto ao sistema Operativo • Motores a 4 tempos • Motores a 2 tempos • Segundo a actuação do fluido sobre o embolo • Motores de efeito simples • Motores de efeito duplo

  14. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Possíveis Classificações de Motores Alternativos de Combustão interna • Segundo o tipo de Refrigeração • Arrefecidos a ar (e ar/óleo) • Refrigerados por líquido (água e glicol) • Não refrigerados (adiabáticos) • Quanto ao numero de cilindros • Monocilindricos (imagem) • Pluricilindricos (imagem) • Quanto à disposição dos cilindros • Em linha • Cilindros Opostos • Pistons Opostos • Em: V, W, H, U • Em estrela (radiais, rotativos)

  15. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Características a avaliar em motores para a aeronáutica • Potência Máxima Alcançada • A Relação Peso/Potência do grupo motopropulsor completo • O consumo específico de combustível do motor (normalmente em gramas/kW.hr) • Outros Consumos do Motor • Óleo • Água/Metanol (aumento de potência) • Água/glicol (refrigerante) • Peso Total para realizar uma dada missão

  16. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 CombustíveisTipos de combustíveis • Sólidos • Líquidos • Gasosos • Gases líquidos • Gases permanentes (criogénicos) Características de alguns combustíveis líquidos

  17. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Características de alguns gases • * Densidade a 0ºC e a 1.013 bar • Zero absoluto = -273.15ºC • Propano liquefaz-se a 4-12 bar, dependendo da temperatura

  18. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Detonação nos combustíveis A detonação aumenta A detonação diminui

  19. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 A pré-ignição e a detonação nos motores OTTO • Uma combustão normal dentro de um cilindro é rápida (frente de chama entre 10m/s a 50m/s) mas não é instantânea. Contudo, se a temperatura e a pressão da mistura ar/combustível não queimada alcançar valores críticos, então a combustão dar-se-á espontaneamente e simultaneamente através de toda a mistura ar/combustível ainda não queimada. O resultado é uma explosão violenta e súbita da mistura chamada DETONAÇÂO. • Normalmente a DETONAÇÂO é a combustão espontânea da mistura ar/combustível após ignição. • PRÉ-IGNIÇÃO é uma combustão prematura da mistura ar/combustível antes da ignição normal, com elevadas pressões, e durante o final do tempo da compressão.

  20. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 A pré-ignição e a detonação nos motores Diesel No motor Diesel o tempo que decorre entre a injecção do combustível no cilindro e o tempo em que ocorre a inflamação, chama-se atraso de inflamação. Se for muito grande, acumula-se muito combustível por queimar podendo então esta inflamação desenrolar-se de forma repentina, com elevadas pressões de forma semelhante à detonação nos motores do Ciclo Otto. Se um combustível de um motor do ciclo Otto for muito resistente à detonação é possível desenvolver motores capazes de debitar cerca do dobro da potencia alcançável utilizando combustíveis clássicos

  21. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Lubrificação TIPOS DE LUBRIFICANTES - Sólidos - Consistentes - Líquidos - Gasosos SISTEMAS DE LUBRIFICAÇÃO - Por chapinhagem - Lubrificação forçada - Por perda total • FUNÇÕES DO ÓLEO DE UM MOTOR • Lubrificar • Arrefecer • - Remover impurezas • - Neutralizar produtos de combustão quimicamente activos • - Amortecer vibrações • - Transmitir forças

  22. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Tipos de Arrefecimento de Motores DIRECTO SOBRE ALETAS Forçado Não forçado INDIRECTO POR MEIO DE UM FLUIDO Água Água mais anticongelante Óleo Nota: O anticongelante mais utilizado é o etileno-glicol. Misturado a 50% com água, ferve a 135ºC (1,5bar) e congela a cerca de -40ºC OUTROS PERMUTADORES DE CALOR - INTERCOOLERS - RADIADORES DE ÓLEO - CONDENSADORES DE AR CONDICIONADO, ETC.

  23. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Como aumentar a potência dos motores • Com o aumento do tamanho dos cilindros • Com o aumento do número dos cilindros • (ambos estes casos é por aumento de cilindrada do motor) • Com o aumento das rotações • Através de sobrealimentação • Sobrealimentação mais vulgar • Mecânica • Compressor de palhetas • Compressor Roots • Compressores centrífugos • Accionada por gases de escape • Turbocompressores

  24. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Componentes adicionais nos motores ESSENCIAIS Bombas de óleo Bombas de água (se as houver) Bombas de combustível Magnetos Conta-Rotações ADICIONAIS (DO MOTOR) Motor de arranque Geradores (alternadores) ADICIONAIS (DA AERONAVE) Bombas hidráulicas Bombas de vácuo Bombas de ar condicionado OUTROS A caixa redutora do hélice O hélice

  25. Instituto Superior Técnico – 13 de Abril de 2005 Pensam que já sabem tudo acerca de motores?!?!? Então tentem perceber como este motor funciona Gnome Rotary Sopwith Pup ~80 Cv 1916

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