MELHORIAS NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

OBJETIVO GERAL OU PRIMÁRIO 6 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS OU SECUNDÁRIOS 6 3 JUSTIFICATIVA 7 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 8 5 METODOLOGIA 13 6 CRONOGRAMA DE DESENVOLVIMENTO 14 REFERÊNCIAS 15 1 INTRODUÇÃO Em nossa sociedade atual e desde os primórdios da revolução industrial, a humanidade tem contado cada vez mais com máquinas para a realização de trabalho e de uma parte cada vez maior da produção. As máquinas foram responsáveis por permitir ganhos significativos de produtividade às atividades humanas. Nesse cenário, entre as principais máquinas utilizadas estão os motores de combustão interna, os quais são responsáveis por atender a grande parte das nossas necessidades de potência mecânica e também atender a grande maioria das necessidades de transporte urbano nas sociedades modernas. Em alguns países, como é o caso do Brasil, quase a totalidade do transporte urbano (automóveis, caminhões e ônibus) funciona com a utilização de motores de combustão interna.

No entanto, pressões ambientais tanto em nível local, pela concentração de poluentes no ar das cidades, como em nível global, pela preocupação com o fenômeno mundial das mudanças climáticas, têm provocado questionamentos em relação à conveniência do uso desse tipo de tecnologia em seus níveis atuais de desempenho. É eminente a necessidade de se reduzir o nível de emissões de gases de efeito estufa e, ao mesmo tempo, atingir-se maiores níveis de eficiência energética. Sendo o setor de transporte um grande responsável pelas emissões globais de poluentes, muitas grandes cidades europeias têm promovido iniciativas para um maior uso de veículos elétricos. Porém, é muito difícil acreditar que no curto prazo os veículos elétricos possam substituir totalmente os veículos com motores de combustão interna.

Para que isso acontecesse, seriam necessários enormes investimentos e uma verdadeira revolução na infraestrutura de abastecimento de energia elétrica das cidades. Porém, com desenvolvimentos na indústria do petróleo, ampliando a oferta e barateando o custo de combustíveis, especialmente a gasolina, os motores de combustão interna acabaram tornando-se mais utilizados, eliminando os motores elétricos e a vapor da indústria automotiva no início do século XX (WOMACK et al. Os motores elétricos foram superados principalmente pela baixa autonomia das baterias da época e os motores a vapor superados pelos longos tempos de aquecimento requeridos. Por todo o século XX, os motores de combustão interna reinaram sozinhos na indústria automobilística. No início do século XXI, o motor de combustão interna volta a enfrentar a competição de motores elétricos, cada vez mais modernos e utilizados em conjunto com baterias de grande autonomia.

Nesse contexto, a pesquisa e a melhoria do rendimento energético dos motores de combustão interna são passos fundamentais para alcançar melhores desempenhos e uma operação mais ambientalmente sustentável. Ou seja, parte da energia do combustível é gasta vaporizando água, fazendo com que ela passe do estado líquido para o gasoso. Como os motores a combustão interna operam em altas temperaturas, é inevitável que as partículas de água produzidas na combustão estejam sempre na forma gasosa. Por isso, uma parte da energia sempre é perdida, carregada pelo vapor e, por isso, deve-se sempre utilizar o PCI como referência. Existem vários tipos de motores de combustão interna, e estes podem ser classificados pelo tipo de ignição (por centelha ou por compressão), pelo ciclo do motor (quatro ou dois tempos), pela localização das válvulas (na cabeça do pistão ou no bloco do motor), pelo desenho básico (motores recíprocos/alternativos ou rotativos), posição e número de cilindros, processo de admissão de ar, método de injeção de combustível, tipo de combustível, aplicação e tipo de resfriamento.

Apesar da grande variedade, os mesmos princípios básicos de funcionamento energético se aplicam a todos os motores. Essa variação é consideravelmente maior dependendo da velocidade de rotação do motor, podendo reduzir a potência realizada em 1% a 2%. Em uma operação ideal, considera-se que a combustão é instantânea na primeira fase, a volume constante, e depois ocorre com uma velocidade adequada para manter a pressão constante, na segunda fase. Porém, apesar de ser uma reação extremamente rápida, a combustão não é instantânea, e o tempo necessário para a combustão diminui a eficiência entre 2% a 3% em relação a um processo ideal. Por outro lado, apesar de ser uma reação extremamente veloz, o tempo disponível para o processo de combustão é muito breve no ciclo de um motor, e nem todas as moléculas de combustível conseguem encontrar moléculas de oxigênio com as quais reagir, ou ainda as temperaturas locais podem não favorecer a reação.

Assim, uma pequena fração do combustível acaba não reagindo, não queimando, e é perdida junto com os gases de exaustão. Todo trabalho científico deve iniciar com uma revisão de literatura, pois esta permite ao pesquisador conhecer o que já se estudou sobre o assunto. Através do estudo e da consulta de diversos trabalhos e publicações científicas será possível identificar importância de se buscar melhorias no desempenho dos motores de combustão interna, tanto em uma perspectiva econômica, reduzindo o consumo de combustível, como numa perspectiva ambiental, diminuindo as emissões de gases poluentes. Serão pesquisados livros clássicos da área de engenharia para esclarecer os fenômenos de termodinâmica referentes às trocas de energia e fluxos de massa.

Também serão pesquisados livros consagrados da área específica de motores de combustão interna, para o estudo específico dos fenômenos relacionados ao desempenho dos motores, sejam eles de natureza de projeto ou de operação. Essa pesquisa será feita através da internet, procurando as obras completas quando disponível, ou em biblioteca. Mahdisoozani, H. et al. Performance Enhancement of Internal Combustion Engines through Vibration Control: State of the Art and Challenges. Applied Sciences, v. n. Harlow: Pearson Education Limited, 2014. Sadeghinezhad, e. et al. A comprehensive literature review of bio-fuel performance in internal combustion engine and relevant costs involvement. Renewable and Sustainable Energy Reviews v. The Internal-Combustion Engine in Theory and Practice: Volume 1: Thermodynamics, Fluid Flow, Performance. Massachusetts: The Massachussets Institute of Technology Press, 1985. WOMACK, J.

P. JONES, D.