QUASITURBINE, A EVOLUÇÃO DOS MOTORES ROTATIVOS

Olá amigos do Blog Tecnico Mecânico.

Mais uma postagem sobre motores rotativos , este confesso a vcs muito me surpreendeu !!!

No post anterior lhes apresentei o motor Wankel. agora vou apresentar a evolução da espécie. Seu irmão mais novo, mas não menos poderoso, o Quasiturbine, ou também conhecido como qurbine. Este motor foi patenteado recentemente (1996) e foi desenvolvido por uma equipe, ou melhor, uma família, os Saint-Hilaire de Quebec no Canadá, que teve à sua frente o físico Dr. Gilles Saint-Hilaire.



Seu nome é derivado de seu funcionamento muito parecido com o de uma turbina. Como seu projeto é recente ainda possui algumas desvantagens e pontos a serem melhorados. Com isso a sua produção em série ainda não existe, mas estudos estão o deixando cada vez mais acertado para poder ser mais uma alternativa nas diversas formas de se gerar potência nos carros de hoje. Um protótipo deste motor foi usado em uma espécie kart em 2004, que foi sua primeira aparição. Já em 2005 um carro movido a ar foi apresentado em um festival em Montreal.





O seu funcionamento, como já foi citado é baseado nos motores Wankel, assim se favorecendo do uso de rotores para definir os ciclos de funcionamento. Falando em ciclo, vamos conhecer um pouco como funciona o qurbine. A seta vermelha, na imagem abaixo, indica o ponto de admissão do ar (1), em vermelho a compressão (2), em amarelo a combustão (3), em cinza o escapamento (4). A seta preta indica o ponto de saída dos gases da combustão.



Como este motor é relativamente novo, a sua primeira desvantagem detectada é a vedação dos rotores que com o calor gerado pelo uso, começa a apresentar falhas. Isso ocorre porque o mesmo é construído de ferro fundido e alumínio. Novamente temos o problema dos dois metais poderem se expandir e contrair de forma não previsível, gerando tal problema, que como nos motores Wankel já tem alternativas para solução.





Já as vantagens, são tantas que poderiam ser enumeradas. Primeiramente por se tratar de um motor rotativo, tem níveis de vibração e emissão de ruídos baixíssimos. Os quasiturbine também possuem muito torque disponível em baixa rotação, o que favorece carros de baixa cilindrada, que é a maioria dos casos destes motores. Novamente temos a vantagem de baixas chances de quebras e desgastes de peças já que o seu processo de produção é simples, e são poucas as peças móveis. Além dessas características padrões de motores rotativos, temos as suas principais vantagens, que o diferenciam dos Wankel. Este motor é totalmente personalizável em termos de posição de trabalho, podendo até trabalhar submerso, o que amplia significativamente a sua gama de utilização, podendo ser usado em carros, motos, barcos, aviões, etc. Além disso, ele é muito versátil quando se fala em combustível, pois o mesmo pode utilizar vapor, hidrogênio, diesel, e até mesmo ar comprimido. Com tantas opções de combustível, se você ainda utilizar gasolina, não se preocupe, pois o mesmo continua gerando muita potência e torque, mas com muito menos consumo e emissão de poluentes para o meio-ambiente, mostrando a sua principal vantagem sobre os Wankel.



Além de todas estas vantagens podemos ainda citar uma características única dos motores quasiturbine, onde pode ser aplicada a fotodetonação, que é um tipo de combustão ar/combustível característica de motores a diesel, mas sem utilizar este combustível. Mas como isso ocorre? Uma pré-mistura de ar e combustível passa por uma grande compressão até que o combustível entre em auto-ignição. Isso é o que ocorre em um motor de foto-detonação ou muitas vezes descrito como um motor HCCI.



Motores com este tipo de combustão (ignição por compressão de carga homogênea) resultam em combustão teoricamente sem emissões e em eficiência superior no consumo de combustível devido ao fato destes motores queimarem completamente o combustível, ou não deixam resíduos de hidrocarbonetos para serem tratados por um catalisador ou serem simplesmente largados no ar.



Mas se a compressão gera uma auto-ignição, as peças do motor devem ser suficientemente fortes para suportar esta contrapressão, sendo assim os motores a pistão podem não resistir ao violento esforço da detonação, portanto estão eliminados da lista de possibilidades. Já os motores Wankel possuem longas câmaras de combustão que limitam a compressão obtida, não gerando o ambiente necessário para o HCCI ocorrer, então também está eliminado. Sobra assim o quasiturbine. Este motor é forte e compacto (graças aos seus 4 rotores) o suficiente para resistir ao esforço da fotodetonação e permitir a taxa de compressão altíssima e necessária para que ocorra a auto-ignição.



Portanto caros leitores, apesar das desvantagens, este motor tem grandes chances de ser o sucessor de nossos atuais geradores de potência. Suas vantagens são várias, gerando maior potência, menor desgaste e/ou quebra de peças, e baixa emissão de poluentes. Lembrem-se que já se passam mais de 100 anos da criação do motor a pistão e o mesmo continua em evolução, sendo assim os quasiturbine têm muito a evoluir e com grandes chances de se tornarem cada vez mais condicionados a melhorar sua relação potênciaXcusto, tanto para o bolso como para o meio-ambiente.



Mais em http://quasiturbine.promci.qc.ca/SIndex.htm

Abraços e até a próxima.

MOTORES WANKEL – MAIS COM MENOS

Olá amigos do Blog tecnico Mecânico.

Conversando via twitter estes dias com ninguém menos do que Eike batista , que és um grande admirador da mecânica e de automóveis e motores , por sua ligação com a letra "X" , o perguntei se ele ja possuiu algum carro da marca Mazda , que tambem sabemos que gosta de batizar seus carros com a letra "X" , sua resposta foi de que é um grande admirador do carro Mazda com Motor Wankel , dedico este post ao amigo Eike Batista .



Esta semana o post é dedicado ao pessoal que gosta de carros e sabe que existem diferentes tipos de motores, com configurações de 4, 6, 8 cilindros, em V ou em linha por exemplo, passando pelos elétricos e claro, os motores rotativos do tipo Wankel.

Para quem não sabe o que é ou como funciona este tipo de evolução de gerador de força, acompanhe abaixo um pouco da história, funcionamento, vantagens, desvantagens e demais características deste motor inventado por Félix Wankel em meados de 1951.

Este motor é composto de uma câmara de combustão, em formato parecido com um número 8. Dentro dela um pistão com um formato quase triangular gira excentricamente. Com este movimento as arestas do triangulo normalmente vedam o ciclo, e o espaço entre o rotor e a câmara aumenta e diminui, tornando assim possível o processo de vácuo para a entrada de ar + combustível, a compressão + combustão com o uso de velas, e por fim a exaustão dos gases gerados. Para uma fácil compreensão, abaixo segue uma animação do funcionamento deste motor.


Acima o ar que entra no motor é demonstrado pela cor azul claro, logo após estar dentro da câmara é adicionado o combustível. O próximo passo é a compressão e explosão da mistura, utilizando velas, para no processo final, os gases – representados pela cor vermelho claro – serem eliminados.


Apesar de ser pouco utilizado nos carros atualmente, este motor trás várias vantagens se comparado aos motores de cilindros normais, que utilizam os clássicos pistões, bielas, etc. Para começar nota-se a diferença de tamanho. Normalmente os motores Wankel são menores, reduzindo assim peso e espaço necessário para a sua alocação no cofre do motor. Facilitando a vida de engenheiros na questão da aerodinâmica e na relação peso X potência do veículo. Além disso, como seu processo de funcionamento é muito simples, apenas uma peça girando, estes motores geram muito poucas vibrações, provocando assim um menor desgaste das peças e um maior conforto ao dirigir o veículo. Mas a principal vantagem para apaixonados por potência vem agora, os Wankel proporcionam muito mais potência e torque do que um motor convencional de mesma cilindrada, isso ocorre porque cada lado do rotor central encontra-se em uma fase do ciclo, sendo assim em uma única volta do eixo virabrequim são geradas mais explosões.



Mas não são apenas de vantagens que este motor é formado. Infelizmente sua curva de potência não é muito elástica, apesar de ser melhor que a de um motor convencional. O motor trabalha sempre no seu limite, assim girando muito e gerando calor demasiado. Este calor excessivo contribui no maior problema dos motores Wankel, a vedação entre as arestas do rotor e a câmara de combustão. A dilatação térmica dos materiais consegue ser prevista, mas nem sempre consegue ser totalmente controlada, causando dificuldades no rigor de construção e tolerâncias mínimas do projeto. Além disso, este tipo de motor tem uma alta taxa de emissão de poluentes.

Apesar das desvantagens este motor é usado até hoje em linhas de montagens. Sua história começou com um esportivo da NSU que utilizava este tipo de engenharia para seu carro. Mas empresas como a Mercedes Benz já utilizaram motores Wankel em seus modelos, como no C-111.


Mercedes C111



NSU-Spider


Atualmente a Mazda utiliza em larga escala os motores Wankel, chamados de Wankel Renesis, com evoluções técnicas para sanar algumas desvantagens. Seu uso começou em 1967 com o Cosmo Sport e em 1978 já haviam sido produzidos mais de um milhão de motores deste tipo para a linha de montagem da montadora. Neste mesmo período, a Mazda dava início na produção de um dos mais famosos esportivos do mundo o RX-7.


Mazda RX-7


Após a saída de linha do RX-7, a Mazda lançou o modelo RX-8 que é o único modelo em produção em série que utiliza o motor Wankel. Mas isso que não dizer que o mesmo não impressione. Além de um design fora de série, o RX-8 trás um motor Wankel de 1300cc, aspirado que rende 231cv a 8200RPM. Isso quer dizer que um Corsa 1.4, por exemplo, tem menos da metade da potência de um RX-8. Isso se utilizar álcool como combustível (onde rende mais cavalos) e ainda tendo um motor de maior cilindrada.


Mazda RX-8


Mas se engana quem pensa que o RX-8 está no seu limite de potência, utilizando um turbo compressor, por exemplo, o mesmo pode render muitos cavalos extra. A imagem abaixo ilustra um kit da marca Greddy para o RX-8. Com a utilização de um kit similar a este, com pressão de 0,38 bar (5.6psi), estima-se que o carro chegue aos 270cv.




Motores Wankel são uma ótima alternativa para se obter potência, e se pudermos utilizar eles com fontes de energia como o álcool, os mesmos podem se tornar um grande divisor de águas na relação de potência e compromisso com o meio-ambiente. Ótima alternativa enquanto não partirmos definitivamente para os carros que utilizam células de combustível.


Mazda 787 B Vencedor das 24 horas de Le Mans , motor Wankel



Gostaram até a próxima amigos, e aguardo comentários e sugestões de assunto.

Tipos de motores de combustão interna

Um motor de quatro tempos é um motor de combustão interna, uma máquina térmica que transforma energia térmica em energia mecânica.
Motor de combustão interna - é uma máquina térmica, que transforma a energia proveniente de uma reação química em energia mecânica. O processo de conversão se dá através de ciclos termodinâmicos que envolvem expansão, compressão e mudança de temperatura de gases.
São considerados motores de combustão interna aqueles que utilizam os próprios gases de combustão como fluido de trabalho. Ou seja, são estes gases que realizam os processos de compressão, aumento de temperatura (queima), expansão e finalmente exaustão.
Assim, este tipo de motor distingui-se dos ciclos de combustão externa, nos quais os processos de combustão ocorrem externamente ao motor. Neste caso, os gases de combustão transferem calor a um segundo fluido que opera como fluido de trabalho, como ocorre nos ciclos Rankine.
Motores de combustão interna também são popularmente chamados de motores a explosão. Esta denominação, apesar de frequente, não é tecnicamente correta. De fato, o que ocorre no interior das câmaras de combustão não é uma explosão de gases. O que impulsiona os pistões é o aumento da pressão interna da câmara, decorrente da combustão (queima controlada com frente de chama). O que pode-se chamar de explosão (queima descontrolada sem frente de chama definida) é uma detonação dos gases, que deve ser evitada nos motores de combustão interna, a fim de proporcionar maior durabilidade dos mesmos e menores taxas de emissões de poluentes atmosféricos provenientes da dissociação de gás nitrogênio.





Ciclos termodinâmicos

Ciclo motor de Otto

O motor baseado no ciclo ideal Otto caracteriza-se por ter sua ignição por faísca. Este tipo é o mais comumente utilizados em automóveis de passeio e motocicletas. Existem processos alternativos em motores experimentais para iniciar a queima como microondas ou uma injeção piloto.

Ciclo motor de Diesel

Os motores Diesel caracterizam-se pela ignição por compressão. O fluido de trabalho (normalmente ar) é comprimido sem ser misturado ao combustível e quando o combustível é injetado no fluido comprimido e quente esse se inflama. As máquinas que impulsionam veículos pesados como caminhões, trens e navios, usualmente são baseadas no ciclo ideal de Diesel, o que não se refere ao combustível utilizado e sim ao ciclo termodinâmico em que operam.


Ciclo Brayton

O ciclo Brayton é utilizado como modelo ideal para turbinas a gás. Este caso se diferencia dos anteriores pelo fato de operar em regime permanente. Isto é conseqüencia do fato de os processos de compressão, transferência de calor, expansão e exaustão ocorrem ao mesmo tempo, mas, em locais diferentes. Assim, este tipo de motor distingue-se dos motores alternativos, onde os processos ocorrem em uma única câmara, mas, em tempos diferentes.

Construção

Os mecanismos dos motores ditam os processos pelos quais passam os fluidos, determinando as características dos ciclos. Mas, mesmo operando em ciclos temodinâmicos semelhantes, motores de combustão interna podem ter mecanismos e formas construtivas extremamente diversas.

Motor alternativo

Máquinas alternativas possuem elementos que realizam movimentos repetitivos de translação. Nestes motores, o principais destes elementos são os pistões, cujo movimento altera o volume das câmaras de combustão, ora comprimindo os gases, ora sendo movimentado pelos gases.
Motores alternativos dividem-se pelo número de tempos em que completa uma sequencia de processos. Neste caso, tempo é o percurso de um pistão, do ponto morto inferior ao ponto morto superior, o que equivale à meia volta da árvore de manivelas.

Motor dois tempos

Num motor a dois tempos, um ciclo termodinâmico se completa a cada volta do eixo, compreendendo as etapas de admissão, compressão, transferência de calor e exaustão. Esta característica permite que o próprio pistão atue também como válvula, abrindo e fechando as janelas (aberturas) na parede da câmara de combustão. Esta opção simplifica a máquina, também dispensando comando de válvula e é muito utilizada em motores de pequeno porte.
Mas, para motores de grande porte, isto não é uma alternativa adequada por reduzir o curso para compressão e permitir a comunicação direta entre a admissão de combustível e os dutos de exaustão. Os maiores motores de propulsão naval, a Diesel, operam em dois tempos, mas, com o emprego de apenas uma janela e uma válvula no cabeçote.



Motor quatro tempos

Já nos motores de quatro tempos, os gases completam um ciclo termodinâmico a cada duas voltas do eixo. Neste caso, para um pistão, ocorre admissão e compressão numa volta e transferência de calor na consecutiva.
Esta alternância requer necessariamente o emprego de um (ou mais) comando de válvulas, engrenado à árvore de manivelas de tal forma que tenha metade da velocidade de rotação da mesma, permitindo que o ciclo de abertura de válvulas dure os quatro tempos.


Elementos

O motor pode ser dividido em partes fixas e móveis. Partes fixas são as partes que não entram em movimento, quando o motor entra em funcionamento, em relação aos outros componetes do motor, por exemplo: bloco, cárter e cabeçote. Partes móveis são caracterizadas pelas partes que se movimentam quando o motor entra em funcionamento, tais como, árvore de manivelas, pistão, biela e comando de válvulas.

Motor rotativo

Um motor rotativo é um motor de combustão interna que não utiliza pistões como um motor convencional, mas pode fazer uso de rotores, às vezes chamados de pistões rotativos.

Turbina a gás

As turbinas a gás são máquinas puramente rotativas, existem em diversas formas construtivas, sempre contendo três sistemas básicos: compressor, câmara de combustão e turbina propriamente dita. As características de cada projeto são funções do meio de transmissão de potência (por eixo ou jato de gases), dos combustíveis utilizados, do porte, das temperaturas de trabalho entre outras variáveis.
Em relação às demais máquinas as turbinas tem característica de ter a maior densidade de potência, ou seja capacidade por peso. Devido a isso, são frequentemente empregadas em aeronaves.



Motor Wankel

O motor Wankel é uma variação de motor de combustão interna que combina características de turbinas a gás às de motores a pistão. Apesar de operar com velas de ignição ao invés de combustão contínua como uma turbina, não há peças alternativas. O ciclo termodinâmico neste caso.
Motores do tipo Wankel oferecem, em relação aos motores a pistão, as vantagens de produzir menos vibrações, já que são puramente rotativos. Possuem maior densidade de potência, ou seja, mais potência do que um motor a pistão de mesma cilindrada e demandam menos peças em sua construção. Como desvantagem, eles aquecem mais, geram mais gases poluentes, têm manutenção dos elementos de vedação e são de manufatura mais complexa do que um motor a pistão.



Quasiturbine

Em 1996, foi patenteado o motor Quasiturbine, uma variação do motor Wankel. Recebeu este nome pelo fato de seu funcionamento contínuo ser quase igual ao de uma turbina.


Combustíveis


Principais características:
Número de Cetanas (N.C.) - para ciclo diesel
Este número revela a facilidade de auto-ignição de um combustível. Quanto mais fácil sua ignição, maior é o número de cetanas.

Número de Octanas (N.O.) ou Octanagem - para ciclo otto
Varia inversamente ao número de Cetanas. Quanto maior o N.C., menor será o N.O. . Este número diz a respeito da qualidade do combustível em relação a sua resistência sobre a auto-ignição. Os motores do ciclo Otto, por exemplo, necessitam ter uma elevada temperatura de auto-ignição para não haver um aumento muito brusco de pressão, ocorrendo as famosas "batidas de pino" (detonação explicada anteriormente). O N.O. pode ser aumentado pela adição de aditivos antidetonantes ou pela mistura de combustíveis N.O. maiores.

Poder Calorífico
Este número fornece a quantidade de energia que uma certa quantidade de combustível pode produzir. Quanto maior este número, melhor o combustível (juntamente com relação ar-combustível).

Facilidadade de Auto-Ignição (veja Cetanas)
Quanto maior a cadeia carbônica, menor é a temperatura de auto-ignição.

Viscosidade
Tem grande importância no jato de combustível injetado na câmara. Caso o combustível seja muito viscoso, a atomização do combustível será prejudicada, assim, num motor frio a partida será afetada. Caso contrário, uma baixa viscosidade dificulta a lubrificação do sistema injetor, aumentando o desgaste do mesmo.
Relação ar-combustível ou combustível-ar estequiométrica
Mede a proporção de ar que deve ser utilizada para queimar (teoricamente) todo o combustível (em massa). Juntamente com o (i.e. multiplicado pelo) poder calorífico é uma medida de quanta energia pode ser colocada no cilindro a cada ciclo.

Resíduo de Carbono
Teor de Cinzas
Água e Sedimentos
Devido à constante evolução dos motores e da eletrônica embarcada no automóvel os engenheiros estão conseguindo criar motores muito mais potentes e econômicos com mesma cilindrada. Um meio de conseguir esta melhora é aumentar a taxa de compressão do motor, mas com isso surge um inconveniente em ciclo otto, a detonação. Ela ocorre quando um resto de combustível no final da combustão tem sua temperatura e pressão elevados a ponto de se auto-ignitar. Essa queima não controlada do combustível gera um ruído característico (conhecido como batida de pino apesar de nenhum pino bater, o ruído é proveniente da ressonância da câmara de combustão transmitida ao bloco) e eventualmente dano mecânico, principalmente em pistão, anéis, vela e válvulas. Para melhorar o rendimento do veículo pode-se utilizar gasolina de alta octanagem, que ajuda a evitar esse fenômeno. Já a pré-ignição ocorre quando o combustível começa a queima antes da faísca da vela de ignição, devido a algum ponto com alta temperatura na câmara de combustão e também é influenciado (um pouco) pela taxa de compressão.

Bem vindos

Bom amigos aqui vamos desvendar os problemas da mecânica :

Sejam bem vindos a meu blog , que criei para tirar dúvidas de você leitor , aqui iremos falar de tudo sobre mecânica , motores , carros , corridas e assuntos técnicos , dicas de preparação para motores de corrida ,e não vamos ficar só na parte automotiva , também falaremos de mecânica industrial , sejam todos bem vindos ao blog técnico mecânico .

Bem iniciamos com a nomenclatura : O que é mecânica ?


Mecânica (ou mecânica clássica), ramo da Física que se dedica ao estudo de forças em movimentos.
Mecânica dos fluidos, estuda as forças em fluidos.
Mecânica quântica, ramo da física que estuda a mecânica de partículas subatômicas.
Mecânica, que estuda as máquinas potentes.
Engenharia mecânica, engenharia de máquinas.
Mecânico, profissional cuja atividade é a reparação de máquinas, motores e outros equipamentos mecânicos.