Aulas de Propulsão - Máquinas Principais - CT202, 2024/2025

CT202 – TEORIA DO NAVIO III 2024 / 2025 – 1º SEMESTRE – PROPULSÃO – MÁQUINAS PRINCIPAIS AULA 04 CFR EN-MEC MARCELINO RUIVO  PROPULSÃO – MÁQUINAS PRINCIPAIS ▪ Motores alternativos e turbomáquinas ▪ Motores...

CT202 – TEORIA DO NAVIO III 2024 / 2025 – 1º SEMESTRE – PROPULSÃO – MÁQUINAS PRINCIPAIS AULA 04 CFR EN-MEC MARCELINO RUIVO  PROPULSÃO – MÁQUINAS PRINCIPAIS ▪ Motores alternativos e turbomáquinas ▪ Motores Térmicos ▪ Combustão externa – turbina vapor ▪ Combustão interna – diferentes tipos e conceitos ▪ Comparativo eficiência, potência e outros fatores ▪ Outras tipologias – motores elétricos CT202 – TEORIA DO NAVIO III 2  CLASSIFICAÇÃO DE MÁQUINAS DE FLUIDO ✓ Hidraúlicas ▪ Fluido trabalho é practicamente Turbomáquinas incomprensível – TMH (turbinas hidráulicas) Máquinas de Fluido ✓ Térmicas ▪ A compressibilidade do fluido não é desprezável – TMT (turbinas gás, vapor) E.Fluido-Máq.-Trabalho Máquinas de deslocamento positivo Máquinas Motrizes ▪ Alternativas - motores de explosão e diesel, bombas Trabalho-Máq.–E.Fluido ▪ Rotativas - motores Wenkel, bombas de lóbulos, de Máquinas Geradoras carretos ou de engrenagens CT202 – TEORIA DO NAVIO III 3  TURBOMÁQUINAS Máquina em que existe troca de energia com um fluido, que circula através dele de forma continua, por ação de uma ou mais coroas de pás móveis ▪ Turbina vapor, ventilador, bomba centrífuga, … ✓ Alta rotação e velocidade do fluido de trabalho ✓ Relativamente pequenas em dimensão (boa relação peso/potência) ✓ Não existem movimentos intermitentes ou oscilações como nos motores de alternativos ✓ Menor eficiência com fluídos de viscosidade elevada CT202 – TEORIA DO NAVIO III 4  TURBOMÁQUINAS Classificação de Turbomáquinas ▪ Compressibilidade do fluido o Hidráulicas (fluído incompressível) ou Térmicas  Análise do processo e não exclusivamente do fluido, ventilador (ar) é tratado como TMH ▪ Sentido de permuta de energia o Motoras (fluido cede energia) ou Geradoras (fluido recebe energia) ▪ Direção do fluxo o Radiais (fluxo transversal), Axiais (fluxo coaxial), Diagonais/mistas CT202 – TEORIA DO NAVIO III 5  MÁQUINAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO Máquina em que existe troca de energia com um fluido, por meio de variação de volume (impacto na pressão do fluido), ou por meio da variação de pressão em fluidos incompressíveis ▪ Motor alternativo, compressor, bomba de parafuso, … ✓ Rotação média a baixa ✓ Potência específica média a baixa (relação peso/potência) ✓ Podem ter movimento contínuo ou alternativo ✓ Energia cinética não é primordial no processo CT202 – TEORIA DO NAVIO III 6  MOTORES TÉRMICOS Motores térmicos Máquinas que têm como objetivo transformar a energia calorífica (combustão) em energia mecânica (movimento) Energia O2 ativação Combustão CxHy ▪ Reação química ✓ Combustível ✓ Comburente ✓ Energia de ativação CT202 – TEORIA DO NAVIO III 7  MOTORES TÉRMICOS Rendimento térmico ▪ Poder calorífico combustível – 100% ▪ Trabalho útil produzido (veio motor) ▪ Energia dissipada (combustão incompleta, atrito, perdas para o ambiente) CT202 – TEORIA DO NAVIO III 8  MOTORES TÉRMICOS Combustão externa ▪ Combustão fora do fluído ativo ✓ Motor alternativo a vapor, turbina a vapor Combustão interna ▪ Queima do combustível faz parte do fluído ativo ✓ Motor Diesel, motor Otto, turbina a gás CT202 – TEORIA DO NAVIO III 9  COMBUSTÃO EXTERNA – VAPOR Motor alternativo a vapor o Desenvolvimento séc. XVII e XVIII o Implementação massiva séc. XIX ▪ Produção de vapor em caldeira Máquina a vapor por combustão indireta de carvão Fonte: http://geoconceicao.blogspot.com/2010/02/carvao- mineral.html CT202 – TEORIA DO NAVIO III 10  COMBUSTÃO EXTERNA – VAPOR Motor alternativo a vapor ▪ Admissão e evacuação de vapor controlada por válvula  Vantagens – há sempre tempo motor  Desvantagens Inércia, fugas de vapor no êmbolo Manutenção da caldeira Volume da instalação CT202 – TEORIA DO NAVIO III 11  COMBUSTÃO EXTERNA – VAPOR Turbina vapor o Primeiros registos séc. XVI Grupo eletrogéneo de 1910, 250kW o Desenvolvimento 1884 – 7,5kw (10,1hp) ▪ Produção de vapor em caldeira ▪ Rendimento na ordem de 29% (instalação) CT202 – TEORIA DO NAVIO III 12  COMBUSTÃO EXTERNA – VAPOR Turbina vapor ▪ Pás fixas conduzem o vapor ▪ Pás móveis transformam a energia e produzem movimento  Vantagens – há sempre potência  Desvantagens Aptas para funcionamento estável e em plena carga Erosão das pás, vibrações CT202 – TEORIA DO NAVIO III 13  COMBUSTÃO EXTERNA – VAPOR Ciclo termodinâmico ▪ Ciclo Rankine ▪ Energia fornecida – Bomba + Caldeira ▪ Energia extraída – força motriz veio turbina  Perdas – bomba, caldeira, condensador, transporte vapor, turbina  Ganhos potenciais reaquecimento intermédio na turbina Aproveitamento energia condensação CT202 – TEORIA DO NAVIO III 14  COMBUSTÃO INTERNA Motor de Lenoir, década 1860 ▪ Queimavam mistura de ar e gases de combustão do carvão Motor Lenoir num museu em Paris http://en.wikipedia.org/wiki/File:Lenoir_Motor_2.jpg ▪ Potência entre 2hp e 6hp e rendimento entre 2% e 5% CT202 – TEORIA DO NAVIO III 15  COMBUSTÃO INTERNA 1867, Nikolaus Otto e Beau de Rochas ▪ Motor atmosférico ▪ Potência entre 0,5hp e 3hp, rendimento cerca 11% O motor usava o aumento de pressão gerado pela combustão da carga de ar e combustível, que ocorria no início do curso descendente, para acelerar um êmbolo livre, de tal modo que a sua inércia dava origem a uma depressão no cilindro. A pressão atmosférica empurrava então o êmbolo para cima e uma cremalheira transmitia o movimento ao veio. A admissão era controlada por uma válvula deslizante, a ignição por uma chama de gás. CT202 – TEORIA DO NAVIO III 16  COMBUSTÃO INTERNA - OTTO Motor Otto ▪ 1876, 4 tempos ▪ Potência desde 3hp até 100hp ▪ Admissão ➔ Compressão ➔ Ignição/Expansão ➔ Evacuação CT202 – TEORIA DO NAVIO III 17  COMBUSTÃO INTERNA - OTTO Motor a gasolina comum  Vantagens o Rendimento (atual