quinta-feira, 20 de agosto de 2009

A Produção dos Combustíveis

Temos observado a presença de vários combustíveis sendo utilizados nos motores dos veículos, e isso tem levado as montadoras a classificar seus veículos por: Flex Power, Bi Combustível, Tetra Fuel. Mas será que conhecemos qual a diferença entre gasolina, querosene e óleo diesel? Será que temos as informações elementares da tecnologia dos combustíveis.

Alguns dias atrás poste um artigo falando sobre as características dos motores Flex utilizados nos veículos comercializados no país.

Desejo aqui iniciar mais um artigo que não tem a intenção de esgotar o assunto, mas apenas fomentar o desejo em cada um de nós leitores de conhecer um pouco mais e buscar novas informações que proporcionem a produção de conhecimento da cadeia de obtenção dos combustíveis a partir da extração do petróleo.

O "óleo cru" bombeado do subsolo é um líquido negro chamado petróleo. Este líquido contém hidrocarbonetos alifáticos (em inglês) ou hidrocarbonetos compostos apenas por hidrogênio e carbono. Os átomos de carbono se ligam em cadeias de diversos comprimentos.

Acontece que moléculas de hidrocarbonetos de comprimentos diferentes possuem propriedades e comportamentos diferentes. Por exemplo, uma cadeia com apenas um átomo de carbono (CH4) é a cadeia mais leve, chamada de metano. O metano é um gás tão leve que flutua, como o hélio. À medida que as cadeias ficam mais compridas, elas se tornam mais pesadas.

As quatro primeiras cadeias - CH4 (metano), C2H6 (etano), C3H8 (propano) e C4H10 (butano) - são todas gases e entram em ebulição a -107ºC, -67ºC, -43ºC e -18ºC respectivamente. À temperatura ambiente, a maioria das cadeias até C18H32 são líquidas e as acima de C19, são sólidas.

Os diferentes comprimentos de cadeia possuem pontos de ebulição progressivamente mais altos. Sendo assim, eles podem ser separados por destilação. Isto é o que ocorre em uma refinaria de petróleo: o óleo cru é aquecido e as diferentes cadeias são extraídas pelas suas temperaturas de vaporização.

As cadeias na faixa de C5, C6 e C7 são líquidos muito leves e claros, que evaporam facilmente e são chamados de naftas. Eles são usados como solventes. Fluidos de lavagem a seco podem ser fabricados a partir desses líquidos, como também solventes de tinta e outros produtos de secagem rápida.

As cadeias de C7H16 até C11H24 são misturadas e usadas na gasolina. Todas elas evaporam a temperaturas abaixo do ponto de ebulição da água. É por isso que se você derramar gasolina no chão, ela evapora rapidamente.

Em seguida vem o querosene, na faixa de C12 a C15, seguido pelo óleo diesel e óleos combustíveis mais pesados (como o óleo de calefação residencial).

Depois vêm os óleos lubrificantes. Esses óleos não evaporam de modo algum em temperaturas normais. Por exemplo, um óleo de motor pode ser utilizado o dia todo a 120 ºC sem evaporar. Os óleos vão de muito leves (como o óleo 3 em 1), passando por várias espessuras de óleo de motor, até óleos de transmissão muito grossos e graxas semi-sólidas. A vaselina também está incluída aqui.

Cadeias acima da faixa de C20 formam sólidos, começando pela parafina, depois piche e finalmente betume asfáltico, que é utilizado para construir rodovias asfaltadas.

Todas essas substâncias provêm do óleo cru. A única diferença entre elas é o comprimento de suas cadeias de carbono.

quarta-feira, 19 de agosto de 2009

Veja o Funcionamento dos Turbocompressores

Introdução:

Quando as pessoas conversam sobre carros de corrida ou carros esportivos de alto desempenho, normalmente falam em turbocompressores. Eles aparecem também em motores a diesel de pequeno, médio e grande porte. Um turbo pode aumentar significativamente a potência de um motor sem elevar muito seu peso, e é isso que os torna tão populares.





Neste artigo, aprenderemos como um turbocompressor aumenta a potência produzida por um motor, ao mesmo tempo em que suporta condições extremas de funcionamento. Veremos também como a válvula de alívio, as palhetas de turbina de cerâmica e os mancais
ajudam os turbocompressores a desempenhar sua função de forma ainda mais eficiente.
Turbocompressores são um tipo de sistema de indução forçada. Eles comprimem o ar que entra no motor (observem como funciona
a corrente de ar em um motor aspirado). A vantagem da compressão do ar é que isso permite ao motor receber mais ar dentro de um cilindro - e mais ar significa que mais combustível pode ser adicionado. Obtém-se, portanto, mais potência das explosões em cada cilindro. Um motor turbocomprimido produz mais potência do que o mesmo motor sem o dispositivo,(motores endotérmicos aspirados). Isso pode melhorar significativamente a relação peso/potência do motor, proporcionando uma melhoria no desempenho térmico e uma melhor dirigibilidade do veículo.
Para conseguir essa compressão do ar, o turbocompressor utiliza o fluxo dos gases de escapamento do motor para girar uma turbina, que, por sua vez, gira um compressor. A turbina no turbocompressor gira a velocidades de até 150 mil rotações por minuto (rpm), aproximadamente 30 vezes mais rápido do que a maioria dos motores de automóveis, e, como está ligada ao escapamento, as temperaturas dentro dela também são bem elevadas.


Princípios básicos:

Uma das maneiras mais garantidas de se obter mais potência de um motor é aumentar a quantidade de ar e de combustível que ele pode queimar. Uma forma de se fazer isso é adicionando cilindros ou tornando maiores os cilindros existentes. Porém, algumas vezes, essas alterações não são possíveis. Um turbo pode ser uma forma mais simples e compacta de adicionar potência, especialmente como acessório vendido em lojas ou oficinas de preparação de motores.




Local onde o turbocompressor está localizado



Os Turbocompressores permitem que um motor queime mais ar e combustível ao colocá-los em maior quantidade dentro dos cilindros existentes. A pressão de superalimentação típica fornecida por um turbocompressor é de 6 a 8 libras por polegada quadrada (lb/pol2). Como a pressão atmosférica normal é de 14,7 lb/pol2 ao nível do mar, o turbo coloca 50% mais ar no motor. Com isso, espera-se um ganho de 50% na potência do motor mas, por não haver eficiência na mesma proporção, é normal atingier um ganho de 30% a 40%.
Uma causa da ineficiência vem do fato de que a potência para girar a turbina não é livre. Ter uma turbina no fluxo de escapamento aumenta a restrição de saída dos gases queimados. Isso significa que, no curso de escapamento, o motor tem que empurrar uma contrapressão. Isso faz diminuir um pouco a potência.

Altitudes Elevadas:

Um turbocompressor ajuda em altitudes elevadas, onde o ar é menos denso. Motores normais têm perda de potência em altitudes elevadas, pois, para cada curso do pistão, o motor recebe uma massa de ar menor. Um motor turbocomprimido pode ter também redução de potência, mas a redução é menos problemática, já que o ar mais fino é mais fácil de ser bombeado pelo tubocompressor.
Carros mais velhos, com
carburadores, aumentam automaticamente a vazão de combustível para se ajustar ao maior fluxo de ar que entra nos cilindros. Carros modernos com injeção de combustível também fazem isso até um certo ponto. O sistema de injeção depende dos sensores de oxigênio no escapamento para determinar se a relação ar-combustível está correta, de forma que esses sistemas aumentarão a quantidade de fluxo de combustível automaticamente se um turbo for adicionado.
Se um turbocompressor com muita pressão é instalado num carro com injeção de combustível, o sistema pode não fornecer combustível suficiente. Dessa maneira, ou o software programado no controlador não permite que isso ocorra, ou a bomba e os injetores não são capazes de fornecê-lo. Nesse caso, outras modificações terão que ser feitas para se conseguir o máximo benefício do turbocompressor.

Como Funciona:

O turbocompressor é parafusado ao coletor de escapamento do motor. O fluxo dos gases queimados que sai dos cilindros gira a turbina, que funciona como um motor de turbina a gás. A turbina é conectada por uma árvore ao compressor localizado entre o filtro de ar e o coletor de admissão. O compressor pressuriza o ar que vai para os cilindros.






Como Um Turbocompressor É Instalado Em Um Carro:

Os gases de escapamento, ao deixar os cilindros, passam pelas palhetas da turbina, fazendo-a girar. Quanto mais gases passam pelas palhetas, mais rapidamente elas giram.




Dentro de um turbocompressor


Do outro lado da árvore à qual a turbina está conectada, o compressor bombeia ar para dentro dos cilindros. O compressor é um tipo de bomba centrífuga que suga o ar para dentro no centro de suas palhetas e lança-as para fora à medida que gira.

Para agüentar velocidades de até 150 mil rpm, a árvore da turbina tem que estar cuidadosamente sustentada. A maioria dos rolamentos explodiria a velocidades como essa, portanto, a maioria dos turbocompressores utiliza um mancal fluido. Esse tipo de mancal mantém a árvore em uma fina camada de óleo que é constantemente bombeada em torno dela. Isso serve a dois propósitos: resfria a árvore e algumas das outras peças do turbocompressor e permite que o eixo gire sem muito atrito.
Existem muitos compromissos envolvidos no projeto de um turbocompressor para motor.

O Efeito da Elevada Pressão:

Com o ar sendo bombeado pelo turbocompressor para dentro dos cilindros sob pressão e depois sendo comprimido ainda mais pelo pistão, há um maior risco de provocar a detonação ou "batida de pino". A detonação acontece porque, à medida que o ar é comprimido, sua temperatura aumenta. A temperatura pode aumentar o suficiente para dar ignição à parte da mistura ar-combustível que ainda não queimou, estando a combustão em andamento. Carros com turbocompressor frequentemente necessitam de combustível com maior octanagem para evitar a detonação. Se a pressão do turbo for muito alta, a taxa de compressão do motor pode necessitar ser reduzida a fim de evitar a detonação.

Como Funciona o KERS



Introdução ao KERS

KERS não é um nome - é a sigla de Kinetic Energy Recovering System (sistema de recuperação de energia cinética). Apesar de ser chamado de sistema, o KERS é na verdade um conceito. Diferentes sistemas podem ser usados para cumprir o objetivo do KERS, que é acumular energia gerada nas frenagens - que seria desperdiçada - para ser usada quando o carro precisa acelerar. O KERS foi incluído no regulamento da F-1 para 2009, inicialmente como opcional. As regras permitem que as equipes desenvolvam seu próprio sistema ou comprem de terceiros, sem obrigá-las a usar o equipamento.

© Williams Grand Prix Engineering Limited

A
potência fornecida pelo KERS representa cerca de 10% da potência máxima de um motor de F-1 e deverá ser particularmente útil em ultrapassagens. Pelo regulamento, a cada volta o KERS poderá liberar no máximo 400 kJ, e nunca mais de 60 kW (1 kW = 1 kJ/s) num determinado instante, o que na prática significa que o piloto terá por 6,7 segundos toda a potência adicional (são cerca de 81,5 cv). Os pilotos precisam o tempo todo ter controle sobre o KERS - não pode haver sistemas automáticos para ligá-lo nem desligá-lo. O mais provável é que o piloto use um botão no painel do carro.

Princípio de Funcionamento:

Um dos fabricantes de KERS é a Flybrid, que desenvolveu um sistema baseado num volante acoplado por embreagem a um câmbio CVT, ligado ao câmbio do carro. O volante, feito de aço e fibra de carbono, gira a mais de 60.000 rpm no vácuo, graças a uma câmara selada, para diminuir o atrito. O equipamento completo pesa 24 kg e é capaz de gerar até 60 kW (pouco mais de 81,5 cv).É o controle da relação das polias do câmbio CVT que define quando o sistema armazena ou libera energia. Na desaceleração, o movimento é dirigido ao volante, que acumula energia cinética (energia em movimento - para saber mais, leia Como funcionam a força, a potência, o torque e a energia).A tecnologia da Flybrid não é exatamente nova. A própria empresa explica que alguns veículos híbridos, como ônibus, e até protótipos de carros, já empregaram algo semelhante. A Flybrid conseguiu no entanto melhorar o sistema, graças ao uso de um volante muito leve, que compensa a falta de massa com a altíssima rotação. Segundo a Flybrid, foi possível também uma redução significativa do efeito giroscópico.



Esquema do sistema Flybrid


O sistema desenvolvido pela Williams também usa um volante, mas ele é acionado eletricamente, e não há um câmbio CVT. No KERS da Williams o volante, também mantido em compartimento com vácuo, é produzido em fibra de carbono, com rolamentos de cerâmica e eixo de aço, e ultrapassa 100.000 rpm. No volante do sistema da Williams partículas magnéticas são incorporadas ao material do volante, e a passagem de corrente (gerada nas frenagens, graças à ligação dos semi-eixos com um gerador o leva a acelerar. Um inversor permite o fluxo no sentido contrário - quando o piloto aperta o botão de acionamento do KERS, o volante funciona como um gerador, enviando corrente ao motor elétrico auxiliar.

Outros sistemas em desenvolvimento usam tecnologias diferentes, como o emprego de geradores, baterias (de íon-lítio) ou supercapacitores e motor elétrico para respectivamente produzir, armazenar e despejar potência extra.


Vantagens e desvantagens do KERS:


Vantagens: Mais potência na hora de acelerar (só que por pouco tempo - o KERS pode ser acionado durante 6 segundos a cada volta). E essa potência é realmente extra, porque não há peso adicional no carro nem consumo de combustível. Os 81,5 cv despejados pelo KERS representam 10% a mais de potência.

Desvantagens: Apesar de pequeno, o KERS ocupa espaço - e num carro de F-1 não há muito lugar sobrando. Além disso, o KERS pesa - embora o peso não seja o real problema. É a concentração do peso num ponto que pode afetar o desempenho dos carros.
O regulamento da F-1 estabelece um peso mínimo para o carro, medido com o piloto a bordo. O conjunto é mais leve que o peso mínimo aceito, e as equipes recorrem a lastros, pequenos pesos, para chegar ao número permitido. Esses lastros podem ser distribuídos livrementes - e são posicionados de forma a melhorar a estabilidade do carro. O KERS elimina ou diminui a possibilidade de uso de lastros. O equipamento da Flybrid, por exemplo, tem 24 kg. A Williams não declara o peso, mas diz que seu KERS produz 5 kW por kg; fazendo a regra de três, o equipamento, que gera 60 kW, deve ter 12 kg.Outra possível desvantagem é o risco de quebra. Qualquer que seja o fabricante ou sistema adotado por uma equipe, é algo novo, que não foi testado em corridas. E segundo a
Lei de Murphy... tudo que pode dar errado dá errado. Só como exemplo, em testes no final de 2008 um mecânico da BMW-Sauber levou um choque ao encostar no carro da equipe - culpa do KERS.