Por que nos motores diesel não se consegue atingir as mesmas rotações que motores otto?
Passo 1
Beleza, o enunciado pergunta: “Por que nos motores diesel não se consegue atingir as mesmas rotações que motores Otto?”
Conteúdo: diferença entre ciclo Diesel e ciclo Otto, dinâmica dos motores e limites mecânicos.
O que vamos precisar:
Conteúdo: diferença entre ciclo Diesel e ciclo Otto, dinâmica dos motores e limites mecânicos.
O que vamos precisar:
- Entender como ocorre a combustão em cada ciclo;
- Ver como a velocidade de chama e o tempo de queima influenciam a rotação;
- Ver limites mecânicos (massa dos componentes, velocidade média do pistão, tensões).
Passo 2
Primeiro, a diferença de ignição e de queima:
- Motores Otto usam ignição por centelha (faísca) e têm mistura homogênea de ar+combustível. A chama se propaga rápido (tipicamente dezenas de m/s).
- Motores Diesel usam injeção direta e ignição por compressão, queimam em modo difusivo: o combustível se mistura com o ar enquanto queima. A chama é bem mais lenta.
Por que isso importa para rotação? Quanto mais rápido a chama percorre a câmara de combustão, mais rápido podemos fechar o ciclo e girar mais rápido o virabrequim.
Passo 3
Tempo de queima e rotação
A rotação de um motor está limitada pelo tempo que a combustão leva para gerar pressão útil. Se a chama demora muito para queimar a mistura, em rotações altas boa parte do combustível ainda vai queimar com o pistão já indo pra baixo, perdendo eficiência e até batendo pino.
No Otto, a queima termina em cerca de 10–15° CA (graus antes/depois do ponto morto superior). No Diesel, a queima pode levar 30–40° CA.
Para manter a mesma fração de ciclo para combustão em rotações mais altas, o Diesel precisaria queimar mais rápido, mas a natureza do processo difusivo não deixa.
A rotação de um motor está limitada pelo tempo que a combustão leva para gerar pressão útil. Se a chama demora muito para queimar a mistura, em rotações altas boa parte do combustível ainda vai queimar com o pistão já indo pra baixo, perdendo eficiência e até batendo pino.
No Otto, a queima termina em cerca de 10–15° CA (graus antes/depois do ponto morto superior). No Diesel, a queima pode levar 30–40° CA.
Para manter a mesma fração de ciclo para combustão em rotações mais altas, o Diesel precisaria queimar mais rápido, mas a natureza do processo difusivo não deixa.
Passo 4
Limites mecânicos e média de velocidade do pistão
Componentes Diesel são mais pesados (biela, pistão e bloco mais reforçados por terem alta pressão interna). Isso gera maior inércia.
A velocidade média do pistão é dada por
Componentes Diesel são mais pesados (biela, pistão e bloco mais reforçados por terem alta pressão interna). Isso gera maior inércia.
A velocidade média do pistão é dada por
onde
s = curso do pistão (m)
N = rotação (rpm)
Motores Diesel geralmente têm limite perto de 15 m/s. Motores Otto chegam a 20 m/s ou mais. Se um Diesel tentasse as rotações de um Otto, o pistão e biela sofreriam tensões e fadiga muito maiores.
s = curso do pistão (m)
N = rotação (rpm)
Motores Diesel geralmente têm
Passo 5
Pressões e tensões elevadas
No Diesel o pico de pressão é maior (por causa da alta taxa de compressão, geralmente 16:1 a 20:1). A força no pistão é
No Diesel o pico de pressão é maior (por causa da alta taxa de compressão, geralmente 16:1 a 20:1). A força no pistão é
com
maior que no Otto e área
do pistão. Esse combo já exige materiais mais resistentes e reforçados, que por sua vez pesam mais, limitando ainda mais a rotação máxima.
Resposta
Motores Diesel não atingem rotações tão altas porque sua combustão difusiva é mais lenta (precisa de mais graus de virabrequim para queimar), seus componentes são mais pesados e trabalham sob pressões maiores, o que aumenta as tensões e limita a velocidade média do pistão.