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Projecto FEUP - Relatório
- Motores de Combustão Interna -
Relatório realizado por: Equipa 505
-Francisco Magalhães
-João Paulo Freitas
-José Filipe Magalhães
-Nuno Pereira
-Pedro Lemos
-Tomás Pinheiro
Motores de Combustão Interna
Outubro de 2009 2
Índice
Página
I - Introdução 3
II - Motores de Combustão Interna 4
III - Descrição de um motor de combustão interna genérico 5
IV - Desenvolvimento ao longo da história 9
V - Tipos de motores 12
1. Motor de ciclo Otto 13
2. Motor Diesel 14
3. Motor a 2 tempos 16
4. Motor a 4 tempos 17
5. Motor a 6 tempos 20
6. Motor Wankel 21
7. Motor Scuderi 22
VI - Conclusão 24
VII - Bibliografia 25
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I - Introdução
Ao longo deste relatório será abordada a componente de motores de
combustão interna no âmbito da cadeira de Projecto FEUP.
Procurar-se-á explicar sucintamente o que são os motores de combustão
interna, como surgiram e em que contribuíram para o desenvolvimento da
sociedade. Como tal deve-se ter em linha de conta todo o processo de
desenvolvimento que os motores sofreram e, assim sendo, explicar-se-á a
diferente constituição dos diferentes motores, procurando-se pôr em
evidência as vantagens e desvantagens dos mesmos, explicando o seu
funcionamento.
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II - Motores de Combustão Interna
Os motores de combustão interna (Fig. 1) são uma máquina térmica uma
vez que produzem calor no interior do próprio motor, que transforma a
energia química, térmica, resultante da combustão gerada pela mistura
ar/combustível, por como por exemplo gasolina ou gasóleo, em energia
mecânica. O motor é composto de um mecanismo capaz de transformar os
movimentos alternativos dos pistões em movimento rotativo da árvore de
manivela, que transmite energia mecânica aos equipamentos accionados,
como por exemplo, um gerador de corrente alternada. Ou seja, são
considerados motores de combustão interna aqueles que utilizam os seus
próprios gases de combustão como fluido de trabalho, se assim se pode
dizer. É então fundamental não fazer confusão e afirmar que motores de
combustão interna são o mesmo que motores de explosão. Tecnicamente
isto está incorrecto. Até porque o que ocorre dentro das de câmaras de
combustão não é uma explosão de gases. O que impulsiona os pistões é o
aumento da pressão interna da câmara devido à combustão. A dita explosão
é uma detonação de gases que deve ser evitada nos motores de combustão
interna a fim de proporcionar uma maior durabilidade dos mesmos e uma
menor taxa de emissões poluentes.
Motores de combustão interna são vulgarmente denominados motores de
explosão porém, tecnicamente isto está incorrecto pois o que ocorre dentro
das de câmaras de combustão não é uma explosão de gases. O que
impulsiona os pistões é o aumento da pressão interna da câmara devido à
combustão. A dita explosão é uma detonação de gases que deve ser evitada
nos motores de combustão interna a fim de proporcionar uma maior
durabilidade dos mesmos e uma menor taxa de emissões poluentes.
Figura 1: Motor de
combustão interna
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III - Descrição das peças de um motor genérico
de combustão interna
Nesta secção do relatório pretende-se fazer um inventário das peças
fulcrais que constituem um motor de combustão interna, expondo-se desta
forma o estudo realizado sobre a morfologia de cada peça, isto é, desde o
material em que é construída até à sua forma, com o objectivo de relacionar
esta mesma morfologia com a função da peça em questão.
De facto é inegável que, no acto de desenhar uma peça, se procura
sempre uma forma para esta de tal forma que propulsione a função que lhe
foi destinada, o que, de um ponto de vista global, é importante abordar
quando se estudam os motores de combustão interna.
Figura 2: Bloco do Motor
1. Bloco do motor (Fig. 2)
O bloco do motor é a peça fundamental que contém a
elite de peças principais ao funcionamento do motor;
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É construído em ferro fundido ou em liga de alumínio,
uma vez que ambos são resistentes à utilização, sendo o
primeiro utilizado para motores mais robustos, como em
camiões ou barcos, e o segundo exemplo em automóveis
comuns;
Contém como peças de destaque, o cilindro, o pistão, a
biela e a cambota.
Figura 3: Funcionamento do ciclo
2. Cilindro (Fig. 3)
É dentro do cilindro que se dá o ciclo de dois ou quatro
tempos, dependendo do tipo de motor em que este está
inserido;
As suas paredes são, por norma, construídas em
alumínio ou ferro fundido, necessitando de suportar
altas pressões e temperaturas;
O material das suas soldaduras pode variar, na
maioridade das situações, entre um metal resistente ao
desgaste temporal e um composto de silicone de nome
Nikasil, igualmente resistente.
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3. Pistão (Fig. 3)
O pistão é a prensa que, no interior do cilindro, executa
um movimento linear no eixo vertical, e que desta
forma admite, comprime, expande e liberta o
combustível do cilindro;
A prensa que representa a extremidade do pistão
consiste numa superfície de aço, uma vez que não cede
a alta pressão, bem como se revela resistente à corrosão
quando, no ciclo normal de funcionamento, é sujeito a
altas temperaturas.
4. Biela (Fig. 3)
A biela é a peça que liga a cambota ao pistão;
Transforma o movimento circular da cambota num
movimento sobre a componente vertical y, o que dá
origem ao ciclo cinético do pistão;
Quanto ao material, não existem exigências específicas
para esta peça. Os fabricantes procuram apenas um
material que seja suficientemente resistente e também
barato, tendo em conta a função desta mesma peça.
Desta forma, a biela é normalmente formada por
alumínio com pequenos reforços em aço.
5. Cambota (Fig. 3)
A cambota é a peça que transforma o movimento
vertical recíproco do pistão em rotação;
Usualmente é construída em aço devido à possibilidade
de reduzir o seu tamanho, bem como reduzir
ligeiramente o seu peso, o que é propício ao
funcionamento rentável e resistente.
6. Cabeça do motor
Peça superior do motor, que assenta em cima do bloco;
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Contém as tampas dos cilindros, as válvulas de
admissão e exaustão, as velas, bem como os canais
refrigeradores e lubrificantes;
Tal como o bloco do motor, pode ser construído em
ferro fundido ou liga de alumínio, dependendo do fim
que o motor terá.
7. Velas
De ignição
1. Peça de metal em forma de lápis, que encaixa nas paredes
dos cilindros;
2. Possuem, na sua extremidade um electrólito condutor que
dá a faísca para a ignição da combustão;
3. Estão presentes nos motores a gasolina (ciclo Otto).
De incandescência
1. Peça de metal em forma de lápis, que encaixa nas paredes
dos cilindros, com um elemento aquecedor na sua
extremidade;
2. Evita que o carro deixe de funcionar a baixas temperaturas;
3. Os seus filamentos são de platina ou irídio porque ambos
são resistentes à oxidação quando sujeitos a altas
temperaturas.
4. Presente nos motores a gasóleo (Ciclo Diesel).
8. Válvulas
As válvulas, como o nome indica, são peças contidas na
cabeça do motor;
Podem ser de dois tipos diferentes, admissão ou
exaustão, isto é, as primeiras abrem para deixar a
mistura de combustível entrar no cilindro, e as segundas
abrem para deixar os gases resultantes da explosão
escapar;
O material de construção poderá variar entre diferentes
ligas de aço ou titânio, mais uma vez, devido às suas
capacidades de resistir a altas temperaturas e pressão.
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IV - Desenvolvimento ao longo da história
Desde já há uns séculos atrás que se procura desenvolver novos e mais
eficientes modos de produzir energia mecânica, nomeadamente a partir de
energia química, térmica, existente em combustíveis diversos, energia esta
gerada e libertada através de processos de combustão levados a cabo no
interior de um mecanismo próprio, da já referida máquina térmica, o motor.
E poder-se-á dizer que a história deste denominado motor de combustão
interna terá tido início no séc. XVII, palco das primeiras tentativas de
realização de trabalho útil através de combustível, como terá sido o caso da
proposta de Christiaan Huygans, em 1673, ao ser utilizada a explosão de
pólvora para elevar um pistão dentro de um cilindro. Com um
arrefecimento dos gases provenientes da combustão, baixando a sua
pressão e provocando a descida do pistão, seria provocada uma subida da
água ou carvão pela acção da pressão atmosférica. Contudo, já no início do
séc. XVI havia sido proposta a elevação de um peso através do fogo,
fazendo uso do mesmo princípio, por Leonardo da Vinci, em 1508.
No mesmo século, Sir Samuel Morland fez uso do mesmo combustível,
pólvora, para movimentar bombas de água, acabando por criar o primeiro
rudimentar motor de combustão interna com pistões.
Os motores a pólvora possuíam, no entanto, uma desvantagem que não
poderia ser ignorada, a possível destruição dos metais constituintes dos
próprios motores provocada pelo dióxido de enxofre produzido na sua
combustão que resultaria em ácido sulfúrico.
Já no séc. XVIII, foi proposto e evoluído o funcionamento da máquina a
vapor (notando os nomes de Denis Papin, autor da proposta, e Thomas
Savery, Thomas Newcomen e James Watt, autores da evolução), máquinas
que em muito impulsionaram a revolução industrial do mesmo século. Foi
de facto Watt, em 1769, quem finalmente melhorou estas máquinas, que até
ao momento apresentação processos muito lentos de funcionamento e
muitas limitações, ao inventar um condensador externo ao cilindro,
permitindo muitos mais ciclos por unidade de tempo. No entanto, ao mais
tarde propor usar a sobrepressão do vapor como efeito motor, aumentando
a pressão sobre o pistão, muitas mortes foram provocadas por explosões
nas caldeiras.
Outros motores foram propostos e desenvolvidos entretanto, como o
“motor a água”, inventado em inícios do século XIX. No entanto, o
conceito deste motor que usaria a decomposição da água por electricidade
gerada por pilhas galvânicas, para originar hidrogénio e oxigénio que
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seriam queimados num cilindro, obtendo pressão que moveria um pistão,
pistão este que seria puxado de volta após o arrefecimento do vapor de
água resultante, que provocaria um vácuo, continuando a repeti-lo
sucessivamente, tinha muitos problemas, como sendo a pouca eficiência do
processo de decomposição da água, entre outros.
Ainda no início do século, em 1806, Isaac de Rivaz terá produzido um
motor a gás de carvão que chegou a montar num veículo.
No entanto, apenas na década de 1860 o conceito de Motor de
Combustão Interna enquanto algo realmente prático se tornou uma
realidade. Jean.Joseph Etienne Lenoir (1822-1900) desenvolve o primeiro
motor do género, produzido em grande escala, tendo-se construído por
volta de 5000 num espaço de 5 anos (1860-1865). A combustão consistia
na captação pelo cilindro de gás e ar durante a primeira metade do
movimento do pistão. Nesse momento a carga captada seria inflamada,
acesa, por uma faísca, a pressão aumentaria, pelo que os gases queimados
gerariam então o poder necessário para o pistão na segunda metade do seu
movimento. Este motor não ultrapassaria os 6 cavalos, tendo uma
eficiência de cerca de 5%, no máximo.
Em 1867, Nicolaus A. Otto (1832-1891), tendo ganho o suporte de Eugen
Langen (1833-1895) com o seu projecto pensado uns anos antes,
desenvolveu um novo motor, este com uma eficiência termal até 11%.
Este motor apresentava porém umas falhas, que Otto procurou resolver. Foi
então que desenvolveu um motor com um ciclo de 4 tempos (de
compressão prévia), que permitiu um maior rendimento das máquinas que
o utilizariam: Um 1º tempo de Admissão, um 2º de Compressão da mistura
aspirada, um 3º de Combustão, e finalmente um 4º tempo para a Exaustão.
Otto foi então considerado um pioneiro nesta técnica que garantiu o
sucesso global, quando o seu protótipo de 4 tempos funcionou pela
primeira vez em 1876. Mesmo apresentando taxas de eficiências próximas
das do motor Otto-Langen, foi a enorme redução em tamanho, peso e
volume, e o seu potencial para evolução num futuro, que explica a razão do
seu sucesso. Foi este então o passo na história da humanidade que
realmente fundou a indústria dos motores de combustão interna, tendo já
sido vendidos por volta de 50000 destes motores na Europa e Estados
Unidos em 1890.
Ao longo deste projecto daremos especial atenção também a este ciclo de
funcionamento de motores introduzido por Nicolaus Otto.
Logo após o impacto do que Otto havia “criado”, vários
desenvolvimentos por várias outras personalidades chegaram. Na década de
1880, vários engenheiros como James Robson (1833-1913), Dugald Clerck
(1854-1913) e Karl Benz (1844-1929) já haviam desenvolvido motores a 2
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tempos, em que os processos de exaustão e admissão ocurriam no fim da
combustão e no início da compressão. James Atkinson (1846-1914)
desenvolveu também um motor com um tempo de expansão mais longo
que o processo de compressão, o que melhorou a eficiência, embora
mostrasse fraqueza mecânica. Foi assim reconhecido que a eficiência
variava em função directa da taxa de expansão.
Benz, já referido anteriormente, mais tarde projectou e construiu o seu
próprio motor a 4 tempos, usado em automóveis, desenvolvidos em 1885 e
patenteados em 1886, tornando-se os primeiros automóveis em produção.
Em 1882 Daimler e Mayback terão criado a sua própria empresa,
produzindo também motores a 4 tempos, sendo estes extremamente leves
comparados com os existentes na sua época, tendo sido também utilizados
posteriormente em automóveis, motos, aviões, entre outros.
Em 1892, Rudolf Diesel (1858-1913) inovou com uma nov forma de
motor de combustão interna numa sua patente. Apresentava o conceito de
iniciar a combustão através da injecção de um combustível líquido para o
ar, aquecido apenas pela compressão, permitindo um aumento da eficiência
para o dobro, em relação a outros motores do género.
Em 1893, Diesel propôs ainda o ciclo a pressão constante, tendo
aumentado em 2 anos a sua eficiência de 16% para 26.2%, acabando por
receber a denominação de “motor térmico racional”.
Mais de 100 anos depois, este motor é ainda utilizado e alvo de grandes
investimentos, mostrando-se o mais económico e eficiente.
Desde então várias inovações têm aparecido, contribuindo para o
aumento da cada vez maior indústria de motores de combustão interna. Um
exemplo será um motor com pistão rotativo, proposto por Felix Wankel,
com o mesmo nome do seu criador, o motor Wankel. Este motor será
também referido e explicado ao longo deste relatório, assim como um ainda
mais recente desenvolvimento nesta indústria: um protótipo ainda em
desenvolvimento nos dias de hoje, mas cada vez mais próximo da sua
finalização, que promete revolucionar todo este mundo que envolve os
motores de combustão interna. Trata-se de um motor desenvolvido pelo
“Scuderi Group”, imaginado por Carmelo J. Scuderi, onde leva a cabo os 4
tempos, como os motores Otto, apresentando os ciclos separados em
cilindros paralelos.
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V - Tipos de motores
No decorrer deste projecto foram analisados vários tipos de motores,
cujas características iremos de seguida tratar:
-Motor de ciclo Otto
-Motor Diesel
-Motor a 2 tempos
-Motor a 4 tempos
-Motor a 6 tempos
-Motor Wankel
-Motor Scuderi (Ciclos Separados)
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1. Motores de ciclo Otto
Os motores do ciclo de Otto (Fig. 4) têm baixa razão de compressão ( a
uma taxa de 8:1 a 12:1) comparativamente com os a Diesel e apresentam
um sistema de ignição por centelha. O ciclo Otto e o ciclo Diesel são muito
parecidos estando a diferença no processo de adição de calor que no ciclo
Otto é isocórico (volume constante) e no ciclo Diesel é isobárico (pressão
constante) como podemos ver comparando os gráficos de cada um dos
ciclos termodinâmicos.
Gráfico 1 Figura 4: Motor ciclo otto
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2. Motores de ciclo Diesel
Em 1892 Rudolf Diesel, engenheiro Alemão, obteve a patente pelo
desenvolvimento da ideia do motor a diesel, que veio satisfazer a
necessidade da procura de motores com alta eficiência que, contrariamente
aos de gasolina, inventados em 1976, apresentavam uma baixa eficiência.
Rudolf Diesel eliminou desta forma a necessidade de um circuito eléctrico
para iniciar a combustão na medida em que, no ciclo termodinâmico diesel,
esta é iniciada devido à compressão do ar e consequente libertação de calor.
Figura 5: Motor ciclo diesel Gráfico 2
Este ciclo é constituído por duas transformações, a isobárica onde a
pressão se mantém constante e uma isocórica onde o volume não se altera
como se pode observar no gráfico 2. Estas transformações podem ocorrer
numa só rotação no caso dos motores a 2 tempos, cujo funcionamento já foi
explicado, ou em duas rotações nos motores a quatro tempos.
Cada motor a diesel foi projectado para trabalhar com um tipo específico
de combustível ou mistura de combustíveis como por exemplo a mistura de
diesel com álcool, óleo ou gás natural e caso contrário terá de ser feito um
estudo, elaborado por engenheiros, referente às modificações necessárias a
fazer principalmente em relação ao ângulo de abertura e fechamento de
válvulas, sistema de injecção de combustíveis, câmara de combustão e
outros componentes. Num motor a diesel o injector é o componente mais
complexo podendo ser colocado em diversos lugares tendo sempre de
suportar a temperatura e a pressão dentro do cilindro e de simultaneamente
injectar o combustível de modo a que este fique uniformemente distribuído.
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Alguns modelos de motores chegam a recorrer a válvulas de admissão
especiais e a câmaras de pre-combustão.
Como já foi referido o motor a diesel (Fig. 5) não tem vela, apenas aspira
o ar e comprime-o seguido da injecção directa do combustível na câmara
de combustão. Como a compressão da mistura ar/combustível limita a taxa
de compressão do motor no caso dos motores a gasolina, o motor a diesel
apenas comprime o ar permitindo aumentar significativamente a taxa de
compressão e a potência gerada.
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3. Motores a 2 tempos
No motor a 2 tempos o pistão funciona como uma válvula deslizante
capaz de abrir e fechar janelas por onde a mistura e os gases queimados são
expulsos.
Nos motores a 2 tempos é de realçar que o seu 1º tempo é o de
admissão/compressão como tal, admitindo que o motor já esteja em
funcionamento, a mistura é comprimida no cilindro devido à subida do
pistão que consequentemente provoca uma rarefacção no cárter. Ao mesmo
tempo da ignição e combustão da mistura ocorre a admissão da mistura
nova no cárter devido à depressão provocada pela subida do pistão
anteriormente.
Em relação ao 2º tempo correspondem as fases de expansão e escape
onde os gases da combustão se expandem obrigando o pistão a aproximar-
se do PMI. Nesta altura a janela de exaustão é aberta permitindo a saída dos
gases queimados seguidamente expulsos pela mistura comprimida no cárter
que entretanto invade o cilindro mal seja aberta a janela de transferência.
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4. Motores a 4 Tempos
1º Tempo – Admissão (Fig. 6)
O pistão desce aspirando a mistura ar/combustível para o interior do
cilindro
Deste modo, o pistão movimenta-se do ponto
morto superior (PMS) para o ponto morto
inferior (PMI) estando a válvula de admissão
aberta onde ocorre a aspiração da mistura de
ar e combustível para dentro do cilindro.
Após este curso a válvula de admissão fecha-
se e a mistura fica retida neste espaço. O
movimento da válvula é controlado pelo
comando de válvulas.
Figura 6: Admissão
2º Tempo – Compressão (Fig. 7)
A mistura aspirada é comprimida
pelo pistão, que se movimenta do PMI
para o PMS estando simultaneamente
ambas as válvulas fechadas.
Aparentemente este curso corresponde a
um desperdício de trabalho útil mas que
é fundamental para o aumento da
potência mecânica produzida e para
evitar a perda de energia do combustível
sob a forma de calor.
Figura 7: Compressão
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3º Tempo – Tempo Motor (Fig. 8)
A mistura se inflama quando uma centelha
é solta pelo eléctrodo da vela de ignição. Após a queima dos gases estes exercem
uma forte pressão que leva a que estes se
expandam movimentando o pistão do PMS para
o PMI. Esta expansão gera um impulso
suficiente para manter o pistão em movimento
até à próxima combustão.
Figura 8: Combustão
4º Tempo – Escape (Exaustão) (Fig. 9)
Os gases produzidos pela combustão da
mistura saem do cilindro empurrados pelo
pistão para o colector de escape.
A válvula de escape esta agora aberta e a de
admissão fechada, o que encaminha os gases
queimados para fora do cilindro pelo pistão.
Seguidamente quando este chega ao PMI as
válvulas alteram o movimento, estando a de
admissão aberta e a outra fechada reiniciando o
ciclo mecânico
Figura 9: Escape
Mais ainda estes ciclos acontecem a cada 2 voltas do motor (720º).
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Vantagens e desvantagens entre os motores a 4 tempos e 2
tempos
Em relação às vantagens do motor a 2 tempos é de referir que estes são
bons em altas rotações, bem como são mais simples em termos de
funcionamento, manutenção e produção e, como tal, não precisam de tantas
peças móveis pois dispensam todo o sistema de distribuição, o que os torna
mais leves e compactos. São assim mais aptos a fazerem grandes rotações,
como já se referiu. Contudo o problema da queima de lubrificante
juntamente com a combustão é uma das limitações mais importantes dos
motores a 2 tempos, mas não é a única. Comparativamente com o motor a 4
tempos como efectivamente não existem válvulas, o tempo em que as
janelas de escape e admissão estão descobertas, se assim se pode afirmar,
em simultâneo é muito maior do que num motor a 4 tempos. Isto faz com
que se perca muito ar fresco pelo escape e, consequentemente, a quantidade
de ar residual que fica no cilindro é maior, o que por si só reduz o
rendimento da combustão. Mas como o ar que fica se encontra mais quente,
o risco de detonação é também maior, pelo que se têm de usar relações de
compressão mais baixas nestes motores, reduzindo ainda mais o seu
rendimento. Mais ainda, o seu rendimento é reduzido em comparação com
um motor a 4 tempos, apesar de terem maior potência específica por
completarem um ciclo por rotação, ao contrário dos motores a 4 tempos
que precisam de duas rotações. Estes motores a 4 tempos são maiores que
os de 2 tempos, são multicilíndricos e como tal têm mais binário.
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5. Motores a seis tempos
O motor de seis tempos é um tipo de motor de combustão interna baseado
no motor a quatro tempos. Ao contrário dos motores a quatro tempos, que
depois do ciclo de exaustão injectar mais mistura ar-combustível, injecta
água. Dentro da câmara extremamente quente a água torna-se vapor,
aumentando o seu volume 1600 vezes. Este aumento instantâneo de volume
faz com que o pistão se desloque para baixo para um segundo ciclo de
força, que quando acaba inicia-se um outro ciclo de expansão que empurra
o vapor para fora. Este ciclo de injecção de água fornece energia mecânica
extra e esfria o motor, tornando o pesado radiador e as ventoinhas
desnecessárias. Para além de não precisarem de um sistema de refrigeração
tradicional, os motores de combustão interna a seis tempos gastam menos
gasóleo, portanto podemos concluir que a sua eficiência é superior aos
motores a quatro tempos.
Este tipo de motor, que ainda está numa fase muito inicial, ainda precisa
de ser mais testado, contudo é sem dúvida uma opção a ter em conta no
futuro, pois para além de diminuir os gastos de combustível é menos
prejudicial para o ambiente.
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6. Motor de pistão rotativo Wankel
O que distingue o motor Wankel dos outros é, no fundo, o facto de o
pistão ser rotativo enquanto nos outros motores o movimento do pistão é
vertical.
Vantagens e desvantagens do Motor Wankel:
Este motor é bastante suave e isento de vibrações, visto que funciona
como um motor a 2 tempos e não apresenta movimentos alternativos.
Assim, tem uma subida de rotação bastante rápida, pela razão anterior e
também porque as peças em movimentos têm pouca inércia. Outras das
vantagens são o facto de possuir elevada potência (em comparação com
outros motores alternativos de igual cilindrada), bem como uma elevada
velocidade máxima de funcionamento para além do baixo volume e peso.
Todavia este motor possui um elevado número de segmentos acabando
por ter elevadas perdas por atrito. Tendo em conta o seu funcionamento há
uma dada altura em que ambas as janelas estão abertas, o que pode
ocasionar um “curto-circuito” da mistura directamente para o espaço. Num
outro ponto de vista, a reparação deste tipo de motores para além de difícil
é dispendiosa devido à geometria da carcaça. Mais ainda, o seu binário é
relativamente modesto embora tenha uma potência elevada como já foi
referido.
O motor de pistão rotativo Wankel é, por exemplo, utilizado no Mazda
RX-8.
Figura 10: O rotor e a carcaça de um
motor rotativo de um Mazda RX-7:
essas peças substituem os pistões,
cilindros, válvulas, bielas e árvores de
comando encontrados nos motores a
pistão
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7. Motor Scuderi de Ciclos Separados
O motor Scuderi (fig. 11) trata-se de um motor de combustão Interna
mais recente, criado pelo já falecido Camelo J. Scuderi, com os 4 tempos
de Admissão, Compressão, Combustão e Exaustão divididos em 2 cilindros
separados colocados lado a lado. O designado motor está ainda em
construção e desenvolvimento pelo Scuderi Group, uma empresa localizada
em Massachussets, fundada pelos filhos de Camelo Scuderi.
Muitos motores do género ao longo dos tempos foram sendo
desenvolvidos também, mas nunca conseguiram alcançar a eficiência dos
motores convencionais. Tal facto devia-se ao facto de apresentarem,
principalmente, dois grandes problemas: uma falta de respiração, diga-se,
dos gases da combustão nos processos levados a cabo pelo motor, e numa
eficiência em termos térmicos de facto muito reduzida.
No entanto, com este novo motor Scuderi, a situação muda de figura.
Ao apresentar um design que reduz a distancia entre o pistão e a cabeça
do cilindro para menos de 1mm, muito perto de 100% do ar comprimido
consegue ser transferido do cilindro de compressão (fig. 11 – 1) para a
passagem entre os dois cilindros (fig. 11 – 2), os problemas de respiração
associados aos anteriores motores de ciclos separados são eliminados e
resolvidos.
Do mesmo modo, as perdas térmicas da recompressão do ar foram
eliminadas ao conseguir fazer “disparar” ATDP (denominação inglesa –
“After Top Dead Center”) através do uso de uma combinação de ar com
grande pressão na passagem de transferência entre cilindros e uma elevada
turbulência no próprio cilindro de combustão (fig. 11 – 3). Sendo esta
provavelmente uma das maiores evoluções presentes neste projecto, o
resultado é um motor de ciclos separados com uma eficiência e
performance superiores às dos motores convencionais.
Por outro lado, o motor Scuderi, visto ser de certa forma um compressor
de um lado, e um motor do outro, necessita apenas de um tanque de
armazenamento de ar (fig. 11 – 4) e subcontrolos, para o converter num
sistema híbrido que pode realmente recapturar e armazenar energia que é
normalmente perdida durante os processos levados a cabo pelo motor.
Enquanto o motor não é utilizado para a combustão (como, por exemplo,
numa travagem de um veículo ou enquanto este está parado, com o motor
ligado), uma válvula presente na passagem entre cilindros, do lado do
cilindro de combustão fecharia, permitindo ao lado compressor do ar
continuar em funcionamento, prosseguindo com a compressão do ar
directamente para o tanque de armazenamento, armazenado energia. Este ar
comprimido poderia ser depois utilizado ao parar o gasto de energia com
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compressão de ar e simplesmente utilizar o armazenado para todo o
processo de combustão, por termos simples.
Entre muitas e variadas evoluções apresentadas pelo Scuderi Group, este
motor promete aumentar a eficiência de combustível em pelo menos 30%,
ou até mesmo 50%, segundo o sistema híbrido, enquanto ao mesmo tempo
conseguirá reduzir em 80% as emissões de gases de efeito de estufa.
Figura 11 – Motor Scuderi de ciclos separados (sistema híbrido)
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VI – Conclusão
Numa época em que barcos e locomotivas tinham motores a vapor
surgiram os motores de combustão interna que obteve logo inúmeras
vantagens em relação ao motor a vapor. Uma delas é o seu peso inferior, já
que os motores de combustão interna não necessitavam de reservatório de
água para esta ser aquecida, nem de um combustível para ser queimado e
aquecer a água, sendo comum na época o carvão ou a lenha. Outra
vantagem é a sua maior eficiência em relação aos motores anteriores. Com
estas vantagens o motor de combustão interna foi-se afirmando na
sociedade, principalmente com o início da indústria automóvel, a qual teve
grande importância no desenvolvimento deste género de motor. As
locomotivas e os barcos passaram a ter também motores de combustão
interna, assim como as máquinas de trabalho rural, autocarros, camiões e
avionetas.
Até aos dias de hoje, estes motores impuseram-se na indústria em geral,
pelo que se pode concluir que o seu desenvolvimento contribuiu bastante
para facilitar a vida das pessoas. Foi sem dúvida uma das mais importantes
invenções de sempre para melhorar a qualidade de vida do homem.
Motores de Combustão Interna
Outubro de 2009 25
VII - Bibliografia
Martins, José. 2005. Motores de Combustão Interna. Porto:
Publindústria.
Heywood, John B.. 1988. Internal Combustion Engine
Fundamentals. Singapore: McGraw-Hill International Editions.
Internal combustion engine fundamentals.
http://www.tpub.com/machines/1.htm184.gif (acessed October 11,
2009).
Wikipedia. 2009. The free encyclopedia. http://en.wikipedia.org
(accessed September 26, 2009).
Wikipedia. 2009. A enciclopédia livre. http://pt.wikipedia.org
(accessed September 26, 2009).
NASA. 2009. NASA. http://www.nasa.gov/ (accessed September 26,
2009).
Google. 2009. Google. http://www.google.com (accessed September
26, 2009).
Youtube. 2009. Youtube – Broadcast Yourself.
http://www.youtube.com (accessed October 15, 2009).