Motor Combustão Interna

quinta-feira, 6 de Agosto de 2015

Os automóveis foram criados pelo alemão Karl Benz e hoje os seus motores, assim como os de camiões ou autocarros são máquinas térmicas que produzem o movimento através da queima do combustível no seu interior, por isso são chamadas de motor de combustão interna. 

Os motores a diesel, álcool, GPL, HHO ou gasolina são constituídos por um pistão, ligado a uma biela que está ligada a uma cambota e uma câmara de combustão que possui duas válvulas, um cilindro e uma vela de ignição. Veja a figura 

Os motores a diesel não possuem vela de ignição e sim uma bomba injetora de óleo. 

Atualmente, os automóveis podem ter motores com quatro a oito cilindros e os carros de corrida podem ter até doze cilindros. 

Esses motores trabalham numa sequência de quatro movimentos do pistão no cilindro, o que completa um ciclo. Esse ciclo de funcionamento foi aplicado por Nikolaus Otto e por isso também são chamados de "motor de 4 tempos" ou "motor Otto".

Vejamos cada etapa do seu funcionamento, ou seja, cada tempo, que recebe o nome correspondente ao principal processo que ocorre. 

·         1^o tempo: admissão

O pistão desce enquanto aspira uma mistura gasosa de ar e combustível que pode ser gasolina, gás ou álcool, que entra no cilindro através da válvula de admissão (os motores a diesel admitem apenas ar). Durante esse tempo a válvula de escape permanece fechada para que a mistura não saia. A pressão máxima atingida é menor que 1 atmosfera, mantendo-se constante (processo isobárico) e a temperatura fica entre 340 e 400K. 

·         2^o tempo: compressão
A válvula de admissão fecha-se  enquanto o pistão se move para cima, devido a inércia da cambota, comprimindo a mistura gasosa. Nesse tempo, além do aumento de pressão que fica entre 8 e 15 atm, há um aumento de temperatura que fica entre 600 e 750K, porém é um processo adiabát ico, pois não há transferência de calor nem para fora nem para dentro da mistura. 

·         3^o tempo: explosão e expansão 
Quando ocorre a máxima compressão uma centelha elétrica na vela de ignição provoca uma explosão que causa um aumento de temperatura, de 2300 a 2700K, nos gases resultantes e um aumento de pressão que fica entre 30 e 50 atm, no interior do cilindro, resultando na expansão da mistura gasosa. Também é um processo adiabático.

·         4^o tempo: exaustão
No final da expansão a temperatura fica na faixa de 900 a 1100 K e a pressão fica na faixa de 4 a 6 atm. Abre-se então a válvula de escape e praticamente sem variar o volume, o gás que se encontra no interior do cilindro escapa para a atmosfera, reduzindo-se a pressão a 1 atm. A seguir, ainda com a válvula aberta, o pistão sobe, retomando o volume mínimo, expulsando quase todo o gás restante para a atmosfera.
Assim se completou o ciclo, pois o volume e a pressão no interior do cilindro voltaram aos seus valores no início do 1o tempo. Então, a válvula de admissão novamente se abre, reiniciando-se um novo ciclo.
CLIQUE na figura e veja em detalhes os componentes e uma simulação do funcionamento do motor de 4 tempos. 

Há conservação de energia nesses motores? 

Sim! No quarto tempo a mistura gasosa é eliminada pelo escapamento com temperatura maior do que antes da explosão, logo parte do calor de combustão é transformada em energia interna dos gases, além da troca de calor que ocorre entre a carcaça do motor e o ambiente. Portanto, a parte restante do calor de combustão é devida a energia de movimento do pistão, ou seja, realização de trabalho.
Então, os motores de combustão interna também obedecem a Primeira Lei da termodinâmica. 

Onde ocorre a realização de trabalho nos motores Otto? 

No motor de combustão interna o trabalho (T) é realizado apenas no 3^o tempo, quando os gases empurram o pistão para baixo. Nos demais tempos o pistão se movimenta devido a inércia do sistema ligado a cambota. 

E obedecem a Segunda Lei da termodinâmica? 

Com certeza. Uma parte da energia do combustível é utilizada na realização de trabalho e a outra parte é transferida ao meio ambiente, em cada ciclo, sendo necessário, a cada reinício, uma nova dose de combustível, ou seja, energia. 

E qual é o rendimento de um motor? 

O cálculo de rendimento para esses motores incluem as capacidades térmicas, pressão, volume, taxa de compressão, entre outros parâmetros.
Para motores Otto, o rendimento real situa-se entre 22 a 30%, enquanto para os motores Diesel situa-se na faixa dos 30 a 38%. Com HHO o rendimento é duas vezes superiror a gasolina.
Sendo que as perdas térmicas ocorrem devida à energia interna dos gases que escapam a altas temperaturas, durante a explosão e a troca de calor entre o motor e o meio ambiente pelo sistema de refrigeração, além das perdas mecânicas devido ao atrito das peças. 
No motor onde se localizam a fonte quente e a fonte fria? 
A fonte quente é constituída pelos gases resultantes da explosão e a fonte fria é o próprio meio ambiente. 

Os motores das motocicletas são iguais aos motores de automóveis? 
São muito semelhantes. Porém nas motos o motor é de 2 tempos, pois ocorre apenas dois movimentos do pistão. Mas também ocorrem a admissão, a compressão, a expansão e a exaustão.
Esses motores, em geral, não possuem válvulas e sim duas janelas laterais (de admissão e de escape) que são abertas e fechadas pelo próprio pistão. A cada movimento do pistão, há uma explosão e os gases resultantes são expelidos pela janela de escape.