Motor de combustão interna é umamáquina térmica que transforma aenergia proveniente de umareação química emenergia mecânica. O processo de conversão dá-se através deciclos termodinâmicos que envolvemexpansão,compressão e mudança detemperatura dosgases. A sua criação se dá durante o processo daRevolução Industrial no século XVIII, período em que ocorrem as transições e a introdução dos novos processos de manufatura. No ano de 1860 que surgiu a ideia de construir uma máquina que utilizasse obenzeno como combustível se concretizando apenas em 1866, realizada pelo engenheiro e físico alemãoNicolaus Otto o qual determinou o ciclo teórico sob que trabalha o motor de explosão, conhecido comociclo Otto.[1]
São considerados motores de combustão interna aqueles que utilizam os próprios gases de combustão comofluido detrabalho, ou seja, são estes gases que realizam os processos de compressão, aumento de temperatura (queima), expansão e finalmenteexaustão.
Este tipo de motor distingue-se dos ciclos de combustão externa, nos quais os processos decombustão ocorrem externamente ao motor (motor a vácuo,Stirling, etc.). Neste caso, os gases de combustão transferem calor a um segundo fluído que funciona como fluído de trabalho, como ocorre nosciclos Rankine.
Motores de combustão interna também são popularmente chamados motores de explosão. Esta denominação, apesar de frequente, não é tecnicamente correta. De fato, o que ocorre no interior dascâmaras de combustão não é umaexplosão de gases. O que impulsiona ospistões é o aumento da pressão interna da câmara, decorrente da combustão (queima controlada com frente de chama). O que se pode chamar explosão (queima descontrolada sem frente de chama definida) é umadetonação dos gases, que deve ser evitada nos motores de combustão interna, com o objetivo de proporcionar maior durabilidade dos mesmos e menores taxas de emissão depoluentes atmosféricos provenientes dadissociação depinogênio nitrogênio.
Em 1854, noReino Unido, os inventores italianosEugenio Barsanti eFelice Matteucci obtiveram a certificação: "Obtenção de força motriz pela explosão de gases". Em 1857, oGreat Seal Patent Office concedeu-lhes a patente Nº 1 655 pela invenção de um "aparato aprimorado para obter energia motriz dos gases".[2][3][4][5]
Barsanti e Matteucci obtiveram outras patentes para a mesma invenção naFrança,Bélgica ePiemonte entre 1857 e 1859.[6][7]
O motor baseado no ciclo ideal Otto caracteriza-se pelaignição porfaísca.
Este tipo é o mais comumente utilizado emautomóveis de passeio emotocicletas.[8] Existem processos alternativos em motores experimentais para iniciar a queima comomicro-ondas ou uma injeção piloto.
Os motores Diesel caracterizam-se pelaignição porcompressão. O fluido de trabalho (normalmentear) é comprimido sem ser misturado ao combustível e quando o combustível é injetado no fluido comprimido e quente esse se inflama.
O ciclo Brayton é utilizado como modelo ideal paraturbinas a gás. Este caso se diferencia dos anteriores pelo fato de operar emregime permanente. Isto é consequência do fato de os processos decompressão,transferência de calor,expansão e exaustão ocorrem ao mesmotempo, mas, em locais diferentes. Assim, este tipo de motor distingue-se dos motores alternativos, onde os processos ocorrem em uma única câmara, mas, em tempos diferentes.
Os mecanismos dos motores ditam os processos pelos quais passam os fluidos, determinando as características dos ciclos. Mas, mesmo operando em ciclos termodinâmicos semelhantes, motores de combustão interna podem ter mecanismos e formas construtivas extremamente diversas.
Máquinas alternativas possuem elementos que realizam movimentos repetitivos detranslação. Nestes motores, o principais destes elementos são ospistões, cujo movimento altera ovolume das câmaras de combustão, ora comprimindo os gases, ora sendo movimentado pelos gases.
Num motor a dois tempos, um ciclo termodinâmico se completa a cada volta doeixo, compreendendo as etapas de admissão,compressão,transferência de calor e exaustão. Esta característica permite que o próprio pistão atue também comoválvula, abrindo e fechando as janelas (aberturas) na parede dacâmara de combustão. Esta opção simplifica a máquina, também dispensandocomando de válvula e é muito utilizada em motores de pequeno porte.
Mas, para motores de grande porte, isto não é uma alternativa adequada por reduzir o curso para compressão e permitir a comunicação direta entre a admissão de combustível e os dutos de exaustão. Os maiores motores depropulsão naval, aDiesel, operam emdois tempos, mas, com o emprego de apenas uma janela e uma válvula nocabeçote.
Já nos motores de quatro tempos, os gases completam um ciclo termodinâmico a cada duas voltas doeixo. Neste caso, para um pistão, ocorre admissão e compressão numa volta etransferência de calor na consecutiva.
Esta alternância requer necessariamente o emprego de um (ou mais)comando de válvulas, engrenado àárvore de manivelas de tal forma que tenha metade da velocidade de rotação da mesma, permitindo que o ciclo de abertura de válvulas dure osquatro tempos.
O motor pode ser dividido em partes fixas e móveis. Partes fixas são as partes que não entram em movimento, quando o motor entra em funcionamento, em relação aos outros componentes do motor, por exemplo:bloco,cárter ecabeçote. Partes móveis são caracterizadas pelas partes que se movimentam quando o motor entra em funcionamento, tais como,árvore de manivelas,pistão,biela ecomando de válvulas.
Este motor não possuieixo demanivela e ospistões são retornados após cada curso do acendimento pela compressão e pela expansão do ar em umcilindro separado.
Um motor rotativo é um motor de combustão interna que não utiliza pistões como um motor convencional, mas pode fazer uso derotores, às vezes chamados depistões rotativos.
As turbinas a gás são máquinas puramente rotativas, existem em diversas formas construtivas, sempre contendo três sistemas básicos:compressor,câmara de combustão eturbina propriamente dita. As características de cada projeto são funções do meio de transmissão depotência (por eixo ou jato de gases), doscombustíveis utilizados, do porte, das temperaturas de trabalho entre outras variáveis.
Em relação às demais máquinas as turbinas tem característica de ter a maior densidade de potência, ou seja capacidade por peso. Devido a isso, são frequentemente empregadas emaeronaves.
O motor rotativo Wankel é uma variação de motor de combustão interna que combina características de turbinas a gás às de motores a pistão. Apesar de operar comvelas de ignição ao invés de combustão contínua como uma turbina, não há peças alternativas.
Motores do tipo Wankel oferecem, em relação aos motores a pistão, as vantagens de produzir menos vibrações, já que são puramente rotativos. Possuem maiordensidade de potência, ou seja, mais potência do que um motor a pistão de mesmacilindrada e demandam menos peças em sua construção. Como desvantagem, eles aquecem mais, geram mais gases poluentes, têm manutenção dos elementos de vedação e são demanufatura mais complexa do que um motor a pistão.
Em1996, foipatenteado o motor Quasiturbine, uma variação do motor Wankel. Recebeu este nome pelo fato de seu funcionamento contínuo serquase igual ao de umaturbina.
Um motor defoguete usapropelentes armazenados comomassa de reação para formar um jato de fluido propulsivo de alta velocidade, geralmentegás de alta temperatura. Motores de foguete são motores de reação, produzindo impulso ejetando massa para trás, de acordo com aterceira lei de Newton. A maioria dos motores de foguetes usa acombustão deprodutos químicos reativos para fornecer aenergia necessária, mas formas não-combustíveis, como propulsores de gás frio efoguetes termonucleares também existem. Veículos impulsionados por motores de foguetes são comumente chamados defoguetes. Os veículos de foguete carregam seu própriooxidante, ao contrário da maioria dos motores de combustão, para que os motores de foguetes possam ser usados novácuo para impulsionarnaves espaciais emísseis balísticos.
Comparado com outros tipos demotor a jato, os motores de foguete são os mais leves e têm o maior impulso, mas são os menos eficientes em propelentes (eles têm o menorimpulso específico). Oescapamento ideal é o hidrogênio, o mais leve de todos oselementos, mas foguetes químicos produzem uma mistura de espécies mais pesadas, reduzindo avelocidade de escape.
Motores de foguetes se tornam mais eficientes em altas velocidades, devido aoefeito Oberth.[9]
Princípio básico de funcionamento: os gases, sob forte pressão dentro da câmara de combustão (setas vermelhas), são ejetados em alta velocidade pelatubeira (seta azul) gerando impulso (seta verde).
Esta página ou seção foi marcada para revisão devido a incoerências ou dados de confiabilidade duvidosa. Se tem algum conhecimento sobre o tema, por favor, verifique emelhore a coerência e o rigor deste artigo. Considere colocar uma explicação mais detalhada nadiscussão.(Novembro de 2013)
Número de Cetano [N.C.]: Este número revela a facilidade deautoignição de um combustível. Quanto maior é o Número deCetano, mais fácil sua ignição.
Índice de octano ou Número de Octano (N.O.) ouOctanagem (erradamente referido como Número de "Octanas" - o combustível não tem "octanas") - para ciclo Ott0: Varia inversamente ao índice de cetano. Quanto maior o N.C., menor será o N.O. . Este número diz a respeito à qualidade do combustível em relação a sua resistência sobre a autoignição. Os motores do ciclo Otto, por exemplo, necessitam ter uma elevada temperatura de autoignição para não haver um aumento muito brusco de pressão, ocorrendo as famosas "batidas de pino" (detonação explicada anteriormente). O N.O. pode ser aumentado pela adição deaditivos antidetonantes ou pela mistura de combustíveis com N.O. maiores.
Poder Calorífico: Este número fornece a quantidade de energia que uma certa quantidade de combustível pode produzir. Quanto maior este número, melhor o combustível (juntamente com relação ar-combustível).
Facilidade de Auto-ignição (veja Cetanas): Quanto maior a cadeia carbônica, menor é a temperatura de auto-ignição.
Viscosidade: Tem grande importância no jato de combustível injetado na câmara. Caso o combustível seja muito viscoso, a atomização do combustível será prejudicada, assim, num motor frio a partida será afetada. Caso contrário, uma baixa viscosidade dificulta alubrificação do sistema injetor, aumentando o desgaste do mesmo.
Relação ar-combustível ou combustível-ar estequiométrica (estequiometria): Mede a proporção de ar que deve ser utilizada para queimar (teoricamente) todo o combustível (em massa). Juntamente com o (i.e. multiplicado pelo) poder calorífico é uma medida de quanta energia pode ser colocada no cilindro a cada ciclo.
Resíduo de Carbono
Teor de Cinzas
Água e Sedimentos
Devido à constante evolução dosmotores e da eletrônica embarcada no automóvel osengenheiros estão conseguindo criar motores muito mais potentes e econômicos com mesma cilindrada. Um meio de conseguir esta melhora é aumentar ataxa de compressão do motor, mas com isso surge um inconveniente em ciclo Otto, a detonação. Ela ocorre quando um resto de combustível no final da combustão tem sua temperatura e pressão elevados a ponto de se autoignitar. Essa queima não controlada do combustível gera um ruído característico (conhecido como batida de pino apesar de nenhum pino bater, o ruído é proveniente da ressonância da câmara de combustão transmitida ao bloco) e eventualmente dano mecânico, principalmente em pistão, anéis, vela e válvulas. Para melhorar o rendimento do veículo pode-se utilizargasolina de altaoctanagem, que ajuda a evitar esse fenômeno. Já a pré-ignição ocorre quando o combustível começa a queima antes da faísca davela de ignição, devido a algum ponto com alta temperatura na câmara de combustão e também é influenciado (um pouco) pelataxa de compressão.
↑Robert L. Jaffe, Washington Taylor (janeiro de 2018).«The Physics of Energy». Cambridge University Press (Google Livros) (em inglês). Consultado em 15 de fevereiro de 2020
↑Hermann Oberth (1970)."Ways to spaceflight". Tradução do original em alemãoWege zur Raumschiffahrt ("Maneiras para o voo espacial") (1920). Tunis, Tunisia: Agence Tunisienne de Public-Relations.Internet Archive (em inglês) Consultado em 19 de julho de 2022
.gif)
