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Motores a Combustão
Ciclos Motores
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Definição
O Motor é um equipamento que converte algum tipo de energia (térmica, elétrica, nuclear e outras) em energia mecânica.
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Princípio de Funcionamento
Após a admissão do ar comburente e do combustível no interior do cilindro pode-se observar a ocorrência de sucessivas transformações termodinâmicas que são responsáveis por produzir trabalho, o qual por sua vez, é transmitido ao eixo.
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Ciclos Motores
Ciclo Otto;
Ciclo Diesel;
Ciclo 2 tempos;
Ciclo Diesel 2 tempos;
Ciclos Rotativos.
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Ciclo Otto
A nomenclatura Otto é uma homenagem ao pesquisador “curioso” NIKOLAUS AUGUST OTTO que em janeiro de 1862 criou o primeiro motor a quatro tempos do mundo.
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Princípio de Funcionamento (Ciclo Otto)
Os motores do ciclo Otto são aqueles que aspiram a mistura ar-combustível preparada antes de ser comprimida no interior dos cilindros. A combustão da mistura é provocada por centelha produzida por uma vela de ignição. É o caso de todos os motores a gasolina, álcool, gás, ou metanol, que são utilizados, em geral, nos automóveis e veículos de passeio. Neste tipo de motor o ciclo de trabalho estende-se por duas rotações da árvore de manivelas, ou seja, quatro cursos do pistão.
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Primeiro Tempo (Admissão)
O pistão executa um movimento descendente ocasionando uma queda de pressão no interior do cilindro.
A diferença de pressão entre o meio externo e o interior do cilindro favorece a entrada da mistura ar-combustível no interior do cilindro.
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Segundo Tempo (Compressão)
O movimento ascendente do pistão com as válvulas de admissão e de escape fechadas comprimem a mistura ar-combustível no interior do cilindro.
A compressão aumenta a pressão e a temperatura da mistura, tornando-a propicia para a combustão.
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Terceiro Tempo (Ignição)
Com as válvulas ainda fechadas, a vela de ignição produz uma faísca elétrica responsável por dar início a combustão.
A explosão da mistura provoca expansão dos gases aumentando a pressão no interior do cilindro, proporcionando um movimento descendente do pistão.
Este movimento é denominado curso motor.
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Quarto Tempo (Escape)
A válvula de escape se abre e o pistão realizando movimento ascendente empurra os gases de escape para a atmosfera.
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Esquema de Funcionamento (Otto)
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Interpretação Termodinâmica
Taxa de Compressão = V2 / V1
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Características do Motores Otto
Possibilita menores dimensões;
Elevado consumo de combustível;
Baixos índices de vibrações e ruídos;
Pressão relativamente pequena no interior dos cilindros.
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Ciclo Diesel
O motor de ciclo Diesel foi criado por um alemão com esse sobrenome, Jean Rudolf Diesel. A apresentação oficial do motor ocorreu em 1898 e desenvolvia apenas dez cavalos de potência.
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Princípio de Funcionamento (Ciclo Diesel)
Motores do ciclo Diesel são aqueles que aspiram ar, que após ser comprimido no interior dos cilindros, recebe o combustível sob pressão superior àquela em que o ar se encontra. A combustão ocorre por auto-ignição quando o combustível entra em contato com o ar aquecido pela pressão elevada.
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Primeiro Tempo (Admissão)
Devido a diferença de pressão, ocorre a aspiração automática de ar para dentro do cilindro;
Movimento descendente do pistão.
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Segundo Tempo (Compressão)
Fechamento da válvula de admissão;
Movimento ascendente do pistão, comprimindo o ar no cilindro.
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Terceiro Tempo (Detonação)
O diesel é pulverizado no ar comprimido, provocando a combustão espontânea, auto-ignição;
A expansão dos gases provoca o movimento descendente do pistão.
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Quarto Tempo (Escape)
Após a queima total da mistura, a válvula de escape se abre;
O movimento ascendente do pistão empurra os gases de escape para a atmosfera.
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Esquema de Funcionamento (Diesel)
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Paralelo de Funcionamento
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Características do Motores Diesel
Vantagens
Baixo consumo de combustível;
Mais duráveis;
Manutenção Simplificada;
Desvantagens
Alto custo de aquisição.
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Ciclo de 2 Tempos
São motores onde ocorre uma explosão a cada rotação, diferentemente dos motores a 4 tempos no qual uma explosão ocorre a cada duas rotações do eixo de manivelas.
Este motor necessita do adicionamento de óleo lubrificante diretamente à gasolina.
Não possui válvulas de admissão e escape.
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Primeiro Tempo (Admissão/Compressão)
Entrada da mistura ar/combustível/óleo lubrificante no cilindro;
Movimento ascendente do pistão, comprimindo a mistura;
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Segundo Tempo (Combustão/Escape)
Liberação de centelha pela vela, provocando a explosão;
A expansão dos gases provoca o movimento descendente do pistão;
Liberação dos gases.
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Ciclo Diesel 2 Tempos
Tem um funcionamento semelhante ao 2 Tempos. A grande diferença é o sistema de admissão de ar, onde é empregada uma janela.
O compressor é necessário porque o cilindro não poder efetuar a admissão.
Outra diferença consiste na inexistência de vela, devido à auto-ignição do diesel.
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Primeiro Tempo (Admissão/Compressão)
Abre-se uma janela no cilindro, permitindo que o compressor empurre ar para dentro do cilindro.
O pistão inicia o movimento ascendente, comprimindo e preparando-o para a combustão.
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Segundo Tempo (Combustão/Escape)
O bico injetor pulveriza o diesel no ar comprimido, provocando a explosão.
A expansão dos gases é responsável pelo movimento descendente do pistão.
A abertura da janela de escape força os gases expandidos provocando sua saída.
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Esquema de Funcionamento (2 Tempos)
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Ciclo Rotativo (Wankel)
Em 1954, o engenheiro alemão Felix Wankel deu início ao desenvolvimento de motores rotativos, que dispensam a utilização de pistões.
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Princípio de Funcionamento (Wankel)
No bloco do motor Wankel existem câmaras internas que abrigam o rotor. No centro do rotor localiza-se a engrenagem que se acopla à engrenagem do eixo de saída do motor. A geometria interna do bloco faz com que o rotor ao girar (excentricamente) mantenha constantemente seus vértices em contato com as paredes do bloco, vedando cada uma das três câmaras formadas.
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Primeiro Tempo (Admissão)
Aspiração da mistura ar/combustível para dentro da câmara.
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Segundo Tempo (Compressão)
Com o giro do rotor no sentido horário, a mistura começa a ser comprimida devido à modificação do volume da câmara.
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Terceiro Tempo (Ignição)
A mistura comprimida recebe centelhas da vela, ocasionando a explosão e expansão dos gases.
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Quarto Tempo (Escape)
Após a explosão o rotor se desloca para expulsar os gases oriundos da combustão pelo duto de escape.
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Esquema de Funcionamento (Wankel)
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Características dos Motores Wankel
o ciclo de quatro tempos ocorre simultaneamente em cada uma das três câmaras;
ausência de vibrações devido ao fato do movimento ser exclusivamente rotativo;
transmissão homogênea de torque;
maior transmissão de potência para o eixo motor.
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Problemas de Utilização (Wankel)
Elevado consumo de combustível;
Dificuldade de vedação entre as câmaras;
Maior emissão de CO.
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Um Novo Modelo: Quasiturbine
Criado por pesquisadores canadenses, o motor Quaseturbine tem um sistema de funcionamento similar ao motor Walkel. A diferença é que a cada volta do eixo do motor ocorrem quatro explosões, melhorando sua transmissão de torque.
Possui quatro “carruagens” que percorrem no interior de um retângulo ("ringue de patinação”), a movimentação dessas carruagens formam as
câmaras de volumes variáveis.
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Funcionamento
Seu funcionamento é de 4 tempos, os quais ocorrem simultaneamente;
A ignição é contínua, como numa turbina;
A alimentação pode ser feita por um carburador simples ou por injeção contínua.
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Motor Quasiturbine
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Características dos Motores Quasiturbine
Oferece uma maior uniformidade de torque, na qual contribui para a rapidez na aceleração;
Não possui virabrequim, eliminando em grande parte as vibrações;
Podem ser utilizados vários tipos de combustíveis, do diesel ao hidrogênio;
Por não possuir válvulas e nem cárter, possibilita sua montagem em qualquer posição.
