Baixe Motores térmicos1 - Apostilas - Física Parte1 e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity! MOTORES TÉRMICOS 1.1 - Histórico Os primeiros motores de combustão interna utilizavam gases em vez de gasolina como combustível.  ReverendoW. Cecil (1820) - Motor acionado pela explosão de um mistura de hidrogênio e ar. Credita-se a ele a obtenção do primeiro motor a gás em funcionamento.  William Barnett (1838) - Invenção de um motor a gás que comprimia uma mistura de combustível. Esse motor tinha um único cilindro e as explosões ocorriam primeiro na parte acima e depois embaixo do êmbolo.  Jean Joseph Ëtienne Lenoir (1860) - Construiu o primeiro motor (um cilindro) a gás instalado em um veículo, utilizando o gás de iluminação de rua como combustível e um sistema de ignição com acumulador elétrico.  Beau de Rochas (1862) - Engenheiro francês, desenvolveu teoricamente um motor de quatro tempos.  Nikolaus August Otto e Eugen Langen (1866) - Na Alemanha, construíram um bem - sucedido motor a gás de quatro tempos. Em 1876, Otto e Langen obtiveram patentes nos EUA dos motores de dois tempos e de quatro tempos.  Gottlieb Daimler (1885) - Sócio de Otto e Langen, deve-se a ele a concepção do primeiro motor de quatro tempos a queimar gasolina e realmente utilizável.  Karl Benz, alemão (1885) - Desenvolveu um bem sucedido motor à explosão. 1.2 - Conceitos fundamentais  Os motores térmicos são maquinas cuja finalidade é transformar a energia calorífica em energia mecânica diretamente utilizável.  Taxa de compressão: Relação matemática existente entre o volume da mistura ar/combustível ou simplesmente o ar (motor diesel), aspirado para dentro dos cilindros pelo pistão, antes e depois do início do processo de compressão. A taxa de compressão é diretamente responsável pelo rendimento térmico do motor. Figura 2 – Representação da taxa de compressão. cc cc V Vv TC   hDV cc 4 2  Onde: TC – Taxa de compressão; VCC – Volume da câmara de combustão; h – Altura deixada no cilindro para abertura das válvulas (cm);  Auto-ignição ou detonação: Pontos quentes no interior da câmara passam a fazer o papel da vela de ignição, incandescendo a mistura ar/combustível antes mesmo da vela de ignição iniciar o processo através da centelha elétrica. Os fatôres que podem ocasionar esse fenômeno são:  Em razão das altas temperaturas na câmara de combustão, octanagem incorreta da gasolina para a taxa de compressão do motor;  Uma vela com grau térmico muito alto para a situação em que o motor está sendo utilizado pode também ser o motivo da auto-ignição;  De uma maneira geral, o maior responsável pela auto- ignição é a carbonização da cabeça dos pistões e das câmaras de combustão em motores com alta compressão, fato que aumenta ainda mais a taxa de compressão por reduzir o volume da câmara de combustão. go Figura T2 — Torque de um motor. 1.3 - Classificação dos motores quanto à combustão  Motores à combustão interna ou endotérmica - O motor é considerado a combustão interna, quando esta se processa no próprio fluido operante.  Motores a combustão externa - O motor é considerado a combustão externa, quando esta se processa fora do fluido operante. Figura 4 – Esquema representativo da combustão em motores endotérmicos. Figura 5 – Esquema representativo de motores a combustão externa. 1.3.1 – Classificação dos motores endotérmicos quanto ao movimento do pistão 1.3.1.1 - Motores rotativos Motor Wankel O motor rotativo mais conhecido é do tipo Wankel, nome do seu inventor alemão. Em um motor rotativo, as peças móveis são submetidas a movimentos rotativos. Figura 6 – Esquema de um motor Wankel. Figura 8 – Estator e rotor de um motor Wankel. Figura 9 – Motor Wankel de 4 rotores utilizado pela Mercedes (C-111). Figura 10 – Motor Wankel de 2 rotores utilizado pela Mazda. Figura 11 – Motor Wankel de 4 rotores utilizado pela Citroen. Figura 12 – Motor rotativo com dois rotores. Motores a jato O motor a jato foi concebido para propulsão, usando a terceira lei de Newton; A ação de forçar massa em forma de gases quentes para uma direção gera uma força em sentido contrário. Todas as peças que estão dentro do motor a jato têm a finalidade de captar o ar e expulsá-lo com a maior velocidade possível. Figura 13 – Funcionamento de um motor a jato. 45. Hagrid Enque Figura 16 — Motor Alternativo-rotativo. Motor de Parafusos Helicoidais Inventado e patenteado pelo engenheiro paranaense Gabriel Fernando Carrão Macedo, em maio de 1994, a invenção do motor de combustão interna com utilização de rotores helicoidais para combustíveis do tipo gasolina, álcool, gás natural, hidrogênio e etc, supera os inconvenientes como desgastes prematuros de peças, baixa durabilidade, alto custo operacional e de manutenção dos motores convencionais. Figura 17 - Motor de parafusos helicoidais. 1.3.1.2 - Motores alternativos Os motores alternativos possuem êmbolos que se movem para cima e para baixo ou para frente e para trás, alternadamente. Um conjunto mecânico formado por peças móveis, transmite o movimento alternado dos êmbolos ao eixo motor, o qual fornece a energia mecânica produzida em movimentos giratórios. Figura 18 – Corte longitudinal de um motor alternativo. 1.3.6 - Classificação dos motores quanto ao uso - Estacionários: Destinados ao acionamento de máquinas estacionárias, como geradores, bombas ou outras máquinas que operem em rotação constante; - Industriais: Destinados ao acionamento de máquinas pesadas e outras aplicações onde se exijam características especiais do acionador; - Veiculares: Destinados ao acionamento de veículos de transporte em geral; - Marítimos: Destinados à propulsão de máquinas de uso naval. 1.4 - Órgãos dos motores alternativos Os órgãos dos motores alternativos, quanto a sua característica de funcionamento se dividem em 3 partes que são: - Órgãos fixos - Órgãos móveis - Órgãos auxiliares 1.4.1 - Órgãos fixos - Cilindro - Bloco - Cabeçote - Câmara de combustão - Sede de válvula - Guia de válvula 1.4.2 - Órgãos móveis - Pistão - Pino de munhão - Anéis de segmento - Biela - Árvore de manivela - Volante - Casquilho - Válvula - Mola de válvula - Eixo comando de válvula 1.4.3 - Órgãos auxiliares - Carburador - Velas - Coletores de aspiração e descarga - Cárter motor de arranque - Alternador - Filtros de ar, de óleo e de combustível - Bomba de água e de combustível - Distribuidor, etc. - Com camisa tipo substituível seco Figura 21 - Cilindro com camisa tipo substituível úmido. - Com camisa tipo substituível úmido Figura 22 - Cilindro com camisa tipo substituível úmido. 1.4.4.2 - Bloco O bloco em linhas gerais, representa propriamente o motor. Figura 23 – Bloco. Figura 26 – Cabeçote, bloco, cárter e o conjunto da árvore de manivelas. 1.4.4.5 - Câmara de combustão A câmara de combustão de um motor como o nome indica é onde ocorre a combustão da mistura ar-combustível. Sua forma varia de acordo com o tipo de motor, e deve ser projetada visando os seguintes objetivos: - Criar uma certa turbulência durante a fase de compressão de modo que a velocidade de propagação da chama seja a maior possível. - Criar uma turbulência durante o intervalo de ângulo de permanência das válvulas de modo a obter uma melhor varredura dos gases. - Fazer com que a propagação da chama percorra a menor distância possível entre o início da centelha e as bordas da câmara, de modo a reduzir a possibilidade de ocorrência de detonação. 1.4.4.5.1 -Tipos de câmaras de combustão dos motores Otto É o espaço livre que fica acima do pistão quando este se encontra no ponto morto superior. Nela, a mistura ar/combustível (motor a gasolina), que penetrou através da válvula de admissão, será comprimida e, após a faísca emitida pela vela, explodirá para que a expansão dos gases movimente o pistão e dê seqüência ao funcionamento do motor. Dependendo do grau de modernidade do motor, a câmara pode estar inserida no cabeçote ou na cabeça dos pistões. Basicamente, o volume da câmara de combustão define a taxa de compressão do motor. Quanto menor for seu volume, maior será essa relação e, conseqüentemente, melhor o rendimento do motor. O formato da câmara de combustão varia em função do tipo do motor.