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termodinâmica
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Resumo
2 Semestre/2013
MQUINAS TRMICAS
Ciclo de Carnot (Fonte: http://www.e-escola.pt/topico.asp?id=577&ordem=1)
Sadi Carnot (1796 - 1832) foi um engenheiro francs que, em 1824, inventou um engenho terico a que deu o nome de mquina de Carnot. Em 1824, o cientista Carnot idealizou uma mquina trmica que
proporcionaria um rendimento mximo. Suponhamos que a mquina funciona com um gs ideal, que est contido num cilindro onde numa das suas extremidades se encontra um pisto (mbolo mvel). Tanto o cilindro como o pisto no so condutores trmicos. A mquina imaginada funcionaria segundo um ciclo de Carnot, que consiste na alternncia de duas transformaes isotrmicas com duas adiabticas (no
ocorre transferncia de energia sob a forma de calor), tal como mostra a figura 1.
Figura 1 - Diagrama PV (presso em funo do
volume) do ciclo de Carnot.
Figura 2 - Esquema do engenho de Carnot, durante
as vrias etapas do ciclo.
O ciclo de Carnot um ciclo ideal, que trabalha entre duas temperaturas, Tf e Tq, e onde a segunda superior primeira. Pela observao da figura 1, constata-se que o ciclo funciona em quatro etapas,
representadas na figura 2:
Processo de A para B: corresponde a uma expanso isotrmica temperatura Tq. O gs posto em contacto trmico, atravs da base do cilindro, com uma fonte de energia sob a forma de calor temperatura Tq. Durante a expanso do volume VA para o volume VB, o gs recebe energia, |Qq|, e realiza trabalho, WAB, para empurrar o pisto, aumentando, desta forma, o volume dentro do
cilindro. Processo de B para C: a base do cilindro substituda por uma parede no condutora e o gs
expande de forma adiabtica, isto , no entra nem sai do sistema energia sob a forma de calor. Durante a expanso, a temperatura do gs diminui de Tq para Tf e o gs realiza trabalho, WBC, ao empurrar o pisto.
Processo de C para D: o gs posto em contacto trmico, atravs da base do cilindro, com uma fonte de energia sob a forma de calor temperatura Tf e comprimido isotermicamente. O pisto move-se de forma a diminuir a rea dentro do cilindro, realizando trabalho, WCD, sob o gs que
comprimido at ao volume VD. Durante este processo, o gs transfere energia sob a forma de calor, |Qf|, para a fonte fria.
Processo de D para A: novamente a base do cilindro substituda por uma parede no condutora, ocorrendo uma compresso adiabtica. O gs continua a ser comprimido pelo pisto que realiza trabalho, WDA, sob o gs, o qual aumenta novamente a sua temperatura at Tq, sem que haja
qualquer troca de calor no sistema.
A quantidade de calor, Q, que o sistema absorve :
Q = |Qq| - |Qf|
Quanto ao trabalho realizado pelo sistema, este igual rea limitada pelas 4 curvas do grfico PV, anteriormente apresentado. Pela 1 lei da termodinmica, para uma transformao cclica, a variao de
energia zero, logo, possvel obter o trabalho realizado pelo engenho de Carnot:
U = 0 W = |Qq| - |Qf|
Esta equao significa que apenas parte da energia sob a forma de calor que o ciclo absorve da fonte quente transformado em trabalho, dado que a restante energia sob a forma de calor |Qf| enviada para a
fonte fria.
Rendimento do engenho de Carnot:
Razo entre o trabalho que o engenho fornece, W, e o calor que sai da fonte quente, |Qq|:
ainda possvel escrever o rendimento de Carnot em funo das temperaturas da fonte quente e da
fonte fria utilizando a relao:
cuja demonstrao um pouco extensa, saindo fora do mbito deste tpico. Assim sendo, obtm-se o rendimento em funo das temperaturas das fontes de calor:
O engenho de Carnot um engenho ideal e possui o mximo rendimento admissvel para as mquinas trmicas, isto , todas as mquinas reais (que se podem construir) tm um rendimento inferior ao do ciclo de Carnot. Por este motivo, o ciclo de Carnot muito importante, pois estabelece uma comparao entre o
rendimento de vrias mquinas, tendo por base o rendimento mximo do engenho ideal de Carnot.
Este fato pode ser sintetizado no teorema de Carnot:
Teorema de Carnot
Nenhum engenho real que opere entre duas fontes de energia sob a forma de calor diferentes, pode ser mais eficiente que o engenho de Carnot a operar entre essas mesmas duas fontes. O ciclo de Carnot tambm um ciclo reversvel, isto , pode ser realizado no sentido inverso. Para tal, basta efectuar as transformaes descritas anteriormente, mas no sentido inverso. Assim, o ciclo absorve o trabalho W, ao invs de o produzir, absorve a energia sob a forma de calor da fonte fria, |Qf|, e transfere-a para a fonte
quente. Este o princpio de funcionamento de uma mquina frigorfica, como o frigorfico ou uma arca congeladora.
Ciclo Rankine (Fonte: http://ciencia.hsw.uol.com.br/motor-a-vapor1.htm)
Como funcionam os motores a vapor
O motor a vapor foi o primeiro tipo de motor a ser amplamente usado. Ele foi inventado por Thomas
Newcomen, em 1705, e James Watt (que lembramos a cada vez que falamos sobre lmpadas de 60
watts) fez grandes melhorias nos motores a vapor, em 1769.
Os motores a vapor movimentaram as primeiras locomotivas, barcos a vapor e fbricas e, dessa forma,
foram a base da Revoluo Industrial. Neste artigo, veremos exatamente como os motores a vapor
funcionam.
Funcionamento do motor a vapor
O diagrama a seguir mostra os componentes principais de um motor a vapor de pisto. Este tipo de
motor seria caracterstico numa locomotiva a vapor. O motor mostrado um motor a vapor de dupla
atuao porque a vlvula permite vapor sob alta presso entrar alternadamente em ambos os lados do
cilindro.
Voc pode ver que a vlvula corredia responsvel por permitir que o vapor em alta presso entre em
qualquer lado do cilindro. A haste de comando da vlvula geralmente conectada a uma ligao com a
cruzeta, de modo que seu movimento faa a vlvula funcionar deslizando. Na locomotiva a vapor, este
arranjo tambm permite ao maquinista fazer o trem dar r.
Voc pode ver neste diagrama que o vapor, depois de usado, simplesmente expelido, saindo para a
atmosfera. Esse fato explica duas coisas sobre locomotivas a vapor:
por que se deve carregar gua na estao - a gua constantemente perdida com a descarga de
vapor.
o som "tchu-tchu" que vem da locomotiva - quando a vlvula abre o cilindro para liberar a descarga
de vapor, este escapa em presso muito alta, fazendo o som "tchu" quando sai. Quando o trem d
partida, o pisto se move muito lentamente, mas quando o trem comea a andar o pisto ganha
velocidade. O efeito disto o "tchu... tchu... tchu... tchu-tchu-tchu-tchu" que ouvimos quando o trem
comea a se mover.
Numa locomotiva a vapor, a cruzeta normalmente se liga a uma haste motriz, e da s hastes de
acoplamento que acionam as rodas da locomotiva.
No diagrama apresentado, a cruzeta conectada haste motriz que, por sua vez, se conecta a uma das
trs rodas motrizes. As trs rodas so conectadas por hastes de acoplamento de modo que girem em
unssono, juntas.
Caldeiras
O vapor de alta presso para um motor a vapor vem de uma caldeira. O trabalho da caldeira aquecer a
gua para gerar vapor. H dois mtodos: tubo de fogo e tubo de gua.
A caldeira com tubos de fogo era mais comum nos anos 1800. Ela consiste em um tanque de gua
atravessado por canos. Os gases quentes do fogo de carvo ou madeira atravessam os canos para
esquentar a gua no tanque, como mostrado aqui:
Numa caldeira com tubos de fogo, o tanque todo est sob presso, ento se o tanque estourar, gera uma
grande exploso.
Mais comuns hoje so as caldeiras tubulares de gua, nas quais a gua corre atravs de um conjunto de
tubos que ficam na passagem dos gases quentes do fogo. O diagrama simplificado a seguir mostra um
esboo de uma caldeira de tubos de gua:
Numa caldeira real, tudo muito mais complicado porque o objetivo dela extrair todo o calor possvel do
combustvel queimado para melhorar a eficincia.
Ciclo Brayton (Fonte: http://ciencia.hsw.uol.com.br/turbina-a-gas.htm)
COMO FUNCIONAM AS TURBINAS A GS
1. Introduo s turbinas a gs
difcil no notar os enormes motores dos jatos comerciais. Na maioria deles os motores so turbinas
a gs, do tipo turbofan. Turbinas a gs podem ter vrias aplicaes. Por exemplo, em muitos helicpteros,
em usinas termoeltricas de pequeno porte e mesmo no tanque M-1 (em ingls). Este artigo explica como
funcionam as turbinas a gs.
Existem muitos tipos diferentes de turbinas:
Turbina a vapor. Muitas usinas utilizam carvo, gs natural, leo ou um reator nuclear para produzir
vapor. O vapor passa por uma enorme turbina multi-estgio, cuidadosamente projetada para girar um eixo,
que aciona o gerador da usina.
Represas hidroeltricas usam turbinas de gua da mesma maneira para gerar fora. As turbinas
usadas em uma usina hidroeltrica parecem completamente diferentes de uma turbina a vapor porque a
gua muito mais densa (e se move mais lentamente) do que o vapor, mas o princpio o mesmo.
Turbinas de vento, tambm conhecidas como moinhos de vento, utilizam o vento como sua fora
motriz. Uma turbina de vento no se parece nada com uma turbina a vapor ou uma turbina de gua porque
o vento mais lento e mais leve, porm, novamente, o princpio o mesmo.
Uma turbina a gs uma extenso do mesmo conceito. Nela, um gs pressurizado faz girar a turbina.
Em todas as turbinas a gs modernas o motor produz seu prprio gs pressurizado, o que feito
queimando substncias como propano, gs natural, querosene de aviao ou combustvel de jato. O calor
gerado pela queima do combustvel expande o ar, e o deslocamento em alta velocidade desse ar quente
aciona a turbina.
2. Vantagens e desvantagens das turbinas a gs
Ento, por que um tanque M-1 usa uma turbina a gs de 1.500 cavalos em vez de um motor diesel?
Existem duas grandes vantagens da turbina sobre o diesel:
Turbinas a gs tm uma tima relao potncia/peso, se comparadas a motores a pisto. Isso quer
dizer que a quantidade de potncia que se consegue do motor comparada ao seu prprio peso muito
boa.
Turbinas a gs so menores do que motores a pisto de mesma potncia.
A principal desvantagem de turbinas a gs que, comparadas a motores a pisto do mesmo tamanho,
elas so caras. Por girar a velocidade muito alta e por causa das altas temperaturas de operao, o
projeto e a construo so dificeis, tanto do ponto de vista da engenharia quanto dos materiais. Turbinas a
gs tambm tendem a consumir mais combustvel quando esto em marcha lenta e preferem uma carga
constante varivel. Isso torna turbinas a gs excelentes para algo como avies a jato e usinas, mas
explica por que no h uma sob o cap do seu carro.
3. O funcionamento bsico da turbina a gs
Teoricamente, turbinas a gs so extremamente simples. Elas tm trs partes:
Compressor: comprime o ar de admisso por alta presso;
Cmara de combusto: queima o combustvel e produz gs com alta presso e alta velocidade;
Turbina: extrai energia do gs a alta presso e alta velocidade vindo da cmara de combusto.
A figura seguinte mostra o esquema de uma turbina a gs de fluxo axial - o tipo de motor que aciona o
rotor de um helicptero, por exemplo:
Neste motor, o ar sugado pela direita do compressor. Ele tem basicamente a forma de um cone com
pequenas ps fixadas em fileiras (aqui esto representadas oito fileiras de ps). Na figura a rea em azul
claro o ar presso normal, que forado atravs no estgio de compresso, com aumento
considervel de presso. Em alguns motores, a presso do ar pode ser multiplicada por 30. O ar com alta
presso produzido pelo compressor mostrado em azul escuro.
4. Cmara de combusto
O ar sob alta presso entra na cmara de combusto, na qual um anel de injetores de combustvel
injeta um jato constante de combustvel. Geralmente o combustvel querosene, combustvel de jato,
propano ou gs natural. Se voc pensar em como fcil apagar uma vela, ento voc pode imaginar o
problema de projeto na rea de combusto - nessa rea entra ar a alta presso, a centenas de quilmetros
por hora, e preciso manter uma chama queimando continuamente nesse ambiente. A pea que resolve
esse problema o chamada de "queimador" ou, s vezes, de "caneca". A caneca uma pea oca e
perfurada de metal pesado. Metade da caneca em seo transversal mostrada a seguir:
Os injetores esto direita. O ar comprimido entra pelos furos. Os gases de escape saem esquerda.
Voc pode ver na figura anterior que um segundo grupo de cilindros envolve o interior e o exterior dessa
caneca perfurada, guiando pelos furos o ar comprimido da admisso.
5. A turbina
esquerda do motor est a seo da turbina. Nesta figura existem dois conjuntos de turbinas. O
primeiro conjunto aciona diretamente o compressor. As turbinas, o eixo e o compressor giram como uma
coisa s:
Na extrema esquerda est um estgio final da turbina, mostrado aqui com uma nica fileira de ps. Ela
aciona o eixo de sada. Esse estgio final da turbina e o eixo de sada so uma unidade independente que
gira livremente. Elas giram livremente sem nenhuma conexo com o resto do motor. E essa a parte
surpreendente de uma turbina a gs - h energia suficiente nos gases quentes passando pelas ps dessa
turbina final de sada para gerar 1.500 cavalos de fora e movimentar um tanque M-1 (em ingls) de 63
toneladas! Uma turbina a gs realmente bem simples.
No caso da turbina usada num tanque ou numa usina no h realmente nada a fazer com os gases de
escape a no ser direcion-los pelo tubo de exausto, como mostrado. s vezes o exaustor passa por
algum tipo de trocador de calor, para extrair calor para alguma outra finalidade ou para pr-aquecer o ar
antes dele entrar na cmara de combusto.
Obviamente a discusso aqui est um pouco simplificada. Por exemplo, no discutimos as reas de
mancais, sistemas de lubrificao, estruturas de suporte interno do motor, ps dos estatores, etc. Todas
essas reas se tornam um problemas serio de engenharia por causa das elevadas temperaturas,
presses e altas velocidades dentro do motor. Mas os princpios bsicos descritos aqui determinam o
funcionamento de todas as turbinas a gs e ajudam a compreender o desenho bsico e a operao do
motor.
6. Outras variaes
Grandes jatos comerciais usam o que conhecido como motores turbofan, que nada mais so do que
turbinas a gs com enormes ps de ventilador na parte da frente do motor. Aqui est o desenho bsico
(altamente simplificado) de um motor turbofan:
D para ver que o corao de um turbofan uma turbina a gs normal como a descrita na seo
anterior. A diferena que o estgio final da turbina aciona um eixo que vai at a frente do motor para
girar as ps de ventilador (mostradas em vermelho nesta figura). Esse arranjo de mltiplos eixos
concntricos, a propsito, extremamente comum em turbinas a gs. Na verdade, em muitos turbofans
maiores, pode haver dois estgios de compressores completamente separados acionados por turbinas
separadas, juntamente com a turbina do ventilador, como mostrado acima. Todos os trs eixos giram um
ao redor do outro.
A finalidade do ventilador aumentar consideravelmente a quantidade de ar passando pelo motor e
assim aumentar consideravelmente o empuxo. Quando voc olha dentro de um motor de um jato
comercial no aeroporto, o que voc v so as ps de ventilador na parte dianteira do motor. Elas so
imensas - por volta de 3 metros de dimetro nos grandes jatos, podendo assim mover muito ar. O ar
puxado pelo ventilador chamado de ar desviado (mostrado em roxo acima) porque ele passa por fora da
turbina do motor e vai direto para a parte traseira da nacele em alta velocidade para fornecer empuxo.
Um motor turbolice similar a um turbofan, mas em vez de um ventilador ele tem uma hlice
convencional na parte da frente. O eixo de sada conectado a uma caixa de reduo para diminuir a
velocidade, e o eixo de sada da caixa de reduo gira uma hlice.
7. Princpios do empuxo
A finalidade de um motor turbofan produzir empuxo para deslocar o avio para a frente. O empuxo
geralmente medido em libras nos Estados Unidos (o sistema mtrico utiliza Newtons; 4,45 Newtons
equivalem a 1 libra de empuxo). Uma "libra de empuxo" igual a uma fora capaz de acelerar 1 libra de
material a 9,76 metros por segundo ao quadrado (o equivalente acelerao da gravidade). Portanto, se
voc tiver um motor a jato capaz de produzir uma libra de empuxo, ele pode manter 1 libra de material
suspenso no ar se o jato for apontado diretamente para baixo. Da mesma forma, um motor a jato
produzindo 2.300 quilos de empuxo poderia manter 2.300 quilos de material suspensos no ar. E se um
motor de foguete produzisse 2.300 quilos de empuxo aplicados a um objeto de 2.300 quilos flutuando no
espao, o objeto de 2.300 quilos iria acelerar razo de 9,76 metros por segundo ao quadrado.
O empuxo gerado de acordo com o princpio de Newton que diz que "a toda ao corresponde uma
reao igual e em sentido contrrio". Por exemplo, imagine que voc esteja flutuando no espao e que
voc pese na Terra 45 quilos. Na sua mo, voc tem uma bola de beisebol que pesa 450 gramas na Terra.
Se voc arremess-la a uma velocidade de 10 metros por segundo (36 km/h), seu corpo vai se mover no
sentido oposto (ele reagir) a uma velocidade de 0,10 metro por segundo (0,36 km/h). Se continuasse a
arremessar bolas de beisebol daquela maneira razo de uma por segundo, suas bolas de beisebol
estariam gerando 450 gramas de empuxo contnuo. Lembre-se que para gerar 450 gramas de empuxo por
uma hora voc precisa estar segurando 1.620 kg de bolas de beisebol no comeo da hora. Se quisesse
fazer melhor, teria que arremessar as bolas com mais fora. "Arremessando-as" (vamos dizer, com uma
arma) a 1.000 metros por segundo (3.600 km/h), voc geraria 45 kg de empuxo.
8. Empuxo de motor a jato
Num motor turbofan, as bolas de beisebol que o motor est arremessando so molculas de ar. As
molculas de ar j esto l, de modo que o avio pelo menos no precisa carreg-las. Uma nica
molcula de ar no pesa muito, mas o motor est arremessando muitas delas - e a uma velocidade muito
alta. O empuxo no turbofan vem de dois componentes:
a prpria turbina a gs: geralmente um estreitamento formado no final do tubo de escape da turbina
a gs (no mostrado nesta figura) para produzir um jato de alta velocidade do gs de exausto. As
molculas de ar saem do motor a uma velocidade normalmente de 2.092 km/h.
o ar desviado produzido pelas ps de ventilador: ele se desloca a uma velocidade menor do que a
sada da turbina, mas as ps movimentam bastante ar.
Como voc pode ver, turbinas a gs so bastante comuns. So tambm muito complicadas e
estendem os limites das cincias de materiais e dinmica dos fluidos. Se voc quiser aprender mais, um
timo lugar par ir seria a biblioteca de uma universidade com um bom departamento de engenharia.
H uma quantidade surpreendente de atividade na rea de turbinas a gs de fabricao caseira, e
participando de grupos de notcias ou listas de correspondncia voc pode encontrar outras pessoas
interessadas no mesmo assunto.
Ciclo Otto (Fonte: http://carros.hsw.uol.com.br/motores-de-carros.htm)
COMO FUNCIONAM OS MOTORES DE CARROS
Alguma vez voc abriu o cap do seu carro e ficou imaginando o que acontece l dentro? Para quem no entende do assunto o motor de um carro pode parecer uma salada de metal, tubos e fios. Pode ser s curiosidade, ou voc talvez queira comprar um carro novo e tenha ouvido algo como "3.0 V6", "duplo
comando no cabeote" ou "injeo multiponto". Que coisas so essas?
O propsito do motor de um carro a gasolina (ou lcool, ou gs) transformar em movimento o
combustvel - isso vai fazer o carro andar. O modo mais fcil de criar movimento a partir da gasolina
queim-la dentro de um motor. Portanto, o motor de carro um motor de combusto interna - combusto
que ocorre internamente. Duas observaes:
h vrios tipos de motores de combusto interna, tambm chamados de motores a exploso.
Motores a diesel so um tipo e turbinas a gs so outro. Leia tambm os artigos sobre motores
Hemi, motores rotativos e motores 2 tempos. Cada um tem suas prprias vantagens e
desvantagens;
tambm existem motores de combusto externa. O motor a vapor de trens antigos e navios a vapor
o melhor exemplo de motor de combusto externa. O combustvel (carvo, madeira, leo ou
outro) queimado fora do motor para produzir vapor, e este gera movimento dentro do motor. A
combusto interna muito mais eficiente (gasta menos combustvel por quilmetro) do que a
combusto externa, e o motor de combusto interna bem menor que um motor equivalente de
combusto externa. Isso explica por que no vemos carros da Ford e da GM usando motores a
vapor.
Quase todos os carros atuais usam motor de combusto interna a pisto porque esse motor :
relativamente eficiente (comparado com um motor de combusto externa)
relativamente barato (comparado com uma turbina a gs)
relativamente fcil de abastecer (comparado com um carro eltrico)
Essas vantagens superam qualquer outra tecnologia existente para fazer um carro rodar.
Para compreender o funcionamento bsico de um motor de combusto interna a pisto til ter uma
imagem de como funciona a "combusto interna". Um bom exemplo um antigo canho de guerra. Voc
provavelmente j viu em algum filme soldados carregarem um canho com plvora, colocarem uma bala e
depois o acenderem. Isso combusto interna - mas o que isso tem a ver com motores?
Um exemplo melhor: digamos que voc pegue um pedao comprido de tubo de esgoto, desses de PVC,
talvez com 7,5 cm de dimetro e uns 90 cm de comprimento e feche uma das extremidades. Ento,
digamos que voc espirre um pouco de WD-40 dentro do tubo, ou jogue uma gotinha de gasolina e em
seguida empurre uma batata para dentro do cano. Assim:
Eu no estou recomendando fazer isso! Mas digamos que voc tenha feito... Esse dispositivo conhecido
como canho de batata. Com uma centelha possvel inflamar o combustvel. O interessante aqui, e a
razo para falarmos de um dispositivo como esse, que um canho de batata pode arremessar uma
batata a cerca de 150 metros de distncia! Um pingo de gasolina armazena um bocado de energia.
Combusto interna
O canho de batata usa o princpio bsico de qualquer motor de combusto interna convencional (motor a
pisto). Pr uma pequena quantidade de combustvel de alta energia (como a gasolina) em um reduzido
espao fechado e gerar uma centelha libera uma quantidade inacreditvel de energia, na forma de gs em
expanso. Essa energia pode ser usada para fazer uma batata voar 150 metros. Nesse caso, a energia
transformada em movimento da batata. Isso tambm pode ser usado para fins mais interessantes. Por
exemplo, ao se criar um ciclo que permita provocar centenas de exploses por minuto e torne possvel
empregar essa energia de forma til estar feita a base de um motor de carro!
Quase todos os carros atualmente usam o que chamado de ciclo de combusto de 4 tempos para
converter a gasolina em movimento. Ele tambm conhecido como ciclo Otto, em homenagem a Nikolaus
Otto, que o inventou em 1867. Os 4 tempos esto ilustrados na Figura 1. Eles so: Admisso,
Compresso, Combusto, Escapamento.
Na figura voc percebe que uma pea chamada pisto substitui a batata no canho de batata. O pisto
est ligado ao virabrequim por uma biela. Conforme gira, o virabrequim "arma o canho." Eis o que
acontece medida que o motor passa por esse ciclo:
A vlvula de admisso se abre enquanto o pisto se move para baixo, levando o cilindro a aspirar e
se encher de ar e combustvel. Essa fase a admisso. Somente uma pequena gota de gasolina
precisa ser misturada ao ar para que funcione.
O pisto volta para comprimir a mistura ar-combustvel. a compresso, que torna a exploso
mais potente.
Quando o pisto atinge o topo do seu curso, a vela de ignio solta uma centelha para inflamar a
gasolina. A gasolina no cilindro entra em combusto, aumentando rapidamente de volume e
empurrando o pisto para baixo.
Assim que o pisto atinge a parte de baixo do seu curso, a vlvula de escapamento se abre e os
gases queimados deixam o cilindro atravs do tubo existente para esse fim. (Parte 4 da figura)
Agora o motor est pronto para o prximo ciclo, aspirando novamente ar e combustvel.
Observe que o movimento que resulta de um motor de combusto interna rotativo, embora os pistes se
movam de forma linear, da mesma forma que o canho de batata. Em um motor o movimento linear dos
pistes convertido em movimento rotativo pelo virabrequim. esse movimento rotativo que permite fazer
as rodas dos carros girarem.
Vamos ver agora todas as partes que trabalham juntas para fazer isso acontecer.
Cilindros e outras peas do motor
O corao do motor o cilindro, dentro do qual um pisto se move para cima e para baixo. O motor
descrito acima tem apenas um cilindro, tpico de cortadores de grama e de motocicletas de pequeno porte,
mas a maioria dos carros tem mais de um cilindro (geralmente quatro, seis ou oito cilindros). Em um motor
com vrios cilindros, eles so dispostos de diversas maneiras. As principais configuraes so em linha,
em V ou plano (conhecido tambm como horizontal oposto ou boxer), como mostram as figuras abaixo.
Figura 2. Em linha - Os cilindros so alinhados em uma nica bancada
Figura 3. V - Os cilindros so dispostos em duas bancadas, formando um ngulo entre si
Figura 4. Plano - Os cilindros so dispostos em duas bancadas, em lados opostos do motor
H vantagens e desvantagens de cada configurao de motor em termos de suavidade, custo de
fabricao e caractersticas diretamente ligadas sua forma. Essas vantagens e desvantagens tornam
cada um mais apropriado a certos tipos de veculo.
Tamanho do motor (cilindrada ou deslocamento volumtrico)
Desde os primrdios dos motores, convencionou-se classific-los em tamanho por meio da cilindrada ou
deslocamento volumtrico. Por se tratar de volume, ele medido em litros ou cm (centmetros cbicos;
1.000 centmetros cbicos - ou 1.000 cm - equivalem a um litro).
Veja aqui alguns exemplos:
uma motosserra pode ter um motor de 40 cm;
uma motocicleta pode ter um motor de 500 cm ou de 750 cm;
um carro esportivo pode ter um motor de 5 litros (5.000 cm).
A maioria dos motores dos carros comuns tem entre 1,5 litro (1.500 cm) e 4 litros (4.000 cm).
A cilindrada obtida por simples clculo. Toma-se a rea correspondente ao dimetro do cilindro (Pi x
dimetro elevado ao quadrado e dividido por 4) e multiplica-se pelo curso do pisto. Deve-se ter o cuidado
de sempre considerar centmetros e no milmetros, pois estamos buscando centmetros cbicos. Uma
vez que se tenha a cilindrada de um cilindro, s multiplicar o resultado pelo nmero de cilindros para
obter a cilindrada do motor (desnecessrio caso o motor seja de um cilindro apenas).
Se voc tiver um motor de 4 cilindros e cada cilindro comportar meio litro, o motor inteiro um "motor de 2
litros" - tambm se diz motor 2.0. Se cada cilindro tem capacidade de meio litro e h seis cilindros
dispostos em V, voc tem um "V6 de 3 litros", ou V6 3.0.
Geralmente a cilindrada d idia da potncia que o motor pode produzir. Um cilindro que desloca meio litro
pode comportar o dobro da mistura ar-combustvel que um cilindro que desloca 1/4 de litro - pode-se
esperar o dobro de potncia no cilindro maior (caso todos os outros parmetros sejam iguais). Um motor
de 2 litros tem, em termos gerais, a metade da potncia de um motor de 4 litros.
Para ampliar a cilindrada de um motor aumenta-se o nmero de cilindros ou o seu tamanho (ou as duas
coisas). Outra maneira, junto com as providncias acima ou no, aumentar o curso dos pistes.
Outras partes de um motor
Vela de ignio
A vela de ignio fornece a centelha que provoca a ignio da mistura ar-combustvel, para que ocorra a
combusto. A centelha precisa ocorrer no momento exato para que as coisas funcionem bem.
Vlvulas
As vlvulas de admisso e de escapamento abrem no momento certo e deixam respectivamente entrar o
ar e o combustvel e sair os gases queimados. Observe que ambas as vlvulas so fechadas durante a
compresso e a combusto, mantendo vedada a cmara de combusto.
Pisto
O pisto uma pea metlica cilndrica, de liga de alumnio, que se move dentro do cilindro.
Anis de segmento
Os anis de segmento so uma vedao deslizante entre a borda externa do pisto e a parede interna do
cilindro. Os anis servem para:
impedir que a mistura ar-combustvel e os gases de escapamento vazem da cmara de combusto
para dentro do crter de leo durante a compresso e a combusto, respectivamente;
impedir que o leo do crter passe para dentro da zona de combusto, onde seria queimado e
desperdiado.
Na maioria dos carros que "queimam leo" (e precisam ter seu nvel completado - por exemplo a cada
1.000 km ou menos) o leo queima porque o motor est desgastado e os anis no vedam direito.
Biela
uma haste que liga o pisto ao virabrequim. As duas pontas da biela podem girar, permitindo a mudana
de ngulo medida que o pisto se move e o virabrequim gira.
Virabrequim
O virabrequim transforma o movimento retilneo do pisto em um movimento circular, como faz a manivela
no brinquedo jack-in-the-box (boneco na caixa).
Crter
O crter envolve o virabrequim e tambm age como reservatrio de leo, que fica armazenado em seu
fundo.
O que pode dar errado?
Ao sair certa manh, seu motor gira, mas no d pega... O que pode estar errado? Agora que voc sabe
como funciona um motor, possvel compreender o que pode impedir um motor de funcionar. Trs
problemas fundamentais podem acontecer: mistura inadequada de ar e combustvel, falta de centelha ou
falta de compresso. Outras centenas de pequenos problemas podem ocorrer, mas os citados acima so
os "Trs Grandes". Com base no motor simples que estamos discutindo, veja aqui um levantamento rpido
de como esses problemas afetam seu motor:
Mistura inadequada - uma mistura inadequada ar-combustvel pode ocorrer de vrias maneiras:
a gasolina acabou e o motor recebe ar, mas no combustvel;
a entrada de ar pode estar entupida, de modo que h combustvel, porm no entra ar suficiente;
o sistema de combustvel pode estar fornecendo combustvel a mais ou a menos mistura,
significando que a combusto no poder ocorrer de forma apropriada;
pode haver impurezas no combustvel (como gua no tanque de combustvel) fazendo com que
no seja possvel a sua queima.
Falta de centelha - a centelha pode no ocorrer ou ser fraca por diversas razes:
se a vela de ignio ou o fio que chega vela estiverem gastos, a centelha ser fraca;
se o cabo estiver cortado ou faltando - ou se o sistema que manda a corrente de alta tenso
pelo cabo no estiver funcionando corretamente - no haver centelha;
se a centelha ocorre muito cedo ou muito tarde no ciclo (ou seja, se o ponto de ignio estiver
muito fora do padro), o combustvel no sofrer ignio no tempo certo e isso poder causar
vrios tipos de problemas.
Muitos outros problemas podem acontecer. Por exemplo:
se a bateria estiver descarregada, o motor de partida no poder girar o motor para faz-lo
funcionar;
se os mancais que permitem que o virabrequim gire livremente estiverem prendendo, ele no ir
girar, impedindo o funcionamento do motor;
se as vlvulas no abrirem e fecharem no momento correto ou simplesmente no abrirem, o ar no
poder entrar ou os gases de escapamento no podero sair - e o motor no funcionar;
se algum enfiar uma batata na ponta do cano de escapamento, os gases no podero sair dos
cilindros e o motor no funcionar;
se o leo acabar e o motor vier a travar, os pistes no podero se mover livremente, impedindo o
funcionamento do motor.
Falta de compresso - se a carga de ar e combustvel no puder ser comprimida de maneira
apropriada, o processo de combusto no acontecer corretamente. A falta de compresso pode
ocorrer pelas seguintes razes:
os anis de segmento esto gastos (permitindo que a mistura ar-combustvel vaze pelos lados do
pisto durante a compresso);
as vlvulas de admisso ou de escapamento no esto vedando apropriadamente, permitindo o
vazamento durante a compresso;
h um grande vazamento em um ou mais cilindros.
O vazamento mais comum em um cilindro ocorre onde a parte acima do bloco do motor (onde ficam as
vlvulas e as velas de ignio, e s vezes o comando de vlvulas, tambm conhecida como cabeote) se
prende ao bloco. Geralmente, o bloco e o cabeote so mantidos juntos com uma junta fina entre eles
para assegurar uma boa vedao. Se a junta se rompe, desenvolvem-se pequenas fugas entre bloco e
cabeote.
Em um motor funcionando corretamente, todos esses fatores esto dentro da tolerncia. Como voc pode
ver, um motor tem inmeros sistemas que o ajudam a cumprir seu papel de converter combustvel em
movimento. A maioria desses subsistemas pode ser implementado usando tecnologias diferentes e
melhores para aumentar o desempenho do motor. Nas prximas sees, abordaremos todos os
subsistemas diferentes usados nos motores modernos.
O trem de vlvulas e outros sistemas
O trem de vlvulas constitudo pelas vlvulas e por um mecanismo para abri-las e permitir que fechem,
chamado de rvore de comando de vlvulas ou simplesmente comando de vlvulas. Ele tem ressaltos
(perfis geralmente ovalados) que movem as vlvulas, ficando para as molas de vlvulas a
responsabilidade de fech-las, como mostra a Figura 5.
A maioria dos motores modernos tem o que se chama de comando de vlvulas no cabeote. Isso significa
que o comando de vlvulas est localizado nessa parte do motor, geralmente acima das vlvulas, como se
v na Figura 5. Os ressaltos na rvore atuam sobre as vlvulas diretamente (na verdade h uma pea
chamada tucho entre o ressalto e elas) ou indiretamente por meio de uma alavanca bem curta (motores
mais antigos tm o comando de vlvulas localizado no bloco, perto do virabrequim. Nesse tipo de
desenho, varetas apoiadas em tuchos unem o movimento dos ressaltos aos balancins no cabeote, que
por sua vez acionam as vlvulas. H mais partes mveis nesse sistema e tambm maior defasagem entre
o acionamento da vlvula pelo ressalto do comando e o seu movimento efetivo, alm da maior massa de
movimento alternado constituir obstculo a rotaes mais altas do motor). Uma correia dentada ou uma
corrente de distribuio conecta o virabrequim ao comando de vlvulas, mantendo as vlvulas
sincronizadas com os pistes. O acionamento do comando de vlvulas calculado para que ele gire
metade da rotao do virabrequim. A maioria dos motores de alto desempenho tem quatro vlvulas por
cilindro (duas para admisso e duas para escapamento), normalmente com dois comandos de vlvulas por
bancada de cilindros - da o termo duplo comando no cabeote.
Sistemas de ignio e arrefecimento
O sistema de ignio (Figura 6) produz uma corrente eltrica de alta tenso e transmite-a para a vela de
ignio pelos cabos de vela. A corrente flui primeiro para um distribuidor, facilmente identificvel embaixo
do cap da maioria dos carros. Um cabo chega ao centro do distribuidor, e quatro, seis ou oito cabos
(dependendo do nmero de cilindros) saem dele, para cada vela de ignio. O motor sincronizado de
modo que somente um cilindro receba uma corrente do distribuidor de cada vez. Em muitos motores
modernos no existe mais o distribuidor fsico, substitudo por sistema eletrnico.
Sistema de arrefecimento
Na maioria dos carros o sistema de arrefecimento tem um radiador e uma bomba d'gua. A gua circula
por passagens ao redor dos cilindros e das cmaras de combusto e depois por tubos no radiador, para
ser resfriada. Em poucos carros (o Fusca, por exemplo), assim como na maioria das motocicletas e
cortadores de grama, o motor refrigerado a ar (uma caracterstica desse tipo de refrigerao a
presena de aletas nos cilindros e cabeote para ajudar a dissipar o calor). Os motores resfriados a ar so
mais leve, mas trabalham mais quentes, o que diminui sua durabilidade e seu desempenho geral.
Admisso de ar e partida
A maioria dos carros tem motores de aspirao natural, o que significa que o ar flui por si s para os
cilindros pela depresso criada pelos pistes no curso de admisso, depois de passar pelo filtro de ar.
Motores de alto desempenho so ou turbocomprimidos, ou comprimidos, o que significa que o ar que se
dirige aos cilindros pressurizado antes (de modo que mais mistura ar-combustvel possa ser introduzida
nos cilindros) para melhorar o desempenho. A quantidade de pressurizao chamada de sobrepresso.
O turbocompressor possui uma pequena turbina acoplada ao coletor de escapamento faz girar a turbina
de compresso que recebe o ar de admisso. Os compressores (h vrios tipos) so acionados
diretamente pelo motor.
Aumentar a potncia do seu motor timo, mas o que acontece quando voc gira a chave para coloc-lo
em funcionamento? O sistema de partida consiste de um motor eltrico e um solenide de partida. Quando
voc vira a chave de ignio, o motor de arranque faz o virabrequim dar algumas voltas, o que propicia o
incio do processo de combusto. preciso um motor potente para girar um motor frio. O motor de
arranque precisa vencer:
o atrito interno provocado pelos anis de segmento
a presso de compresso de qualquer cilindro(s) que esteja no curso de compresso
a energia necessria para abrir e fechar as vlvulas
todas as "outras" coisas diretamente ligadas ao motor, como bomba d'gua, bomba de leo,
alternador, etc.
Como necessria muita potncia e um carro usa um sistema eltrico de 12 volts, centenas de ampres
de eletricidade precisam fluir para dentro do motor de arranque (lembre-se: potncia o produto da
corrente multiplicada pela tenso). O solenide de partida essencialmente um grande interruptor e ltrico
que pode lidar com toda essa corrente. Quando voc vira a chave de ignio, ela ativa o solenide para
fazer chegar energia eltrica de alta intensidade (amperagem) ao motor de arranque.
Sistemas de lubrificao
O sistema de lubrificao assegura que cada parte mvel do motor seja suprida de leo, para diminuir o
atrito e evitar o engripamento. As duas partes que mais precisam de leo so os pistes (para deslizar
facilmente em seus cilindros) e todos os mancais que permitem que o virabrequim e o comando de
vlvulas, e as bielas nas suas articulaes, se movimentem livremente. Na maioria dos carros, o leo
sugado do reservatrio pela bomba, passando pelo filtro de leo para remover qualquer impureza antes de
ser esguichado sob presso nos mancais e depois atingir as paredes internas dos cilindros. O leo ento
escoa para o crter, onde coletado, e o ciclo se repete.
A alimentao
O sistema de alimentao bombeia combustvel do tanque e o mistura com o ar, de modo que a mistura
ar-combustvel correta seja admitida nos cilindros. Existem trs maneiras comuns de enviar o combustvel:
carburao, injeo de combustvel no coletor de admisso e injeo direta de combustvel na cmara de
combusto.
Na carburao, um dispositivo chamado carburador mistura o combustvel com o ar conforme este
flui para dentro do motor.
Em um motor com injeo a quantidade correta de combustvel injetada individualmente em cada
cilindro - antes da vlvula de admisso (injeo de combustvel multiponto) ou diretamente dentro
do cilindro (injeo direta de combustvel).
Escapamento
O sistema de escapamento inclui a tubulao e o silenciador (pea que abafa o som - sem o silenciador,
voc ouviria o som de milhares de pequenas exploses vindo do cano de escapamento). O sistema de
escapamento inclui um conversor cataltico, tambm chamado de catalisador.
Controle de emisses
No sistema de controle de emisses nos carros modernos h um conversor cataltico, um conjunto de
sensores e acionadores e um computador para monitorar e ajustar todos os sistemas. Por exemplo, o
conversor cataltico usa um agente catalisador e oxignio para queimar todo o combustvel que no foi
utilizado, assim como outras substncias qumicas dos gases de escapamento. Um sensor de oxignio no
fluxo de gases monitora permanentemente a relao ar-combustvel e informa a situao ao computador
de controle do motor para que este efetue as correes necessrias.
Sistema eltrico
Uma bateria e um alternador compem o sistema eltrico. O alternador conectado ao motor por uma
correia e gera eletricidade para recarregar a bateria. A bateria fornece eletricidade com tenso de 12 volts
para todos os dispositivos eltricos do carro (o sistema de ignio, rdio, faris, limpadores de pra-brisa,
vidros eltricos, computadores de bordo, etc.).
Como obter mais potncia dos motores
Com base em todas as informaes possvel perceber que existem modos diferentes de melhorar o
desempenho de um motor. Os fabricantes de carro esto sempre combinando, de diversas maneiras, as
variveis a seguir, para tornar os motores mais potentes e/ou mais eficientes.
Aumentar a cilindrada - mais deslocamento volumtrico significa mais potncia porque permite queimar
mais combustvel durante cada rotao do motor. possvel aumentar a cilindrada usando cilindros maiores ou acrescentando mais cilindros (o limite prtico o de 16 cilindros). A cilindrada tambm pode
ser aumentada por meio de maior curso dos pistes.
Elevar a taxa de compresso - taxas de compresso mais altas produzem mais potncia, at certo ponto. Entretanto, quanto mais se comprime a mistura ar-combustvel, maior a possibilidade de que parte da mistura na cmara detone espontaneamente (depois de ocorrer a centelha da vela de ignio). A gasolina de alta octanagem, como a premium ou a Podium, diminui o risco ou evita essa detonao. por isso que os carros de alto desempenho geralmente precisam de gasolina de alta octanagem - seus motores normalmente tm taxas de compresso mais elevadas para obter mais potncia.
Colocar mais ar em cada cilindro - possvel empurrar mais ar (e portanto mais combustvel) para um
cilindro de determinado tamanho (do mesmo modo que se faria aumentando o tamanho do cilindro). Os turbocompressores e compressores pressurizam o ar que entra para que seja fornecido efetivamente
mais ar aos cilindros. Para mais detalhes, leiaComo funcionam os turbocompressores.
Resfriar o ar na admisso - comprimir o ar aumenta sua temperatura, mas melhor ter o ar mais frio possvel no cilindro (quanto mais quente o ar, menos denso ele se torna, menos oxignio por volume).
Assim, muitos carros equipados com turbocompressor ou compressor tm um intercooler. O intercooler
um radiador por onde o ar comprimido passa para ser resfriado antes de entrar nos cilindros. Para mais detalhes, leia Como funcionam os sistemas de arrefecimento dos carros.
Facilitar a entrada de ar - medida que o pisto se move no seu curso de admisso, a resistncia do ar pode roubar potncia do motor. A resistncia do ar pode ser fortemente diminuda colocando uma vlvula maior ou, preferencialmente por questo de peso, duas passagnes de ar total. Alguns carros mais novos esto usando coletores de admisso polidos internamente para eliminar a resistncia do ar. Filtros de ar maiores podem tambm melhorar o fluxo de ar.
Facilitar a sada dos gases queimados - se a resistncia do ar dificultar a sada dos gases de queimados em um cilindro, ocorrer roubo de potncia do motor. A resistncia do ar pode ser amenizada acrescentando-se uma vlvula de escapamento em cada cilindro ou, preferencialmente, duas vlvulas menores, mas que resulte em aumento total da rea de passagem (um carro com duas vlvulas de admisso e duas vlvulas de exausto tem quatro vlvulas por cilindro, o que melhora o desempenho - quando voc ouve um comercial dizer que o carro tem quatro cilindros e 16 vlvulas, o que o comercial est dizendo que o motor tem quatro vlvulas por cilindro). Se o dimetro do cano do escapamento muito pequeno ou o silenciador oferece muita resistncia ao ar, pode haver contrapresso, que ter o mesmo efeito de vlvula de escapamento muito pequena. Sistemas de escapamento de alto desempenho usam coletores especiais (muitas vezes chamados de "dimensionados"), tubos de escape de grande dimetro e silenciadores de alta vazo para diminuir a contrapresso no sistema de escapamento. Quando voc ouve que um carro tem "duplo escapamento", o objetivo melhorar o fluxo dos gases de escape
tendo dois tubos de escapamento em vez de apenas um.
Diminuir o peso dos componentes - componentes leves ajudam o motor a ter um desempenho melhor.
Cada vez que um pisto muda de direo ele utiliza energia para interromper o trajeto em uma direo e inici-lo em outra. Quanto mais leve o pisto, menos energia ele dissipa. Essa tambm a razo de se usar duas vlvulas menores em vez de apenas uma grande.
Injeo de combustvel - a injeo de combustvel permite uma dosagem muito precisa de combustvel
em cada cilindro. Isso melhora o desempenho e reduz o consumo de combustvel. Para mais detalhes,
leia Como funcionam os sistemas de injeo de combustvel.
Perguntas e respostas
Eis algumas dvidas de leitores:
Qual a diferena entre um motor a gasolina e um motor a diesel? No motor a diesel no h
velas de ignio. O diesel injetado dentro do cilindro e o ar bem aquecido durante o curso e de compresso provoca a ignio do combustvel. O diesel tem uma densidade de energia mais alta que a gasolina e permite ao carro rodar mais quilmetros por litro de combustvel. Mais informaes em Como funcionam os motores a diesel.
Qual a diferena entre um motor 2 tempos e um motor 4 tempos? A maioria
das motosserras e dos motores de barco usa motores 2 tempos. Um motor 2 tempos no tem vlvulas que se movem, e a vela de ignio dispara centelha cada vez que o pisto atinge o ponto-morto superior. Uma abertura (chamada janela) na parte inferior da parede do cilindro permite a entrada de combustvel e ar, por depresso, para a parte abaixo dos pistes e depois ocorre a transferncia para a parte superior, para ser comprimida como num motor 4 tempos. A vela de ignio provoca a combusto e os gases de escape saem por outra janela no cilindro. Instantes depois realizada a transferncia. necessrio misturar leo e gasolina em um motor 2 tempos porque no h o crter contendo leo, embora existam casos de fornecimento separado do lubrificante. Geralmente, um motor 2 tempos produz bastante potncia considerando o seu tamanho, porque h o dobro de etapas de combusto em relao a um 4 tempos. Contudo, um motor 2 tempos consome mais combustvel e queima muito mais leo, sendo muito mais poluente. Mais informaes em Como funcionam os motores 2 tempos.
Voc mencionou motores a vapor neste artigo - existe alguma vantagem nos motores a vapor em relao aos outros motores de combusto interna? A principal vantagem de um motor a
vapor que voc pode usar como combustvel qualquer coisa que queime. Por exemplo, um motor a vapor pode usar carvo, jornal ou madeira como combustvel, enquanto um motor de combusto interna precisa de um combustvel lquido ou gasoso puro e de alta qualidade. Mais informaes
em Como funcionam os motores a vapor.
Existem outros ciclos alm do ciclo de Otto usado nos motores dos carros? O ciclo do motor
2 tempos diferente, assim como o ciclo do diesel descrito acima. O motor do Mazda Millennia usa uma modificao do ciclo Otto chamado Ciclo de Miller. Turbinas a gs usam o ciclo de Brayton. Motores rotativos Wankel usam o ciclo Otto, mas funcionam de um modo bastante diferente dos motores de 4 tempos a pisto de movimento linear.
Por que ter oito cilindros em um motor? Por que no ter, em vez disso, um cilindro grande com as mesmas cilindradas dos oito cilindros? Existem vrias razes para que um motor grande de 4 litros tenha oito cilindros de meio litro em vez de um cilindro grande de 4 litros. A principal razo a regularidade. Um motor V8 mais regular porque tem oito exploses espaadas durante as duas voltas do ciclo realizadas pelo virabrequim em vez de uma grande exploso somente. Outra razo o torque de partida. Quando voc liga um motor V8, voc est empurrando somente dois cilindros (1 litro) em seus cursos de compresso, mas com um cilindro
grande voc teria que comprimir 4 litros.
Ateno: Cavalos-vapor (cv) leia: http://carros.hsw.uol.com.br/cavalo-de-forca.htm
Ciclo Diesel (Fonte: http://carros.hsw.uol.com.br/diesel.htm)
Um dos artigos mais populares do HowStuffWorks Como funcionam os motores de carros, que explica
os princpios bsicos por trs da combusto interna, analisa o ciclo de quatro tempos e fala sobre todos os
subsistemas que ajudam o motor do seu carro a fazer o seu trabalho. Por um longo tempo depois que
publicamos aquele artigo, o que mais foi questionado (e uma das sugestes mais freqentes) foi: "Qual a
diferena entre um motor a gasolina e um a diesel?"
Rudolf Diesel desenvolveu a idia do motor a diesel e obteve a sua patente alem em 1892. Seu objetivo
era criar um motor de alta eficincia. Motores a gasolina foram inventados em 1876 e, especialmente
naquela poca, no eram muito eficientes.
As principais diferenas entre o motor a gasolina e o a diesel so:
Um motor a gasolina aspira uma mistura de gasolina e ar, comprime-a e faz a ignio com uma centelha.
Um motor a diesel puxa o ar, comprime-o e ento injeta o combustvel no ar comprimido, o calor do ar
comprimido inflama o combustvel espontaneamente.
Um motor a gasolina comprime a uma taxa de 8:1 a 12:1, enquanto um motor a diesel comprime de 14:1 a
25:1. A taxa de compresso mais alta do motor a diesel leva a uma eficincia maior.
Motores a gasolina geralmente usam carburao, na qual o ar e o combustvel so misturados bem antes
do ar entrar no cilindro, ou injeo de combustvel no duto de admisso, no qual o combustvel injetado
imediatamente antes do tempo de aspirao (fora do cilindro). Os motores a diesel usam injeo direta de
combustvel o leo diesel injetado diretamente no cilindro.
Note que o motor a diesel no tem vela, ele aspira o ar e o comprime, e ento injeta o combustvel
diretamente na cmara de combusto (injeo direta). o calor do ar comprimido que inflama o
combustvel num motor a diesel.
Em um motor a diesel o injetor o componente mais complexo, e tem sido objeto de um grande nmero
de experimentos. Em um dado motor, ele pode ser colocado em diversos lugares. O injetor tem que ser
capaz de suportar a temperatura e a presso dentro do cilindro e ainda passar o combustvel como uma
fina nvoa. Fazer a mistura circular no cilindro de maneira uniformemente distribuda tambm um
problema, de modo que alguns motores a diesel utilizam vlvulas de admisso especiais, cmaras de pr-
combusto ou outros dispositivos que produzam um turbilho de ar na cmara de combusto ou, de
alguma forma, melhorem o processo de ignio e combusto.
Potncia do motor
A grande diferena entre um motor a diesel e um a gasolina est no processo de injeo. A maioria dos
motores de carros usa injeo antes da vlvula de admisso ou um carburador, em vez de injeo direta.
Portanto, em um motor de carro, todo o combustvel carregado para dentro do cilindro durante o tempo
de aspirao e, ento, comprimido. A compresso da mistura ar/combustvel limita a taxa de compresso
do motor - se ela comprime o ar demais, a mistura sofre ignio espontnea depois da ignio e provoca
detonao. Um motor a diesel comprime apenas o ar, de modo que a taxa de compresso pode ser muito
maior. Quanto maior a taxa de compresso, maior a potncia gerada.
Alguns motores a diesel contm algum tipo de vela de incandescncia (no mostrado nesta figura).
Quando um motor a diesel est frio, o processo de compresso pode no ser capaz de elevar a
temperatura do ar o suficiente para inflamar o combustvel. A vela de incandescncia um fio aquecido
eletricamente (pense nos fios quentes que voc v em uma torradeira) que aquece a cmara de
combusto e aumenta a temperatura do ar quando o motor est frio, de modo que o motor possa
funcionar. De acordo com Cley Brotherton, tcnico de equipamentos pesados da Journeyman:
Em um motor moderno, todas as funes so controladas pelo mdulo de controle eletrnico, ou ECM, em
comunicao com um sofisticado conjunto de sensores, medindo tudo, desde rpm at temperaturas do
lquido refrigerante e do leo, e at a posio do motor (isto , o ponto-morto superior). Hoje raro usar
velas de incandescncia em motores maiores. O ECM mede a temperatura do ar ambiente e retarda a
injeo do motor em tempo frio, para que o injetor borrife o combustvel um pouco mais tarde. O ar no
cilindro mais comprimido, criando mais calor, o que ajuda na partida.
Os motores menores e os motores que no tm esse avanado controle computadorizado usam velas de
incandescncia para resolver o problema da partida a frio.
Diesel
Se alguma vez voc comparou o diesel e a gasolina, sabe que so diferentes, at no cheiro. O diesel
mais pesado e mais oleoso, evapora muito mais devagar do que a gasolina e o seu ponto de ebulio
mais alto que o da gua. Freqentemente referem-se a ele como "leo diesel", por ser to oleoso.
O Diesel evapora mais devagar porque mais pesado, ele contm mais tomos de carbono em cadeias
mais longas do que as da gasolina (a gasolina tipicamente C9H20, enquanto o diesel tipicamente
C14H30). exigido menos refino para produzir diesel, sendo este o motivo do diesel ser mais barato que a
gasolina.
O diesel tem uma densidade energtica mais alta do que a gasolina. Em mdia, 1 galo (3,785 litros) de
diesel contm aproximadamente 155 x 106 joules (147 mil BTU), enquanto 1 galo de gasolina contm
132 x 106 joules (125 mil BTU). Isto, combinado com a maior eficincia dos motores a diesel, explica por
que eles obtm uma melhor quilometragem por litro do que motores a gasolina equivalentes.