MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

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1 MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica 2014/2015 Relatório -Turma 1M06 Supervisor: Teresa Duarte Monitor: José Sarilho Trabalho realizado por: Eduardo Miranda Moreira da Silva João Diogo de Oliveira Dias Boavida Barroso Marco Samuel Carvalho Ribeiro Sara Alves Baía dos Santos

2 RESUMO Este trabalho de carácter obrigatório é realizado no âmbito da Unidade Curricular, que visa desenvolver as capacidades de trabalho em grupo, as capacidades de pesquisa e de organização, e também promover aos alunos um conhecimento da FEUP e dos seus serviços. Foi dado como tema Os Motores na Engenharia Mecânica e pedido a realização de um relatório e um poster. Por opção do grupo o subtema escolhido foi: Motores de Combustão Interna, pois são dos motores mais utilizados e possuem uma grande importância. Ao longo do relatório vão ser abordados vários aspetos dentro dos quais: uma breve exposição da história evolutiva destes motores, a sua constituição e funcionamento, como também, os vários tipos de motor incluído a distinção entre motores de 4 tempos e 2 tempos dependendo do tipo de combustível, os seus ciclos e por fim será feita uma referência ao motor Wankle. 2

3 Índice 1.INTRODUÇÃO BREVE HISTÓRIA CONSTITUIÇAO DO MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA TIPOS DE MOTOR Motores de 4 tempos Motor a gasolina e o motor a diesel Motores de 2 tempos a gasolina CICLOS TERMODINÂMICOS Ciclo Otto Ciclo Diesel Ciclo Brayton Ciclo Atkinson MOTOR ROTATIVO WANKEL CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS Referências bibliográficas relativamente a imagens

4 1.INTRODUÇÃO Motor é um aparelho que transforma outras formas de energia em energia mecânica, de modo a imprimir movimento a uma máquina ou veiculo. De entre os vários tipos de motores existentes, vai-se aprofundar os motores de combustão interna. O motor de combustão interna é uma máquina que transforma energia térmica em energia mecânica. Este processo de conversão dá-se através de ciclos que envolvem expansão, compressão e mudança de temperatura de gases. Nos motores de combustão interna, o combustível é queimado no interior do cilindro motor, utilizando os próprios gases de combustão como fluido de trabalho. Estes motores são baseados no princípio de que os gases se expandem quando aquecidos. Controlando-se essa expansão dos gases, pode-se obter pressão, a qual será utilizada para movimentar algum órgão da máquina, tendo-se assim a transformação da energia calorífera do combustível em energia mecânica no órgão motor da máquina. Os motores a metano, a gasóleo e a gasolina são alguns exemplos deste tipo de motor. Os motores de combustão interna também são popularmente chamados de motores a explosão. Esta denominação, apesar de frequente, não é tecnicamente correta. De fato, o que ocorre no interior das câmaras de combustão não é uma explosão de gases. O que impulsiona os pistões é o aumento da pressão interna da câmara, decorrente da combustão (queima controlada com frente de chama). O que pode-se chamar de explosão (queima descontrolada sem frente de chama definida) é uma detonação dos gases, que deve ser evitada nos motores de combustão interna, a fim de proporcionar maior durabilidade dos mesmos e menores taxas de emissões de poluentes atmosféricos.. 4

5 2.BREVE HISTÓRIA Já há largos anos atrás que o ser humano procurar descobrir novas maneiras para produzir energia mecânica de uma forma mais eficaz. Foi já no século XVII, que o homem procurou construir um mecanismo que gerasse movimento de uma maneira automática, sem que para isso fosse preciso recorrer a força humana ou animal, e para que assim pudessem atingir grandes distâncias e certas velocidades maiores que as dos seus passos.. Apareceu então o motor de combustão interna. Algo capaz de gerar e libertar energia através de processos de combustão levados a cabo no interior de um mecanismo próprio, e que revolucionou e impulsionou as formas de produzir energia mecânica ao longo dos anos. Este tipo de motor foi sendo trabalhado cronologicamente: Século XVII - ainda antes de ter aparecido a máquina a vapor, o físico holandês Christian Huygens construi o primeiro modelo daquilo que seriam os motores de combustão interna. Ele construi um motor em que a explosão de pólvora dentro de um cilindro fazia levantar um pistão, que ao voltar á sua posição inicial conseguia levantar um peso devido à pressão atmosférica. Também Sir Samuel Morland usou o mesmo combustível para movimentar bombas de água Jean Joseph Étienne Lenoir construi um motor de dupla ação (fig.1) onde a combustão acontecia de ambos os lados do pistão. O processo de funcionamento era o seguinte: através das válvulas de admissão eram introduzidos gás e ar durante a primeira metade do movimento do pistão, esta carga era queimada mediante uma faísca, e com o aumento da pressão os gases queimados empurravam o pistão até ao fim do primeiro movimento. Depois, no segundo Fig.1. Motor de Lenoir [1] movimento, os gases eram expelidos pelas válvulas de exaustão, enquanto do outro lado do pistão ocorria uma nova combustão. Foram então construídos 5000 destes motores com um potência de cerca de 6 cavalos, e em que o melhor valor de eficiência obtido foi perto de 5% Beau de Rochas patenteou o princípio de um motor a 4 tempos, sem no entanto o desenvolver comercialmente. Ele concluiu que era obtido um melhor desempenho do motor segundo as condições: menor relação superfície/volume para o cilindro do pistão, processo de expansão o mais rápido possível, máxima expansão possível e máxima pressão possível no começo do processo de expansão dos gases dentro do cilindro. Estas condições visavam reduzir as perdas de calor conservando a energia nos gases de combustão e obter o máximo de potência possível. Ele indicou também a sequência de movimentos desejável para um motor, sequência essa utilizada até hoje. 5

6 1867 Nicolaus Otto fez a primeira realização prática do motor a 4 tempos com a ajuda de Eugen Langen. Otto construiu um motor baseado no conceito de pistão livre que tinha uma eficiência de 11% e foram construídos cerca de do mesmo tipo, pois ele foi muito popular no seu tempo Nicolaus Otto, usando o princípio patenteado por Beau de Rochas, produziu com sucesso o primeiro motor a 4 tempos a utilizar gasolina (um 1º tempo de admissão, 2º de compressão da mistura, 3º de Combustão e um 4º tempo para a Exaustão). Apesar de este motor apresentar uma eficiência próxima da do anterior, foi a enorme redução em tamanho, peso e volume e o seu potencial para evolução no futuro que explica o seu sucesso, tendo marcado a história da humanidade Gottlieb Dailmer e Wilhelm Maybach revolucionaram a indústria automóvel com a criação do seu motor monocilíndrico de quatro tempos, que comparado com os motores na época existentes, atingia uma velocidade muito superior e tinha muita maior potência comparando-o com os do mesmo peso. Este motor atingia 600 rotações por minuto e o de Otto atingia apenas Karl Benz dedicando-se aos motores de combustão interna a 2 tempos, em que os processos de exaustão e admissão ocorriam no fim da combustão e no início da compressão, conseguiu um funcionamento satisfatório destes motores Benz desenvolveu um motor com uma potência de cerca de ¾ cavalos e que andava a uma velocidade de 15 km/h. Este motor, que era refrigerado a água e estava ligado por uma correia à transmissão e ao diferencial, foi utilizado num automóvel com 3 rodas de bicicleta, automóvel esse a qual foi atribuído o estatuto de primeiro automóvel do mundo (fig.3) Rudolf Diesel desenvolveu um motor que é até hoje utilizado nos transportes públicos, de cargas e marítimos. Este tipo de motor obteve um rendimento Fig.2.Considerado o 1º automóvel do mundo [2] nunca antes obtidos em motores de combustão interna, porque funciona através de autoignição, isto é, era iniciada a combustão através da injeção de um combustível líquido para o ar, que aquecido apenas pela compressão, inflamava por si mesmo, o que permitia aumentar a eficiência para o dobro Diesel aumentou ainda mais a eficiência, com o ciclo a pressão constante. A eficiência elevou-se de 16% para 26.2% e nasceu assim o motor de ciclo diesel. Desde então, que vários foram os que apareceram com novas invenções, contribuindo para o aumento da indústria dos motores de combustão interna e da indústria automóvel. Um exemplo é o motor Wankel. 6

7 3.CONSTITUIÇAO DO MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA Um motor de combustão interna é uma máquina térmica que transforma energia térmica (proveniente de uma reação química) em energia mecânica. É preciso, como tal, saber com funciona um motor e os seus constituintes na generalidade. Um motor é divido em três grandes partes (fig.3): Cabeça ou culassa, que se encontra no topo, onde se encontram as válvulas; Bloco do motor, é o elemento principal deste, é nele que se encontram os cilindros sendo também designado de bloco de cilindros; Carter, é a parte inferior do motor que tem a função de armazenar óleo de lubrificação e do seu respetivo arrefecimento; No bloco de cilindros existem várias peças fundamentais tais como as cavidades cilíndricas onde são colocadas camisas dentro das quais trabalham os pistões. Fig.3.Esquema de motor do ciclo de otto [3] Os cilindros são uma das principais peças dos motores pois é aqui que se deslocam os êmbolos. O bloco do motor é assim caracterizado pelo número e disposição de cilindros. Existem por isso blocos de motores que variam entre o 1 e 12 cilindros e estes podem estar colocados em linha, em V, em W, horizontais opostos e ainda em estrela. A camisa do cilindro consiste no forro interior do cilindro, isto é, no seu interior é que se deslocam os êmbolos. As camisas têm assim a função de no caso de desgaste excessivo ou um problema de gripagem apenas é necessário a substituição das camisas. Existem no entanto dois tipos de camisas: as camisas secas e as camisas húmidas. Na camisa húmida a superfície externa encontra-se em contacto direto com o líquido do refrigerante, este líquido tem espaço deste modo para circular entre a parede da camisa e do bloco. Enquanto a camisa seca não entra em contacto com o líquido refrigerante. 7

8 Os pistões com a ajuda da cambota e das bielas, constituem o sistema bielamanivela, que serve para transformar a energia proveniente da combustão da mistura ar-combustível /combustível em energia mecânica útil. O pistão é dos elementos mais importantes de um motor, visto que é animado de grandes velocidades, tem de resistir a enormes pressões e temperaturas resultantes da combustão e transmitir a força resultante à biela. Os segmentos em volta do pistão devem ainda assegurar boa estanquicidade com o cilindro, dissipando para este o calor recebido da combustão. A biela é o órgão que faz a união do êmbolo à cambota, transforma deste modo o movimento alternativo do êmbolo em movimento rotativo da cambota. A biela é dividida em três partes: o pé da biela que esta ligada ao êmbolo através do cavilhão; a cabeça é aquela que faz a ligação com a cambota abraçando um moente desta com interposição de uns casquilhos, a cabeça divide se em duas partes por forma a permitir a ligação e separação da biela à cambota, por fim temos o corpo da biela que se situa entre a cabeça e o pé este tem normalmente uma secção transversal em duplo T. As bielas têm deste modo de ser resistentes, rígidas e leves. A cambota tem como principal função receber o movimento alternativo e linear do êmbolo e da biela e, transformá-lo em movimento de rotação, dando origem a um binário. A cambota é constituída pelos seus apoios que a fixam ao berço da mesma, os moentes onde se fixam as cabeças das bielas e em oposição a estes moentes os contrapesos para equilíbrio da cambota. Tem ainda os discos de união da cambota ao volante do motor. Temos ainda outros constituintes quanto ao sistema de distribuição, isto é, o controlo da saída e entrada dos gases no cilindro. A árvore de cames é um veio de ressaltos que comanda as válvulas, esta roda a metade da velocidade da cambota. Os motores podem ser de árvore de cames lateral ou á cabeça consoante a sua localização. No entanto o número utilizado e a localização da árvore de cames depende do tipo de motor e foi evoluindo ao longo da história. As válvulas têm a função de permitir que os gases entrem e saiam do cilindro, fechando ou abrindo a comunicação entre o cilindro e os coletores de admissão ou de escape. Cada válvula está dividida em duas partes: a cabeça, cujo desenho varia conforme seja de admissão ou de escape, a sua forma facilita o escoamento dos gases frescos para dentro ou para fora; e a haste, que tem a função de guiamento, isto é, meio transmissor de calor. A válvula de escape tem a função de permitir que os gases saiam do cilindro enquanto a válvula de admissão mantem a comunicação com o sistema de alimentação. 8

9 4.TIPOS DE MOTOR 4.1.Motores de 4 tempos Um motor de 4 tempos tem como o próprio nome diz 4 fases de funcionamento (fig.4): 1ºTempo: Admissão, nesta fase o pistão realiza um movimento descendente, estando a válvula de admissão aberta. O pistão movimenta se do ponto morto superior (PMS), para o ponto morto inferior (PMI), no seu movimento descendente, o pistão provoca uma depressão no interior do cilindro, e assim a mistura/ar puro entra no cilindro. 2ºTempo: Compressão, aqui ambas as válvulas estão fechadas, o pistão sobe (do ponto morto inferior para o ponto morto superior), comprimindo a mistura/ar puro que foram admitidos durante a admissão. Esta compressão vai elevar as temperaturas e a turbulência da mistura/ ar puro. 3ºTempo: Expansão-Combustão, no momento em que o pistão chega ao fim do movimento de compressão, uma faísca é lançada entre os elétrodos da vela. Depois da queima dos gases, obtém-se uma pressão muito elevada, o que provoca a descida do pistão até ao ponto morto inferior. É a única altura em que o motor fornece trabalho sendo por isso também designado de tempo-motor. 4ºTempo: Escape/Exaustão, a válvula de escape abre-se no fim do tempo do motor e os gases queimados são empurrados para ela a grande velocidade. Aqui o pistão, no seu movimento ascendente, vai limpar o interior do cilindro, sendo a válvula de escape fechada quando o pistão chega ao ponto morto superior, e abre-se a válvula de admissão reiniciando se o processo. Fig.4-Os 4 tempos de um motor de combustão interna [4] 9

10 4.1.1.Motor a gasolina e o motor a diesel No entanto existem diferenças entre o funcionamento de um motor a 4 tempos de gasolina e de diesel: - Nos motores a gasolina durante a admissão entra uma mistura de ar + combustível enquanto no motor a diesel entra apenas ar puro; - Durante a fase de compressão num motor diesel quando o pistão chega ao ponto morto superior (PMS) o diesel é injetado a uma pressão de 200 bar, no motor de gasolina apenas ocorre a compressão do ar + combustível; -O motor a gasolina aspira uma mistura de combustível + ar, assim necessita de uma vela para que a mistura exploda fazendo descer ao longo do cilindro, enquanto que no motor diesel o ar é comprimido e só depois é injetado o combustível e é neste momento que acontece a explosão, dai que o motor de gasolina tenha uma vela e o motor diesel apresenta um injetor no lugar da vela; -No motor a gasolina o ar passa por uma válvula tipo borboleta que esta ligado ao pedal do acelerador que controla a quantidade de ar e combustível admitidos, na maioria dos motores a diesel essa válvula não existe e a quantidade de ar admitido depende da rotação do motor, isto é, é feita pela bomba injetora; - A câmara de combustão no motor a gasolina (ciclo Otto) é entre 8 e 11 vezes menor que a capacidade cubica do cilindro o que determina uma compressão menor que no motor diesel, visto que, a câmara de combustão é 16 a 24 vezes menor que o volume do cilindro resultando numa maior taxa de compressão; -A temperatura esta de modo diretamente relacionada com a taxa de compressão, quanto maior a compressão maior a temperatura, dai que num motor diesel a temperatura pode chegar a 800ºC, e num motor a gasolina apenas chega a 450ºC; -A expansão no motor à gasolina é forte, mas tem pouca duração, já no motor a diesel não tem tanta força mas dura mais tempo; GASOLINA DIESEL Injeção direta Injeção indireta Pressão de compressão Bar Bar Bar Pressão de combustão Bar ±100 Bar Bar Pressão de injeção 5-25 Bar Bar Bar Relação de compressão 7:1 12:1 14:1 18: Combustão Gases de escape Gases de êmbolo Gases de válvula Temperat ura (ºC) Fig.5- Relação das pressões de combustão entre um motor a gasolina e um motor a diesel. [5] 10

11 4.2.Motores de 2 tempos a gasolina Os motores denominados 2 tempos são encontrados em motorizadas, jet skis, aeromodelos, motosserras, entre outros equipamentos. Eles não têm válvulas de admissão e escapamento, mas sim umas janelas laterais no cilindro, o que simplifica sua construção e reduz seu peso consideravelmente. A imagem a seguir mostra a constituição de um motor de dois tempos, verifica-se assim a existência de 3 janelas (fig.4): Janela de carga - janela de transferência que permite a comunicação entre o cárter e o cilindro; Janela de escape - permite a comunicação entre o cilindro e a atmosfera, através das condutas de escape; Janela de admissão - permite a comunicação entre o cárter e as condutas de admissão. Fig.6.- Janelas do motor a 2 tempos. [6] Estes motores tal como num ciclo a 4 tempos apresentam 4 fases, no entanto o ciclo operativo é realizado com cada êmbolo do motor a efetuar apenas 2 tempos. A fase de admissão efetua-se durante uma fase de compressão e a fase de escape durante uma fase durante uma parte da fase de expansão. O motor a dois tempos funciona da seguinte forma: 1ºTempo Descida do pistão (fig.5): o pistão encontra se no PMS, estando a mistura fortemente comprimida, onde a vela de ignição faz saltar uma faísca, provocando uma explosão, e consequentemente a descida do êmbolo, no inicio da descida a janela de admissão encontra-se aberta enquanto as outras estão tapadas pelo pistão, neste momento a mistura é aspirada das condutas de admissão para o cárter, onde a mistura vai ser continuamente comprimida. Continuando o seu movimento descente o êmbolo começa a destapar a janela de escape e os gases queimados escapam para o exterior. Até que o êmbolo destapa a janela de carga, e a mistura que se encontrava no cárter passam para o interior do cilindro, e o pistão atinge assim o seu ponto mais baixo. Fig.7.-Movimento de descida do pistão num motor a 2 tempo [7] 11

12 2ºTempo Subida do pistão (fig.6): O pistão inicia o seu movimento desde PMI até PMS, tapando a janela de carga mantendo-se ainda aberta a janela de escape, deste modo deixam de entrar gases frescos para o cilindro, acabando a admissão. Continuando o seu movimento o êmbolo acaba por tapar também a janela de escape dando fim a fase de escape. A medida que este se aproxima do PMS a mistura vai sendo comprimida e a depressão no carter aumenta, até que o êmbolo destapa a janela de admissão e devido a pressão existente no carter a mistura é aspirada para este. Quando o pistão atinge o PMS, a mistura esta ni máximo da sua compressão, e reinicia-se o processo. Fig.8.-Movimento de subida do pistão num motor a 2 tempos [8] 12

13 5.CICLOS TERMODINÂMICOS 5.1.Ciclo Otto Recebe o nome de ciclo de Otto, o ciclo termodinâmico que representa o funcionamento de motores de combustão interna, popularmente conhecidos como motores a explosão. O ciclo foi definido e patenteado pelo engenheiro francês Beaus de Rochas, porém, o engenheiro alemão Nikolaus August Otto o implementou, sendo o primeiro a construir um motor com base nesse ciclo. Fig.9.- Gráfico que representa graficamente o que acontece no ciclo de Otto [9] O modelo ideal do ciclo de Otto é constituído por quatro processos reversíveis internamente (fig.7): 1. Admissão isobárica 2. Compressão adiabática 3. Expansão adiabática 4. Exaustão isobárica Motores de automóveis movidos a gasolina, álcool ou gás natural operam com base no ciclo de Otto. Esse tipo de motor também é chamado de motor de quatro tempos uma vez que ocorre num ciclo de 4 etapas: admissão, compressão, expansão e exaustão, como já foi explicado anteriormente. 13

14 5.2.Ciclo Diesel O ciclo de diesel é essencialmente caracterizado pela combustão ser causada pela compressão da mistura ar + combustível. O ar é admitido pela câmara no primeiro ciclo entrando na câmara. No segundo ciclo, o pistão faz a compressão dessa massa de ar e a término da compressão, injeta-se combustível sob pressão no interior da câmara. Dada as altas temperatura e pressão no interior da câmara, a mistura sofre a explosão ao final do ciclo. A expansão do gás originário dessa explosão expande-se originando o terceiro ciclo. Finalmente o gás de resíduos da combustão é liberado pelas válvulas, quando então, reinicia-se o processo. De uma forma geral o estado inicial do ciclo de diesel é aquele que promove uma compressão adiabática e leva a máquina ao próximo estado. Neste estado ocorre uma transferência de calor isobárica onde a máquina recebe calor. Durante a mudança deste para o próximo estado, ocorre uma expansão adiabática. Finalmente, ocorre uma transferência de calor isocórica onde a máquina perde calor e a partir daí, reinicia-se o ciclo. Na figura 8 tem-se um diagrama p-v (pressão em função do volume) do ciclo de Diesel, onde Q1 é o calor recebido e Q2 é o calor perdido para o meio. Cabe ressaltar que os pontos numerados 1, 2, 3 e 4 são os estados do sistema termodinâmico. Fig.10.Gráfico p/v do funcionamento do Ciclo de Diesel [10] Relembrando: Adiabático conhecido também como isoentrópico, ocorre quando não há troca de calor, e a entropia se mantém constante. Isotérmico é um processo que ocorre com a temperatura constante. Isobárico quando a pressão se mantém constante. Politrópico todas as propriedades envolvidas na transformação se modificam. 14

15 5.3.Ciclo Brayton O ciclo Brayton é o ciclo de funcionamento de uma turbina a gás. A figura seguinte mostra o ciclo Brayton de circuito aberto, que é utilizado na maioria das turbinas a gás. Fig.11.-Funcionamento de uma Turbina de gás. [11] Entre 1 e 2 o ar é comprimido por um compressor tipo axial (processo adiabático), tornando a pressão interna na turbina maior que a pressão externa. Ao passar pelo queimador ou câmara de combustão (de 2 a 3), o ar se expande devido ao fornecimento de calor pelo processo de combustão. Isso ocorre supostamente sob pressão constante (processo isobárico) porque a forma construtiva da câmara oferece pouca resistência ao fluxo, mas há um considerável aumento no volume dos gases. O ar aquecido pela combustão movimenta a turbina (processo adiabático) de 3 a 4. Saindo da turbina, o ar troca calor com o ambiente (processo isobárico). O diagrama da figura acima não corresponde ao modo construtivo real. Normalmente há vários queimadores dispostos em círculo entre o compressor e a turbina. Este ciclo também é conhecido como Ciclo de Joule. 5.4.Ciclo Atkinson Em 1882, James Atkinson ( ) queria fabricar motores de ciclo de quatro tempos, mas por causa da patente já registrada em nome do alemão Nikolaus Otto, feita em 1876, o engenheiro britânico decidiu criar um novo tipo de motor para poder entrar no mercado que estava nascendo. Assim, ele patenteou o ciclo Atkinson, que ao invés dos quatro tempos (admissão, compressão, expansão e exaustão), apresentava funcionamento com cinco estágios. A ideia era aumentar a eficiência energética em detrimento da performance. Assim, aumentando-se a fase de expansão e reduzindo a de compressão, obtinha-se melhor rendimento. Para criar esse efeito, Atkinson criou um complexo mecanismo de articulação até à cambota, fazendo com que a compressão na câmara fosse diferente daquela da expansão, que faz com que o pistão complete as 5 etapas em apenas uma volta da cambota. Os 5 tempos são Admissão, Fluxo inverso (parte do gás volta para a válvula de admissão, de modo a poupar a mistura), Compressão, Expansão e Exaustão). 15

16 6.MOTOR ROTATIVO WANKEL O motor de Wankel é o único motor que funciona sem usar o sistema bielamanivela com algum sucesso, depois de muitas tentativas na utilização desse tipo de motores. Foi Felix Wankel quem o inventou e este motor utiliza rotores com formato semelhante ao de um triângulo em vez dos pistões dos motores alternativos convencionais. Este motor já foi utilizado em automóveis e motas, mas atualmente apenas a Mazda (construtor de automóveis) o uso em carros desportivos - RX-8. Contudo, a Citröen e a Suzuki (construtor de motos) também já o produziram no passado. Atualmente o motor Wankel tem-se usado sobretudo em aviões e em hovercrafts, devido ao seu baixo peso. Constituição do motor Wankel (ver fig.12): R rotor (tem 3 lóbulos, cada um com uma câmara de combustão) cc câmara de combustão A janela de admissão (periferia) E - janela de escape (periferia) RD roda dentada fixa à carcassa V veio de saída (apresenta uma excentricidade de modo a que o movimento do rotor seja a ele transmitido) A zona da esquerda é a zona da lavagem (admissão-escape) enquanto a zona da direita é a de combustão (onde se vêem 2 velas). Fig.12.-Motor Wankle [12] Funcionamento do motor Na fase de admissão (a) o volume entre o rotor e a carcassa aumenta, a janela de admissão encontra-se aberta. Depois na fase de compressão (b) a janela é fechada pelo rotor e o volume começa a diminuir, este processo dura até que o espaço livre seja o mínimo (equivalente ao PMS num motor alternativo). Ao atingir esse ponto dá-se a faísca das velas (geralmente não simultâneas). Segue se por fim a fase de expansão (d) que ao chegar ao fim abre-se a janela de escape, por onde os gases queimados são descarregados durante a fase de escape (e). Enquanto um dos lóbulos faz estas 4 fases, os restantes fazem-nas também, pelo que temos 3 fases motoras para cada rotação do rotor. Verifica-se ainda que para cada rotação do rotor o eixo de saída realiza 3 rotações (o rotor sobe e desce 3 vezes), haverá assim uma fase motora para cada rotação do veio, o que torna este motor semelhante ao motor a 2 tempos. (retirado do livro Motores de Combustão Interna de Jorge Martins) 16

17 Fig.13- Ciclo de funcionamento do motor Wankle. [13] Vantagens: O motor é muito suave e apresenta um valor baixo de vibrações, pois não apresenta movimentos alternativo, só havendo um movimento, o que faz com que haja um menor desgaste e uma vida mais longa. A sua subida de rotação é muito rápida, pela razão anterior e porque as peças em movimento têm pouca inércia. Neste tipo de motor, a elevada potência, que é o dobro dos motores convencionais com a mesma cilindrada (devido ao facto de cada lado do seu rotor se encontrar numa fase do ciclo, gerando mais explosões), a elevada velocidade máxima de funcionamento e o baixo volume e peso são importantes vantagens. Fig.14.-detalhes do interior do motor Wankel. [14] Desvantagens: Os inconvenientes são muitos, mas os mais relevantes são: -O motor Wankel aquece muito mais que o motor a pistões, devido às altas rotações, trabalhando sempre no limite, pelo que apresenta grandes gradientes térmicos que têm de ser minimizados; -Existem muitas perdas por atrito que resultam do elevado número de segmentos. -A taxa de emissão de gases poluentes é elevada; -É muito difícil em manter uma vedação ideal da câmara de combustão devido à dilatação térmica, o que causa algumas dificuldades devido ao rigor das especificações do projeto e às tolerâncias mínimas na produção; -A reparação deste tipo de motor é difícil e cara, devido à complicada geometria da carcassa. 17

18 7.CONCLUSÃO Depois de toda a recolha e estudo da informação com que foi possível realizar e concluir este trabalho sobre motores de combustão interna, pode-se retirar várias conclusões. Relativamente á evolução deste tipo de motores ao longo dos anos pode-se concluir que foram vários os engenheiros, cientistas, entre outros que trabalharam e tentaram desenvolver os motores de combustão interna. De todos destacam-se, por exemplo, Étienne Lenoir, Beau de Rochas, Nicolaus Otto, Rudolf Diesel, etc. Ganhou-se uma maior noção relativamente ao funcionamento destes motores e quais são todas as peças que o constituem. Os motores podem ser divididos em três partes que incluem várias peças como o pistão ou a biela. E cada peça desempenha um papel diferente e indispensável para o seu funcionamento. Ficou-se a saber que existem diferentes tipos de motores. Existem motores de 2 tempos e outros de 4, que trabalham de maneiras diferentes, e existem também motores a gasolina ou gasóleo. Enquanto no motor a dois tempos o pistão apenas realiza um movimento descendente e outro ascendente, no de quatro tempos ele realiza este processo duas vezes. Já a principal diferença entre os motores a gasolina e a diesel é a ignição, pois nos motores a gasolina a combustão da mistura é provocada por uma faísca produzida pela vela de ignição, enquanto nos outros essa combustão deve-se ao aumento da temperatura provocado pela compressão. Além das diferenças que se encontram na forma de funcionamento, também existem diferenças relativamente à eficiência do motor, à emissão de gases poluentes, entre outras. Dentro dos ciclos termodinâmicos, aprendeu-se em que se baseia o ciclo Otto, o ciclo Diesel, o ciclo Brayton e o ciclo Atkinson. Todos eles são usados nos motores de combustão interna e cada um tem as suas vantagens e desvantagens. Assim, adquiriu-se uma noção diferente daquilo que é o funcionamento dos motores de combustão interna e aprendemos que nem todos estes motores que geram energia mecânica trabalham de igual maneira. Além disso, o aparecimento deste tipo de motores foi algo que revolucionou e impulsionou o mundo para um lugar mais fácil de habitar. No âmbito do projeto FEUP, foi possível aprender como fazer um relatório em engenharia e desenvolveram-se as capacidades de realização de trabalhos em grupo, bom como as técnicas de pesquisa de informação, entre outras. 18

19 8.REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS Gionei darocha. História do Motor a Combustão Interna ciclo Otto. INFOMOTOR. Acedido 6 de Outubro de 2014 Prof. Jorge Nhambiu. Motores Térmicos. Acedido a 6 de Outubro de 2014 Yolanda Vieira de Abreu. Motor de Combustão Interna. eumed.net. Acedido a 6 de Outubro de Acedido a 7 de Outubro de 2014 Martins, Jorge. Motores de Combustão Interna.Publindústria, 2ºedição. Porto,2006. CEPRA (Centro de Formação Profissional de Reparação Automóvel).Formação Modular Automóvel: Características e Funcionamento dos Motores.1ºedição.Portugal,Lisboa,2000. Mayara Lopes Cardoso. Ciclo Otto. InfoEscola. Acedido 7 de Outubro Notícias Automativas. O que é o Ciclo Atkinson? Motor é usado normalmente em híbridos. Notícias Automativas. Acedido 8 de Outubro de Filipe Morto Água. Ciclo Brayton. Sapo. Acedido 7 de Outubro de Marshall Brain. Como funcionam os Motores. HowStuffWorks. Acedido 2 de Outubro de Wikipedia. Motores de Combustão Interna. Wikipedia. Acedido 4 de Outubro de Dfandrade33. Diferença entre Motores Diesel e Gasolina.YouTube vídeo. Acedido 2 de Outubro de

20 8.1.Referências bibliográficas relativamente a imagens [1] retirada de 2.jpg Acedido a 25 de Outubro de 2014 [2] retirada de Acedido 25 de Outubro de 2014 [3], [12], [13] retiradas de Martins, Jorge. Motores de Combustão Interna.Publindústria, 2ºedição. Porto,2006. [4] retirada de Acedido 4 de Outubro de 2014 [5], [6], [7], [8] retiradas de CEPRA (Centro de Formação Profissional de Reparação Automóvel).Formação Modular Automóvel: Características e Funcionamento dos Motores.1ºedição.Portugal,Lisboa,2000. [9] retirada de Figura modificada com base na original do artigo Máquinas Térmicas a Combustão Interna de Otto e de Diesel-autor Fernando Lang [10] retirada de Acedido 27 de Outubro de 2014 [11] retirada de Acedido a 7 de Outubro de 2014 [14] retirada de 54.JPG Acedido a 8 de Outubro de