Ciclo Otto

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UNIVERSIDADE 
CATÓLICA DE 
BRASÍLIA 
 
 
PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO 
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO 
 
 
 
Curso de Física 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO DOS PROCESSOS FÍSICOS 
ENVOLVIDOS NOS MOTORES QUE UTILIZAM 
COMO COMBUSTÍVEL ÁLCOOL E GASOLINA 
(CICLO OTTO) 
 
Autor: Joel Henrique Silva do Nascimento 
 
Orientador: Prof. Dr. Paulo Henrique Alves Guimarães 
 
BRASÍLIA 2008 
 
JOEL HENRIQUE SILVA DO NASCIMENTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO DOS PROCESSOS FÍSICOS ENVOLVIDOS NOS MOTORES QUE 
UTILIZAM COMO COMBUSTÍVEL ÁLCOOL E GASOLINA (CICLO OTTO) 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
submetido à Universidade Católica de 
Brasília para obtenção do Grau de 
Licenciado em Física. 
 
Orientador: Dr. Paulo Henrique Alves 
Guimarães 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BRASÍLIA 
NOVEMBRO DE 2008 
 
 
2 
 
ÍNDICE 
 
ÍNDICE DE FIGURAS .............................................................................................................3 
RESUMO ...................................................................................................................................4 
1. INTRODUÇÃO......................................................................................................................5 
2. REFERENCIAL TEÓRICO...................................................................................................6 
2.1 GASOLINA..........................................................................................................................6 
2.1.2 GASOLINA E O MEIO AMBIENTE...............................................................................7 
2.2 ÁLCOOL..............................................................................................................................8 
2.2.1 PROPRIEDADES CORROSIVAS DO ÁLCOOL...........................................................9 
2.2.2 DESENVOLVIMENTO DO ÁLCOOL NO BRASIL......................................................9 
2.2.3 ETANOL COMO COMBUSTÍVEL...............................................................................11 
2.2.4 PROBLEMAS AMBIENTAIS E HUMANOS COM O CULTIVO DA CANA-DE-
AÇÚCAR .................................................................................................................................12 
2.2.5 PRODUÇÃO BRASILEIRA DE CANA-DE-AÇÚCAR ...............................................13 
2.3 OCTANAGEM OU ÍNDICE DE OCTANAS ...................................................................14 
2.4 COMBUSTÃO ...................................................................................................................15 
2.5 MÁQUINAS TÉRMICAS .................................................................................................17 
2.6 MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA DE 4 TEMPOS ...................................................17 
2.7 CICLO OTTO ....................................................................................................................18 
2.8 TRABALHO REALIZADO NO MOTOR ........................................................................22 
2.9 O RENDIMENTO DAS MÁQUINAS TÉRMICAS .........................................................22 
2.10 RELAÇÃO ESTEQUIOMÉTRICA.................................................................................24 
2.10.1 MISTURA DE AR E COMBUSTÍVEL .......................................................................24 
2.10.2 FATOR LAMBDA........................................................................................................24 
2.11 CARBURADOR ..............................................................................................................26 
2.11.1 OS PRINCÍPIOS FÍSICOS NO CARBURADOR........................................................27 
2.11.2 O CARBURADOR SIMPLES ......................................................................................28 
2.11.3 O DELCÍNIO DO CARBURADOR.............................................................................30 
2.12 SISTEMA DE INJEÇÃO .................................................................................................31 
2.13 INJEÇÃO ELETRÔNICA ...............................................................................................33 
2.13.1 COMPONENTES BÁSICOS DO SISTEMA DE INJEÇÃO ELETRÔNICA.............33 
2.13.2 SENSOR DE OXIGÊNIO OU SONDA LAMBDA .....................................................36 
2.14 MOTOR FLEX................................................................................................................40 
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS ...............................................................................................45 
4. AGRADECIMENTOS .........................................................................................................48 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................49 
6. ANEXO ................................................................................................................................52 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
Figura 1: Estrutura química e tridimensional do etanol ..............................................8 
Figura 2: Estrutura de um motor de 4 tempos..........................................................18 
Figura 3: Admissão da mistura, 1º tempo.................................................................19 
Figura 4: Compressão da mistura, 2º tempo ............................................................19 
Figura 5: Explosão da mistura, 3º tempo..................................................................20 
Figura 6: Exaustão dos gases, 4º tempo..................................................................20 
Figura 7: Gráfico que representa o Ciclo Otto ideal completo..................................21 
Figura 8: Gráfico que representa o Ciclo Otto real completo ...................................22 
Figura 9: Gráfico que representa o Ciclo de Carnot .................................................23 
Figura 10: Exemplo da aplicação do princípio do efeito Venturi, Bomba de 
vaporização ...............................................................................................................27 
Figura 11: Aceleração da mistura de combustível....................................................28 
Figura 12: Esquema do carburador..........................................................................28 
Figura 13: Borboleta do acelerador ..........................................................................29 
Figura 14: Esquema de funcionamento da borboleta do acelerador ........................29 
Figura 15: Esquema de um motor com um sistema carburado................................31 
Figura 16: UCE aberta de um Ford Ranger .............................................................34 
Figura 17: Esquema elétrico com a ligação dos sensores à UCE do sistema G7....35 
Figura 18: Esquema elétrico com a ligação dos atuadores à UCE do sistema G7 ..36 
Figura 19: Aparência real da sonda lambda.............................................................37 
Figura 20: UCE recebe as informações dos sensores e as utiliza para controlar os 
atuadores ..................................................................................................................38 
Figura 21: Esquema do motor flex ...........................................................................40 
Figura 22: Localização do Software em um chip no centro da UCE ........................43 
Figura 23: Estrutura interna de um carburador de automóvel ..................................56Figura 24: O interior de um bico injetor de combustível (válvula injetora) ................57 
Figura 25: Injetores de combustível montados no coletor de admissão do motor 
(sistema de injeção multiponto).................................................................................58 
Figura 26: Comparação entre o carburador e o corpo de borboleta.........................58 
Figura 27: Injetores aplicados ao tubo de distribuição .............................................59 
Figura 28: Representação de um sistema de injeção unitário com controle em malha 
aberta ........................................................................................................................60 
Figura 29: Representação de um sistema de injeção unitário com controle de malha 
fechada .....................................................................................................................60 
Figura 30: Representação da estrutura de sistema de injeção completo.................61 
Figura 31: Exemplo de ligação dos injetores em um sistema seqüêncial ................63 
Figura 32: Exemplo de ligação dos injetores em um sistema semi-seqüêncial........63 
Figura 33: Exemplo de ligação dos injetores em um sistema simultâneo ................64 
Figura 34: Representação da estrutura básica de uma UCE. ..................................64 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
ESTUDO DOS PROCESSOS FÍSICOS ENVOLVIDOS NOS MOTORES QUE 
UTILIZAM COMO COMBUSTÍVEL ÁLCOOL E GASOLINA (CICLO OTTO) 
 
RESUMO 
Este trabalho tem o intuito de demonstrar quais os princípios físicos que permitem que um 
motor flex funcione tanto com combustível fóssil como combustível alternativo, neste último caso uma 
fonte renovável; o álcool. A abordagem desse tema apresenta não só a importância dos processos 
físicos, mas questões geográficas, climáticas, culturais, econômicas e tecnológicas. O aumento da 
frota de veículos no trânsito, da poluição e a escassez do combustível fóssil no futuro é uma grande 
preocupação vigente no mundo. A utilização de um motor ciclo Otto capaz de usar dois tipos 
diferentes de combustíveis traz mais benefícios ao país, ao consumidor e ao meio ambiente. 
 
Palavras chave: Princípios físicos, Motor flex, Combustível Alternativo, Meio Ambiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
A pesquisa realizada neste trabalho se baseia em uma estrutura predominantemente 
bibliográfica em que são retiradas informações de fontes, tais como, internet, periódicos e 
livros para entender como funciona e quais as vantagens e desvantagens em se utilizar um 
carro que possui um motor flex. O trabalho é baseado inicialmente em uma abordagem 
histórica sobre como surgiu o carro flex, o porquê da utilização do álcool como uma fonte 
alternativa de combustível mais viável no Brasil e como ocorreu a evolução de alguns 
componentes dos automóveis ao longo dos anos para se chegar à tecnologia que envolve 
esse processo. Os aspectos mais preponderantes neste trabalho estão voltados para os 
princípios físicos envolvidos no decurso que ocorre no motor de um veículo com relação à 
utilização do combustível1. 
O primeiro protótipo do carro flex surgiu na década retrasada, especificamente em 
1988, no país que mais consome combustíveis derivados do petróleo (Estados Unidos da 
América) com o intuito de amenizar a enorme dependência do petróleo fornecido pelos 
países que formam a Organização dos Países Exportadores de Petróleo (Opep)2. Os 
principais fabricantes de automóvel dos Estados Unidos passaram a fornecer veículos, 
chamados de flexible-fuel vehicles (FFV - veículos flexíveis), com capacidade de transitar 
com gasolina ou uma mistura contendo 15% de gasolina e 85% de etanol (E85). Nesse caso 
o motorista tinha a liberdade de abastecer seu veículo com gasolina ou com E85. 
Atualmente a tecnologia envolvida no motor flex se baseia em alguns componentes 
essenciais de um veículo. O sensor de oxigênio, que se localiza no escapamento bem antes 
do catalisador, também conhecido como sonda lambda, responsabiliza-se por controlar a 
relação estequiométrica ar-combustível. Aquele componente informa os desvios ocorridos 
nessa relação a um computador chamado de unidade de controle eletrônica (UCE) 
introduzido no motor ciclo Otto na década de 80. Com isso a sonda lambda colhe a 
informação da mistura ar-combustível que está sendo queimada em função da presença de 
oxigênio, transpassa a informação a UCE e esta providencia o ajuste necessário, em alguns 
segundos. Há outros dispositivos que são abordados mais especificamente na seção 2.14 
do motor flex. 
O primeiro carro flex fabricado antes de conquistar o mercado nacional foi lançado 
em março de 2003; o Volkswagen Gol Total Fex. Após esse fato, a produção dessas 
versões cresceu vertiginosamente, representando hoje cerca de 86% das vendas de 
automóveis no mercado interno. De acordo com a Associação Nacional dos Fabricantes de 
Veículos Automotores (ANFAVEA) em junho de 2007 as vendas totais desses veículos já 
alcançava 3,2 milhões1. 
 
 
6 
 
Apesar de não apresentar problemas econômicos com relação ao comércio 
(importação de petróleo) para o grande consumo de combustível derivado de petróleo como 
os EUA (Estados Unidos da América), o Brasil não tinha uma necessidade em fabricar 
veículos flex. Entretanto houve uma preocupação, principalmente com relação a poluição, 
aos problemas climáticos (o efeito estufa) e a subsistência do mercado interno. 
O carro flex fabricado hoje no Brasil pode utilizar o combustível E100 (é 
acrescentado ao álcool 1% de gasolina para descaracterizá-lo como álcool, pois caso 
contrário poderia ser ingerido como bebida). Esse álcool é do tipo hidratado, com 7% de 
água obtida pelo processo de destilação. Nos EUA o álcool utilizado é o anidro (com 0,5% 
de água). Este álcool também é empregado no Brasil, mas para misturar com a gasolina 
unicamente, de 20% a 25%, por força de lei1. 
Neste trabalho são abordadas primeiramente questões relacionadas sobre a 
estrutura química dos combustíveis utilizados no motor flex e logo após o impacto de cada 
um no meio ambiente. Posteriormente é tratado o desenvolvimento do álcool no Brasil nos 
quesitos relacionados a leis, decretos, a criação do carro movido a etanol hidratado, as 
propriedades corrosivas do mesmo e as perspectivas de produção desse combustível 
futuramente. Logo após é explanado os fenômenos básicos ocorridos no motor a combustão 
interna demonstrando a evolução dos componentes essenciais dessa máquina térmica ao 
longo do projeto, desde o carburador até o sistema de injeção eletrônico, dispositivo 
fundamental que possibilitou a criação do motor flex 100% brasileiro. Finalmente é 
explicado o funcionamento dessa tecnologia no último tópico demonstrando suas vantagens 
e desvantagens. 
 
2. REFERENCIAL TEÓRICO 
 
2.1 GASOLINA 
 
A maior parte dos combustíveis comuns é formada por combinações de carbono e 
hidrogênio, também conhecidas como hidrocarbonetos. O gás natural consiste 
principalmente de metano (CH4), com algum etano (C2H6) e propano (C3H8). O gás de 
botijão é geralmente butano ou propano (C4H10). A gasolina é uma mistura de 
hidrocarbonetos com cinco, seis, sete, oito e até nove átomos de carbono3. Sua molécula 
possui de 7 a 11 carbonos em cada cadeia. 
Esse fluido derivado do petróleo e responsável por movimentar grande parte da frota 
de veículos existentes hoje no mundo é um hidrocarboneto alifático, ou seja, formado por 
moléculas de hidrogênio e carbono dispostos em cadeias. Para se ter uma idéia os EUA 
consomem aproximadamente 500 bilhões de litros por ano3. 
 
 
7 
 
As moléculas de hidrocarbonetos da gasolina apresentam discrepâncias com relação 
aos comprimentosde suas cadeias, de suas propriedades e seus comportamentos. A 
cadeia que forma o metano (CH4), por exemplo, apresenta somente um átomo com uma 
densidade baixa, bem próximo do hélio. As cadeias ficam mais densas na proporção que 
ficam maiores. 
As cadeias CH4 (metano), C2H6 (etano), C3H8 (propano) e C4H10 (butano), são gases 
e evaporam a temperatura de -107°C, -67°C, -43°C e -18°C, respectivamente. As cadeias do 
intervalo C5, C6 e C7 se encontram no estado líquido em temperatura ambiente, possuem 
uma baixa densidade e passam para o estado de vapor facilmente. Estes são denominados 
naftas e são utilizados como solventes para tintas e outros produtos de secagem rápida. 
As cadeias de C7H16 até C11H24 são mescladas e utilizadas na confecção da gasolina. 
Todas aquelas possuem ponto de ebulição inferior ao da água. Esta é a razão da gasolina 
evaporar mais facilmente, quando está em recipiente aberto4. 
 
2.1.2 GASOLINA E O MEIO AMBIENTE 
 
O uso da gasolina como combustível traz algumas conseqüências ao meio ambiente, 
como a formação de uma névoa fotoquímica mais conhecida como “smog” e o efeito estufa 
artificial, fenômeno que aumenta a temperatura do planeta. Aquele primeiro fato ocorre, pois 
os motores a combustão interna não queimam a gasolina de uma forma ideal a ponto de 
eliminar apenas dióxido de carbono, causador do efeito estufa, e água pelo escapamento. 
Por não ser perfeito, o motor produz durante a combustão um gás conhecido como 
monóxido de carbono (gás venenoso), óxidos de nitrogênio (as fontes principais da névoa 
fotoquímica) e hidrocarbonetos não queimados (a fonte principal de ozônio urbano, processo 
fotoquímico que leva a formação do smog). Apesar de todos os carros produzidos 
atualmente possuírem catalisadores, estes não trazem solução aos problemas expostos 
logo acima, pois não são perfeitos. 
A produção desses elementos descritos acima traz conseqüências desastrosas para 
o meio ambiente. Para se ter uma idéia, em um litro de gasolina é possível liberar 0,7 kg de 
carbono na atmosfera. Os EUA são responsáveis por lançar diariamente cerca de 900 
milhões de quilogramas de carbono. Analogamente se o carbono fosse sólido, de forma que 
pudéssemos vê-lo, observaríamos um carro lançando pelo seu escapamento 700g desse 
elemento. As conseqüências conhecidas decorridas desse fato são atualmente o aumento 
do efeito estufa e possivelmente mudanças climáticas extremas que podem afetar todo o 
planeta, como o derretimento das calotas polares. Devido a esse fenômeno, há esforços 
crescentes para substituir a gasolina por fontes alternativas como o hidrogênio e renováveis 
como o álcool5. 
 
 
8 
 
2.2 ÁLCOOL 
 
O etanol ou álcool etílico é um composto orgânico e o 
mais comum dos alcoóis. Aquele é obtido através da 
fermentação de amido, sacarose da cana-de-açúcar, da uva e 
cevada (por processo bioquímico) e em processos sintéticos 
pela via química de síntese, a partir da hidratação de etileno. Sua estrutura molecular é 
C2H5OH (ver a figura 1) sendo um líquido incolor, inflamável, volátil e que se mistura 
facilmente em líquidos, tais como água e gasolina. Esse álcool é um solvente fortemente 
polar, pois apresenta em sua estrutura molecular o oxigênio, que é um elemento 
eletronegativo6. 
 
 
Figura 1: Estrutura química e tridimensional do etanol 
 Fonte: HowStuffWorks Brasil, 2007. 
 
Os átomos de carbono podem ligar-se não somente com outros átomos de carbono, 
mas a vários outros átomos. A molécula OH (hidroxila) é evidenciada neste trabalho para 
melhor entendimento sobre a molécula do etanol e suas propriedades corrosivas, que ao se 
ligar uma cadeia com os átomos de carbono e hidrogênio, podem ocasionar danos em um 
motor de um veículo, caso este não esteja devidamente adaptado. 
 Se um hidrogênio e um oxigênio possuem uma ligação covalente entre si, existe um 
elétron disponível para partilha. Caso um grupamento hidroxila substitua um átomo de 
hidrogênio em um hidrocarboneto, o composto adquire as propriedades de um álcool. Nesse 
caso, a metana torna-se álcool metílico, ou álcool da madeira (CH3OH), substância de cheiro 
agradável, mas capaz de provocar cegueira e morte. A etana torna-se álcool etílico 
(C2H5OH), presente em todas as bebidas alcoólicas. A hidroxila é um exemplo de grupo 
funcional, ou seja, o elemento OH se apresentam de forma repetitiva nos compostos que os 
contêm dando uma característica semelhante a esses mesmos compostos7. 
Logo após ser produzido e entrar em contato com o ar, o álcool passa por um 
processo químico e espontâneo com o oxigênio, o que leva a formação do grupamento 
funcional carboxila (COOH), que confere ao composto as características de um ácido. Cabe 
ressaltar que o OH é o grupamento funcional dos alcoóis9. 
 
 
 
 
 
 
9 
 
2.2.1 PROPRIEDADES CORROSIVAS DO ÁLCOOL 
 
O álcool é um composto que apresenta características corrosivas, ou seja, é um 
ácido orgânico fraco, porque possui o grupo carboxila em sua estrutura . O grupo 
carboxila dissocia-se e produz íons de hidrogênio quando dissolvido em água: 
 
 
(1) 
 
Desta forma qualquer composto que possua esse grupamento é um doador de 
hidrogênio (é um ácido). Todavia, trata-se de um ácido fraco, porque, como é uma reação 
reversível, a carboxila ioniza-se pouco. 
Resumindo, o álcool hidratado possui características mais corrosivas do que o álcool 
anidro devido à dissociação de íons de hidrogênio quando dissolvido em água fazendo com 
que a substância detenha mais H+ do que OH- em sua composição, apresentando um pH 
abaixo de 7, características de ácido7. 
 
2.2.2 DESENVOLVIMENTO DO ÁLCOOL NO BRASIL 
 
Antes de se dedicar à produção do motor flex, o Brasil se devotou ao 
desenvolvimento do carro a álcool na década de 70. Entretanto esse mesmo país já possuía 
um programa pioneiro com o intuito de produzir e consumir álcool para a utilização em 
motores automotivos desde a década de 20. Logo a seguir estão os fatores que 
incentivaram o uso do álcool até o início do Proálcool: 
• Decreto-lei 19.317 – criado em 1931 e oficialmente nomeado como Álcool 
Motor, ano em que bombas de álcool foram instaladas por todo o país. 
• Decreto 22.789 – criava o Instituto do Açúcar e do Álcool (IAA), onde era 
estimulada a produção de etanol de fontes além da cana-de-açúcar. 
O ITA foi a primeira instituição de pesquisa a desenvolver verdadeiramente o motor a 
álcool nacional. O responsável por tal pesquisa foi o coronel aviador, engenheiro e professor 
Urbano Ernesto Stumpf em 1953. Este profissional iniciou seus testes com veículos da 
TELESP (telecomunicações de São Paulo) e chefiava o laboratório de pesquisas de motores 
do CTA (Centro de Tecnologia Aeroespacial de São José dos Campos). Em 1974 a 
empresa pertencente e chefiada pelo próprio Stumpf foi encarregada de desenvolver e 
adaptar motores movidos a álcool, que logrou grande êxito naquela época. Este engenheiro 
também desenvolveu estudos sobre motores movidos a óleos vegetais8. 
 
 
10 
 
No ano de 1975, foi desenvolvido o primeiro carro movido a álcool, um Dodge 1800. 
Logo após um ano, este mesmo veículo, um fusca e um Gurgel Xavante rodaram 8000 km 
por nove estados para demonstrar a viabilidade técnica do carro movido a álcool. Esse fato 
foi possível graças à adaptação, por partes dos engenheiros do CTA, de um motor a 
gasolina às propriedades do álcool. 
Em 14 de novembro de 1975 foi criado o Proálcool intitulado pelo Decreto 76.593 
pelo presidente Geisel e idealizado pelo secretário de Tecnologia Industrial José Walter 
Bautista Vidal8. Este programa visava o incentivo ao cultivo de cana-de-açúcar, provia 
recursos para a construção de usinas e tinha como forte argumentação o fato destetipo de 
energia ser renovável e poluir em menor escala, fator que favoreceu o desenvolvimento de 
uma tecnologia 100% nacional6. Outro aspecto que fortaleceu a justificativa desse estudo foi 
a crise do petróleo ocorrida em 1973 e agravada em 1979 devido aos conflitos entre os 
países do Oriente Médio, causa do aumento do preço do barril petróleo em todo o mundo9. 
Em 1979 foi lançado comercialmente o primeiro veículo movido a álcool, o Fiat 1472. 
Este carro se tornou popular juntamente com outros carros nacionais no ano de 19866 em 
que mais de 90% dos carros fabricados nacionalmente eram movidos a álcool8. 
O Proálcool começou a entrar em crise a partir de 1987 – momento que o Estado 
aplicou apenas 3% dos investimentos totais do Programa – dando fim a paridade de preço 
de 64% entre o álcool e a gasolina6, fator que desestimulou a expansão e a renovação dos 
canaviais8. Outro aspecto que influenciou na queda do Programa foi a baixa do preço de 
petróleo juntamente com o aumento do valor do açúcar no mercado internacional. Devido a 
este último acontecimento, grande parte dos usineiros produtores de álcool passou a vender 
sua matéria-prima para a produção de açúcar no lugar do álcool, pois visava a exportação9. 
No final da década de 80 o Brasil estava importando metanol para abastecer a frota 
de veículos que formavam grandes filas nos postos de abastecimento em todas as cidades 
brasileiras. O etanol anidro adicionado à gasolina estava em torno de 5%. O preço do barril 
de petróleo caía no cenário nacional do patamar de US $ 30,00 o barril para o patamar de 
US $ 20,00 o barril8 e as montadoras juntamente com os consumidores passaram a descrer 
no Proálcool, fato que favoreceu a queda brusca da produção deste automóvel a patamares 
bastante desestimulantes. 
No ano de 1989 o abastecimento de álcool entrou em crise. Ademais, o presidente 
Fernando Collor vetou os subsídios do setor açucareiro, o que levou muitos proprietários de 
automóveis movidos a álcool a converter estes à gasolina2. O Programa do Álcool foi 
oficialmente encerrado em 1990 com a extinção do IAA, e a substituição pela Secretaria de 
Desenvolvimento Regional da Presidência da República e o Departamento de Assuntos 
Sucroacooleiro apoiada pela empresa pública federal denominada Banco Nacional de 
Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES)6. Atualmente não há subsídios aos 
 
 
11 
 
produtores de álcool, mas sim uma tributação diferenciada, que é maior para a gasolina do 
que para o álcool por suas qualidades ambientais10. 
2.2.3 ETANOL COMO COMBUSTÍVEL 
 
Recentemente os problemas ambientais afligem a comunidade de muitos países. 
Nesse cenário, o Brasil desenvolve um carro versátil que pode utilizar tanto gasolina como o 
álcool. A razão está focada principalmente na questão da poluição, já que o Brasil é auto-
suficiente em petróleo devido, principalmente, as reservas do pré-sal e Bacia de Campos. 
Atualmente o Brasil é auto-suficiente na produção de petróleo devido à descoberta 
desse elemento na região denominada de pré-sal (local com a extensão de 800 quilômetros, 
de Santa Catarina ao Espírito Santo, guardando um valor estimado de 80 bilhões de barris 
de petróleo e gás). Com isso o Brasil sai da décima quinta e passa a ocupar a sexta maior 
detentora de reservas de petróleo, atrás somente da Arábia Saudita, Irã, Iraque Kuait e 
emirados árabes11, em suas respectivas ordem de reservas em número de barris de 
petróleo12. 
O etanol é menos poluente do que os derivados de petróleo e pode ser gerado a 
partir da biomassa. Os dois maiores produtores de etanol no mundo são os EUA, utilizando 
em grande parte o milho como matéria prima, e o Brasil produzindo o álcool etílico provindo 
principalmente da cana-de-açúcar. 
O Brasil possui uma boa vantagem na produção do bicombustível, comparado com 
os países da Europa e com os Estados Unidos. No maior país da América do Sul, o etanol é 
100% de cana e o valor atual da produção desse álcool é bem menor do que nos EUA e 
Europa (que utiliza a beterraba como matéria prima do etanol). 
 Além de ser utilizado como combustível E100, que possui um valor próximo de 7% 
de água na sua composição e sem acréscimos de qualquer substância (exceto o valor de 
1% para descaracterizá-lo como bebida alcoólica6, o etanol é adicionado à gasolina como 
aditivo. A quantidade gira em torno de 20% a 25%, obrigatório por lei. Neste caso o etanol é 
anidro (possui aproximadamente 0,5% de água em sua composição)13. Nos Estados Unidos 
a mistura desse álcool na gasolina gira em torno de 10%. 
Cabe ressaltar que a água encontrada nesses alcoóis é originada pelo próprio 
processo de destilação. Convencionalmente não se acrescenta água no álcool, ao menos 
que se queira adulterá-lo. Para maiores informações consultar o anexo seção 1. 
O Brasil utiliza esse combustível renovável atualmente graças às pesquisas de 
empresas privadas e instituições de ensino. Os projetos abordados e desenvolvidos por 
estes apresentam assuntos variados, como os impactos ambientais, melhoramento genético 
da cana, combate as pragas, técnicas de colheita e fabricação (hidrólise e fermentação)6. 
 
 
 
12 
 
2.2.4 PROBLEMAS AMBIENTAIS E HUMANOS COM O CULTIVO DA CANA-DE-
AÇÚCAR 
 
Apesar de apresentar muitas vantagens, o álcool manifesta alguns problemas. 
Dentre estes o método empregado pela colheita, que é majoritariamente primitivo (sem o 
uso de máquinas) o que leva a queima da palha da cana para facilitar e abaixar o custo do 
corte manual, apesar dessas queimadas serem proibidas por lei há muitos anos6. Esse 
recurso ainda é utilizado, pois a intenção dos agricultores é aumentar de duas a cinco 
toneladas diárias. Entretanto, essa prática será definitivamente abolida pelo menos no 
Estado de São Paulo até 201710. 
O resultado daquela queima é a liberação de gás carbônico, nitrogênio, enxofre e 
também elementos cancerígenos. Essa prática faz também com que as plantas percam 
alguns nutrientes, fator que facilita a erosão e o aparecimento de ervas daninhas, por causa 
da redução da proteção do solo. 
Outro problema que aflige o meio ambiente é o consumo de água de mananciais na 
produção do combustível verde chegando a 21 000 litros de água por tonelada de cana em 
indústrias antigas e 5000 a 1000 em indústrias mais novas, sendo estas a maioria no país10. 
O efluente vindo do processo industrial da cana, a vinhaça, também é outra preocupação 
para os ambientalistas6. Entretanto, para os dois casos há uma solução; reciclar a água 
utilizada e utilizar a vinhaça como fertilizante do solo. Se for lançado sem o devido 
tratamento em rios ou no solo, aqueles dejetos prejudicam os seres aquáticos, terrestres e 
podem contaminar os lençóis freáticos10. 
Outro ponto bastante discutido é a redução da fertilidade do solo devido ao uso 
exclusivo para o plantio da cana. Contudo, o rodízio com a cultura de leguminosas, como 
feijão, amendoim e soja durante o período de seis meses entre a retirada da cana e o 
replantio impede a redução da fecundidade da terra. Há também uma especulação de que a 
produção de etanol pode prejudicar a produção de alimentos no mundo, com o forte 
embasamento na expansão da lavoura de milho nos EUA. Entretanto, segundo muitos 
especialistas brasileiros, o mundo produz mais alimentos do que consome. Ademais, no 
caso do Brasil, o aumento do cultivo de cana está sendo feita pelo método de substituição 
de pastagens, sem alterar a produção de carne bovina e o cultivo de alimentos10. 
Alternativa – Além do etanol e do açúcar, o processo de fermentação da cana-de-
açúcar gera co-produtos que também são importantes. O bagaço encontra-se 
aproximadamente 40% de resíduo em forma de celulose, 20% de hemicelulose, 30% de 
lignina e outros elementos como enxofre (0,20%) e potássio (1%). As folhas, os bagaços, 
assim como outros restos docultivo, estão sendo utilizados na geração de energia elétrica, 
bioeletricidade. Grande parte das destilarias tem aproveitado parcelas daqueles elementos 
 
 
13 
 
para aquecer suas caldeiras, e a sobra para as mais diferentes finalidades. Outra vantagem 
da utilização desses dejetos é que na época em que as hidrelétricas diminuem sua 
produção de energia devido à seca é o momento da colheita da cana (esta colheita é 
realizada principalmente nas estações de seca) sendo parte dos bagaços e folhas utilizadas 
na produção de energia elétrica6. 
Questão social – A sobrecarga dos trabalhadores rurais é um grande problema 
apontado pelos especialistas, de acordo com a Pesquisa Nacional de Amostragem de 
Domicílios (Pnad) do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) realizada no ano 
de 2005. De acordo com essa pesquisa o setor rural possuía 982 mil empregados diretos e 
formais no ramo. Entretanto o problema maior está nos trabalhos temporários e nas 
péssimas condições de trabalho, incluindo a sobrecarga de trabalho. Em duas safras vinte 
trabalhadores faleceram, provavelmente por estafa6. 
 
2.2.5 PRODUÇÃO BRASILEIRA DE CANA-DE-AÇÚCAR 
 
O Brasil possui uma área total para o cultivo em geral de 851 milhões de hectares 
dois quais 6 milhões de hectares estão disponibilizados para o plantio de cana-de-açúcar. 
As regiões em que se cultiva esta planta em larga escala são sudoeste e nordeste. O 
governo prevê para os próximos anos a substituição dos pastos, que ocupam cerca de 220 
milhões de hectares por cana. A Amazônia já faz parte da produção de etanol. O cultivo 
nessas terras aumenta aproximadamente em 300 mil hectares em 2007 pelo programa 
Amazônia Legal. Entretanto, há um projeto sendo elaborado com o término previsto para o 
segundo semestre de 2008, que proíbe o cultivo no Pantanal e na Amazônia. 
Segundo alguns perquiridores do Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético 
(Nipe) da Universidade de Campinas (Unicamp) o Brasil vai aumentar doze vezes mais a 
produção de cana para substituir 10% do consumo mundial atual de gasolina. Dois anos 
atrás cerca de 70 mil produtores estiveram ligados a um valor superior a 370 mil destilarias e 
1 milhão de pessoas estavam relacionadas ao processo de produção de álcool6. Para se ter 
uma melhor noção desses dados, no ano de 2007 o mundo utilizou 54 bilhões de litros de 
etanol. O Brasil produziu na última safra 21,5 bilhões de litros. Desse valor 3 bilhões devem 
ser exportados até o final de 200810. 
De acordo com a projeção divulgada pela ANFAVEA, futuramente a quantidade de 
veículos flex em circulação aumentará em 500% até o ano de 2013. Aquela associação 
estima que há um valor de 6,5 milhões desses veículos trafegando atualmente. 
Nos últimos dez anos, a produção canavieira do Brasil aumentou de uma forma 
significativa. Em 1975 a produção girava em torno de 90 milhões de toneladas e em 2006 
ultrapassou 400 milhões. A produtividade também teve uma melhora. A produção saltou de 
 
 
14 
 
3 mil para 7 mil litros por hectare e o processo de fermentação é cerca de 15 horas, 
dependendo exclusivamente da linhagem de levedura utilizada6. 
 
2.3 OCTANAGEM OU ÍNDICE DE OCTANAS 
 
O índice de octanas é a uma forma de expressar e quantificar a “resistência” à 
detonação de um determinado combustível, ou seja, o quanto o combustível pode suportar 
uma dada compressão sem que exploda espontaneamente. 
A gasolina possui extensas cadeias de hidrocarbonetos. As mais conhecidas são as 
de heptano, que entra em combustão espontânea a uma baixa compressão, e octano, que 
resiste à compressão muito bem sem que ocorra a pré-ignição (para maiores informações 
sobre a pré-ignição, auto-ignição e detonação consultar o anexo n° 2). A gasolina comum 
possui 87 octanas, ou seja, 87% de octano e 13% de heptano (ou alguma outra combinação 
de combustíveis que apresente o mesmo rendimento que a combinação 87/13 de 
octano/heptano). O ponto de ignição ocorre espontaneamente neste fluído em um nível de 
compressão específico e só pode ser utilizada em motores que não ultrapassem essa taxa14. 
Uma gasolina que possui uma baixa octanagem, por exemplo, não resiste a uma alta 
compressão, ocorrendo a auto-ignição. Esse fato pode prejudicar e diminuir a vida útil do 
motor, pois a explosão ocorre antes do pistão alcançar o ponto morto superior (PMS) 
demonstrado na figura 2 da seção 2.6, causando um contragolpe no eixo de manivelas 
(gases decorrentes da combustão manifestam-se contra o movimento do pistão 
desacelerando-o, às vezes freando por completo, antes que ele chegue ao fim do seu 
curso). A centelha gerada pela vela de ignição não deve saltar com muito atraso, tampouco 
muito adiantado com relação ao PMS. 
Caso ocorra a combustão sem essa centelha dizemos que ocorre a detonação. Esse 
fenômeno causa danos no motor. A compressão da mistura estequiométrica ocorre no 
segundo tempo em um motor de quatro tempos (o funcionamento de um motor de quatro 
tempos é explicado na seção 2.7 do ciclo Otto). Esse segundo tempo é o instante em que o 
pistão comprime a mistura ar-combustível a um volume limite, que precede o ponto de 
ignição (momento em que a vela lança uma centelha dentro do cilindro para que ocorra a 
combustão). A gasolina que possui uma quantidade igual ou superior a 87 de octanas (valor 
encontrado na gasolina comum) suporta a compressão no segundo tempo do 
funcionamento do motor antes de entrar em combustão. 
O uso de combustíveis como o etanol e metanol não propiciam a auto-ignição, 
porque esses suportam a alta compressão. A gasolina “comum” tem o índice de octanas 
considerada normal por volta de 87 (72 para carros antigos a carburador e 87 para carros 
modernos a injeção eletrônica) e taxa de compressão 9:1 a 10:1. O álcool etílico possui uma 
 
 
15 
 
octanagem maior, em torno de 11015 (o termo octanagem citado só é utilizado aqui para 
estabelecer comparações com a gasolina, já que o álcool não possui octanas). Este 
carburante possui uma taxa de compressão de 10,5:1 a 13:1. Nos antigos motores a 
gasolina essa taxa fica entre 7:1 e 8,5:1 devido o uso dos antigos carburadores (ver a 
sessão 13 o sistema de injeção). A gasolina que apresenta octanagem considerada normal 
resiste à alta compressão a que é submetida na câmara de compressão, cuja explosão 
acontece com a faísca da vela. Portanto, não há neste caso, o fator auto-ignição. O baixo 
índice de octanas da gasolina se deve a mistura de outros combustíveis, fazendo com que 
essa possua índices inferiores a 87 octanas14. 
A gasolina de alta octanagem é freqüentemente utilizada em motores de alto 
desempenho, pois a taxa de compressão dentro do cilindro desses motores é elevada. Esse 
fator possui a vantagem de aumentar a potência do motor, mas a desvantagem é o alto 
preço desse tipo de gasolina. 
 
2.4 COMBUSTÃO 
 
A combustão é uma reação química conhecida também como uma reação de 
oxirredução na presença de oxigênio (O2). Entende-se por reação de oxirredução a 
passagem de elétrons de um átomo para outro ou de uma molécula para outra. A perda de 
um elétron chama-se oxidação e o ganho de elétron é caracterizado como redução16. 
Na combustão, algumas moléculas de oxigênio ligam-se a moléculas de carbono e 
formam monóxido de carbono. Com isso, o oxigênio e o carbono se unem com extrema 
violência produzindo uma grande quantidade de calor num processo de reação em cadeia. 
Ademais, o monóxido de carbono pode atrair outro oxigênio, de modo que possa 
obter uma reação mais complicada. Nesta situação ocorre em uma combustão na qual outro 
átomo de oxigênio pode se ligar ao CO e acabar formando uma molécula de dióxido de 
carbono (CO2), conhecida como gás carbônico. 
Se o carbono for queimado com pouquíssimo oxigênio em uma reação muito rápida 
no motor de um automóvel, misturaestequiométrica muito rica, a explosão é tão rápida que 
não dá tempo para formar dióxido de carbono. Nesta situação, uma quantidade considerável 
de monóxido de carbono e fuligem se formam17 (cabe ressaltar que os veículos mais 
modernos dispõem de sensores como o sensor de oxigênio que auxilia a regular a medida 
ideal da mistura de ar/combustível, fator que inibe a produção de CO e fuligem). Para 
maiores detalhes ver sobre a relação estequiométrica ver a seção 11. 
Em uma combustão ocorrida em motores a combustão interna a resultante da 
queima pode ser CO2 e H2O (reação completa com a quantidade ideal ou excessiva de O2) e 
CO e H2O (reação incompleta devido a pouca quantidade de O2) devido a mistura 
 
 
16 
 
estequiométrica rica e pobre respectivamente. Nestes casos a energia de ligação total dos 
produtos é consideravelmente menor que a energia de ligação total dos reagentes, ou seja, 
essas reações são altamente exergônicas18. A reação de uma forma geral pode ser 
expressa pela equação 2. Os casos mais específicos são apresentados nas equações 3, 4, 
5 e 6: 
 
 Moléculas de combustível + O2 ���� CO2 + H2O + energia (2) 
Reação de uma combustão 
 
CH4 + 2O2 ���� CO2 + 2H2O (3) 
Reação de combustão ideal (completa) 
 
 CH4 + 1,5O2 ���� CO + 2H2O (4) 
Reação de combustão incompleta 
 
 CH4 + O2 ���� C + 2H2O (5) 
Reação de combustão onde se obtém fuligem 
 
 C2H5OH + 3O2 ���� 2CO2 + 3H2O (6) 
Reação de combustão do etanol36 
 
O ar que é misturado na gasolina antes de entrar na câmara de combustão possui 
alguns outros elementos além do oxigênio, tais como, nitrogênio, oxigênio, algum vapor 
d’água e quantidades menores de dióxido de carbono, argônio e outras substâncias17. 
Com isso, os gases que saem pelo escapamento do automóvel contêm outras 
substâncias além do dióxido de carbono ou monóxido de carbono e água. Os poluentes que 
saem de um escapamento de carro e possuem maior relevância são: 
• Monóxido de carbono (CO) – formado porque a combustão é incompleta. 
Este fato é decorrente da quantidade insuficiente de oxigênio disponível para reagir de 
forma rápida e completamente com todo o carbono disponível5. 
• Dióxido de carbono – responsável pelo aquecimento global que dificulta a 
saída do calor para o espaço19 
• Óxidos de nitrogênio (NOx) – devido o aumento da pressão e temperatura 
dentro do cilindro. O nitrogênio e o oxigênio contidos no ar se combinam de várias formas, 
reação que gera uma névoa fotoquímica conhecida como smog5; 
 
 
17 
 
• Hidrocarbonetos não queimados (HC) – em decorrência do pouco tempo 
disponível durante a fase de combustão, não são todos os hidrocarbonetos que participam 
da reação, formando o ozônio urbano5. 
Pode haver também algumas impurezas na gasolina, como enxofre, formando óxidos 
de enxofre que acaba contribuindo para a poluição do meio ambiente14. 
Uma maneira de amenizar a emissão desses gases poluentes é a utilização de 
catalisadores, que diminuem a quantidade de CO2, NOX e hidrocarbonetos5. 
 
2.5 MÁQUINAS TÉRMICAS 
 
 Uma máquina térmica, também conhecida como um motor é um dispositivo que 
extrai energia do ambiente na forma de calor e realiza trabalho útil. No caso do motor a 
combustão, o ambiente em que o motor extrai energia é na câmara de combustão, a partir 
da explosão da mistura ar-combustível, também considerado como substância de trabalho 
na perspectiva do estudo de máquinas térmicas. Para que um motor realize trabalho de 
forma intermitente ou interruptamente, a substância de trabalho passa por uma série 
fechada de processos termodinâmicos, chamados de tempos, voltando repetidamente a 
cada estado neste ciclo (cabe ressaltar que no motor real o ciclo não é totalmente 
fechado20). 
 
2.6 MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA DE 4 TEMPOS 
 
A maioria dos veículos atualmente usa motores que possuem o ciclo de combustão 
de 4 tempos para converter a energia concentrada na gasolina em movimento. Este tipo de 
veículo recebe o nome ciclo Otto em homenagem a Nikolaus Otto que o inventou em 1867. 
A estrutura básica desse motor é demonstrada na figura 2. 
 
 
18 
 
 
Figura 2: Estrutura de um motor de 4 tempos 
Fonte: Uol educação, Física do automóvel, adaptado. 
 
Os motores de antigamente, fabricados na década de 80, eram feitos geralmente de 
aço e ferro fundido. Contudo, atualmente, por motivos de economia e durabilidade, esses 
mesmos motores estão sendo desenvolvidos com aço e alumínio, por ser um material mais 
leve e de difícil oxidação21. 
 
2.7 CICLO OTTO 
 
 Os processos que ocorrem nos motores a álcool, a gasolina ou flex de 4 tempos 
são representados logo a seguir por meio de diagramas que representam o ciclo do motor a 
combustão interna: ciclo Otto. As figuras 3, 4, 5 e 6 demonstram o funcionamento de um 
ciclo em etapas por meio de diagramas de pressão por volume. A figura 7 apresenta o ciclo 
ideal completo e a figura 8 apresenta um ciclo real completo. 
 
Admissão da mistura: 1° tempo 
 
Abertura da válvula de admissão: nesta situação a velocidade de avanço da mistura 
dos fluidos é praticamente igual à velocidade do pistão. Em conseqüência desse fato, a 
pressão fica praticamente constante e o volume aumenta: processo isobárico , 
conforme mostra a figura 3: 
 
 
 
19 
 
 
Figura 3: Admissão da mistura, 1º tempo 
Fonte: Uol Educação, Física do automóvel e GREF, com adaptações. 
 
Compressão da mistura: 2° tempo 
 
Nesta situação o trabalho do pistão é convertido totalmente em energia interna da 
mescla dos fluidos que possuem a pressão e temperaturas elevadas. Essa condição produz 
uma compressão adiabática, pois o processo é muito rápido e praticamente não há trocas 
de calor. O volume diminui à medida que a pressão e a temperatura aumentam , 
conforme esboça a figura 4: 
 
 
Figura 4: Compressão da mistura, 2º tempo 
Fonte: Uol Educação, Física do automóvel e GREF, com adaptações. 
 
Explosão da mistura: 3° tempo 
 
Neste trecho ocorre a explosão e não há variação de volume, já que a reação 
química é muito rápida (não há conseqüentemente o movimento do pistão). Também ocorre 
 
 
20 
 
um grande aumento da temperatura e pressão (figura 5); Na segunda parte da 
explosão , o pistão desce com extrema rapidez, não havendo assim trocas de calor. 
Por esse motivo a expansão é considerada adiabática conforme mostra a figura 5. 
 
 
Figura 5: Explosão da mistura, 3º tempo 
Fonte: Uol Educação, Física do automóvel e GREF, com adaptações. 
 
 
Escape dos gases: 4° tempo 
 
Com a abertura da válvula no motor ocorre a variação da pressão e da 
massa da mistura, não havendo assim tempo para a mudança de curso do pistão e, 
portanto, a não variação do volume. Essa descompressão é considerada isométrica 
(conforme mostra a figura 6). 
A exaustão dos gases ocorre no trecho . Neste processo a massa do gás 
presente no cilindro diminui na mesma proporção que o volume e é considerado isobárico, 
conforme demonstra a figura 6. 
 
 
Figura 6: Exaustão dos gases, 4º tempo 
Fonte: Uol Educação, Física do automóvel e GREF, com adaptações. 
 
 
21 
 
 
Os processos descritos logo acima são representados de forma conjunta no 
diagrama P x V (figura 7) para o ciclo completo do motor a combustão interna, que é 
denominado ciclo Otto. 
 
Figura 7: Gráfico que representa o Ciclo Otto ideal completo 
Fonte: Uol Educação, Física do automóvel e GREF, com adaptações. 
 
Os processos descritos acimasão situações bem próximas do real. Dessa forma, o 
diagrama das variações da pressão e do volume em um motor real manifesta alguma 
diferença em relação ao analisado precedentemente. Na admissão a pressão não 
permanece constante (o processo não é perfeitamente isobárico), pois o volume da mistura 
ar/combustível não acompanha o movimento do pistão, havendo, portanto certa diminuição 
de pressão. Na explosão, o processo não é perfeitamente isovolumétrico (isométrico) 
porque não acontece instantaneamente e ocorre com certa velocidade do pistão. 
A exaustão isométrica vista no ciclo Otto ideal não chega a ocorrer no ciclo real, 
porque o cilindro inverte bruscamente sua velocidade (transmitida pelo eixo) e já empurra a 
mistura queimada para fora. A exaustão real não é de fato isobárica porque o pistão tem 
velocidade inferior com relação à velocidade de escape do gás. 
O diagrama P x V da figura abaixo apresenta o ciclo completo de um motor real22. 
 
 
 
22 
 
 
Figura 8: Gráfico que representa o Ciclo Otto real completo 
Fonte: Uol Educação, Física do automóvel e GREF, com adaptações. 
 
2.8 TRABALHO REALIZADO NO MOTOR 
 
O trabalho é realizado somente no terceiro tempo. Nos demais, onde ocorre a 
admissão, compressão e escape, o movimento contínuo do pistão ocorre por meio de um 
trabalho externo por causa da inércia do volante ou do conjunto do sistema em que estão 
acoplados vários pistões à árvore de manivelas. Ademais, uma parcela do calor de 
combustão é eliminada na forma de energia interna dos gases, levando em consideração 
também, a troca contínua de calor entre o corpo do motor e o ambiente. A parte restante do 
calor de combustão está relacionada à energia de movimento do pistão – realização de 
trabalho – fechando dessa forma o balanço energético. 
A realização de trabalho W e o aumento da energia interna devido à 
quantidade de calor estão de acordo com o princípio de conservação de energia 
denominada Primeira Lei da Termodinâmica, expressa matematicamente pela equação 722: 
 
 (7) 
 
2.9 O RENDIMENTO DAS MÁQUINAS TÉRMICAS 
 
O rendimento real de um motor, em que a energia liberada na combustão faz os 
pistões se movimentarem em um motor ciclo Otto, está próximo de 21% a 25%. A energia 
restante é perdida de forma mecânica ( por meio do atrito das superfícies metálicas do 
veículo, da inércia do pistão e em energia sonora) e térmica ( em troca de calor do 
motor com o ambiente por meio do sistema de refrigeração e em energia interna dos 
 
 
23 
 
gases provindos da combustão e exauridos pelo escapamento). No total, a perda de energia 
gira em torno de 75% a 80%. 
O rendimento de uma máquina é determinado como a razão entre o trabalho 
produzido e a energia fornecida conforme demonstra a equação 8: 
 
 (8) 
 
Cujo é o rendimento da máquina, é o trabalho realizado pela mesma e é a 
quantidade de calor. Caso toda energia do carburante fosse convertida em trabalho 
mecânico, o rendimento seria 1 ou 100%23. Situação que na realidade nunca ocorre de 
acordo com o engenheiro francês N. L. Sadi Carnot, pioneiro nos estudo de motores em 
182420. Segundo este estudioso, o motor pode ter um rendimento máximo de 
aproximadamente 50% independente da substância de trabalho usada e desconsiderando 
as questões técnicas24. Com isso foi formulado um ciclo ideal construído devido à 
necessidade de aperfeiçoar o rendimento das máquinas térmicas reais. Esse ciclo foi 
denominado ciclo de Carnot (demonstrado na figura 9). 
Nos motores reais o aumento de rendimento é obtido por meio de regulagens que 
admite a ampliação da área do gráfico apresentado na figura 8. Essa ampliação deve se 
aproximar a área do ciclo de Carnot, apresentado na figura 9. O registro dessa área é 
realizado por um sistema específico conhecido como registrador. Os registradores mais 
atuais detêm circuitos eletrônicos23. 
 
 
Figura 9: Gráfico que representa o Ciclo de Carnot. 
Fonte: GREF, com adaptações. 
 
 
 
24 
 
2.10 RELAÇÃO ESTEQUIOMÉTRICA 
 
2.10.1 MISTURA DE AR E COMBUSTÍVEL 
 
Para que haja uma mistura ideal de carburante e comburente não basta apenas 
mesclar o ar e o combustível. Há uma necessidade de se conseguir uma boa vaporização 
desse carburante de forma que ele se misture muito bem com o ar, conforme o princípio 
básico do funcionamento do carburador que será explicado seção 2.11. 
Na combustão do carburante, se utilizam 12 partes de ar para 1 parte de 
combustível. Cabe lembrar que 1 quilo de ar ocupa um volume de 1 metro cúbico. Com isso 
chega-se a conclusão, com base na relação estequiométrica, que para queimar 1 quilo de 
combustível são necessários 12 quilos de ar (12:1)25. 
Na verdade existe uma proporção específica de comburente e combustível ideal, 
para cada tipo de motor. No caso do motor a gasolina a relação estequiométrica ideal está 
entre 9:1 e 10:1 (9 partes de ar para 1 quilo de combustível, no primeiro caso). Para o álcool 
etílico (etanol), a relação está entre 12:1 e 13:1 (12 partes de ar para 1 de combustível, para 
o primeiro caso). Essa proporção está intimamente ligada à quantidade de hidrogênio e 
carbono presente em uma determinada quantia de carburante. Caso haja menos ar do que a 
proporção ideal, há sobra de combustível, que indica riqueza da mistura. Isso não é um bom 
sinal, pois além do gasto excessivo de combustível, há também um lançamento maior de 
poluição no meio ambiente e o motor pode funcionar de forma irregular (“afoga”), desliga 
(“apaga”) ou pode não dar a partida. Se ocorrer o contrário, a mistura obtiver mais ar do que 
a proporção ideal (excesso de oxigênio), essa mescla é considerada pobre. Esta possui 
mais desvantagens, pois além de gerar mais poluentes de óxido de nitrogênio (óxido e o 
dióxido de nitrogênio), pode provocar também um desempenho inferior ao normal, não dar a 
partida e até danificar o motor14. 
 
2.10.2 FATOR LAMBDA 
 
Para medir a relação estequiométrica utiliza-se o fator lambda, que é o quociente da 
mistura ar/combustível real pela ideal. O valor ideal do fator λ é igual a 1. 
 
 (9) 
 
 
 
25 
 
Note que esta é uma situação que varia de acordo com o combustível utilizado no 
motor. Logo abaixo são apresentados os valores ideais de cada combustível para cada 
parte de ar utilizado no motor ciclo Otto: 
 
Gasolina com 20% de álcool: 9:1; 
Álcool 12:1 
 
 Em um motor a gasolina, por exemplo, que recebe uma mistura de 10:1 (pobre) é 
possível encontrar o valor do fator lambda. Basta dividir aquele valor por 9:1 (ideal para 
gasolina), conforme demonstrado logo abaixo: 
 
 
 
Na partida a frio e nas acelerações o motor necessita de uma mistura admitida mais 
rica, sendo, portanto, necessário um fator lambda abaixo de 1 (λ<1). Entretanto, em casos a 
parte a esses, o conjunto admite uma mistura que se aproxima do fator lambda igual 1 (λ=1), 
onde há uma economia significativa e uma combustão próxima da ideal (queima total do 
combustível e a melhor marcha lenta). 
Em outra situação, como a demonstrada anteriormente, o motor pode consumir 
pouco combustível e gerar potência reduzida. Este é o caso em que se obtém mistura 
pobre, isto é, um lambda maior que 1 (λ>1). 
A tabela 1 esquematiza de maneira simples e reduzida o que foi apresentado. 
 
Tabela 1: Relação do fator lambda e o tipo de mistura 
 
Tabela 1 
 
Fator lambda 
λ 
Tipo de 
mistura Quantidade de ar 
>1 Pobre Excesso 
=1 Ideal Ideal 
<1 Rica Falta 
Fonte: Apostila Mecânica de automóveis do Instituto Universal Brasileiro, edição especial 1. 
 
Os motores que utilizam álcool ougasolina atuam melhor com o fator lambda 
próximo a λ=1, pois este é o ponto em que se obtém o maior torque associado ao menor 
consumo e menor emissão de poluentes. A tabela 2 expressa esta situação de forma a 
resumida14: 
 
 
 
26 
 
Tabela 2: Relação do desempenho do motor e o fator lambda 
 Tabela 2 
Desempenho 
 do motor 
λ=1 Quantidade de ar 
Plena carga 0,9 Excesso 
Carga parcial 1 Ideal 
Marcha lenta 0,9 a 1,05 Variável 
Fonte: Apostila Mecânica de automóveis 6 do Instituto Universal Brasileiro 
 
2.11 CARBURADOR 
 
O carburador tem a função de vaporizar o máximo possível o combustível e mesclá-
lo, na quantidade correta, com o ar antes de entrarem na câmara de combustão, de forma 
que o motor funcione adequadamente. Os combustíveis que fazem parte do processo ciclo 
Otto são mais voláteis, isto é, vaporizam com grande facilidade e entram em combustão 
sem dificuldade. Essa é a razão de a gasolina e o álcool queimarem mais facilmente que o 
querosene, por exemplo. Aqueles combustíveis devem estar vaporizados ao adentrar no 
motor, pois se fossem colocados no estado líquido dentro do cilindro, somente uma parcela 
dele queimaria e a grande parte seria desperdiçada fluindo pelo escapamento, havendo 
assim um baixo aproveitamento. Dessa forma, o motor deve queimar todo o conteúdo de 
combustível e ar dentro do cilindro, para obter melhor rendimento possível. 
O tempo em que o combustível queima dentro do motor é bastante pequeno, cerca 
de uma fração de segundo. Em um motor de quatro tempos que gira 6000 rotações por 
minuto, cerca de 100 rotações por segundo, para cada duas voltas do eixo de manivelas, 
em um segundo, corresponde a 50 combustões. Portanto a combustão dura menos que 
1/50 segundo. 
A quantidade de combustível e ar varia de acordo com as condições de 
funcionamento do motor. Quando este trabalha em alta rotação é preciso fornecê-lo mais 
carburante e comburente. Entretanto, se o motor trabalha em uma baixa rotação, então este 
precisará de menos combustível e ar. 
A idéia anterior é fundamental para queimar gasolina, criar uma situação em que 
haja uma condição para movimentar os pistões. Essa condição é o aumento da temperatura 
da câmara de combustão favorecendo-se a elevação da pressão, propiciando um 
movimento dos pistões e conseqüentemente o movimento das rodas, quando a marcha do 
veículo está engatada. Para ocorrer o funcionamento do motor é necessária uma quantidade 
de combustível muito pequena durante cada ciclo de combustão. O motor precisa de um 
valor aproximado de 10 miligramas por curso de combustão. 
 
 
27 
 
O carburador de um carro é uma peça bem complexa. Entretanto este trabalho 
demonstra logo adiante o princípio básico do carburador (carburador simples)25 para logo 
após apresentar um carburador padrão de automóvel (em anexo na seção 3). 
 
2.11.1 OS PRINCÍPIOS FÍSICOS NO CARBURADOR 
 
Antes de adentrar no motor, o ar é obrigado a passar por um orifício, sendo logo 
após forçado a passar por um cano bem estreito, fator que aumenta a velocidade daquele 
fluido. A figura 10 demonstra um exemplo de como ocorre à vaporização do combustível 
dentro do carburador. Quando uma seringa é comprimida, cria-se uma de corrente de ar no 
tubo A, que ao passar pela extremidade superior do tubo B, imerso em um líquido, reduz o 
valor da pressão atmosférica25. Devido à diferença de pressão resultante, o líquido do copo 
sobe pelo tubo vertical, entra em contato com a corrente de ar e é vaporizado, ou seja, se 
divide em gotículas que se misturam ao ar, formando uma mistura pulverizada. Esse 
mecanismo descrito logo abaixo opera de acordo com o princípio do efeito Venturi26. 
 
 
Figura 10: Exemplo da aplicação do princípio do efeito Venturi, Bomba de vaporização 
Fonte: Apostila Mecânica de automóveis 6 do Instituto Universal Brasileiro. 
 
O mesmo fenômeno ocorre no carburador, mas observe que há uma discrepância 
singela entre a figura 10 e 11 a seguir; a velocidade do ar é bem superior do que a do 
atomizador e a localização de um pistão que fica à esquerda que comprime a mistura ar-
combustível. 
A figura 11 representa o mesmo fenômeno demonstrado na situação da figura 10. 
Entretanto aquela apresenta uma redução, de forma que o ar não encontre fortes obstáculos 
a ponto de ter perdas. O carburador é uma peça muito cara, importante e sensível. Esse 
equipamento apresenta uma redução para que o ar não entre de forma tão brusca e venha 
danificá-lo. Esse equipamento possui uma redução suave, aerodinâmica, que faz o mesmo 
efeito. O princípio físico é o mesmo ocorrido na figura 10, mas neste caso a situação é 
diferente: o ar é forçado pelo estrangulamento do tubo horizontal, que aumenta o valor da 
velocidade do fluido e reduz a pressão a um valor inferior à pressão atmosférica na região 
 
 
28 
 
superior do tubo B. Devido à diferença de pressão resultante, o combustível é bombeado 
pelo tubo vertical B, entra na corrente de ar, e emerge do bocal26. 
 
 
Figura 11: Aceleração da mistura de combustível 
Fonte: Apostila Mecânica de automóveis 6 do Instituto Universal Brasileiro. 
 
2.11.2 O CARBURADOR SIMPLES 
 
O carburador demonstrado anteriormente, figura 11, apresenta a construção de um 
carburador simples. Este é usado apenas em motores pequenos, de um só cilindro, mas o 
princípio envolvido é o mesmo para todos os carburadores. Veículos de grande porte 
necessitam de um atendimento especial, em que envolva dispositivos mais aperfeiçoados. 
Logo abaixo, na figura 12, há um carburador desse tipo, mas apresenta elementos 
configurados de outra forma. 
 
 
Figura 12: Esquema do carburador 
Fonte: Apostila Mecânica de automóveis 6 do Instituto Universal Brasileiro. 
 
O combustível provém de um reservatório próximo e, por meio de um tubo, alcança a 
região mais estreita do carburador. Ao passar pela parte mais estreita, o ar aumenta a sua 
 
 
29 
 
velocidade. Com isso há sucção do carburante por parte do motor devido à diferença de 
pressão. O resultado final é a conversão do combustível líquido em estado de vapor 
mesclado com o ar. 
No percurso da mistura, existe uma particularidade na figura 13; um disco de aço, 
denominado acelerador, ou borboleta do acelerador, por apresentar duas abas com relação 
ao eixo. 
 
 
 
Figura 13: Borboleta do acelerador 
Fonte: Apostila Mecânica de automóveis 6 do Instituto Universal Brasileiro. 
 
A função da borboleta do acelerador é abrir ou fechar possibilitando a passagem ou 
obstrução parcial da mistura. Cabe ressaltar que a borboleta não fecha por completo, pois 
caso isso ocorresse o motor deixaria de ser alimentado pela mescla de ar/combustível, e 
não mais funcionaria. 
 Quando a passagem da mistura é fechada, menos carburante chega ao cilindro e, 
conseqüentemente, o motor proporciona menos energia para seu funcionamento. Quando a 
borboleta do acelerador abre, maior quantidade de mistura de ar e combustível perpassa até 
a câmara de combustão, fornecendo assim mais energia a essa máquina térmica. 
 
 
Figura 14: Esquema de funcionamento da borboleta do acelerador 
Fonte: Apostila Mecânica de automóveis 6 do Instituto Universal Brasileiro. 
 
 
 
30 
 
Nos motores mais antigos a borboleta do acelerador é ligada a um cabo de aço que 
a interliga com o pedal do acelerador. Atualmente não se usa tal mecanismo em carros mais 
modernos, pois o funcionamento desse sistema é eletrônico. 
O funcionamento do mecanismo borboleta e o pedal do acelerador se dão da 
seguinte forma: 
• No momento em que se pisa no pedal, a borboleta abre e permite a 
passagem da mescla ar/combustível. À medida que se pressiona o pedal maior será a 
abertura daquela válvula e conseqüentemente maior quantidade da mistura. 
• No momentoem que se solta o pedal do acelerador, uma mola obriga a 
borboleta a fechar em motores antigos. Portanto, regulando a posição do pedal com o 
pé, regula-se a posição da borboleta e, por conseguinte, a quantidade de combustível 
e ar que perpassa para o motor. Em resumo, regula-se a energia que o motor 
fornece25. 
 
2.11.3 O DELCÍNIO DO CARBURADOR 
 
Antes da utilização do sistema de injeção em veículos automotores, o carburador foi 
largamente utilizado em quase toda a existência do motor de combustão interna. Entretanto, 
no decorrer do tempo, o automóvel foi sendo desenvolvido e o uso do carburador se tornou 
tão complexo que foi necessário substituí-lo por um sistema mais simples, o sistema de 
injeção. 
Outro fator que contribuiu para o declínio do carburador foi as exigências de 
conservação do meio ambiente estabelecidas por meio de leis para diminuir a poluição da 
forma mais eficiente possível. Contudo, foi necessário um controle por retroalimentação de 
sinal, ou seja, para o bom funcionamento dos catalisadores era preciso controlar a relação 
estequiométrica, com um sensor capaz de enviar informações sobre a quantidade de 
oxigênio a um computador, para que este ajustasse a relação ar/combustível em tempo real. 
Com os carburadores esse recurso era inviável, apesar de existir carburadores eletrônicos. 
Estes últimos apresentavam uma complexidade muito alta com relação aos carburadores 
mecânicos (ver figura 15 – representação de um carburador mecânico). 
 Com isso os carburadores foram substituídos por sistemas de injeção de 
combustível no corpo acelerador que incorporava válvulas de injeção de combustível 
controladas de forma eletrônica dentro do corpo acelerador14. Isso era uma vantagem, pois 
já não necessitava montar carburadores no coletor de admissão, de forma que os 
fabricantes de veículos não tinham que fazer mudanças extremas nos projetos de motor. 
 
 
31 
 
Com o passar dos anos, a injeção central de combustível foi substituída por injeção 
de combustível multiponto27 (para maiores informações sobre a classificação de sistemas de 
injeção eletrônica consultar o anexo seção 4). 
 
 
Figura 15: Esquema de um motor com um sistema carburado 
Fonte: Imagens quebarato e apostila mecânica de automóveis 6 do Instituto Universal Brasileiro, com 
adaptações. 
 
Para maiores informações sobre a estrutura interna do carburador consultar o anexo 
seção 3. 
 
2.12 SISTEMA DE INJEÇÃO 
 
O sistema de injeção foi utilizado primeiramente na Segunda Guerra Mundial. A 
injeção substituiu definitivamente o carburador, pois a bomba de injeção foi, e atualmente 
continua sendo, um aparelho que possui um mecanismo muito preciso, não possuindo uma 
complexidade tão ampla como os inovadores e sofisticados carburadores eletrônicos da 
época. 
A alimentação dos cilindros por meio do carburador é bem satisfatória. Entretanto, o 
uso do sistema de injeção em um mesmo motor que utiliza o carburador é possível 
aumentar a potência do mesmo de 10% a 20%, dando mais elasticidade e uma maior 
autonomia (menor consumo em torno de 10%), proporcionando acelerações mais rápidas e 
desempenho mais suave sem mudança de marcha25. 
Logo abaixo se apresentam as principais vantagens do sistema de injeção com 
relação ao carburador: 
 
 
32 
 
• Nos carburadores a entrada do ar deve ser sempre rápida, principalmente na 
marcha lenta quando o motor gira lentamente, para manter a sucção nos calibres e para 
evitar que as gotículas de gasolina, mais densas que o ar, separarem-se e caíam no interior 
dos coletores (estes não devem ser amplos). No sistema de injeção os bicos injetores se 
localizam após o coletor de admissão permitindo que este fique tão grande como convenha. 
Como não há uma necessidade da existência de locais quentes no coletor para vaporizar a 
gasolina, o ar pode entrar mais frio (mais denso) e, conseqüentemente, em maior 
quantidade a cada admissão nos cilindros melhorando a alimentação destes. Observação: 
com a entrada de ar mais frio (mais denso) é possível se obter maior quantidade de oxigênio 
(as moléculas estão mais próximas) e conseqüentemente se obter uma explosão mais 
eficiente. 
• Quando a mistura de ar/combustível é injetada diretamente no cilindro, o 
período de contato entre o ar e a mistura previamente pulverizada é bem menor que na 
situação com os carburadores. Assim, nesse breve período, ocorre a oxidação da mistura, 
detonando-a e elevando a taxa de compressão de 1 a 1,5 para um mesmo combustível. Em 
testes, a compressão elevou-se de 6,5 a 8 quando o carburador foi substituído pela bomba 
de injeção, sem que houvesse a detonação (essa é a razão dos motores antigos carburados 
possuíram uma taxa de compressão menor que os carros mais modernos equipados com 
injeção). Embora a injeção seja indireta, fora do cilindro e dentro do coletor de admissão em 
frente à válvula, há uma vantagem considerável com relação ao carburador. 
• O combustível fornecido a cada cilindro pode receber quantidades 
equivalentes (iguais), ao passo que nos carburadores existe desigualdades que podem 
chegar até 30%, ou seja, em alguns cilindros entra mistura muito rica e em outros casos 
muito pobre devido o diferente percurso da mistura pelas ramas do coletor. 
• O motor que possui este elemento (injeção) demonstra uma maior agilidade 
nas tomadas de aceleração e desaceleração, porque a quantidade de gasolina injetada 
muda de forma bem rápida segundo a posição do acelerador (caso que não ocorre nos 
carburadores). 
• O fornecimento de combustível pode ser cortado totalmente no momento em 
que se levanta o pé do acelerador. Este fator faz com que haja uma economia considerável 
de combustível que os carburadores consomem pelo sistema de marcha lenta, por onde sai 
bastante combustível devido à enorme sucção que o motor faz de combustível, girando 
ainda rapidamente, com a borboleta fechada. 
• O motor aumenta a sua rotação rapidamente pisando fundo, sem batidas e 
vibrações excessivas, demonstrando uma grande superioridade aos carburadores25. 
 
 
33 
 
2.13 INJEÇÃO ELETRÔNICA 
 
A injeção eletrônica existe desde a década de 50. Todavia, aquela só foi largamente 
utilizada em carros europeus no início da década de 80. Hoje, todos os carros fabricados e 
vendidos na Europa, Estados Unidos e Brasil possuem sistema de injeção de combustível27. 
 
2.13.1 COMPONENTES BÁSICOS DO SISTEMA DE INJEÇÃO ELETRÔNICA 
 
O sistema de injeção eletrônica pode ser divido em dois grupos para uma melhor 
compreensão. O principal é composto pela unidade de controle, atuadores e sensores. O 
secundário é formado pela bomba de combustível, regulador de pressão, corpo (ou caixa) 
de borboleta, entre outros28. 
 
a) Unidade de comando eletrônico do sistema de injeção/ignição 
 
A UCE possui várias denominações como central eletrônica, centralina, controlador, 
entre outros. Essa peça de extrema importância recebe informações de vários sensores, 
para desta forma, ter total controle sobre os comandos de maneira a melhorar o 
funcionamento do sistema. Essa unidade de controle possui funções específicas como: 
• Estabelecer a quantidadde de ar necessária admitida pelo motor; 
• Indicar o valor ideal de combustível para determinadas situações de 
funcionamento da máquina térmica; 
• Ordenar o momento correto do funcionamento das bobinas de ignição por 
meio de impulsos elétricos (avanço da ignição); 
• Exercer controle sobre a marcha lenta do motor; 
• Operar autodiagnósticos rotineiros para averiguar se há falhas nos 
componentes do sistema e, em algumas situações, seguir comandos pré-estabelecidos 
armazenados em sua memória. Nessas condições os dados recebidos de um elemento 
defeituoso não são considerados. Ademais, o módulo de controle aciona uma lâmpada de 
advertência localizada no painelenquanto o defeito persistir29. 
A figura 16 demosntra um exemplo de UCE: 
 
 
 
34 
 
 
 
Figura 16: UCE aberta de um Ford Ranger 
Fonte:HowStuffWorks Brasil, 2001. 
 
b) Sensores 
 
Este dispositivos remetem dados à UCE com relação as condições das váriaveis do 
sistema, necessárias para o controle ideal do motor. 
Os sensores básicos empregados em um motor são: 
• Sensor de massa do fluxo de ar – manda a informação à UCE da 
quantidade de massa de ar que entra no motor; 
• Sensor de oxigênio – monitora a quantidade de oxigênio que sai pelo 
escapamento para que a UCE determine se a mistura ar-combustível é pobre ou rica e faça 
os ajustes necessários (maiores informações na seção 2.14); 
• Sensor da posição da borboleta de aceleração – monitora o 
posicionamento da borboleta de aceleração (que determina quanto ar passa para dentro do 
motor) para que a UCE ajuste e repasse as informações corrigidas rapidamente, 
aumentando ou diminuindo a quantidade de combustível conforme necessário. 
• Sensor de temperatura do motor – tem a função de enviar informações à 
UCE, para que esta determine o momento que o motor atingiu sua temperatura de 
funcionamento normal; 
• Sensor de pressão absoluta do coletor de admissão – mede a pressão do 
ar no coletor de admissão. Por meio deste coletor é possível medir a potência do motor, já 
que o valor do ar que está sendo aspirado é indicativo da potência que se está obtendo; 
 
 
35 
 
• Sensor de rotação do motor – mede a rotação do motor, que é um dos 
fatores usados para calcular a largura do pulso (tempo de abertura ou fechamento dos 
injetores controlado pelo microprocessador)27. 
• Sensor de detonação – este dispositivo é capaz de detectar a detonação a 
ponto de informar à UCE sobre possíveis modificações no funcionamento do motor 
(regularidade do sistema). 
A figura 17 demonstra a ligação elétrica entre os sensores descritos acima e a 
UCE29. 
 
 
Figura 17: Esquema elétrico com a ligação dos sensores à UCE do sistema G7 
 Fonte: Apostila Mecânica de automóveis do Instituto Universal Brasileiro, edição especial 3. 
 
c) Atuatores 
 
 Os atuadores são dispositivos ligados ao motor de forma direta, acolhedo 
informações estabelecidas pela UCE. 
Os atuadores básicos empregados são: 
• Bomba elétrica de combustível – envia carburante à câmara de combustão. 
Essa bomba é controlada pela UCE por meio de um relé de potência; 
• Eletroválvula de injeção (injetor) – lança o combustível na câmara de 
combustão de forma pulverizada e mais fina possível27; 
• Motor de passo para controle da marcha lenta – instalado ao lado do corpo 
da borboleta, controla o deslocamento de ar que passa pelo desvio desta mesma peça; 
• Bobinas de ignição – encontra-se integrada ao sistema de injeção de 
combustível, cujo o instante da produção da centelha é determinado por meio de um “mapa” 
que engloba as condições de carga e rotação do motor; 
• Luz indicadora de falha do painel de instrumentos – indica prováveis 
falhas no sistema elétrico dos atuadores ligados à UCE; 
 
 
36 
 
• Relé de potência – esse componente é controlado pela UCE e alimenta a 
bomba de combustível, resistência de aquecimento da sonda lambda, válvula injetora e 
bobinas de ignição. 
A figura 19 apresenta a ligação elétrica dos atuadores à UCE3. 
 
 
Figura 18: Esquema elétrico com a ligação dos atuadores à UCE do sistema G7. 
Fonte: Apostila Mecânica de automóveis do Instituto Universal Brasileiro, edição especial 3. 
 
2.13.2 SENSOR DE OXIGÊNIO OU SONDA LAMBDA 
 
Os carros fabricados depois de 1980 nos Estados Unidos e a partir de 1992 no Brasil 
possuem sensor oxigênio, denominado também como sonda lambda. O sensor oxigênio 
auxilia o motor a reduzir emissões de poluentes e faz com que essa máquina térmica 
funcione da forma mais eficiente possível. A sonda lambda se localiza no escapamento do 
carro (entre o catalisador e o coletor de escape). Aquela peça possui a finalidade de analisar 
a relação estequiométrica (a quantidade oxigênio presente na queima da mistura 
ar/combustível) e repassar essa informação ao módulo de controle eletrônico (UCE). Esse 
mecanismo é feito por meio de uma voltagem que é gerada pela reação química no próprio 
sensor, de forma que aquele módulo analise essa voltagem e providencie o ajuste 
necessário para produzir a menor quantidade possível de emissões de poluentes e fazer 
com que o motor funcione da forma eficiente30. Caso haja alguma falha com aquela peça, 
fica inviável para o computador avaliar a relação estequiométrica. Nesta situação o carro 
passa a apresentar um desempenho abaixo do normal, fator que gera um gasto excessivo 
de combustível30. 
A estrutura física da sonda lambda é caracterizada basicamente como um substrato 
cerâmico ativo constituído por óxido de zircônio ou titânio, coberto por uma fina capa de 
platina, que permite a passagem dos gases. Dois eletrodos são ligados a sonda para que 
 
 
37 
 
esta envie informações à UCE. O sensor se liga também a um tubo de proteção (com 
pequenas aberturas que possibilita a passagem do ar) e um terminal elétrico28. 
 A sonda lambda funciona da seguinte forma: ao entrar em contato com os gases 
resultantes da combustão interna do motor em funcionamento, e estes gases possuírem 
uma temperatura acima de 300°C, “a cerâmica passa a ser condutora para os íons dos 
átomos de oxigênio que estão em contato com os eletrodos e, se a concentração de 
oxigênio nestes gases (escape e ar) for diferente, será estabelecida uma corrente elétrica 
que permitirá recolher uma tensão nos terminais da sonda” (Instituto Universal Brasileiro, 
2008, edição especial n° 2, p. 18). Ou seja, a sonda compara a quantidade de oxigênio 
presente nos gases de escape com a do ar atmosférico, gerando nos eletrodos uma tensão 
de referência. Essa tensão varia de 0,2V a 0,8V para uma concentração de oxigênio 
satisfatória. Caso haja uma variação maior do que a dita anteriormente, a sonda apresenta 
indícios de que há falta de oxigênio na mistura estequiométrica (para a tensão gerada acima 
de 0,8V) e excesso de oxigênio (para uma tensão gerada com valor abaixo de 0,2V). 
Cabe ressaltar que a velocidade de reação da sonda lambda com relação às 
variações de oxigênio (no escapamento) fica próxima de 1 segundo para temperatura de 
300°C e 50 milisegundos para temperatura de 600°C. Este fato leva a constatação de que 
se o motor não está funcionando em sua temperatura ideal, “está frio”, a sonda demora até 
atingir a temperatura ideal de funcionamento (pode chegar até 3 minutos). Por esse motivo a 
sonda de oxigênio possui resistência que a aquece de forma rápida para que chegue a 
temperatura ideal de trabalho, 600°C28. 
 
 
Figura 19: Aparência real da sonda lambda 
Fonte: Elétrica car service e Apostila Mecânica de automóveis do Instituto Universal Brasileiro, edição 
especial 2. 
 
 
 
 
 
38 
 
A figura 20 demonstra os sensores e os atuadores ligados à UCE 
 
 
Figura 20: UCE recebe as informações dos sensores e as utiliza para controlar os atuadores 
Fonte: Apostila Mecânica de automóveis do Instituto Universal Brasileiro, edição especial 2. 
 
Os sistemas de injeção foram desenvolvidos com o intuito de propiciar uma mistura 
de ar + combustível homogênea de forma a manter a regularidade de funcionamento do 
motor com uma potência alta, baixo consumo de carburante e emissão de gases de 
poluentes ao meio ambiente. O carburador mesmo bem regulado, não atinge o desempenho 
desejado, justamente pelo fato de possuir muitas partes móveis e mecânicas. 
A injeção eletrônica é controlada pela UCE. Esta coordena a vazão de combustível 
das válvulas injetoras de cada cilindro e controla, também, a duração de cada injeção, por