MOTORES DE COMBUSTAO INTERNA

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
Mecânica dos Sólidos
Prof.: João Wanderley Rodrigues Pereira
Motores de combustão interna
Alunos: Mariane Cristina Lima de Souza
Mariane Lívia Gomes Gabriel
Natália Silva do Nascimento
Natal/RN
2015
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO..................................................................................................5
2 PROPOSTA PARA ESTUDO...........................................................................7
3 ESTADO DA ARTE..........................................................................................8
4 METODOLOGIA E MATERIAS......................................................................13
4.1 METODOLOGIA..................................................................................13
4.2 MATERAIS..........................................................................................13
5 ROTEIRO DE ESTUDO..................................................................................14
5.1 DEFINIÇÃO.........................................................................................14
5.2 TIPOS DE MOTORES TÉRMICOS........................................................14
5.2.1 Motores de combustão interna.................................................14
5.2.2 Motores de combustão externa................................................14
5.3 MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA...............................................14
5.3.1 Classificação..........................................................................15
5.3.2 Componentes.........................................................................16
5.3.2.1 Componentes fixos....................................................17
5.3.2.1.1 Bloco do motor.............................................17
5.3.2.1.2 Cabeçote.....................................................17
5.3.2.1.3 Cárter..........................................................17
5.3.2.1.4 Coletor de admissão.....................................18
5.3.2.1.5 Coletor de escape........................................18
5.3.2.2 Componentes móveis................................................18
5.3.2.2.1 Pistão/Anel..................................................18
5.3.2.2.2 Biela...........................................................18
5.3.2.2.3 Árvore de manivelas ou Virabrequim.............19
5.3.2.2.4 Válvulas......................................................19
5.3.2.2.5 Eixo comando de válvulas...........................19
5.3.2.2.5 Conjunto de acionamento de válvulas............20
5.4 TIPOS DE CICLO DE FUNCIONAMENTO.............................................20
5.4.1 Ciclo Carnot...........................................................................20
5.4.2 Ciclo Otto...............................................................................22
5.4.3 Ciclo Diesel............................................................................22
5.4.4 Ciclo misto.............................................................................23
5.5 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO......................................................24
5.5.1 Motor de 4 tempos..................................................................24
5.5.1.1 Motor Otto.................................................................24
5.5.1.2 Motor Diesel..............................................................27
5.5.2 Motor de 2 tempos..................................................................30
5.5.2.1 Motor Otto.................................................................31
5.5.2.2 Motor Diesel..............................................................32
5.6 PARÂMETROS DO MOTOR.................................................................34
	5.6.1 Ponto Morto Superior (PMS)....................................................34
	5.6.2 Ponto Morto Inferior (PMI).......................................................34
	5.6.3 Curso do êmbolo....................................................................34
		5.6.4 Tempo motor..........................................................................34
		5.6.5 Volume de admissão (Cilindridada)..........................................34
		5.6.6 Volume da câmara de combustão............................................35
		5.6.7 Taxa de compressão...............................................................35
6 CONCLUSÃO.................................................................................................35
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................36
1 INTRODUÇÃO
	Motores de combustão interna são um tipo de maquina térmica. Máquinas térmicas são dispositivos que operam entre ciclos que tem como objetivo a capacidade de converter a maior quantidade possível de calor em trabalho. Os motores automotivos operam através de diferentes ciclos. O ciclo da máquina térmica consiste em absorver uma determinada quantidade de calor na fonte quente, realizar trabalho e ceder calor para uma fonte fria no momento que retorna ao seu estado inicial. Operam com um fluido operante que determina o tipo de máquina térmica, que pode ser o vapor de água (maquina a vapor), ar e combustível (motor de combustão interna – ciclo Otto) e ar (motor de combustão interna – ciclo Diesel).
	As máquinas térmicas que operam através de combustão (reação química exotérmica entre uma substância, combustível, e um gás, geralmente oxigênio, para liberar calor) podem operar de duas formas, por combustão interna ou por combustão externa. O estudo apresentado irá abordar os motores de combustão interna, que são aqueles que produzem potência com o processo de combustão ocorrendo dentro do cilindro. Motores de combustão interna se baseiam no princípio da termodinâmica e nos conceitos de compressão e expansão de fluidos gasosos para gerar força e movimento rotativo.
	O primeiro motor de combustão interna foi criado e patenteado por Nikolaus August Otto, em 1866, aproximadamente, a partir de estudos realizados pelo engenheiro francês Alphonse Beau de Rochas, em 1862, que patenteou como seria o funcionamento de um motor, mas sem construir. Ao longo dos tempos, os motores de combustão interna sofreram diversas modificações em várias partes, como no tamanho do motor, peso, materiais, economia no consumo de combustível, combustíveis utilizados na mistura, eficiência, potência, quantidade de cilindros e posição dos cilindros, como serão abordados ao longo do desenvolvimento do estudo. 
	Existem vários tipos de motor de combustão interna, que são classificados quanto a propriedade do gás na admissão, ignição, movimento do pistão, ciclo de trabalho, número de cilindros, disposição dos cilindros e utilização. Além de te uma classificação mais geral, simples, que seria motores de êmbolo oscilante, motores de êmbolo rotativo e turbina a gás.
	Basicamente, um motor de combustão interna (MCI) é composto por peças fixas (bloco do motor, cabeçote e cárter) e peças móveis (pistão, biela, árvore de manivelas, válvulas, eixo comando de manivelas e conjunto de acionamento de válvulas), que serão detalhadas ao decorrer do trabalho, assim como seu princípio de funcionamento e os diferentes ciclos motores.
2 PROPOSTA PARA O ESTUDO
	Neste trabalho apresentamos uma proposta didática que procura abordar o tema Motores de combustão interna detalhadamente, e tem como objetivo analisar todo material concernente ao tema dado afim de oferecer melhor compreensão tanto para os leitores como para nós, alunos, que pesquisamos sobre. 
Tal conhecimento aqui explanado inicia na definição de motores, máquinas térmicas e os diferentes motores de combustão (externa e interna). Assim como também informações sobre os diversos tipos de motores, enfatizando a evolução ao longo dos anos e da história
Em seguida exploramos a classificação e os componentes dos motores de combustão interna, além dos diversos tipos de ciclos motores, falando dos principais e mais usadosna atualidade e dos seus princípios de funcionamento, bem como suas diferenças básicas. 
3 ESTADO DA ARTE 
Motores são máquinas destinadas a converter qualquer forma de energia em trabalho mecânico. Muito antes dos motores de combustão interna terem sido inventados, em 1712, o inglês Thomas Newcomen desenvolveu o primeiro motor a vapor, com sucesso, mas ainda era a combustão externa. E antes dele, em 1673, a mando do rei Louis XIV, da França, o físico alemão Christian Huygens desenvolveu o primeiro motor a combustão interna à pólvora, e tinha o objetivo de bombear mais de 3000 m³ de água para abastecer as fontes do palácio de Versailles.
Os motores de combustão interna são aparelhos instruídos a transformar diretamente energia térmica em energia mecânica, aqueles em que o combustível é queimado. São máquinas térmicas alternativas, destinadas ao suprimento de energia mecânica ou força motriz de acionamento.
Os movimentos alternativos (vai e vem) do pistão no interior do cilindro são transformados em movimento rotativo por meio da biela e da árvore de manivelas. Já os motores de tratores retêm um ou mais cilindros e um correspondente número de pistões e bielas. 
Figura 3.1 – Motor de combustão.
São classificados como:
a) Motores de êmbolo Oscilante: São motores em que o êmbolo é deslocado na trajetória retilínea de um ponto ao outro do cilindro. As peças podem operar a temperaturas muito baixas da temperatura do ciclo. Esse fator possibilita o uso de temperaturas cíclicas altas tornando possível alcançar alta eficiência.
Figura 3.2 – Motor de êmbolo oscilante.
b) Motores de êmbolo rotativo (Wankel): São motores que possuem uma membrana rotativa que é disposta de forma a variar o volume de trabalho de maneira semelhante à de um compressor do tipo palheta. A vantagem de possuir esse motor é ter uma relação alta com o volume de deslocamento sobre o volume total do motor, para obter maiores potências.
Figura 3.3 – Motor de êmbolo Rotativo.
c) Turbina a gás: São motores de combustão interna em que os produtos da combustão passam por meio dos expansores e palhetas da turbina. Esses motores de turbinas a gás são usualmente utilizados para propulsar aviões devido possuírem alta potência especifica.
Figura 3.4 – Turbina a gás.
Tudo começou no século XVIII e o combustível utilizado era a lenha, de custo baixo naquela época. Estes motores, muitas vezes, eram utilizados em máquinas estacionárias. Em meados dos séculos XIX apareceram os primeiros motores a combustão interna, a queima era realizada dentro do próprio motor e sua aparição remeteu interesse no mercado, sendo assim provou um rápido desenvolvimento mecânico. Esses novos motores possuíam versatilidade, eficiência, menor peso por cavalo vapor, funcionava com rapidez e era adaptado a vários tipos de máquinas.
O alemão Lenoir foi o criador do primeiro motor a combustão em 1860, tinha a potência de 1 cv, trabalhando com gás de iluminação. Otto e Langer, em 1861 conceberam um motor baseado no de Lenoir, que comprimia a mistura de ar e gás de iluminação, com ignição feita por uma centelha elétrica.
Foram publicados estudos, em 1862 pelo engenheiro francês Beau de Rochas com princípios termodinâmicos estruturados no motor de Otto. Visto que, esse era baseado no estudo de Rochas, desenvolveu um motor: o motor de ciclo de Otto apresentado em 1876. Com ignição feita por centelhas elétricas, estes motores utilizavam como combustível gás de carvão ou gasogênio.
No ano de 1889, foi aplicado pela primeira vez o motor de ciclo Otto em veículos, utilizando a gasolina como combustível. O engenheiro alemão Rudolf Diesel, em 1893 descreveu um novo motor, que Diesel denominou “motor térmico racional”, ficou conhecido por motor Diesel. As características básicas são:
a) Motores de ciclo Otto: O processo é realizado por meio de combustível de baixa volatilidade, como gasolina e o álcool. Para ignição necessitam de centelhas produzidas pelo sistema elétrico.
Figura 3.5 – Ciclo Otto.
b) Motores de ciclo Diesel: O processamento se dar pela utilização de combustível o óleo e o diesel. A inflamação injetada do combustível sob pressão na câmara de combustão ocorre pela compressão de ar resultante na elevação da temperatura.
Figura 3.6 – Ciclo Diesel.
	Atualmente existe uma demanda por MCI (Motores de Combustão Internos) mais eficientes e uma utilidade na perspectiva para área econômica e tecnológica, mas, sem esquecer da sustentabilidade e do meio ambiente. Assim, na grande parte dos países os índices de emissões veiculares são regulamentados, solicitando que os fabricantes de veículos acatem com os limites normalizados com a intenção de conquistar o direito de comercializar os veículos.
Nesse âmbito, da preocupação ambiental, a demanda de MCI mais econômico e com gases menos poluentes tem proporcionado pesquisas e estudos na busca de motores cada vez menores e mais eficientes. A tecnologia, nesse patamar, é empregada na melhoria do desempenho e eficiência dos motores, como: sistema de otimização do rendimento, por meio de variação no sincronismo de válvulas, sistemas de admissão com sobre alimentação e com geometria variável, aliados a sistemas eletrônicos de gerenciamento de controle, que melhoram a combustão em diversos regimentos de trabalho no motor.
Os avanços tecnológicos na área de MCI e combustíveis auxiliam na melhoria dos parâmetros de desempenho e eficiência. Segundo o autor Alkindas (2007) existem duas predisposições para melhoria do consumo, emissão e eficiência de motores do ciclo Otto: sistema de injeção direta de combustível com carga estratificada e sistemas homogêneos de carga com ignição por compressão. Esses possuem melhorias em consumo de combustível e diminuição de emissões associados aos sistemas de injeção de combustíveis convencionais.
	
4 METODOLOGIA E MATERIAS
4.1 METODOLOGIA
	A pesquisa realizada nesse estudo foi qualitativa, pois serve apenas para aprendizagem e maior conhecimento sobre o assunto, que será discutido em sala de aula, e não para formular hipóteses ou obter algum tipo de resultado. O método cientifico utilizado foi o dedutivo. 
Para atingir o objetivo do trabalho, primeiramente é abordado a definição de motor (geral), os tipos de motores, os motores térmicos e os motores de combustão, dispostos no capítulo 5.
Em segundo lugar, foi de cunho exploratório, para obter maior quantidade possível de informações sobre o tema, e bibliográfico, para realizar o estado da arte de forma a conhecermos melhor sobre o tema motores de combustão interna, destacando definição, características, classificação, princípio de funcionamento e os ciclos de funcionamento possíveis para tal, bem como suas diferenças, dispostos nos capítulos 3 e 5.
4.2 MATERIAIS
	A coleta de dados foi obtida de forma indireta, através de documentos e bibliografias, nos seguintes canais:
· Internet
· Artigos 
· Sites de internet
· Apostilas 
· Aulas 
· Livros 
	
5 ROTEIRO DO ESTUDO
5.1 DEFINIÇÃO
	Segundo Costa (2002), o motor é a fonte de energia de um automóvel. É um mecanismo que converte qualquer forma de energia (química, elétrica, hidráulica, heólica, solar, etc.) em energia mecânica, gerando movimento em uma máquina ou veículo. 
Os primeiros motores utilizavam a força humana, como tração animal, correntes de água, vento e vapor. Existem também motores elétricos, térmicos de combustão externa e combustão interna, de foguete, a ar comprimido e hibrido. 
5.2 TIPOS DE MOTORES TÉRMICOS
	Os motores térmicos são máquinas térmicas que convertem energia térmica (calor) em energia mecânica. Quanto ao tipo de combustão, são divididos em motores de combustão interna e motores de combustão externa. Entende-se por combustão a inflamação rápida da combinação do oxigênio com qualquer material combustível.
5.2.1 Motores de combustão interna 
	São máquinas térmicas motoras nas quais a energia química dos combustíveis (gasolina, álcool, diesel, gás, etc.) se transforma em energia química e esta em trabalho mecânico (rotação), onde o fluido do trabalho consiste nos produtosda combustão da mistura de ar e combustível.
5.2.2 Motores de combustão externa
	São máquinas térmicas motoras nas quais a energia química dos combustíveis se transforma em trabalho mecânico, mas o fluido de trabalho está separado da mistura ar e combustível, onde o calor dos produtos da combustão são transferidos a um fluido intermediário (ar, hidrogênio, vapor d’água, etv.) através das paredes de um reservatório ou caldeira.
5.3 MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA
	São baseados no princípio que os gases expandem quando aquecidos. Nos motores de combustão interna, a transformação de energia térmica resultante da queima ou da explosão de uma mistura de ar-combustível é feita no interior de um dos órgãos da máquina, a câmara de combustão.
5.3.1 Classificação 
	Os motores de combustão interna (MCI) são classificados de acordo com os itens abaixo:
a) Quanto a propriedade do gás na admissão
- Ar (Diesel)
- Mistura ar-combustível (Otto)
b) Quanto a ignição
- Ignição por centelha (ICE)
- Ignição por compressão (ICO)
c) Quanto ao movimento do pistão
- Alternativo (Otto, Diesel)
- Rotativo (Wankel, Quasiturbine)
d) Quanto ao ciclo de trabalho
- 2 tempos
- 4 tempos 
e) Quanto ao número de cilindros
- Monocilíndricos 
- Poli cilíndricos 
f) Quanto a disposição de cilindros
- Em linha 
- Opostos – boxer
- Em V
- Estrela – radial
g) Quanto a utilização
- Estacionários: destinados ao acionamento de máquinas estacionárias, geradores, máquinas de solda, bombas ou outras máquinas que operam em rotação constante.
- Industriais: destinados ao acionamento de máquinas de construção civil, como tratores, carregadores, guindastes ou compressores de ar, acionamento de sistemas hidrostáticos e outras aplicações onde se exijam características especiais específicas do acionador.
- Veiculares: destinados ao acionamento de veículos de transporte em geral, caminhões e ônibus.
- Marítimos: destinados à propulsão de barcos e máquinas de uso naval. 
	Ainda podem ser classificados segundo os sistemas que os compõe:
a) Admissão de combustível
- Motores com carburação (Otto)
- Motores com injeção (Otto, Diesel)
b) Refrigeração
- Ar (natural ou forçada)
- Água (termo-sifão, forçada)
c) Ignição
- Magneto
- Bateria
d) Disposição das válvulas
- Em I, L, T, F
e) Disposição do comando de válvulas
- No bloco
- No cabeçote
	Ou uma classificação geral:
	Motores de êmbolo oscilante – motores em que o êmbolo se desloca numa trajetória retilínea de um ponto a outro do cilindro.
	Motores de êmbolo rotativo (Wankel) – motores nos quais um membro rotativo é disposto de forma a variar o volume de trabalho de maneira análoga à de um compressor do tipo palheta.
	Turbina a gás – motores de combustão interna em que os produtos da combustão passam através dos expansores e palhetas da turbina provocando o movimento de rotação.
5.3.2 Componentes
	Vamos definir e explicar as principais funções dos componentes básicos do motor, que podem ser agrupados como se segue, em componentes fixos e componentes móveis.
5.3.2.1 Componentes fixos
· Bloco do motor
· Cabeçote 
· Cárter 
· Coletor de admissão
· Coletor de escape
5.3.2.1.1 Bloco do motor
	É o motor propriamente dito. A maior parte do motor que sustenta todas as outras partes. No qual estão localizados os cilindros, geralmente em linha nos motores de tratores de rodas.
5.3.2.1.2 Cabeçote
	Serve como tampa para os cilindros, sendo unidos por parafusos. Entre o bloco e o cabeçote existe uma junta de vedação. Abriga alguns componentes móveis, como as válvulas, os balancims, os bicos injetores, as velas de ignição, os coletores de admissão e escape e a árvore de manivelas.
5.3.2.1.3 Cárter
	Tampa inferior do bloco, que tem a função de proteger os componentes inferiores do motor, e depositar o óleo lubrificante. 
Figura 5.1 – Componentes fixos.
5.3.2.1.4 Coletor de admissão
	Responsável por receber e distribuir para os cilindros o ar (Ciclo Diesel) ou a mistura (Ciclo Otto) aspirado pelo pistão, através do filtro de ar.
5.3.2.1.5 Coletor de escape
	Responsável por receber os gases para lança-los à atmosfera através do tudo de escape. 
5.3.2.2 Componentes móveis
· Pistão/Anel
· Biela
· Árvore de manivelas
· Válvulas 
· Eixo comando de manivelas
· Conjunto de acionamento das válvulas
5.3.2.2.1 Pistão/Anel 
É a parte móvel da câmara de combustão, que se movimenta dentro dos cilindros. Por isso fica submetido a altas temperaturas e também a esforços mecânicos devido à pressão dos gases. Recebe a força de expansão dos gases queimados, transmitindo-a a biela por intermédio de um pino de aço (pino do pistão). 
Os anéis compensam a folga existente entre o pistão e o cilindro, dando a vedação necessária para uma boa compressão do motor e um melhor rendimento térmico.
5.3.2.2.2 Biela 
	Braço de ligação entre o pistão e a árvore de manivelas. Recebe o impulso do pistão e transmite para a árvore de manivelas. Divide-se em três partes: cabeça, corpo e pé. O conjunto mostrado na figura 1.2 transforma o movimento retilíneo alternado do pistão em movimento rotativo da árvore de manivelas.
Figura 5.2 – Componentes móveis 1.
5.3.2.2.3 Árvore de manivelas ou Virabrequim
	Eixo motor propriamente dito, o qual na maioria das vezes é instalado na parte inferior do bloco, recebendo ainda as bielas que lhe imprimem movimento. 
5.3.2.2.4 Válvulas 
	Válvulas de admissão: tem a finalidade de permitir a entrada de ar (Ciclo Diesel) ou mistura de ar-combustível (Ciclo Otto) no interior do cilindro.
	Válvulas de escape: tem a finalidade de permitir a saída dos gases queimados.
5.3.2.2.5 Eixo comando de manivelas
	Eixo que abre as válvulas de admissão e escape, respectivamente, nos tempos de admissão e escapamento. É acionado pela árvore de manivelas, através de engrenagem ou corrente, ou ainda corrente dentada.
Figura 5.3 – Componentes móveis 2.	
5.3.2.2.6 Conjunto de acionamento das válvulas
	O eixo de comando de manivelas apresenta vários ressaltos que elevam o conjunto: tucho, haste e balancim. O tucho e a haste interligam o balancim, que se apoia diretamente na válvula. Há um conjunto destes para cada ressalto, ou seja, para cada válvula, tanto de admissão quanto de escape.
	No momento em que o eixo comando de válvulas gira, o ressalto aciona o tucho, que move a haste, fazendo com que o balancim transmita o movimento à válvula, abrindo-a.
Figura 5.4 – Conjunto de acionamento de válvulas.
5.4 TIPOS DE CICLO DE FUNCIONAMENTO
As máquinas térmicas são dispositivos que convertem calor em trabalho e diferem entre si no emprego e nos ciclos que realizam. Os ciclos termodinâmicos podem ser definidos como a sequência repetitiva de transformações físicas produzidas por um sistema a fim de se realizar trabalho sobre o sistema ou de se obter trabalho do sistema. Estes ciclos são a base do funcionamento dos motores e cada tipo de motor, por exemplo, tem um processo diferenciado para que se obtenha trabalho do sistema. 	
5.4.1 Ciclo Carnot
O ciclo de Carnot, proposto pelo engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi Carnot, pode ser representado por uma sequência de transformações gasosas, onde uma máquina térmica tem o seu rendimento máximo operando em ciclos, diante de duas fontes térmicas. Carnot mostrou que quanto maior a temperatura da fonte quente, maior seria seu rendimento para uma substância que se comportasse como um gás ideal.
O ciclo de Carnot é um ciclo reversível e constituído por duas transformações isotérmicas: uma para a temperatura T1 da fonte quente, onde ocorre o processo de expansão, e a outra temperatura T2 referente a fonte fria, onde ocorre o processo de compressão, e cada uma dessas transformações é intercalada com duas transformações adiabáticas.
Figura 5.5 – Diagrama pV do Ciclo de Carnot (Daniel Schulz, 2009).
Assim temos que os processos são:
a) Expansão isotérmica AB, onde o gás retira energia térmica da fonte quente;
b) Expansão adiabática BC, onde o gás não troca calor;
c) Compressão isotérmica CD, onde o gás rejeita energia térmica para a fonte fria;
d) Compressão adiabática DA, onde o gás não troca calor.
As máquinastérmicas que utilizam esse tipo de ciclo são consideradas máquinas térmicas ideais, pois seu rendimento é o maior dentre as demais máquinas e chega próximo a 100%. O teorema de Carnot divide-se em duas partes:
1) A máquina de Carnot (todas aquelas que operam segundo o ciclo de Carnot) tem rendimento maior que qualquer outro tipo de máquina, operando entre as mesmas fontes (mesmas temperaturas);
2) Todas as máquinas de Carnot têm o mesmo rendimento, desde que operem com as mesmas fontes (mesmas temperaturas).
Por representar o ciclo mais básico da termodinâmica, a máquina de Carnot é utilizada apenas como um comparativo, que mostra se uma máquina térmica tem ou não um bom rendimento.
5.4.2 Ciclo Otto
A máquina desenvolvida por Nikolaus August Otto, além de ser conhecida por motor Otto, teve o ciclo termodinâmico usado por ele também chamado de Ciclo de Otto. O motor a combustão interna ciclo Otto é uma máquina que trabalha com os princípios da termodinâmica e com os conceitos de compressão e expansão de fluidos gasosos para gerar força e movimento rotativo. Basicamente esse ciclo é constituído por quatro processos:
· AB – Processo de Compressão Adiabática;
· BC – Processo de Aquecimento Isométrico de Calor;
· CD – Processo de Expansão Adiabática;
· DA – Processo de Rejeição Isométrica de Calor.
Figura 5.6 – Diagrama pV do ciclo de Otto (Daniel Schulz, 2009).
5.4.3 Ciclo Diesel
O ciclo Diesel foi desenvolvido por Rudolph Diesel que criou o motor com combustão causada pela compressão da mistura de ar e combustível (sem faísca). Isso ocorre porque nesse tipo de motor não existe a vela (o dispositivo que causa a faísca), ao contrário dos motores movidos a gasolina, por exemplo.
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 transformação isobárica, onde a máquina recebe calor. Durante a mudança deste para o próximo estado, ocorre uma expansão adiabática. Finalmente, ocorre uma transformação isocórica, onde a máquina perde calor e a partir daí, reinicia-se o ciclo.
Figura 5.7 – Diagrama pV do ciclo Diesel (Daniel Schulz, 2009).
No diagrama p-V do ciclo de Diesel acima, Qp é o calor recebido e Qo é o calor perdido para o meio. Cabe ressaltar que os pontos numerados 1, 2, 3 e 4 são os estados do sistema termodinâmico.
5.4.4 Ciclo misto 
O ciclo misto ou Sabathé, também chamado de dupla combustão ou pressão limitada ou mista ou, é um ciclo termodinâmico de referência para os motores de combustão interna em que a combustão ocorre, em parte, à pressão constante e em parte a volume constante. As condições reais de funcionamento dos motores de combustão interna apresentam diferenças notáveis em relação aos ciclos Otto e Diesel. 
Para os motores diesel, o processo de combustão se aproxima de uma transformação a pressão constante somente no caso de motores excepcionalmente grandes e lentos. Podemos afirmar que nos motores de faísca e diesel parte da combustão se verifica a volume constante e parte à pressão constante, principalmente quando a combustão eficiente obriga a introdução muito antecipada do combustível, sendo os ciclos Otto e Diesel um caso particular do ciclo misto.
Figura 5.8 – Diagrama pV do ciclo misto.
5.5 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO	
5.5.1 Motor de 4 tempos
	O ciclo de trabalho de um motor de quatro tempos compreende duas voltas (720º) na árvore de manivelas ou quatro cursos completos no êmbolo. Os cursos envolvidos são: admissão, compressão, expansão e exaustão.
5.5.1.1 Motor Otto
A construção de Otto confirmou a hipótese de que a fase de compressão seria responsável pelo aumento da potência do motor e obteve grande aceitação por ter uma eficiência maior e ser mais silencioso que os modelos concorrentes. É um motor com ignição por centelha (faíscas), produzida pela vela de ignição. Utiliza a energia elétrica para dar início à reação de combustão. 
Basicamente os motores são constituídos de cilindros com pistões móveis e um virabrequim ou eixo que transmite o movimento dos pistões para as rodas. O motor é fabricado com ligas de metais capazes de suportar altas temperaturas sem se fundirem e com a propriedade de transmitirem facilmente o calor gerado pelo atrito entre as peças e a explosão para o ambiente.
Figura 5.9 – Descrição dos Componentes do Motor Otto.
Dentre os elementos que compõe o motor, destacasse necessários ao funcionamento as válvulas (que controlam a entrada e saída de ar ou produto da explosão), a vela de ignição que emite a faísca que dá início à explosão e no interior do motor o virabrequim que controla várias funções do motor como o acionamento das válvulas, a sincronia dos pistões e a transmissão de energia mecânica para a caixa de câmbio. Esses motores são mais comumente usados com os combustíveis de gasolina e álcool, que são misturados ao ar fora da câmara de combustão.
A seguir, temos o funcionamento de um motor Otto de 4 tempos para cada ciclo de funcionamento:
1) Admissão: Nessa etapa a válvula de admissão permite a entrada, na câmara de combustão, de uma mistura de ar e combustível enquanto o pistão se move de forma a aumentar o espaço no interior da câmara, ou seja, o combustível é misturado com o ar fora da câmara de combustão.
Figura 5.10 – 1º Tempo: Admissão.
2) Compressão: Nesta o pistão se move de forma a comprimir a mistura, fazendo seu volume diminuir. Aqui ocorre uma compressão adiabática e em seguida a máquina térmica recebe calor numa transformação isocórica.
Figura 5.11 – 2º Tempo: Combustão.
3) Explosão: Quando o pistão atinge o ponto de compressão máximo, uma faísca elétrica provocada pela vela de ignição provoca a explosão da mistura ocasionando sua expansão, o que faz com que o pistão seja empurrado para baixo. 
Figura 5.12 – 3º Tempo: Explosão.
4) Exaustão: Esta etapa ocorre quando a válvula de saída abre e permite a exaustão do gás queimado na explosão. A expansão adiabática leva a máquina ao próximo estado, onde ela perde calor e retorna ao seu estado inicial, onde o ciclo se reinicia.
Figura 5.13 – 4º Tempo: Exaustão.
Assim, levando em consideração os 4 tempos, temos o seguinte gráfico para o ciclo de Otto:
Figura 5.14 – Gráfico Real do Ciclo Otto (Daniel Schulz, 2009).
Figura 5.15 – Valores de pressão e temperatura em cada tempo.
Como um motor desse tipo não tem fontes quentes e frias explícitas, podemos dizer que a fonte quente resulta do calor gerado na explosão do combustível enquanto a fria da substituição de uma fração do fluido de combustível quente e queimado por outra fria, a ser queimada e explodida.
5.5.1.2 Motor Diesel
Este motor, inventado pelo engenheiro alemão Rudolf Diesel, é, do ponto de vista estrutural, igual ao motor a gasolina. É um motor com ignição por compressão, pois não possui vela, então utiliza o aumento da temperatura, devido a compressão da massa de ar admitida, para dar início à reação de combustão. Os motores do ciclo diesel de quatro tempos admitem somente ar. Assim, o ar, que entra na câmara de combustão na fase de admissão, é submetido a uma elevada compressão, seguindo-se a entrada de combustível, que inflama, ao entrar em contato com o ar quente comprimido.
Figura 5.16 – Ilustração do motor Diesel.
Durante seu funcionamento, o motor Diesel apresenta as seguintes fases:
1) Admissão: Nesta fase, o pistão desce, estando a válvula de admissão aberta e a de escape fechada. Ao descer, o pistão cria uma depressão no cilindro e o ar é então forçado pela pressão atmosférica a entrar no cilindro, passando pelo filtro de ar e pela tubulação de admissão. A quantidade de ar admitida é sempre a mesma, qualquer que seja a potência que estiver sendo utilizada ou a posição do acelerador. 
Figura 5.17 – Admissão.
2) Compressão: Quando as válvulas de admissão e de escape estão fechadas, o ar admitido na fase de admissão é comprimido até ocupar o volume da câmara de combustão. Devido à compressão, o ar se aquece e no final da compressão, o bico injetor injeta, finamente pulverizado, o óleo diesel no interiorda câmara de combustão. 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. 
Figura 5.18 – Compressão.
3) Combustão: O pistão desce, acionado pela força de expansão dos gases queimados, estando as válvulas de admissão e de escape fechadas. A força de expansão dos gases queimados é transmitida pelo pistão à biela e desta ao virabrequim, provocando assim o movimento de rotação do motor. A expansão é o único tempo que produz energia, sendo que os outros três tempos consomem uma parte dessa energia. A energia produzida é acumulada pelas massas do virabrequim e do volante.
Figura 5.19 – Combustão.
4) Exaustão: O pistão sobe, estando a válvula de escape aberta e a de admissão fechada, fazendo com que os gases queimados sejam expulsos através da passagem dada pela válvula e escape, quando então, reinicia-se processo.
Figura 5.20 – Exaustão.
É importante ressaltar que no motor a gasolina o combustível entra na câmara durante a admissão do ar, o que provoca perdas na taxa de compressão do motor. Já no sistema diesel, somente o ar é aspirado na admissão e o combustível é injetado quando o motor atinge máxima compressão do ar ocasionando assim a explosão da mistura.
Além disso, o diesel apresenta algumas características importantes em relação a gasolina, como o fato de ter maior viscosidade que a gasolina faz com que ele apresente um maior tempo de evaporação, já que é necessária mais energia térmica para romper a ligação das moléculas. Outra característica interessante é a de que o diesel tem cadeias de carbono mais longas do que a gasolina, enquanto o diesel tem moléculas tipo C14H30, a gasolina possui C9H20. Esse é um dos fatores que contribui para o preço do óleo diesel ser mais barato de se produzir, já que ele necessita de menor refino do petróleo que a gasolina. Finalmente, a densidade energética do diesel é maior, sendo assim, para cada 3,785 litros de diesel pode-se obter 155 milhões de joules, enquanto para a mesma quantidade de gasolina a taxa energética cai para 132 milhões de joules. Esses dados refletem no aproveitamento do combustível durante o consumo: os motores a diesel tendem a ser mais econômicos que os motores a gasolina quando empregados no mesmo veículo.
5.5.2 Motor de 2 tempos
Os motores de 2 tempos realizam o ciclo em dois cursos e cada ciclo é equivalente a uma volta (360º) na árvore de manivelas. Estes motores são menores do que os motores de 4 tempos de mesma potência e velocidade. No entanto, como a admissão de combustível é feita simultaneamente com a exaustão dos gases de combustão, suas emissões são mais elevadas. Por isso, os motores de 2 tempos não são mais utilizados em automóveis. Devido às questões de emissões, os motores de 4 tempos dominam praticamente todo o mercado de geração de energia elétrica.
Contudo, grandes motores de 2 tempos ainda são utilizados na propulsão de navios onde sua baixa rotação é ideal para acoplamento direto com as hélices. E ainda podem ser encontrados em geração de energia em regiões onde a questão das emissões ainda não está sendo considerada.
5.5.2.1 Motor Otto
O motor de 2 tempos funciona com uma explosão a cada revolução do eixo, enquanto o motor de 4 tempos funciona com uma explosão a cada duas voltas do eixo. Estes motores não possuem válvulas, mas sim orifícios ou fendas nas paredes do cilindro Motor. O princípio de funcionamento é basicamente o mesmo utilizado para o motor de 4 tempos.
Figura 5.21 – Motor Otto de 2 tempos (Antônio Guilherme, 2014).
O funcionamento pode ser explicado da seguinte forma:
1) 1º tempo - curso de descida do pistão: Quando ocorre a ignição, a mistura, gasolina e ar, explode e expande-se, empurrando o êmbolo para baixo. Depois do pistão fechar o orifício de entrada, exerce uma compressão no cárter da mistura que foi aspirada no cilindro. Quando se dirige para o fim do curso de descida, o pistão abre o orifício de escape, pelo qual os produtos da combustão são expelidos para o exterior devido à diferença de pressão no interior do cilindro e na atmosfera. Simultaneamente, ou com um pequeno atraso em relação à abertura do orifício de escape, o pistão abre o orifício t de passagem: a nova mistura comprimida no cárter passa para o cilindro e permite o escape dos gases residuais (lavagem) e enche o cilindro.
2) 2º tempo - curso de subida do pistão: O pistão, ao subir, fecha primeiramente o orifício de passagem da mistura do cárter, e a seguir o de escape. A mistura que ainda se conserva no cárter expande-se e a pressão diminui. Quando o pistão abre o orifício de entrada da mistura, a mistura fresca doseada pelo carburador passa para o cárter devido à depressão criada pelo movimento de subida do pistão, assim, a pressão no cárter aumenta. O pistão sobe, fechando a saída de escape e comprimindo a mistura. Consequentemente, a vela acende uma faísca e repete-se o ciclo.
5.5.2.1 Motor Diesel
Num motor Diesel de 2 tempos a admissão e o escape ocorrem ao mesmo tempo da compressão e expansão e a parede do cilindro contém uma fileira de janelas de admissão de ar. 
O funcionamento acontece como se segue:
No 1º tempo, o pistão está em seu movimento descendente, e descobre as janelas de admissão, dando entrada ao ar, que está sendo empurrado por um soprador. O ar que entra expulsa os gases queimados, que sairão através da passagem aberta pelas válvulas de escape. O fluxo de ar em direção às válvulas de escape causa um efeito de limpeza, deixando o cilindro cheio de ar limpo, por isso, é muitas vezes esse processo é chamado de “lavagem”. 
Figura 5.22 – 1º Tempo.
No 2º tempo, o pistão está em seu movimento ascendente e cobre as janelas de admissão (fechando-as) ao mesmo tempo em que as válvulas de escape fecham-se, consequentemente o ar limpo admitido é submetido à compressão.
Figura 5.23 – 2º Tempo.
Um pouco antes de o pistão alcançar sua posição mais alta, uma certa quantidade de óleo diesel é atomizada na câmara de combustível pela unidade injetora de combustível. O intenso calor, causado pela alta compressão do ar, inflama imediatamente o combustível atomizado no cilindro.
A pressão resultante força o pistão para baixo, no curso de expansão. Por isso, as válvulas de escape vão se abrir quando o pistão estiver na metade do curso descendente, permitindo que os gases queimados saiam pelo coletor de escapamento. Quando o pistão, em seu curso descendente, descobre as janelas de admissão, o cilindro é novamente “lavado” pelo ar limpo.
O ciclo completo de combustão é concluído em cada cilindro durante cada volta do virabrequim, ou em outras palavras, em 2 tempos.
5.6 PARÂMETROS DO MOTOR
5.6.1 Ponto Morto Superior (PMS)
	Posição extrema do pistão na parte superior do cilindro. Caracteriza o mínimo volume do cilindro.
5.6.2 Ponto Morto Inferior (PMI)
	Posição extrema do pistão na parte inferior do cilindro. Caracteriza o máximo volume do cilindro.
Figura 5.24 – PMS e PMI.
5.6.3 Curso do êmbolo
	É a distância percorrida entre o Ponto Morto Superior e ponto morto inferior.
5.6.4 Tempo motor
	É o deslocamento do êmbolo do Ponto Morto Superior ao Ponto Morto superior decorrente da combustão e da expansão dos gases na combustão.
5.6.5 Volume de admissão (Cilindradas)
	É o volume compreendido entre o Ponto Morto Superior e o Ponto Morto Inferior. É indicada em centímetros cúbicos (cm³) e tem a seguinte fórmula:
5.6.6 Volume da câmara de combustão
	É o volume ocupado pela mistura combustível/ar quando o pistão encontra-se no Ponto Morto Superior.
5.6.7 Taxa de compressão
	É a relação volumétrica no cilindro antes e depois da compressão. É definida pela seguinte fórmula:
6 CONCLUSÃO
	Os motores de combustão interna (MCI) utilizam o mesmo princípio de funcionamento desde sua concepção e primeiros protótipos: mistura entre ar, combustível e uma fonte de ignição. São máquinas térmicas que cumprem satisfatoriamente a função básica de servir como energia motriz de diversos combustíveis,apresentando variações de dimensões, ciclos de trabalho e características de projeto.
	Os motores de combustão interna alternativos (ciclos Otto e Diesel) possuem uma vantagem fundamental em relação a instalação a vapor ou turbina a gás, todas as peças podem trabalhar a temperaturas bem abaixo da temperatura máxima cíclica. Como também, ausência de trocadores de calor no circuito do fluido de trabalho, tal como a caldeira e condensador de um instalador a vapor, o que conduz a simplificação mecânica e elimina a perda inerente ao processo de transmissão de calor através de um trocador de área finita.
Possuem fácil manutenção, um tamanho pequeno, arranque rápido e trabalho em rotações relativamente baixas. Porém são máquinas que apresentam baixa eficiência quando comparadas a máquinas elétricas, por exemplo, e não possibilitam a utilização de combustíveis sólidos, ou até mesmo o elevado número de peças. 
	O motor ciclo Otto é o motor de combustão interna no qual a mistura (gasolina/ar ou álcool/ar) se inflama através de uma centelha elétrica, ocasionando a queima da mistura e a expansão dos gases. Assim, a principal característica dos motores a gasolina ou álcool é possuir baixo peso por potência. Além de fornecer acelerações rápidas e trabalhar com altas velocidades.
No motor ciclo Diesel, somente o ar é comprimido, sendo o combustível injetado no interior de cilindro, quando a compressão do ar está próxima ao seu ponto máximo. Logo, são usados na propulsão de veículos pesados, tais como navios, locomotivas, tratores, grandes caminhões, automóveis, ônibus, lanchas e outros tipos de embarcações.
Em relação a sustentabilidade e meio ambiente, cada vez mais tem sido apontado e demandado fontes de energia mais eficientes e menos poluentes. Na medida em que se otimizam o rendimento de MCI, otimizam-se também o aproveitamento de combustíveis. Dessa forma, o desenvolvimento tecnológico aplicado nos MCIs têm mostrado a tendência a utilizar motores cada vez menores e mais eficientes, onde ao se melhorarem os índices de rendimento, melhoram-se também o consumo de combustível e as emissões de gases poluentes ao meio ambiente.
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