Princípio do Funcionamento de Motores a Combustão Interna e Externa

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Princípio de Funcionamento de Motores de Combustão Interna e Externa
28 de março de 2023
Princípio de Funcionamento de Motores de Combustão Interna e Externa
Princípio de Funcionamento de Motores de Combustão Interna e Externa
Alunos:
Maycon Silva
Henrique Marques
Nicolas Oliveira
Gabriel Zacchi
Movimento Mecânico e Máquinas Simples
Professor: João Pierre
O que é um Motor?
Um motor é um dispositivo que converte energia em movimento. Ele é um componente fundamental em muitos sistemas e máquinas que requerem energia mecânica para funcionar. Existem vários tipos diferentes de motores, cada um projetado para uma aplicação específica.
Os motores podem ser movidos por combustível, eletricidade, ar comprimido ou outros meios de energia. Eles operam através da transformação da energia em uma forma utilizável de movimento mecânico, que pode ser transmitido a uma variedade de dispositivos e equipamentos.
Os motores são encontrados em uma ampla gama de aplicações, desde carros e aviões até máquinas industriais e eletrodomésticos. Eles são cruciais para a economia moderna e desempenham um papel vital em quase todos os setores da sociedade. 
Quais são os tipos de Motores?
Existem vários tipos diferentes de motores, cada um projetado para uma aplicação específica. Abaixo estão alguns dos tipos mais comuns de motores:
Motor de combustão interna: é um motor que usa combustível para gerar energia. Eles são comumente usados em automóveis, motocicletas, barcos e aeronaves.
Motor elétrico: é um motor que converte energia elétrica em energia mecânica. Eles são amplamente usados em máquinas e equipamentos elétricos, como ventiladores, bombas, compressores e ferramentas elétricas.
Motor a vapor: é um motor que usa vapor de água para gerar energia. Eles são comumente usados em locomotivas a vapor e em algumas máquinas industriais.
Motor a diesel: é um motor que usa diesel como combustível. Eles são comumente usados em caminhões, ônibus, locomotivas, geradores de energia e em alguns veículos comerciais.
Motor a gasolina: é um motor que usa gasolina como combustível. Eles são comumente usados em automóveis, motocicletas e barcos.
Motor de combustão externa: é um motor que usa uma fonte de calor externa para gerar energia. Exemplos incluem motores a ar quente e motores Stirling.
Motor hidráulico: é um motor que usa pressão hidráulica para gerar energia. Eles são comumente usados em equipamentos pesados, como guindastes, escavadeiras e guinchos.
Esses são apenas alguns exemplos de tipos de motores existentes. Há muitos outros tipos de motores que podem ser usados em diversas aplicações e setores.
Motores de Combustão Interna
Um motor de combustão interna é um tipo de motor que usa a combustão do combustível para gerar energia. O processo começa com a injeção de combustível em um cilindro dentro do motor. Em seguida, uma vela de ignição acende o combustível, criando uma explosão que empurra um pistão para baixo dentro do cilindro.
Esse movimento do pistão é convertido em energia mecânica, que é usada para mover as rodas de um veículo ou para acionar outros equipamentos. O processo de combustão e movimento do pistão ocorre várias vezes por segundo em um motor de combustão interna.
Existem dois tipos principais de motores de combustão interna: motores de ciclo Otto e motores de ciclo Diesel. O ciclo Otto é usado em motores a gasolina, enquanto o ciclo Diesel é usado em motores a diesel. Ambos os ciclos funcionam de maneira semelhante, mas há diferenças no processo de combustão e no tipo de combustível usado.
Em um motor de ciclo Otto, o combustível é misturado com ar antes de entrar no cilindro. A mistura é então comprimida pelo pistão antes da ignição, criando a explosão que empurra o pistão para baixo. Em um motor de ciclo Diesel, o ar é comprimido dentro do cilindro antes da injeção de combustível, o que provoca a combustão.
Em ambos os tipos de motores, a energia gerada pela combustão é convertida em movimento mecânico através do pistão e do eixo de manivela, que converte o movimento linear do pistão em um movimento rotativo que pode ser usado para alimentar um veículo ou outra máquina.
Como Funciona um Motor de Ciclo Otto?
Criado por Nikolaus Otto em 1876, o motor de ciclo Otto é um tipo de motor de combustão interna que funciona seguindo quatro etapas principais: admissão, compressão, combustão e exaustão. Essas quatro etapas são conhecidas como ciclo Otto e ocorrem em sequência para cada cilindro do motor.
Aqui está como funciona cada uma dessas quatro etapas em um motor de ciclo Otto:
1. Admissão: Durante a primeira etapa do ciclo Otto, uma mistura de ar e combustível é admitida no cilindro através de uma válvula de admissão que se abre para permitir a entrada da mistura. Em seguida, a válvula se fecha para manter a mistura dentro do cilindro.
2. Compressão: O pistão começa a se mover para cima dentro do cilindro, comprimindo a mistura de ar e combustível. Isso aumenta a temperatura e a pressão dentro do cilindro, preparando a mistura para a próxima etapa.
3. Combustão: Quando a mistura de ar e combustível é comprimida, uma vela de ignição dispara uma faísca, que inflama a mistura de ar e combustível. A combustão resultante produz uma grande quantidade de energia térmica, o que empurra o pistão para baixo com força.
4. Exaustão: Quando o pistão se move para baixo, ele aciona um eixo de manivela que converte o movimento linear do pistão em um movimento rotativo. Isso movimenta as rodas do veículo ou aciona outro tipo de equipamento. Em seguida, uma válvula de escape se abre para permitir que os gases de escape sejam liberados do cilindro, preparando-o para a próxima etapa do ciclo.
Figura 1 Fonte: Hangar MMA
Essas quatro etapas são repetidas várias vezes por segundo em cada cilindro do motor de ciclo Otto, criando a energia mecânica que é usada para movimentar o veículo ou outra máquina, por isso esse motor é conhecido como “Motor 4 Tempos”.
Como Funciona um Motor de 2 Tempos?
Um motor dois tempos é um tipo de motor de combustão interna que funciona de maneira diferente de um motor de ciclo Otto. A principal diferença entre eles é que um motor dois tempos realiza o ciclo completo em apenas duas etapas, enquanto um motor de ciclo Otto realiza o ciclo completo em quatro etapas.
Aqui está como funciona um motor dois tempos:
1. Admissão e compressão: A mistura de ar e combustível é admitida no cilindro enquanto o pistão se move para cima. Quando o pistão se move para cima, ele comprime a mistura de ar e combustível dentro do cilindro.
2. Combustão e exaustão: Quando a mistura de ar e combustível é comprimida, uma vela de ignição dispara uma faísca, que inflama a mistura. Isso produz uma grande quantidade de energia térmica, que empurra o pistão para baixo com força. Ao mesmo tempo, a exaustão dos gases do cilindro ocorre através de uma abertura no fundo do cilindro, que é aberta pela posição do pistão.
No motor dois tempos, o ciclo completo é realizado em apenas uma volta do eixo de manivela (360°), enquanto no motor de ciclo Otto, o ciclo completo é realizado em duas voltas do mesmo (720°).
Figura 2 Fonte: Motonline
Como o motor dois tempos realiza o ciclo completo em apenas duas etapas, ele é mais simples, mais leve e tem menos partes móveis do que um motor de ciclo Otto. No entanto, ele também é menos eficiente em termos de consumo de combustível e emissão de poluentes, uma vez que parte da mistura de ar e combustível é perdida através da exaustão não-queimada.
Os motores dois tempos são comumente encontrados em motocicletas, motosserras, cortadores de grama e outros equipamentos de jardinagem e recreação, enquanto os motores de ciclo Otto são usados em carros, caminhões e outros veículos de transporte.
Como Funciona um Motor de Ciclo Wankel?
O motor Wankel, também conhecido como motor rotativo, é um tipo de motor de combustão interna que utiliza um rotor triangular para criar uma rotação contínua em vez de pistões que se movem para cima e para baixo como em um motor convencional.
Aqui está como funcionaum motor Wankel:
1. Admissão: O rotor gira em torno de um eixo excêntrico dentro de uma câmara de combustão. À medida que o rotor se move, ele cria um volume de câmara de combustão variável, permitindo que a mistura de ar e combustível entre na câmara.
2. Compressão: À medida que o rotor gira, ele comprime a mistura de ar e combustível em uma área mais estreita da câmara de combustão.
3. Combustão: Quando a mistura de ar e combustível é comprimida, uma vela de ignição dispara uma faísca, que inflama a mistura. Isso produz uma grande quantidade de energia térmica, que empurra o rotor para frente.
4. Exaustão: À medida que o rotor continua a girar, ele passa por uma abertura de escape, liberando os gases de escape da câmara de combustão.
Figura 3 Fonte: Auto&Técnica
O motor Wankel não tem válvulas, pistões ou bielas, o que o torna mais simples e mais leve do que um motor de combustão interna convencional. Como o rotor gira continuamente, o motor Wankel é capaz de produzir uma saída de energia muito suave e constante, sem as vibrações que podem ser produzidas por um motor de pistão convencional.
No entanto, o motor Wankel tem algumas desvantagens em relação aos motores de combustão interna convencionais. Ele pode ter um consumo de combustível mais alto e uma eficiência térmica mais baixa, e também pode emitir mais poluentes do que os motores de ciclo Otto ou Diesel. Além disso, os rotores tendem a desgastar mais rapidamente do que os pistões, o que pode exigir mais manutenção e reparos ao longo do tempo.
Como Funciona um Motor Diesel?
Inventado por Rudolf Diesel em 1893, o motor a diesel é um tipo de motor de combustão interna que usa o calor gerado pela compressão do ar para inflamar o combustível diesel. Ele é semelhante ao motor a gasolina, mas utiliza um ciclo termodinâmico diferente, conhecido como Ciclo Diesel.
Aqui está como funciona um motor a diesel:
1. Admissão: O ar é admitido para dentro do cilindro, enquanto o pistão se move para baixo, criando um vácuo.
2. Compressão: Quando o pistão se move para cima, ele comprime o ar dentro do cilindro a uma taxa muito alta, aumentando a temperatura do ar.
3. Injeção de combustível: Quando o ar está comprimido, um injetor de combustível pulveriza o combustível diesel na câmara de combustão. O combustível é inflamado pelo calor gerado pela compressão do ar, sem a necessidade de uma vela de ignição.
4. Expansão: A combustão do combustível diesel produz uma grande quantidade de energia térmica, empurrando o pistão para baixo.
5. Exaustão: À medida que o pistão se move para cima novamente, os gases de escape são expulsos para fora do motor por meio de uma válvula de escape.
Figura 4 Fonte: Linkedin
A principal diferença entre o motor a diesel e o motor a gasolina é o método de ignição do combustível. No motor a gasolina, a mistura ar-combustível é inflamada por uma faísca gerada pela vela de ignição. Já no motor a diesel, o combustível é inflamado pelo calor gerado pela compressão do ar dentro do cilindro.
Outra diferença importante entre os motores a diesel e a gasolina é a sua eficiência. Os motores a diesel são mais eficientes em termos de consumo de combustível do que os motores a gasolina, pois a combustão do diesel é mais completa e o combustível tem uma densidade energética mais alta. Além disso, os motores a diesel geralmente têm mais torque em baixas rotações do que os motores a gasolina, o que os torna ideais para uso em veículos de trabalho pesado, como caminhões e ônibus.
No entanto, os motores a diesel também tendem a emitir mais poluentes, como óxidos de nitrogênio (NOx) e partículas de diesel, do que os motores a gasolina. Esses poluentes são mais difíceis de controlar do que os emitidos pelos motores a gasolina, o que pode tornar mais desafiador atender às regulamentações ambientais.
Motores de Combustão Externa
Um motor de combustão externa, também conhecido como motor de calor, é um tipo de motor que converte a energia térmica em energia mecânica. Diferente dos motores de combustão interna, em que a combustão ocorre dentro do cilindro, nos motores de combustão externa, a combustão ocorre fora do motor.
Um exemplo comum de motor de combustão externa é a máquina a vapor. Nesse tipo de motor, a água é aquecida até se transformar em vapor e, em seguida, o vapor é usado para mover um pistão ou uma turbina. Aqui está como funciona um motor de combustão externa:
1. Aquecimento: Uma fonte de calor externa aquece um fluido (como água ou ar) em um recipiente separado do motor.
2. Expansão: O fluido aquecido se expande e gera pressão, que empurra um pistão ou move uma turbina.
3. Movimento mecânico: O movimento do pistão ou da turbina é transmitido para o eixo do motor, que pode ser usado para gerar energia mecânica.
4. Resfriamento: O fluido é resfriado para retornar ao seu estado original e pode ser aquecido novamente.
Figura 5 Fonte: Google Sites
Os motores de combustão externa têm algumas vantagens sobre os motores de combustão interna. Eles podem funcionar com uma variedade de combustíveis diferentes, incluindo madeira, carvão, gás natural e óleo, o que os torna flexíveis e adequados para diversas aplicações. Além disso, como a combustão ocorre fora do motor, esses motores podem ser mais silenciosos e menos poluentes do que os motores de combustão interna.
No entanto, os motores de combustão externa tendem a ter uma eficiência menor do que os motores de combustão interna, o que significa que eles consomem mais combustível para gerar a mesma quantidade de energia mecânica. Eles também tendem a ser maiores e mais pesados do que os motores de combustão interna, o que pode torná-los menos adequados para certas aplicações, como veículos pessoais.
Como Funciona um Motor Stirling?
O motor Stirling é um tipo de motor térmico de combustão externa que converte a energia térmica em energia mecânica. Foi inventado em 1816 pelo reverendo escocês Robert Stirling. O motor Stirling opera com um ciclo termodinâmico fechado, que consiste em quatro etapas básicas:
1. Aquecimento: um gás é aquecido em um espaço fechado chamado de "cilindro quente".
2. Expansão: o gás aquecido se expande e empurra um pistão, gerando trabalho.
3. Resfriamento: o gás resfria enquanto o pistão se move de volta para sua posição inicial.
4. Compressão: o gás resfriado é comprimido de volta para seu estado original no "cilindro frio".
Figura 6 Fonte: Amazon
Aqui está como funciona um motor Stirling em mais detalhes:
1. Aquecimento: o ar ou outro gás é aquecido em um cilindro quente por meio de uma fonte externa de calor, como uma chama ou um coletor solar. A expansão térmica resultante do gás aquecido empurra um pistão para fora do cilindro quente.
2. Expansão: à medida que o pistão é empurrado para fora do cilindro quente, ele aciona um eixo que pode ser usado para gerar energia mecânica.
3. Resfriamento: o pistão entra em contato com um cilindro frio e começa a se mover para trás, comprimindo o gás no cilindro frio.
4. Compressão: o gás comprimido é transferido de volta para o cilindro quente, onde é aquecido novamente e o ciclo recomeça.
O motor Stirling tem algumas vantagens sobre outros tipos de motores, incluindo alta eficiência térmica, baixas emissões e operação silenciosa. No entanto, ele tem algumas desvantagens, como ser menos potente do que os motores de combustão interna comparáveis e ter uma taxa de mudança de temperatura relativamente baixa, o que limita sua taxa de geração de energia. Por causa dessas limitações, o motor Stirling é geralmente usado em aplicações especializadas, como geradores de energia elétrica, aquecedores solares e alguns veículos de transporte.
Qual é o Melhor Motor?
Não é possível afirmar que um motor específico é o mais eficiente ou de melhor aplicação, pois cada tipo de motor é projetado para atender a diferentes necessidades e especificações. Além disso, a eficiência de um motor depende de vários fatores, como a carga, a temperatura ambiente e a velocidade de operação.
Por exemplo, os motores a diesel são conhecidos por sua eficiênciaenergética, especialmente em altas cargas, enquanto os motores a gasolina são mais eficientes em cargas leves a moderadas e em altas rotações. O motor Stirling tem alta eficiência térmica, mas é menos potente do que os motores de combustão interna comparáveis. O motor elétrico é eficiente em termos energéticos, mas depende da disponibilidade de energia elétrica para operar.
Cada motor tem suas próprias vantagens e desvantagens e é escolhido com base na aplicação específica, como em veículos automotores, geradores de energia elétrica, aeronaves, embarcações, entre outros. Por isso, é importante considerar as especificações da aplicação, o custo-benefício e a disponibilidade de combustível ou energia elétrica antes de escolher um motor para determinada aplicação.
	
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