Parâmetros de projeto e de funcionamento

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Parâmetros de projeto e de funcionamento
Prof. Gustavo Simão Rodrigues
Descrição
Você irá identificar os principais parâmetros característicos e de
funcionamento do motor de combustão interna e analisar as suas
principais curvas características.
Propósito
Os motores de combustão interna são máquinas térmicas que
transformam energia química em energia mecânica. Tendo em vista a
economia de recursos naturais, a preocupação com a escassez de
combustíveis fósseis, a preservação do meio ambiente e as legislações
atinentes, é fundamental que esses motores sejam cada vez mais
eficientes e emitam menos poluentes. Dessa forma, conhecer os
parâmetros que medem as características de funcionamento do motor
de combustão interna é imperativo para que os profissionais de
engenharia mecânica consigam otimizar seus projetos.
Objetivos
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Módulo 1
Características dos motores
Identificar os principais parâmetros característicos do motor: torque,
potência, rendimentos, pressão média efetiva e consumos específico
e horário
Módulo 2
In�uências e condições no rendimento do
motor.
Identificar os principais parâmetros de funcionamento de motores.
Módulo 3
Análise de curvas características: potência,
torque e consumo
Analisar as principais curvas características dos motores de
combustão interna.
Introdução
Vamos começar abordando os principais fatores que influenciam
o desempenho e a eficiência de um motor a combustão.

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1 - Características dos motores
Ao �nal deste módulo, você será capaz de Identi�car os principais parâmetros característicos
do motor: torque, potência, rendimentos, pressão média efetiva e consumos especí�co e
horário
Principais parâmetros característicos
do motor
Neste vídeo, apresentaremos os principais parâmetros característicos
do motor a combustão, abordando alguns conceitos, como: cilindrada,
taxa de compressão, potência e torque.
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Torque, potência e rendimentos
(e�ciências)
Neste vídeo, apresentaremos as propriedades de torque, potência e
rendimentos dos motores de combustão interna. Confira!
Torque
O torque do motor, também chamado de conjugado no eixo ou momento
de força, é proveniente da força gerada pela queima do combustível na
câmara de combustão e transferida para a árvore de manivelas por meio
do mecanismo biela-manivela, como mostrado a seguir.
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Mecanismo biela manivela do pistão.
Observa-se que, devido aos ângulos formados no mecanismo, a força 
ao ser transmitida até a força tangencial é variável com o tempo.
Outro fator que implica a variação do torque é a variação da pressão
gerada pela combustão e consequentemente a força 
Entretanto, para fins didáticos, o torque é considerado constante para
uma dada rotação já que sempre haverá um torque resistente se opondo
ao torque gerado pelo motor, e o sistema entrará em equilíbrio para dada
F
Ftan
F .
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carga, ou seja, para dada massa de mistura de ar e combustível
disponíveis para a combustão.
A forma de medir o torque produzido pelo motor é por meio dos
dinamômetros ou freios dinamométricos. O primeiro dinamômetro foi o
freio de Prony, criado pelo engenheiro francês Gaspard Prony no século
XIX. Esse dinamômetro consiste em uma cinta que freia o movimento
de um rotor acoplado ao eixo de saída do motor, gerando uma força de
atrito de forma a obter um equilíbrio dinâmico para uma rotação
constante.
Gaspard Prony (1755-1839).
Vejamos um exemplo desse dinamômetro:
Freio de Prony.
Como o raio do rotor onde é aplicada a força de atrito é o torque
é dado por:
Fatr
Fatr r,
T = Fatr ⋅ r
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Com uma alavanca de comprimento aplica-se uma força de forma
a manter o equilíbrio dinâmico. Desse modo, temos:
Podemos concluir que o torque é:
Conhecido o braço do dinamômetro e a intensidade de força 
obtemos o torque no eixo do motor quando a rotação de saída é
mantida constante. Os dinamômetros modernos funcionam com o
mesmo princípio, ou seja, um torque resistivo é aplicado ao eixo de
saída do motor e, ao obter-se o equilíbrio, tem-se o torque do motor.
Entretanto, em vez de cintas, como no freio de Prony, os torques
resistivos são provocados hidráulica ou eletromagneticamente.
Potência
É a quantidade de energia utilizada em determinado tempo para a
realização de um trabalho. Nesse contexto, estamos falando do tempo
gasto para a realização do trabalho de funcionamento de um motor a
combustão. Vamos agora verificar os diversos tipos de potência que
precisamos considerar para compreendermos o funcionamento dos
motores.
Potência efetiva
É a potência utilizada pelo motor para realização do seu trabalho. Para
determinar a potência na saída do eixo do motor, denominada
potência efetiva, podemos usar a seguinte fórmula:
Onde é a velocidade angular do eixo do motor, em radianos por
segundo (rad/s). Logo:
Onde é o número de rotações por unidade de tempo do eixo do motor.
b, F ,
Fatr ⋅ r = F ⋅ b
T = F ⋅ b
F ,
Ne,
Ne = ω ⋅ T
ω
Ne = 2π ⋅ n ⋅ T
n
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É importante atentar para a correta utilização das unidades dos
parâmetros. Por exemplo, para obter a potência em Cavalo (CV), deve-se
utilizar o torque em e a rotação em rpm:
Já a potência em Horse-Power (HP) é calculada também com o torque
em e a rotação em rpm, porém outra constante é utilizada, já
que 1 HP=1,014 CV:
Por fim, nas unidades do sistema internacional (SI), temos que a
potência em quilowatt (kW) é dada por:
Com a rotação em rpm e o torque em 
Potência indicada
A potência indicada, é a potência gerada pelo ciclo termodinâmico
do fluido ativo no interior do cilindro.
Potência indicada, em um motor térmico, refere-se à energia total
produzida durante a combustão no cilindro do motor, antes de
considerar as perdas mecânicas e térmicas. É medida a partir da
pressão média efetiva indicada (PMEI), com o uso de um pressostato
inserido diretamente na câmara de combustão do motor, e é
responsável por características do motor, como velocidade e cilindrada.
Atenção!
A potência indicada é importante para avaliar a eficiência de um motor,
mas geralmente é maior do que a potência efetiva ou mecânica, que é a
energia disponível para realizar um trabalho útil.
Potência de atrito
A potência de atrito, é a potência consumida no interior do motor
devido ao atrito nas partes móveis. Com ela é possível estimar a
kgf ⋅ m
NeCV =
n ⋅ T
716, 2
kgf ⋅ m
NeHP
=
n ⋅ T
726, 2
NekW =
n ⋅ T
9596
N ⋅ m.
Ni,
Na,
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quantidade de energia perdida no processo de funcionamento do motor,
por razão da existência de atrito.
Relação entre potências e rendimentos (e�ciências)
Vamos agora compreender como ocorre o fluxo de energia a partir da
queima do combustível. De acordo com o poder calorífico do
combustível, PCI, e com a taxa de combustível consumido, temos
uma "potência" produzida em termos de quantidade de energia
proveniente da queima do combustívelproduzida por unidade de tempo,
 dada por:
Confira um exemplo na imagem:
Fluxo de energia no MCI.
Como sabemos, nem toda energia produzida pelo combustível é
transformada em trabalho, de acordo com a segunda lei da
termodinâmica. Parte dessa energia é perdida por conta dos gases de
escape, água do sistema de arrefecimento, radiação e combustão
incompleta. A energia que é efetivamente aproveitada é a potência
indicada, Dessa forma, define-se a eficiência térmica, como:
Além disso, pode-se constatar que:
ṁc,
Q̇,
Q̇ = ṁc ⋅ PCI
Ni. ηt,
ηt =
Ni
Q̇
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Desse modo, podemos definir que a eficiência mecânica, é:
Por fim, a eficiência global, é definida da seguinte forma:
Observando as equações das eficiências térmica, mecânica e global,
concluímos que:
Pressão média efetiva e consumos
especí�co e horário
Neste vídeo, apresentaremos a relação entre a pressão média efetiva
(PME) e o consumo de combustível nos motores de combustão interna.
Pressão média efetiva
Em um motor de combustão interna, o ciclo termodinâmico real de um
fluido ativo ocorre conforme ilustrado a seguir. Confira!
Ni = Ne + Na
ηm,
ηm =
Ne
Ni
ηg,
ηg =
Ne
Q̇
ηg = ηm ⋅ ηt
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Diagrama P-V real.
O trabalho realizado, nesse ciclo termodinâmico real é dado por:
Essa integral representa a área do ciclo termodinâmico apresentado na
imagem. Como observamos, a pressão varia durante o ciclo
termodinâmico. Dessa forma, a pressão média do ciclo, ou pressão
média indicada, é definida como uma pressão constante que atua
na cabeça do pistão durante o ciclo de expansão e realizaria o mesmo
trabalho do ciclo. Sendo assim, temos:
Logo:
Já a pressão média efetiva, é relativa à potência média efetiva, 
Para calcular a pressão média efetiva, temos:
W ,
W = ∮ pdV
pmi
,
W = ∮ pdV = pmi
⋅ A ⋅ S = pmi
⋅ V
pmi
=
W
V
pme
, Ne.
pme
=
x ⋅ Ne
V ⋅ n
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Onde é 2 para motor 4 tempos e 1 para motor 2 tempos, é a
cilindrada do motor e a rotação do motor.
Consumos
Consumo é a quantidade de combustível utilizada para realizar
determinado ciclo de funcionamento. O consumo de combustível
considera o trabalho realizado e as perdas. Vamos agora entender
melhor a relação de consumo.
Consumo especí�co
O consumo específico de combustível, é a relação entre a massa de
combustível consumida e a energia mecânica líquida produzida pelo
motor, veja:
As unidades típicas de consumo específico são:
Desenvolvendo a potência efetiva, podemos definir:
Consumo horário
O consumo horário de combustível, ou seja, a quantidade de
combustível consumida por unidade de tempo, pode ser obtido por
medição volumétrica ou medição gravimétrica. No primeiro caso, utiliza-
se um recipiente calibrado e com marcações que definem determinado
volume, como apresentado na imagem. Observe!
x V
n
Ce,
Ce =
ṁc
Ne
kg
CV h
g
kWh
Ce =
ṁc
ṁc ⋅ PCI ⋅ ηt ⋅ ηm
=
1
PCI ⋅ ηg
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Medição volumétrica do consumo de combustível.
À medida que o motor funciona e consome combustível, a quantidade
de combustível diminui e, quando passa pela marca superior, inicia-se a
contagem do tempo. Quando o combustível chega à marca inferior,
para-se a contagem do tempo.
Com o tempo, e o volume, conhecidos, tem-se que a vazão
volumétrica é:
A partir da densidade do combustivel, 
Já para a medição gravimétrica, utiliza-se uma balança, conforme
imagem.
t, Vc,
v̇c =
Vc
t
ρc :
ṁc = ρc ⋅ v̇c
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Medição gravimétrica do consumo de combustível.
Nesse caso, é medido o consumo de uma massa conhecida de
combustível, (inicialmente pesada), e é contado o tempo, para
consumir esse combustível. Dessa forma, calcula-se a vazão de
combustível consumido:
Essa segunda forma de medir o consumo horário possui a vantagem de
não haver interferência da variação de volume em função da mudança
de temperatura do combustível.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Um engenheiro está fazendo testes de bancada com um motor de
combustão interna e, baseado em sua experiência anterior, o valor
da potência efetiva medida está bem abaixo do esperado. Assinale
a alternativa que aponta uma das causas desse valor abaixo do
esperado.
t,
ṁc =
mc
t
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Parabéns! A alternativa B está correta.
O poder calorífico do combustível ser maior que o especificado
implica maior energia produzida pela combustão, o que aumentaria
a potência efetiva. A mistura rica significa mais combustível e,
consequentemente, mais energia produzida pela combustão. Mais
combustível significa mais energia produzida. A potência indicada é
a potência gerada pelo ciclo termodinâmico e não pode ser menor
que a potência efetiva pelas leis da termodinâmica.
Questão 2
Nos veículos, o grande objetivo é fazer com que o carro percorra
uma distância maior com o mínimo de combustível, normalmente
em km/litro. Para analisar a eficiência de um motor separadamente
em bancada, esse conceito não é aplicável, pois o motor está
estacionário. Utiliza-se então o consumo específico. Um motor que
desenvolve um torque de 250 N.m a 4000 rpm e consome 0,555
kg/min terá um consumo específico de:
A O poder calorífico do combustível ser maior que o
especificado.
B As perdas por atrito estarem acima do previsto.
C O motor estar funcionando com uma mistura rica.
D
A quantidade de combustível admitida ser maior
que a prevista.
E
A potência indicada ser menor que a potência
efetiva.
A 180 g/kWh
B 220 g/kWh
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Parabéns! A alternativa D está correta.
A potência produzida é dada por:
C 280 g/kWh
D 320 g/kWh
E 360 g/kWh
NεkW =
n ⋅ T
9596
NekW =
4000 ⋅ 250
9596
= 104, 2kW
ṁc = 0, 555kg/min = 33300g/h
Ce =
ṁc
Nε
Ce =
33300
104, 2
= 319, 5g/kWh ≈ 320g/kWh
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2 - In�uências e condições no rendimento de motores
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car os principais parâmetros de
funcionamento do motor.
Principais parâmetros de
funcionamento do motor
Neste vídeo, mergulhamos no universo dos motores a combustão
interna, abordando os principais parâmetros que influenciam o seu
funcionamento e desempenho.
Rendimentos e condições
atmosféricas
Rendimento volumétrico
Vamos, agora, entender como funciona a mistura volumétrica
combustível-ar, pois, até o momento, apresentamos somente a
quantidade de combustível que, a partir do seu poder calorífico, gera
energia. Entretanto, sabemos que é necessária uma quantidade de ar
para que ocorra a combustão. A relação combustível-ar, é a razão
entre a massa de combustível e a massa de ar ou seus
respectivos consumos e que compõem a mistura:
Para analisar a admissão de ar no motor, utiliza-se um parâmetro
adimensional definido como eficiência volumétrica dada por:
F ,
(mc) (ma)
(ṁc ṁa)
F =
mc
ma
=
ṁc
ṁa
(ηv)
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Onde é a massa de ar real admitida no tempo de admissão e é a
massa de ar necessária para encher o volume deslocado de um cilindro
medida na pressão e na temperatura ambiente.
Para motores aspirados e para motores sobrealimentados, ou
seja, com turbinas ou compressores volumétricos, 
Cilindrada e taxa de compressão
Para definir a cilindrada, é necessário padronizar a nomenclatura dos
componentes de um motor de combustão interna alternativo. Vamos
conhecer as principais definições!
ηv =
ma
mae
=
ṁa
ṁae
ma mae
ηv < 1
ηv > 1.
 Ponto morto superior (PMS)
É a posição superior extrema dentro do curso do
pistão.
 Ponto morto inferior (PMI)
É a posição inferior extrema dentro do curso do
pistão.
 Curso do pistão (S)
É a distância percorrida pelo pistão entre o ponto
morto superior e o ponto morto inferior.
 Volume total (V1)
É o volume no interior do cilindro do motor definido
a partir da parte de cima do pistão quando este
encontra-se no ponto morto inferior.
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 Volume morto ou volume da câmara de
combustão (V2)
É o volume no interior do cilindro do motor definido
a partir da parte de cima do pistão quando este se
encontra no ponto morto superior.
 Cilindrada unitária (Vdu)
É o volume no interior do cilindro do motor definido
entre o ponto morto inferior e o ponto morto
superior.
 Z
É o número de cilindros do motor.
 D
É o diâmetro de um cilindro do motor.
 Vd
É a cilindrada total do motor.
 Taxa de compressão (rv)
É ã t l t t l l t
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Vejamos um esquema de funcionamento de um cilindro de motor:
Parâmetros do cilindro.
Agora que padronizamos as definições, podemos afirmar que a
cilindrada é uma medida do volume total dos cilindros de um motor a
combustão interna, geralmente expressa em centímetros cúbicos (cc)
ou litros (L). Essa medida é um dos principais fatores que determinam a
potência e o torque gerados pelo motor, bem como seu consumo de
combustível e emissões de poluentes.
Pelas definições citadas, podemos enunciar as seguintes relações:
Para motores que possuem mais de um cilindro, a cilindrada total é:
É a razão entre o volume total e o volume morto.
Vdu = V1 − V2 =
πD2
4
S
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E a taxa de compressão é definida como:
A taxa de compressão está ligada diretamente à eficiência térmica do
motor. Para motores Otto, a eficiência térmica, é dada por:
Onde o coeficiente politrópico do fluido ativo, normalmente, é 1,4 para
o ar.
Já para o motor diesel, a eficiência térmica, é dada por:
Em que é a razão de corte, que é a razão entre o volume ao fim da
combustão pelo volume no início da combustão 
Velocidade de rotação e perdas mecânicas
São consideradas perdas mecânicas tudo que retira energia do sistema,
por exemplo, o atrito entre as peças do motor. Para entender melhore
esse conceito, vamos considerar a velocidade de rotação do motor.
A velocidade de rotação do motor é normalmente expressa em rotações
por minuto (rpm) e a faixa de rotações que o motor pode trabalhar varia
de 500 a 1000 rpm até 7000 rpm. À medida que a rotação aumenta, as
perdas mecânicas causadas pelo atrito das partes móveis também
aumentam, ou seja, a potência de atrito aumenta em maior
proporção que a potência efetiva Por essa razão, com o aumento
da rotação do motor, após atingir um ponto de máximo o valor
da potência efetiva é reduzido, como observado em quase todas
as curvas de potência do motor, exemplificado a seguir. Veja!
Vd = Vdu ⋅ z =
πD2
4
S ⋅ z
rv =
V1
V2
=
Vdu + V2
V2
=
Vdu
V2
+ 1
ηt,
ηt = 1 −
1
(rv)k−1
k
ηt,
ηt = 1 −
1
(rv)k−1
⋅ [ rc
k − 1
k (rc − 1)
]
rc
(V3) (V2).
(Na)
(Ne).
(Nmax),
(Ne)
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Curva: Potência x Rotação.
Densidade do ar e in�uência das condições atmosféricas
sobre o rendimento dos motores
A densidade é definida como a razão entre massa e volume:
Agora, vamos conferir alguns fatores que afetam a densidade do ar.
Vamos lá!
(ρ)
ρ =
m
V
 O ar torna-se mais denso à medida que a pressão
aumenta.
 A força que mantém as moléculas de ar mais juntas
aumenta com a pressão, resultando em mais
massa em determinado volume.
 O aumento da altitude resulta na diminuição da
pressão do ar atmosférico, causando uma redução
da densidade do ar. A diminuição da densidade do
i ifi l i i t d ltit d
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A temperatura é outro fator que afeta a densidade do ar, vejamos:

Quando a temperatura
aumenta, as moléculas
de ar se movem mais
rapidamente e se
espalham ainda mais na
colisão entre si.
wave
Quando o ar é mais
denso, ele cria um
arrasto maior nos
objetos que se movem
por meio dele, já que
existem mais moléculas
em determinado
volume.
Um exemplo que podemos destacar é uma bola de golfe rebatida em um
dia quente de verão que alcança uma distância maior a mesma rebatida
em um dia frio.
A temperatura mais alta e a pressão do ar mais baixa encontradas em
grandes altitudes se combinam para diminuir a densidade do ar. Da
mesma maneira, um ar com menor temperatura, ao ser admitido em um
cilindro de um motor de combustão interna, apresentará maior
densidade e, consequentemente, maior rendimento volumétrico que um
ar com temperatura mais alta.
A umidade ou a quantidade de umidade na atmosfera também altera a
densidade do ar. Quanto mais umidade no ar, menor a densidade desse
ar.
ar significa que um alpinista em grandes altitudes
recebe menos oxigênio quando respira ou que um
motor de combustão interna admitirá menos massa
de ar no tempo de admissão.
 Com menos ar dentro do cilindro, menos
combustível é queimado e menos energia é
produzida. Logo, o rendimento volumétrico é menor
à medida que a altitude é maior.

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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Para se determinar a eficiência da admissão de ar em um motor,
utiliza-se o rendimento volumétrico. Esse rendimento é a relação
entre a massa de ar admitida no cilindro e o volume deslocado do
pistão. Sobre o rendimento volumétrico, pode-se afirmar:
Parabéns! A alternativa B está correta.
O rendimento volumétrico mede a eficiência de se admitir ar no
cilindro, mas não é uma medida absoluta de eficiência, portanto,
pode apresentar valores maiores que a unidade, como no caso dos
motores com compressores volumétricos. Quanto mais ar tem
dentro do cilindro, mais combustível pode ser injetado. O
rendimento volumétrico independe do tamanho do motor, e sim da
proporção de ar que está dentro do cilindro em relação a quanto ar
A
Como toda eficiência, o rendimento volumétrico
está entre 0 e 100%.
B
Em motores com compressores volumétricos, o
rendimento volumétrico é maior que 1.
C
Quanto maior o rendimento volumétrico, mais ar
tem dentro do cilindro e menos combustível pode
ser injetado.
D
Quanto maior a cilindrada do veículo, maior o
rendimento volumétrico.
E
Com uma temperatura maior, o rendimento
volumétrico tende a ser maior também.
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pode estar nas condições de pressão e temperatura padrão. Com
uma temperatura maior, o ar ficamenos denso e menos massa de
ar é admitida, logo o rendimento volumétrico é menor.
Questão 2
A cilindrada do motor está diretamente ligada à potência e ao
torque que o motor é capaz de produzir, pois pode-se admitir mais
ar e, consequentemente, mais combustível, que é a fonte da energia
produzida nos motores de combustão interna. Qual o valor da
cilindrada total de um motor de 4 cilindros cujo diâmetro do pistão
mede 81 mm e seu curso mede 96,9 mm?
Parabéns! A alternativa E está correta.
O diâmetro do pistão é 81 mm, ou 8,1 cm. O curso é 96,9 mm, ou
9,69 cm. Logo:
A 1,0 L
B 1,3 L
C 1,6 L
D 1,8 L
E 2,0 L
Vd = Vdu ⋅ z =
π(8, 1)2
4
9, 69 ⋅ 4 = 1996cm3 ≈ 2000cm3 = 2L
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3 - Análise de curvas características: potência, torque e
consumo
Ao �nal deste módulo, você será capaz de analisar as principais curvas características dos
motores de combustão interna.
Curvas características dos motores
de combustão interna
Neste vídeo, apresentaremos conceitos como curvas de torque,
potência, eficiência térmica e consumo específico de combustível.
Análise das curvas características
As propriedades dos motores e combustão interna (potência, torque e
consumo específico) variam de acordo com as condições de
funcionamento. Para que se possa analisar o comportamento do motor
durante toda a faixa de operação, utilizam-se as curvas características
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do motor obtidas por meio de ensaios experimentais em bancadas de
laboratório.
As principais curvas características são referentes à potência efetiva
 ao torque e ao consumo específico de combustível 
Todas essas variáveis são em função da rotação do motor, como o
motor trabalhando em plena carga (semelhante a manter o acelerador
totalmente acionado). Vejamos uma exemplificação de algumas dessas
curvas:
Curvas características do MCI.
Deve-se observar que os pontos característicos das diversas curvas não
necessariamente coincidem, ou seja, o torque máximo não é alcançado
na potência máxima, por exemplo, como pode ser observado na
imagem. Confira!
(Ne), (T ) (Ce).
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Curvas características de torque e potência.
A potência efetiva está relacionada com o torque e a rotação por meio
da equação:
Então, podemos afirmar que:
Logo, traçando uma reta a partir da origem, o ângulo dessa reta com o
eixo das abscissas possui a seguinte característica:
Logo:
Isso implica que, dado um ângulo pode-se ter dois pontos que
correspondem ao mesmo torque (a) e (b). Além disso, para um ângulo
máximo, que tangencie a curva de potência, será determinado o
ponto do torque máximo.
Ne = 2π ⋅ n ⋅ T
T ∝
Ne
n
β
tanβ =
Ne
n
tanβ ∝ T
β,
βmax,
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O formato da curva de torque com um máximo para uma rotação
intermediária é desejável, pois o aumento do momento resistente no
eixo do motor a partir de uma alta rotação faz com que a rotação do
motor caia, com consequente aumento automático do torque do motor
e possibilidade de um novo equilíbrio.
A fim de visualizar em um único ábaco os ensaios de variação do
consumo específico com a rotação e com a carga, costuma-se fazer o
chamado mapeamento do motor, no qual diversas variáveis são
lançadas no mesmo gráfico.
Mapa de desempenho do MCI.
Esse gráfico possui no eixo vertical esquerdo o torque, em no
eixo vertical esquerdo a potência, em e na abscissa a rotação do
motor, em rpm. Para cada hipérbole de potência e de acordo com a
marcha utilizada, haverá um ponto de operação que implicará
determinado consumo específico de combustível, em Observa-
se que, com a configuração desse motor e das marchas disponíveis, não
é possível alcançar o consumo mínimo de combustível, 
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
N ⋅ m,
kW ,
g/kWh.
be min .
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As propriedades de desempenho dos motores de combustão
interna variam por toda faixa de rotação de funcionamento, e não
somente em pontos característicos, de forma a ser necessário
analisar seu comportamento por todo espectro de rotações para
definir seu nível de performance. Para fazer essa análise, utilizam-
se as curvas características, e os principais parâmetros analisados
são
Parabéns! A alternativa D está correta.
As características dos motores de combustão interna, incluindo
potência, torque e consumo específico, apresentam variações
conforme as condições de operação. A fim de analisar o
desempenho do motor em toda a sua gama de funcionamento, são
empregadas curvas características, obtidas por meio de testes
experimentais realizados em bancadas laboratoriais. As principais
curvas abordam a potência efetiva , o torque e o consumo
específico de combustível .
Questão 2
O mapa de desempenho do motor é uma maneira de agrupar as
principais características de desempenho do motor em um único
gráfico, como mostrado na imagem.
A torque, potência e rendimento mecânico.
B torque, cilindrada e rendimento mecânico.
C torque, potência e cilindrada.
D torque, potência e consumo específico.
E torque, potência e consumo horário.
(Ne) (T )
(Ce)
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Sobre o gráfico, podemos afirmar que:
Parabéns! A alternativa C está correta.
Quando um motor entra em uma condição de potência (rotação)
constante, quanto maior a marcha, menor será o consumo de
combustível, já que a hipérbole de potência constante move o ponto
de funcionamento do motor para regiões com menor consumo
específico. O consumo específico de 250 g/kWh, apesar de ser o
menor valor do mapa de desempenho, não é alcançado para as
A
Para as mesmas condições de funcionamento
(potência constante), o veículo consome menos
combustível na 2ª marcha do que na 4ª marcha.
B
O menor valor real alcançado de consumo
específico será 250 g/kWh.
C
Para uma rotação constante, à medida que o torque
do motor aumenta, o consumo de combustível
diminui.
D
Supondo que o motor está produzindo 80 kW de
potência, é preferível utilizar a 3ª marcha em relação
à 2ª marcha para consumir menos combustível.
E
Na 5ª marcha, será sempre alcançado o menor
consumo específico de combustível,
independentemente da potência produzida.
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relações de transmissão definidas, já que a 5ª marcha limita a
região de funcionamento e não alcança o valor de 250 g/kWh. Para
a potência de 80 kW, não é possível que o motor funcione nas 2ª e
3ª marcha. Dependendo da potência produzida, o motor pode
alcançar consumos específicos melhores em marchas inferiores a
5ª. Por exemplo, o ponto b destacado na imagem, na 4ª marcha,
tem consumo específico menor que o ponto a que está na 5ª
marcha.
Considerações �nais
Como vimos, os principais parâmetros característicos do motor são
torque, potência, pressão média efetiva, rendimentos e consumos
específico e horário. A energia é proveniente da energia química
característica do combustível que é transformada em energia mecânica,
traduzida no torque de saída do motor. Conhecemos ainda os diversos
tipos de potência e suas relações.
Identificamos também os parâmetros de rendimento volumétrico,
cilindrada, taxade compressão, velocidade de rotação, perdas
mecânicas, densidade do ar e a influência das condições atmosféricas
sobre o rendimento dos motores.
Analisamos as curvas características do motor, em que os principais
parâmetros são torque, potência efetiva e consumo específico. Por fim,
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vimos a importância do mapa de desempenho para reunir todas essas
informações em um único gráfico.
Podcast
Confira agora um bate-papo para entender melhor o mundo dos motores
a combustão interna e descubra como os parâmetros de projeto são
essenciais para o desempenho e a eficiência dessas máquinas.
Imperdível!
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Entenda um pouco mais sobre o funcionamento de motores a
combustão, lendo o artigo científico Comportamento de um motor de
ignição por compressão trabalhando com óleo Diesel e gás natural, de
José F. Schlosser, Miguel N. Camargo e Paulo R. M. Machado, publicado
em 2004.
Leia também o artigo Modeling effects of vehicle specifications on fuel
economy based on engine fuel consumption map and vehicle dynamics,
de Yunjung Oh, Junhong Park, Jongtae Lee, Myung Do Eom e Sungwook
Park, publicado em 2014 na Transportation Research Part D.
Indicamos ainda a leitura do artigo IJER editorial: The future of the
internal combustion engine, de Reitz, Rolf, Ogawa e demais autores,
publicado no International Journal of Engine Research em 2020. 
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Referências
BASSHUYSEN, R. V. Internal Combustion Engine Handbook - Basics,
Components, Systems, and Perspectives, SAE R-345, SAE, 2004.
BOSCH. Automotive Handbook. 6. ed. [s.l.]: Wiley-Blackwell, 2004.
BRUNETTI, F. Motores de Combustão Interna. v. 1. [s.l.]: Blucher, 2018a.
BRUNETTI, F. Motores de Combustão Interna. v. 2. [s.l.]: Blucher, 2018b.
INCROPERA, F. P.; DEWITT, D. P.; BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S.
Transferência de calor e massa. [s.l.]: CTP Brasil, 2014.
LECHNER, G.; NAUNHEIMER, H. Automotive transmissions:
fundamentals, selection, design and application. [s.l.]: Springer Science &
Business Media, 1999.
RAJPUT, R. K. Internal combustion engines. [s.l.]: Laxmi Publications,
2005.
TAYLOR, C. Análise dos Motores de Combustão Interna. São Paulo:
Edgard Blucher, 1995.
TAYLOR, C. Internal Combustion Engine in Theory and Practice. 2.ed.
[s.l.]: MIT Press, 1985.
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