Apostila Motores a combustão Interna

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MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA 
Teoria e Prática 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gilson Nunes Maia 
 
 
 
 
 
Agosto 2016 
 
 
Fonte da imagem: www.vtn.com.br 
MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA: TEORIA E PRÁTICA 
GMaia 
 
 
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FORMAÇÃO PARA CONHECIMENTO E MANUTENÇÃO EM MOTORES: TEORIA & PRÁTICA 
 
 
EQUIPE TÉCNICA - GRUPO MOTORES - CURSO MCI-T&P 
GILSON NUNES MAIA 
Coordenador – Tecnologista Mecânico Automobilística 
Graduando do Curso de Engenharia Sanitária e Ambiental - UFSC. 
 
MONITORES 
• NICOLAS SCHIEMANN MAIA 
Aluno do Ensino Médio – Colégio - COC 
• FELIPE RUTHES 
Aluno de Graduação de Economia – UFSC 
 
 
COORDENAÇÃO FINANCEIRA E COMUNICAÇÃO 
• BÁRBARA SCHIEMANN 
Arquiteta e Urbanista – CAU A24166-0 
 
 
 
COORDENAÇÃO TÉCNICA 
• GILSON NUNES MAIA 
 
ORGANIZAÇÃO E DIAGRAMAÇÃO DA APOSTILA 
• GILSON NUNES MAIA e BÁRBARA SCHIEMANN 
 
 
 
 
 EQUIPE - LabCET 
 
Professor Amir Antonio Martins de Oliveira Junior, Ph. D. 
Supervisor do Laboratório 
 
Luana Ribeiro Carvalho 
Secretária 
Graduanda do curso de Ciências Contábeis da UFSC 
 
Camilla Rigoni Medeiros, M.Sc. 
Químico da Fundação do Ensino da Engenharia em Santa Catarina (Laboratório de 
Combustão e Engenharia de Sistemas Térmicos- UFSC) 
 
Fátima 
Serviços Gerais - (Laboratório de Combustão e Engenharia de Sistemas Térmicos- UFSC) 
 
 
 
________________________________ 
Publicado por LabCET Digital – Regime Copyleft. Florianópolis, Fevereiro de 2012. 
gilsonmaia@labcet.ufsc.br
MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA: TEORIA E PRÁTICA 
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PREFÁCIO 
 
 No ano de 2003 durante a 3ªSEPEX – Semana de Ensino Pesquisa e Extensão 
da UFSC, o Grupo Motores, vinculado ao LabCET, realizou o minicurso INTRODUÇÃO AOS 
MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA. Aberto a Comunidade Universitária, e a todos os 
interessados no assunto que pertençam à comunidade externa a UFSC. O minicurso foi 
amplamente procurado, tendo suas vagas esgotadas para as três turmas. As atividades 
práticas complementaram as explanações teóricas, o que proporcionou grande interação 
entre a equipe pedagógica e os alunos, resultando em grande satisfação para todos. Em 2004 
foi novamente realizado o minicurso, também durante a SEPEX e obtendo o mesmo sucesso 
da edição de 2003. 
 Para o ano de 2005 as atividades do minicurso e sua abrangência foram 
ampliadas. O local também mudou, passou a ser nas dependências do LabCET – Laboratório 
de Combustão e Engenharia de Sistemas Térmicos. Os conteúdos foram complementados 
através do conhecimento sobre turbinas, com conteúdos teóricos e práticos. Foi introduzido 
também um tópico sobre combustíveis complementado com atividade prática. Novamente 
vinculado as atividade da SEPEX, em 2005 o minicurso passou a chamar-se INTRODUÇÃO 
AOS MOTORES TÉRMICOS ampliando o sucesso das edições de 2003 e 2004. 
 Assim, com este portfólio de cursos ministrados e estimulados pelas sugestões 
dos alunos das edições de 2003, 2004 e 2005 do minicurso, surgiu a ideia de ampliar o 
tempo, transformando-o num pequeno curso de verão buscando sempre o período de férias 
escolares. Este curso teria caráter eminentemente prático, onde os alunos tiveram contato 
direto com os motores a combustão interna através da desmontagem, remontagem e posterior 
funcionamento/regulagem do motor. Agregando a experiência neste tipo de curso prático e 
estimulados pelo apoio dos Coordenadores do LabCET surgiu o conceito final do curso 
MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA: TEORIA E PRÁTICA. 
 O curso tem por base noções teóricas dos conceitos e fenômenos que definem 
as máquinas térmicas, abordando a classificação dos motores a combustão interna, seus 
componentes principais e sua subdivisão em sistemas. Este método visa facilitar o 
entendimento dos alunos, e se propõe a ser uma ferramenta para facilitar a compreensão 
sobre as diferenças entre os diversos tipos de motores. Além disso, serão abordados tópicos 
sobre termodinâmica, fluidodinâmica e mecânica dos sólidos que são à base da ciência dos 
motores a combustão interna. 
 A maior parte do curso está reservada às atividades práticas. Nesta etapa o 
aluno terá condições de familiarizar-se com os inúmeros componentes do motor, através da 
desmontagem, limpeza das peças e remontagem do motor. Esta etapa permite ao aluno 
entender como as pequenas peças trabalham para formar o conjunto motor a combustão 
interna. Para complementar serão realizados os ajustes para que o motor seja posto em 
funcionamento e a partir daí, realizadas as regulagens. Assim surge a oportunidade de 
interatividade entre os alunos e a máquina, onde será possível entender como as peças se 
complementam numa magnífica máquina térmica. As regulagens dos parâmetros do motor 
permitirão ao aluno perceber o funcionamento global da máquina. O curso ainda conta com 
atividades referentes a combustíveis, através de sua classificação e conceitos de qualidade. 
Ricardo Morel Hartmann e Gilson Nunes Maia 
 
 
 
 
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PREFÁCIO 2 
A crônica extraída da edição 2351 da revista Veja, como segue abaixo, retrata com 
muita qualidade, um tema que se relaciona diretamente com o conteúdo abordado ao longo 
de todo o curso Motores a Combustão Interna: Teoria e prática. Por esta razão, está sendo 
citado como o Prefácio 2, com a intenção de homenagear o seus autores, e 
fundamentalmente para difundir as ideias do texto. 
O caso dos mecânicos que sabiam ler. 
Autor: Claudio de Moura Castro. 
Economista. 
Veja – Edição 2351 ano 46 nº 50 11/12/2013. 
 
“Segundo alguns historiadores, houve dois sacolejões maiores na história da 
humanidade. O resto foi tremelique. O primeiro foi a domesticação de cereais — começando 
com o trigo selvagem. Com isso, gerou-se uma relativa abundância de alimentos, o que 
permitiu às tribos, até então nômades, sedentarizar-se. As cidades trouxeram a densidade 
humana requerida para o fermento da criatividade e para inúmeras atividades produtivas e 
artísticas. Afirma-se que elas foram a grande inovação de todos os tempos. Mas a agricultura 
induziu o seu desenvolvimento. 
A segunda transformação drástica foi a Revolução Industrial. Um tecelão, em 
Constantinopla, trabalhava três horas para comprar um pão de meio quilo — o mesmo que na 
Roma de César. A partir de 1600, o tempo baixou para duas horas. Hoje são necessários 
cinco minutos. Esse espantoso salto de produtividade tornou possível oferecer a todos um 
padrão digno de vida. 
Mas por que a Revolução Industrial aconteceu na Inglaterra, no século XVIII? Jazidas 
de minério de ferro e carvão mineral? Império da lei e estabilidade política? Lei de Patentes? 
Avanços na ciência? Ética protestante? 
Tudo isso teve peso, mas há uma nova explicação, curiosa e persuasiva (William 
Rosen. The Most Powerful Idea in the World). Como resultado do desenvolvimento das 
escolas inglesas, pela primeira vez na história apareceram mecânicos capazes de ler artigos 
científicos. E também de se corresponder com colegas e pesquisadores. 
Os bons mecânicos sabiam lidar com máquinas e construir toda espécie de engenhoca. 
Mas aos que tinham novas ideias faltavam o horizonte intelectual e a motivação para 
implementá-las. 
No mundo das sociedades científicas de então, os pesquisadores elucubravam, atéexperimentavam, seguindo o método teórico-empírico proposto por Bacon1. Mas não sabiam 
fazer coisas, não conheciam a manufatura. Portanto, não puderam ir muito longe na utilização 
prática dos seus inventos. Os avanços do pensamento não tinham pontes para o mundo da 
indústria. 
Fora do Olimpo científico, na sociedade hierarquizada e rígida da época, alguns 
mecânicos perceberam que a Lei de Patentes era a porta que se abria para um operário 
mudar de vida. E, como bons protestantes, acreditavam que Deus gostava de quem ficava 
rico. 
É então que entram em cena os mecânicos-leitores. Na ânsia de ficarem ricos, 
começaram a escarafunchar o que escreviam os cientistas — como Boyle, que formulava os 
princípios conectando pressão, temperatura e volume. Como tinham amigos com interesses 
similares, trocavam cartas, discutindo seus projetos. 
Perceberam que, se inventassem, se inovassem, poderiam abrir empresas e que 
patentes poderiam proteger suas novidades. Um exemplo clássico foi um novo perfil no filete 
 
1 Nota do autor da apostila: Filósofo, Cientista e Diplomata, Francis Bacon 
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da rosca de um reles parafuso. O invento do senhor Joseph Whitworth é usado até hoje e foi 
um dos primeiros de uma série de muitos que o tornaram milionário. A sua magnífica casa 
virou um museu de tecnologia. 
Uma alternativa era associar-se a banqueiros. Quem passar na porta de um certo 
restaurante, no centro de Manchester, verá um cartaz dizendo que ali, na virada do século XX, 
se encontraram um mecânico e um banqueiro, com a finalidade de forjar uma sociedade. Um 
se chamava Rolls e o outro, Royce. 
Os tais mecânicos-leitores começam a inovar, criando bombas a vapor, teares e uma 
infinidade de pequenas invenções que permitem os grandes saltos subsequentes. 
O inventor do motor a vapor, James Watt, por haver feito um aprendizado em 
construção de instrumentos científicos, trabalhava como vidreiro da Universidade de Glasgow. 
Convivia, portanto, com Adam Smith e David Hume. São tais pontes com o mundo das ideias 
que fertilizaram as inovações. 
A primeira locomotiva de sucesso (1829), chamada Rocket, embarcava mais de 1000 
patentes, registradas por mecânicos que, como Whitworth, viravam milionários. 
Portanto, os mecânicos-leitores foram diretamente responsáveis por uma das duas 
mais importantes transformações da humanidade. Sugestivo. pois não?” 
Autor: Claudio de Moura Castro. 
 
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SUMÁRIO 
 
EQUIPE TÉCNICA - GRUPO MOTORES - CURSO MCI-T&P ......................................................... 2 
EQUIPE - LabCET ............................................................................................................................... 2 
PREFÁCIO ............................................................................................................................................. 3 
PREFÁCIO 2 .......................................................................................................................................... 4 
SUMÁRIO .......................................................................................................................................... 6 
O Autor ............................................................................................................................................... 8 
1 INTRODUÇÃO HISTÓRICA ÀS MÁQUINAS TÉRMICAS ................................................. 11 
2 CRONOLOGIA DE EVENTOS HISTÓRICOS ....................................................................... 12 
3 OS MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA (M.C.I) ............................................................. 14 
4 CLASSIFICAÇÃO E PRINCÍPIOS OPERATIVOS (M.C.I) ................................................... 15 
5 PARTES PRINCIPAIS (M.C.I) ALTERNATIVOS.................................................................. 16 
5.1 FASES DOS (M.C.I.) CICLO OTTO DE 4 TEMPOS ................................................................... 17 
6 CICLO DIESEL ......................................................................................................................... 19 
7 DIAGRAMA PRESSÃO x VOLUME ...................................................................................... 20 
8 EQUAÇÃO DA CILINDRADA E RELAÇÃO DE COMPRESSÃO ...................................... 22 
9 NIKOLAUS OTTO .................................................................................................................... 24 
10 RUDOLF DIESEL ................................................................................................................. 25 
11 NICOLAS LÉONARD SADI CARNOT ............................................................................... 31 
12 ALPHONSE BEAU DE ROCHAS ........................................................................................ 32 
13 JEAN JOSEPH ÉTIENNE LENOIR ...................................................................................... 32 
14 JOSEPH WHITWORTH ........................................................................................................ 32 
15 THOMAS SAVERY .............................................................................................................. 33 
16 THOMAS NEWCOMEN ....................................................................................................... 33 
17 JAMES WATT ....................................................................................................................... 34 
18 SISTEMAS DOS (M.C.I.) ALTERNATIVOS ...................................................................... 36 
18.1 SISTEMAS DE ALIMENTAÇÃO ........................................................................................ 36 
18.2 CARBURADORES ................................................................................................................ 36 
18.3 A BOMBA ELÉTRICA ......................................................................................................... 37 
18.4 SISTEMA DE IGNIÇÃO ....................................................................................................... 39 
18.5 SISTEMA DE IGNIÇÃO TRANSISTORIZADO ................................................................. 40 
18.6 VELA DE IGNIÇÃO ............................................................................................................. 40 
19 SISTEMA DE VÁLVULAS ...................................................................................................... 41 
20 SISTEMAS DE LUBRIFICAÇÃO ........................................................................................ 46 
20.1 ANÉIS DE SEGMENTO .................................................................................................... 46 
20.2 RETENTORES DE VÁLVULAS ...................................................................................... 46 
21 SISTEMA DE TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA .................................................................. 47 
22 SISTEMA DE ARREFECIMENTO ...................................................................................... 48 
23 RELAÇÃO ESTEQUIOMÉTRICA ....................................................................................... 49 
24 SONDA LAMBDA ................................................................................................................ 51 
25 DETONAÇÃO .......................................................................................................................52 
26 A GASOLINA PARA AVIAÇÃO ......................................................................................... 55 
27 VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DA CHAMA ............................................................. 56 
28 AVANÇO DE IGNIÇÃO ....................................................................................................... 58 
29 MELHOR APROVEITAMENTO DO TORQUE ................................................................. 59 
30 TORQUE E POTÊNCIA ........................................................................................................ 61 
31 DESEMPENHO DOS MOTORES ........................................................................................ 63 
32 VOLATILIDADE .................................................................................................................. 65 
33 OS VEICULOS DE 1000 CILINDRADAS ........................................................................... 67 
34 O MOTOR FLEX E O GÁS NATURAL .............................................................................. 70 
35 COMPONENTES ELETRÔNICOS ADAPTAÇÃO DE GNV ............................................. 71 
36 COMPONENTES PARA INSTALAÇÃO DE GNV: corpo de borboleta – tbi .................... 72 
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36.1 ESTUDO DE CASO ........................................................................................................... 74 
36.2 COMENTÁRIOS ................................................................................................................ 75 
37 AS GERAÇÕES DOS KITS PARA GNV ............................................................................. 76 
38 CHUMBO TETRAETILA ..................................................................................................... 78 
39 PRÉ-IGNIÇÃO ....................................................................................................................... 79 
40 RELAÇÃO DE COMPRESSÃO (“TAXA DE COMPRESSÃO”) ....................................... 80 
41 INJEÇÃO ELETRÔNICA ..................................................................................................... 81 
42 RETIFICAÇÃO DE MOTORES ........................................................................................... 82 
42.1 RETIFICAÇÃO DO BLOCO DE CILINDROS ................................................................ 82 
42.2 BRONZINAS - DEFORMAÇÃO DOS MANCAIS .......................................................... 82 
42.3 BRUNIMENTO .................................................................................................................. 83 
42.4 MANUTENÇÃO ADEQUADA ........................................................................................ 83 
43 TECNOLOGIA FLEXIBLE FUEL (Flex) ............................................................................. 84 
44 COMBUSTÍVEIS ................................................................................................................... 86 
45 PODER CALORIFÍCO .......................................................................................................... 87 
46 RENDIMENTO TÉRMICO x RELAÇÃO DE COMPRESSÃO .......................................... 88 
47 ÍNDICE DE OCTANO (OCTANAGEM) ............................................................................. 89 
48 ÍNDICE DE CETANO ........................................................................................................... 90 
49 MOTOR A GASOLINA VERSUS MOTOR DIESEL .......................................................... 91 
50 COMBUSTÍVEL GASOLINA .............................................................................................. 92 
51 GASOLINA PODIUM ........................................................................................................... 93 
52 GASOLINA PREMIUM ........................................................................................................ 94 
53 GASOLINA TIPO “A” .......................................................................................................... 95 
54 GASOLINA TIPO “C” ........................................................................................................... 96 
55 GASOLINA TIPO “C”ADITIVADA .................................................................................... 97 
56 ÁLCOOL ETILICO ANIDRO COMBUSTIVEL (AEAC) ................................................... 98 
57 ÁLCOOL ETILICO HIDRATADO (AEHC) ........................................................................ 99 
58 COMBUSTÍVEL ÁLCOOL (METANOL) ......................................................................... 100 
59 ATIVIDADE PRÁTICA: ANÁLISE DE QUALIDADE DA GASOLINA BRASILEIRA 101 
60 GNV – Gás Natural Veicular ................................................................................................ 104 
61 GNV – O Cilindro ................................................................................................................ 107 
62 CAPACIDADE DOS CILINDROS ..................................................................................... 108 
63 GNV – Válvula do Cilindro .................................................................................................. 109 
64 GNV – Segurança; documentos; Cuidados. ......................................................................... 110 
65 BIOCOMBUSTÍVEIS .......................................................................................................... 112 
66 ÓLEOS VEGETAIS E BIODIESEL .................................................................................... 113 
67 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 115 
68 LABORATÓRIO DE MOTORES – Breve Histórico .......................................................... 116 
APÊNDICE 1 .................................................................................................................................. 117 
APÊNDICE 2 .................................................................................................................................. 119 
TEMPO DE VIDA ÚTIL DO MOTOR ......................................................................................... 119 
APÊNDICE 3 .................................................................................................................................. 121 
DEFEITOS DO MOTOR QUANDO TERMINA A SUA VIDA MÉDIA ÚTIL. ......................... 121 
APÊNDICE 4 .................................................................................................................................. 122 
PROVA 3 DO CONCURSO VESTIBULAR UFSC-2014. ........................................................... 122 
GLOSSÁRIO .................................................................................................................................. 130 
AGRADECIMENTOS ................................................................................................................... 132 
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 133 
 
 
 
 
MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA: TEORIA E PRÁTICA 
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O Autor 
 
 
Gilson Nunes Maia 
Técnico responsável pelas atividades 
experimentais desenvolvidas no LabMotores 
desde 1987. Ministra o curso Motores a 
combustão, para a comunidade interna e 
externa a UFSC desde 1994; 
Atua no LabCET – Laboratório de 
Combustão eEngenharia de Sistemas 
Térmicos da Universidade Federal de Santa 
Catarina, desde 1999, como Coordenador 
das atividades experimentais e aulas práticas 
de laboratório, relacionadas com o uso 
racional de combustíveis convencionais, 
gasolina, gás natural, e renováveis como o biodiesel, bio-óleo e biogás, em máquinas 
térmicas e motores a combustão interna. Ministra as aulas práticas na disciplina Tópicos 
Especiais em Ciências Térmicas V, do curso de Engenharia Mecânica da UFSC; 
Atualmente é aluno do curso de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFSC. 
 
 
 
 Gilson Maia - Praia do Campeche, verão 2012. 
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1 INTRODUÇÃO HISTÓRICA FILOSÓFICA 
 
“NINGUÉM É TÃO SÁBIO QUE NADA TENHA PARA APRENDER, NEM TÃO TOLO 
QUE NADA TENHA PRA ENSINAR”. 
Blaise Pascal 
 
Blaise Pascal nasceu em Clermont-Ferrand, uma pequena cidade na França, aos 19 
de junho de 1623. Faleceu em Paris, aos 19 de agosto de 1662. Físico, matemático, 
filósofo moralista e teólogo francês. Concentrou suas pesquisas em campos como a teologia, 
a hidrostática, a geometria (Teorema de Pascal) e os estudos das probabilidades e da análise 
combinatória. A unidade de pressão do SI recebeu o nome de Pascal em sua homenagem. 
O princípio de Pascal aproveita os estudos da hidrostática, que mostram que num 
líquido a pressão se transmite igualmente em todas as direções. 
Então, podemos resumir o Princípio de Pascal assim: um aumento de pressão exercido 
num determinado ponto de um líquido ideal se transmite integralmente aos demais pontos 
desse líquido e às paredes do recipiente em que ele está contido. 
Uma das aplicações do princípio está nos sistemas hidráulicos de máquinas e pode ser 
observado também na mecânica dos sistemas de freios dos automóveis, onde um cilindro 
hidráulico utiliza um óleo para multiplicar forças e atuar sobre as rodas, freando o automóvel. 
Seguindo o programa de Galileu e Torricelli, Pascal refutou o conceito de "horror ao vazio". Os 
seus resultados geraram numerosas controvérsias entre os aristotélicos tradicionais. 
 
Atribui-se a ele algumas frases de efeito: 
 
Quanto mais conheço as pessoas, mais gosto do meu cão. 
Blaise Pascal 
 
Não tenho vergonha de mudar de ideia, porque não tenho vergonha de pensar. 
Blaise Pascal 
 
O coração tem razões que a própria razão desconhece. 
Blaise Pascal 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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10
 
 
 
 
2 CONHECIMENTO E SABEDORIA 
 
CONHECIMENTO E SABEDORIA (autor desconhecido) 
Dois discípulos procuraram um mestre para saber a diferença entre Conhecimento e 
Sabedoria. O mestre disse-lhes: Amanhã, bem cedo, coloquem dentro dos sapatos vinte 
grãos de feijão, dez em cada pé. Subam, em seguida, a montanha que se encontra junto a 
esta aldeia, até o ponto mais elevado, com os grãos dentro dos sapatos. No dia seguinte os 
jovens discípulos começaram a subir o monte. Lá pela metade um deles estava padecendo de 
grande sofrimento: seus pés estavam doloridos e ele reclamava muito. O outro subia 
naturalmente a montanha. Quando chegaram ao topo um estava com o semblante marcado 
pela dor; o outro, sorridente. 
Então, o que mais sofreu durante a subida perguntou ao colega: - Como você 
conseguiu realizar a tarefa do mestre com alegria, enquanto para mim foi uma verdadeira 
tortura? 
O companheiro respondeu: - Meu caro colega, ontem à noite cozinhei os vinte grãos de 
feijão. É comum que se confunda Conhecimento com Sabedoria, mas essas são coisas bem 
diferentes. Se prestarmos atenção, podemos verificar que a diferença é clara e visível. O 
Conhecimento é o somatório das informações que adquirimos, é a base daquilo que 
chamamos de Cultura. Podemos adquirir Conhecimento sem sequer vivermos uma 
experiência fora dos livros e das aulas teóricas. Podemos nos tornar Cultos sem sairmos da 
reclusão de uma biblioteca. Já a Sabedoria, por outro lado, é o reflexo da vivência, na prática, 
quer pela experimentação, quer pela observação, da utilização dos conhecimentos 
previamente adquiridos. 
Para se ser Sábio é preciso viver, experimentar, ousar, ponderar, amar, respeitar, ver e 
ouvir a própria vida. É preciso buscar, sim, o conhecimento, a informação. 
Deve-se atentar para não se tornar alguém fechado em si mesmo e no próprio 
processo de aprendizado. Fazer isso é o mesmo que iniciar uma viagem e se encantar tanto 
com a estrada a ponto de se esquecer para onde se está indo. 
E isso não parece ser uma atitude muito sábia. Então, sejamos Sábios: vivamos, 
amemos e compartilhemos o que há em nossos corações! E que saibamos cozinhar nossos 
feijões... 
http://pt.slideshare.net/rosanabc/conhecimento-e-sabedoria-historia-dos-gros-de-feijao 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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11
 
 
 
 
3 INTRODUÇÃO HISTÓRICA ÀS MÁQUINAS TÉRMICAS 
O homem sempre buscou inventar aparelhos que facilitassem as tarefas diárias. 
Dominar o fogo até a observação das transformações que ele 
proporcionava, não foi tarefa difícil. A maioria delas surgiu por 
acaso. Os primeiros procedimentos envolvendo expansão dos 
gases para obter movimento, remontam ao século 62 d.C. onde 
Herão de Alexandria, engenheiro que contribuiu para o 
desenvolvimento da matemática e a geometria, ficou conhecido 
também por ter inventado um aparato capaz de movimentar-se 
pela expansão dos gases aquecidos em seu interior e, 
conforme historiadores, esse aparato representa o primeiro 
motor a vapor que se tem notícias. A “bola de vento”, ou Eolípila 
de Herão, que convertia energia térmica em movimento 
mecânico, e assim pode ser considerado um motor, o primeiro 
acionado por vapor. 
A origem das máquinas térmicas pode estar relacionada 
a uma máquina primitiva que utilizava material sólido 
convencional como fonte primária de calor, tal como o 
combustível a partir da madeira seca. Ao aquecer a água do recipiente produz-se vapor no 
interior de um tanque contiguo cilíndrico e fechado. A tecnologia antecipava-se à ciência 
porque não havia base teórica para a compreensão e o aprimoramento dessas máquinas. 
Nunca teve qualquer aplicação prática, mas seus princípios básicos são fundamentos 
da engenharia moderna. O princípio de funcionamento pode associar-se a terceira lei de 
Newton da ação e reação: O vapor de água ao ser expulso fazia com que aquele aparato 
girasse num sentido de rotação, em torno de seu próprio eixo. Movimento semelhante pode 
ser associado aos modernos irrigadores de jardim, que funcionam com água. 
O canhão, não se sabe ao certo, pode ter sido inventado pelos Chineses ou Mouros por 
volta de 1305 e, seguramente, tratava-se de uma máquina térmica muito eficiente, a energia 
gerada, utilizando pólvora como combustível, tinha grande poder destrutivo e o processo, de 
difícil controle, uma vez iniciado seria impossível interromper ou introduzi-lo em um ciclo. 
O desenvolvimento dos motores térmicos se 
baseou em princípios termodinâmicos envolvendo 
principalmente os conceitos de pressão, temperatura, 
volume, trabalho, calor e energia entre outros. Utilizando 
esses conceitos e baseados em observações 
experimentais,alguns teóricos do século XIX 
desenvolveram trabalhos com o intuito de construírem 
motores próximos do rendimento térmico de uma máquina 
de Carnot. O Físico e engenheiro militar Nicolas Leonard 
Sadi Carnot (1796-1832), nasceu em Paris, e publicou em 
1824 seu livro Reflexões Sobre a Potência Motriz do 
Fogo. Carnot propõe teoria sobre as máquinas térmicas, e 
descreve um ciclo ideal que é capaz de proporcionar o Máximo rendimento. Dentre esses 
pesquisadores destacamos Nikolaus Otto, Rudolf Diesel e Alphonse Beau de Rochas. 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 Canhão. 
Fonte: www.forte.jor.br 
 
 
Figura 1 Eolípila. 
Fonte: www.fisica-interessante.com 
MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA: TEORIA E PRÁTICA 
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12
 
 
 
 
 
4 CRONOLOGIA DE EVENTOS HISTÓRICOS 
 
 
INVENTORES PAÍS NASCIMENTO MORTE IDADE FEITO 
Herão de 
Alexandria 
Grécia 10 d.C. 70 d.C. 60 60 d.C. Eolípila de Herão. (52 anos) 
Chineses e 
Mouros 
séc. XIII – séc. XIV 1305 Invenção do Canhão 
Otto Von 
Guericke 
Alemanha 1602 1686 84 1650 Projetou e construiu bomba de 
vácuo - princípios da eletrostática (48 
anos) 
Blaise Pascal França 1623 1662 39 1647 Influenciado pelas experiências 
de Torricelli, enunciou os primeiros 
trabalhos sobre o vácuo e demonstrou 
as variações da pressão atmosférica. 
Desenvolveu extensivas pesquisas 
utilizando sifões, seringas, foles 
tubos de vários tamanhos e formas e 
com líquidos como água, mercúrio, 
óleo, vinho, ar, no vácuo e 
sob pressão atmosférica. A unidade de 
pressão do SI recebeu o nome de 
Pascal em sua homenagem. Refutou o 
conceito de "horror ao vazio".(24 anos) 
Robert Boyle Irlanda 1627 1691 64 1665 Ciente dos experimentos de 
Guericke, e com Robert Hooke, 
construiu bomba de ar. Estabeleceu 
correlação entre pressão, temperatura 
e volume. Formulou a Lei de Boyle. 
Estabelece que a pressão e o volume 
são inversamente proporcionais. (28 
anos) 
Denis Papin França 1647 1712 65 1679 Baseado nos conceitos de 
Boyle, Denis Papin constrói forno de 
pressão (marmita de Papin). Vaso 
fechado hermeticamente confinava o 
vapor alta pressão. Projetos 
posteriores incluíram válvula de alívio 
de pressão. (32 anos) 
Thomas 
Savery 
Inglaterra 1650 1715 65 1698 Descobriu maneiras de 
utilizar o vapor e sua energia 
para bombear água de um poço. 
Baseado em Denis Papin, e as 
observações de Torricelli sobre 
o vácuo e as de Della Porta 
sobre a capacidade de elevação 
da sucção, além da técnica de 
condensação proposta por 
Thornton. Sua pioneira máquina 
a vapor realmente prática 
possuía válvulas operadas 
manualmente. (48 anos) 
Thomas 
Newcomen 
Inglaterra 1663 1729 66 1712 - Considerado pai da máquina a 
vapor, Newcomen instalou uma 
maquina para drenar agua das minas 
de carvão 
MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA: TEORIA E PRÁTICA 
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13
 
 
 
 
James Watt Escócia 1736 1819 83 1765 – Inventou a máquina a vapor 
com menos perdas de energia e que 
também poderia gerar movimentos 
circulares. Patenteou-a em 1769. 
Aumentou a eficiência em 75% em 
relação à máquina de Newcomen. (29 
anos) 
Benjamin 
Thompson 
(Conde 
Rumford ) 
E.U.A. 
Inglaterra 
1753 1814 61 1791 - Canhão de Rumford – Calor e 
Trabalho (38 anos) 
Nicolas 
Leonard Sadi 
Carnot 
França 1796 1832 36 1824 – livro Reflexão. Sobre Potência 
Motriz do Fogo. (28 anos) 
Alphonse 
Beau de 
Rochas 
França 1815 1893 78 1859 - princípios motor comb. interna 4 
tempos. (44 anos) 
Jean Joseph 
Étienne 
Lenoir 
Bélgica 1822 1900 78 1859 - desenvolveu o motor de 
combustão interna. (37 anos) 
Nikolaus Otto Alemanha 1832 1891 59 1859 - Inventou os motores de ignição 
por centelha. (27 anos) 
Rudolf Diesel Alemanha 1858 1913. 55 1885 - Inventou motores ignição por 
compressão. (27 anos) 
Karl Friedrich 
Benz 
Alemanha 1844 1929 85 É o inventor (com Gottlieb Daimler) do 
automóvel movido a gasolina como o 
conhecemos atualmente. (42 anos) 
Gottlieb 
Wilhelm 
Daimler 
Alemanha 1834 1900 66 1886 - Cientista e pesquisador alemão, 
cujos trabalhos com os motores de 
combustão a gasolina, culminaram na 
invenção e desenvolvimento 
do automóvel (52 anos) 
 
MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA: TEORIA E PRÁTICA 
GMaia 
 
 
14
 
 
 
 
 
5 OS MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA (M.C.I) 
Os motores térmicos são equipamentos em que se utilizam princípios termodinâmicos, 
para transformar a energia química encerrada no interior dos combustíveis, em energia 
térmica, que por sua vez, é convertida em energia mecânica diretamente utilizável, num eixo 
rotativo. A combustão é uma reação química exotérmica que combina combustivel e 
comburente liberando calor. 
Nos motores a combustão interna, a energia calorífica originária da queima dos 
combustíveis no interior das câmaras de combustão, dá origem a energia mecânica, 
deslocando seu êmbolo do ponto morto superior (pms) ao ponto morto inferior (pmi), que por 
estar acoplado a uma biela e esta a um girabrequim, descreve um movimento alternativo de 
vai-e-vem dando origem ao movimento de rotação. Referidas máquinas térmicas têm no 
produto da combustão os próprios executores de trabalho. A combustão se processa no 
próprio fluido operante, por isso são classificados como motores de combustão interna de 
movimento alternativo. 
 
 
6 PROCESSOS DE CONVERSÃO DE ENERGIA 
 
 
 
Característica essencial da energia. 
Capacidade de conversão entre suas diversas formas: radiação, química, nuclear, 
térmica, mecânica, elétrica e magnética. 
 
 
 
 
 
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15
 
 
 
 
 
7 CLASSIFICAÇÃO E PRINCÍPIOS OPERATIVOS (M.C.I) 
 
Os motores podem ser classificados de acordo com seus sistemas de ignição do 
combustível, e ciclo operativo. 
• Ignição por centelha ICE; 
• Ignição por compressão ICO; 
• Ciclo operativo de 4 tempos; 
• Ciclo operativo de 2 tempos; 
 
 
 A figura abaixo ilustra uma divisão utilizada para motores térmicos: 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3 – Divisão classificatória para Motores Térmicos. 
 
MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA: TEORIA E PRÁTICA 
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16
 
 
 
 
 
8 PARTES PRINCIPAIS (M.C.I) ALTERNATIVOS 
 
 
Figura 4 – Partes principais dos motores de combustão interna alternativos. 
Os motores de 4t dividem-
se em três principais partes: 
cabeçote, bloco de cilindros e 
cárter. Para os motores de 2t, 
utilizamos a nomenclatura de: 
tampa do cilindro, cilindro (ou 
bloco de cilindros, quando houver 
mais de um) e cárter. 
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17
 
 
 
 
 
8.1 FASES DOS (M.C.I.) CICLO OTTO DE 4 TEMPOS 
 O termo fase pode ser associado a transformações químicas, por isso alguns 
autores preferem utilizar a palavra processo para designaro movimento dos pistões que 
descrevem o ciclo. 
1ºfase: admissão (ou processo) 
O movimento do pistão ou êmbolo tem seu início por ação de uma força que tanto pode 
ser muscular ao movimentar-se uma manivela acoplada ao sistema, bem como um motor 
elétrico ou outra qualquer. Na fase de admissão o pistão desloca do ponto morto superior 
(pms) ao ponto morto inferior (pmi) aspirando o ar e o combustível através da válvula de 
admissão. Para alguns projetos de motores modernos, da atualidade, adota-se o sistema de 
injeção direta. Esta proposta determina que na fase de admissão, seja aspirado somente ar. O 
combustível é injetado no final do curso da compressão 
2ºfase: compressão (ou processo) 
Com a energia do movimento armazenada, o pistão desloca do ponto morto inferior 
(pmi) ao ponto morto superior (pms). No início do movimento a válvula de admissão se fecha 
e o pistão começa a comprimir o ar e o combustível na câmara de combustão, que 
dependendo do projeto do motor e do combustível que se vai utilizar, podem ser fabricados 
com relações de compressão da ordem de 8 a 16:1 ( relação de compressão ideal para 
motores dedicados a gás natural comprimido 16:1 leia-se dezesseis para um). 
3º fase: expansão (ou processo) 
Nesta fase as válvulas de admissão e escape estarão fechadas e a alguns poucos 
graus antes do pistão alcançar o ponto morto superior (pms), tem início a queima da mistura 
ar/combustível, originada por ação de uma centelha entre os eletrodos da vela de ignição. 
Nesta fase alcançam-se temperaturas e pressões da ordem de 800ºC a 1000ºC e de 60 
kgf/cm2 a 80 kgf/cm2 respectivamente. A queima total ocorrerá a alguns graus após o ponto 
morto superior (pms) dando origem a “fase força do motor”, as outras são “fases passivas” 
que consomem energia do ciclo. Com essa força o pistão é deslocado ao ponto morto inferior 
(pmi) armazenando sua energia em contrapesos e um volante, previamente dimensionados, 
para devolvê-la nas fases subsequentes (fases passivas) e contribuindo para balancear o 
sistema. 
4º fase: descarga (ou processo) 
Antes de o pistão atingir o ponto morto inferior (pmi), condição que irá originar a quarta 
fase, a válvula de escape se abre, permitindo a saída de uma parte dos gases da combustão 
que se encontram sob pressão, maior do que a pressão atmosférica. Ao deslocar-se para o 
ponto morto superior (pms), o pistão expulsa o resto dos gases que não servirão mais para a 
combustão sob pena de que, se ficar algum resíduo desse gás, agora inerte, ele irá interferir 
na próxima fase impedindo o enchimento total do cilindro com mistura nova. Assim termina o 
ciclo do motor de quatro tempos (4t) descrevendo quatro fases em quatro movimentos, 
totalizando 720º de giro do virabrequim. (A saber: o motor de dois tempos (2t) do ciclo Otto, 
também descreve as quatro fases, porém em dois movimentos, a 360º, com uma volta no 
virabrequim, ou girabrequim). 
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 Figura 5 – Fases de um motor do ciclo Otto 4t. 
O estudo termodinâmico para descrever o ciclo acima, permite identificar o ciclo Otto 
teórico e o ciclo Otto real ou indicado. Teoricamente, as quatro fases são realizadas existindo 
somente ar no interior do cilindro. Não existe combustão, porém existe uma adição 
instantânea (hipotética) de calor entre a fase 2 e a fase 3. Já o ciclo Otto real ou indicado é 
obtido através de medições em motores sob condições normais de funcionamento. Mostra a 
irreversibilidade e perdas de energia não computados no ciclo teórico. 
 1ª FASE 2ª FASE 3ª FASE 4ª FASE 
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9 CICLO DIESEL 
As fases dos motores do ciclo Otto, como princípio de funcionamento, são semelhantes 
ao do ciclo Diesel, mas há uma grande diferença. No ciclo Otto a mistura ar/combustível ainda 
que comprimida, precisa de uma centelha para dar início ao processo de queima. Já nos 
motores Diesel, a mistura é substituída por ar puro na fase de admissão, e é comprimida a 
uma razão bem maior que nos do ciclo Otto (16:1 a 24:1 para o ciclo Diesel). Essa maior 
compressão dá origem a uma elevação significativa da temperatura que, combinada com o 
Diesel, pulverizado através de pequenos jatos e a alta pressão, iniciam o processo de 
combustão espontânea, isto evita o efeito de detonação que ocorre com o combustível nos 
motores do ciclo Otto, aumentando significativamente o rendimento volumétrico do motor 
Diesel. Outras características dos gases de escape dos motores Diesel são os altos índices 
alcançados pela temperatura do fluído e pela pressão na câmara de combustão: de 600ºC a 
800ºC e de 65 kgf/cm2 a 80 kgf/cm2, respectivamente. 
 
Figura 6 – Fases de um motor do ciclo Diesel. 
A diferença básica entre os ciclos teóricos Otto e Diesel consistem, no caso do Otto, 
que o calor é adicionado ao ciclo sob volume constante, e para o Diesel que o calor é 
fornecido a pressão constante. Isso muda a relação entre o calor fornecido ao ciclo e o 
aumento de temperatura dos gases na câmara de combustão e consequentemente a pressão 
no interior do cilindro. Os motores Diesel têm rendimento superior aos motores Otto, pois 
trabalham sob uma maior relação de compressão. 
 
 
 
 
 
 
MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA: TEORIA E PRÁTICA 
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20
 
 
 
 
 
10 DIAGRAMA PRESSÃO x VOLUME 
Podemos observar as duas formas das curvas relacionadas ao ciclo Otto teórico e o 
ciclo Otto real. No diagrama mais afastado da curva identificamos o ciclo ideal que está 
associado a motores de ignição por centelha que necessitam de uma faísca para a ignição da 
mistura (figura 4). No ciclo podemos distinguir as seguintes fases: Compressão adiabática do 
fluido do motor fornecendo energia imediata a volume constante, expansão adiabática e 
transferência instantânea de energia a volume constante (figura 3). O ciclo real se diferencia 
do teórico pelo fato de que as linhas retas do diagrama são substituídas por linhas curvas e 
cantos arredondados, ou seja, a temperatura e a pressão máxima e o rendimento global é 
mais baixo que no ciclo teórico. 
 
a) Ciclo Ideal 
O combustível, durante a passagem pelo motor, é submetido a uma série de 
transformações químicas e físicas, (compressão, combustão, expansão, transmissão de calor 
com as paredes do cilindro, atrito viscoso devido à presença das paredes, etc.), condições 
que constituem o ciclo do motor e determinam a sua eficiência. 
Um exame quantitativo teórico desses fenômenos, levando em conta todas as 
variáveis, representa um problema muito complexo. Por este motivo, se recorre a diferentes 
hipóteses simplificativas. Para os ciclos termodinâmicos as aproximações às condições reais 
normalmente empregadas referem-se ao ciclo ideal. 
 
 
 
b) Ciclo Real 
Na prática, se comparam estes ciclos idealizados aos ciclos reais, obtidos em medições 
no motor. Historicamente, estas medições eram obtidas por equipamentos mecânicos dotados 
de um sensor de pressão por mola, ligado rigidamente a um traçador contínuo em rolo de 
papel denominado indicadores e, por esta razão, o ciclo real se chama também ciclo 
indicado. Ainda que os ciclos ideais não reproduzam exatamente os ciclos reais, eles 
constituem uma referência útil para o estudo termodinâmico, bemcomo para comparação de 
motores. 
Legendas: 
 – introdução instantânea de calor 
 – subtração instantânea de calor 
W – trabalho realizado pelo pistão 
P – pressão 
V – volume 
Patm. – Pressão atmosférica 
 
Figura 3. Diagrama PxV. Ciclo Otto ideal 
 
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21
 
 
 
 
O ciclo real se obtém experimentalmente por meio de sensores de pressão cujo sinal 
permite desenhar o diagrama de pressão versus volume, de um cilindro-motor funcionando. 
(Oliveira Junior, Amir Antônio Martins, 2011 UFSC) 
O diagrama indicado reflete as condições reais do ciclo e, portanto leva em conta 
também as perdas de calor, a duração da combustão, as perdas causadas por atrito viscoso 
no fluido, o tempo finito de abertura e fechamento de válvulas, o transvasamento dos gases, 
enquadramento da distribuição, trocas de calor entre gases e paredes dos cilindros, câmaras, 
perdas por “blow-by” entre outros. 
 
c) Diagrama Pressão versus Volume 
No diagrama pressão versus volume dos motores de combustão interna identificam-se 
as diferenças entre o ciclo ideal e o ciclo indicado correspondente, tanto na forma do ciclo 
quanto nos valores de pressão. As principais diferenças estão relacionadas às perdas de calor 
para o bloco do motor, que no ciclo ideal são nulas2, a duração da combustão, que no ciclo 
ideal se supõe realizar instantaneamente a volume constante e aos processos de admissão e 
exaustão, que no ciclo ideal ocorrem com a abertura instantânea das válvulas e na ausência 
de perdas de carga por atrito viscoso. 
 No ciclo real, a subtração de calor, que corresponde à exaustão, ocorre durante um 
tempo relativamente grande. A válvula de escape tem que abrir-se com antecipação para, 
usando a pressão interna ainda relativamente alta, impulsionar a mistura queimada para fora 
do cilindro, e dar tempo para que a maior parte dos gases saia do cilindro, antes do pistão 
atingir o ponto morto inferior (PMI), de modo a baixar a pressão dentro do cilindro, reduzindo o 
trabalho negativo executado pelo pistão no seu curso em direção ao ponto morto superior 
(PMS). 
A figura abaixo identifica as diferenças entre os ciclos ideal e real. Como pode se 
observar o ciclo indicado ou real, se sobrepõe ao teórico. O trabalho útil executado pelo motor 
corresponde à área dentro do laço no diagrama PxV. Observa-se na figura abaixo que o 
trabalho útil realizado no ciclo real, devido aos fatores listados acima, é menor que o previsto 
pelo ciclo Otto ideal. 
 
 
 
 
2 O ciclo ideal somente considera entrada de calor na combustão e saída de calor na exaustão 
Legenda: 
 
A – Perdas de calor para o cilindro. 
B – Perda trabalho útil. Antecipação da 
centelha 
C – Perda trabalho útil. Antecipação 
válvula escape 
D – Superfície negativa. Trabalho de 
bombeamento 
P – Pressão 
V – Volume 
Patm. Pressão atmosférica. 
PMS – ponto morto superior 
PMI – ponto morto inferior 
Figura 4: Diagrama PxV. Diferenças entre o ciclo Otto ideal e o ciclo real (indicado) 
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11 EQUAÇÃO DA CILINDRADA E RELAÇÃO DE COMPRESSÃO 
Volume da cilindrada é o volume obtido pelo deslocamento do pistão do pms, ao pmi. 
Relação de compressão é relação existente entre o volume inicial e o volume final no 
processo de compressão da mistura. 
 
 
 
 
 
 
a) Os Motores Automotivos 
Um motor automotivo de combustão interna, como se conhece, converte a energia 
química de um combustível em potência de eixo que, por sua vez, é utilizada para movimentar 
o veículo. 
Essa conversão de energia química se dá pela queima do combustível. Para que um 
combustível queime, ele precisa ser misturado com um comburente em determinadas 
proporções. O comburente utilizado é o oxigênio, abundante no ar atmosférico. 
A queima do combustível em um motor automotivo se dá na câmara de combustão. Os 
cilindros dos motores são câmaras com volume variável devido ao movimento do pistão. 
Quando o pistão se encontra no ponto morto superior, o volume do cilindro é mínimo; 
reciprocamente, no ponto morto inferior, o volume é máximo. A soma dos volumes máximos 
dos cilindros define a capacidade cúbica do motor, ou cilindrada. Um motor 1.4, conforme 
referência comercial que determina o tamanho do motor. Se for dotado de quatro cilindros, 
significa que sua capacidade cúbica é de 1.4 litros, e que cada cilindro tem 350 mililitros de 
volume deslocado aproximadamente. 
 
b) Rendimento Volumétrico 
O rendimento volumétrico (ηv) pode ser interpretado como a massa de ar e combustível 
realmente admitido, dividido pela massa teórica admitida. O desempenho do motor está 
diretamente relacionado com sua capacidade de encher seus cilindros com ar. De fato, é a 
expansão do ar no interior dos cilindros que movimenta os pistões. A expansão do ar é obtida 
pela queima do combustível nele misturado. A queima da mistura promove um drástico 
aumento da temperatura, fazendo com que seu volume aumente proporcionalmente. Portanto, 
quanto mais ar dentro dos cilindros, melhor o desempenho do motor. 
Visando maximizar a admissão de ar nos cilindros, várias tecnologias surgiram, tais 
como motores com quatro e cinco válvulas por cilindro, turbos compressores e compressores 
mecânicos. Entretanto, a quantidade de ar nos cilindros não está relacionada com seu 
volume, mas com sua massa. Assim, quanto mais denso o ar, maior a massa de ar admitida 
no cilindro. É por isso que um motor funcionando ao nível do mar tem desempenho superior 
do que se funcionasse em elevadas altitudes. 
 
 
Onde: 
ρ – relação de compressão; 
Vi – volume inicial; 
Vf – volume final; 
Vcc – volume da câmara de combustão; 
Vc – volume da cilindrada. 
 
 
 
Onde: 
Vc - volume da cilindrada; 
Z – número de cilindros; 
D – diâmetro do cilindro; 
L – curso do pistão. 
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A partir do que precede fica evidente que a massa de combustível e a quantidade de ar 
que se introduz no cilindro devem ter uma relação rigorosa, exata, e que a energia oferecida 
pelo motor depende principalmente da quantidade de ar e combustível utilizados. 
Quanto maior o volume de ar admitido no cilindro, tanto maior resulta a quantidade de 
combustível que pode queimar-se, e em consequência, maior é a energia que produz o motor. 
O rendimento volumétrico indica o maior ou o menor grau de enchimento do cilindro. 
Define-se como a relação entre o peso efetivo de ar, introduzido no cilindro durante a unidade 
de tempo que o pistão leva do ponto morto superior, em direção ao ponto morto inferior, e o 
peso de volume do ar que teoricamente deveria introduzir-se ao mesmo tempo, calculando a 
base da cilindrada unitária, e as condições de temperatura e pressão no cilindro. 
 
 
c) Rendimento Térmico de Uma Máquina. 
O rendimento térmico efetivo pode ser calculado considerando-se a quantidade de 
calor introduzido num sistema (Q1) e a quantidade de calor retirado (Q2) desse mesmo 
sistema. 
 
 
 
 
Onde: 
ηte = Rendimento Térmico efetivo 
Q1 = Calor adicionado (fornecido ao sistema) 
Q2 = Calor retirado (eliminado pelo sistema) 
 
O rendimento térmico de um motor do ciclo Ottoé a relação entre a 
quantidade de calor fornecida ao sistema e o que efetivamente se transforma em 
trabalho. 
Pela segunda lei da termodinâmica, nenhum motor real poderá converter 
todo o calor fornecido em trabalho mecânico. (Penido, 1983) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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12 NIKOLAUS OTTO 
 
 
Nikolaus A. Otto, nasceu em Holzhausen a 10 de junho de 
1832, e morreu em Colônia aos 26 de janeiro de 1891. O seu motor 
com carga comprimida, conforme designação à época fundou a 
tecnologia, os conhecimentos e os princípios científicos dos motores 
em todo o mundo. 
Por volta de 1850, Otto trabalhava como representante 
comercial vendendo produtos como arroz, açúcar, café e chá. Porém, 
o jovem Otto tinha uma grande fascinação por objetos mecânicos, e 
em 1860 ele ouviu falar do francês Jean-Joseph Ethienne Lenoir, que 
vinha sendo bem sucedido em seus experimentos com motores a 
combustão interna. “Com vigoroso entusiasmo ele pensou dia e noite 
naquele assunto” como escreveu Kurt Rathke na biografia de Otto. Ele tinha planos 
entusiásticos para o futuro, todos voltados para a utilização dos motores a gasolina e suas 
aplicações. 
De acordo com Rathke, Otto foi inspirado, nas suas observações do deslocamento das 
fumaças pelas chaminés. Ele julgava que o lugar da explosão no motor a gasolina poderia ser 
comparado com o que ele observara nas chaminés quando recebia uma mistura rica de 
combustível. Sua ideia foi deixar apenas o ar fresco entrar primeiro e depois sair os gases da 
descarga dentro do tempo de trabalho previsto, somente então a mistura de gasolina seria 
introduzida. 
As primeiras tentativas de Otto em construir um motor a combustão falharam, mas 
impressionaram Eugen Langen, um técnico e proprietário de fabrica de açúcar, que aceitou 
Otto como sócio. Os dois homens fundaram a N.A.Otto&Cia., a primeira companhia de 
motores do mundo e precursora das atuais. Deutz AG., Gottlied Daimler e Wilhelm Maybach 
uniram-se mais tarde a companhia. 
Lenoir construiu o primeiro motor de combustão interna comercialmente viável em 
1859. Dois anos depois Alphonse Beau de Rochas fundou os princípios dos motores de 
quatro tempos, mas foi Otto que em 1876 construiu o primeiro motor viável de alta 
compressão, de quatro tempos com sistema de ignição. 
Otto patenteou sua construção em 1877. Ele jamais se envolveu diretamente na 
construção de carros, mas seu motor de carga comprimida marcou o iniciou de uma era de 
pioneirismo e fundamenta a construção dos motores modernos. 
 
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13 RUDOLF DIESEL 
 
A invenção dos motores que levam seu nome notabilizou 
Rudolf Diesel, que além de notável teórico da mecânica foi 
homem de ampla cultura, conhecedor de arte e pesquisador de 
questões linguísticas e das teorias sociais da época. As leis da 
termodinâmica fascinavam Rudolf Diesel. Ele via nelas um 
caminho para salvar a sociedade e proteger os pequenos 
trabalhadores artesãos. Rudolf Christian Karl Diesel nasceu em 
Paris, a 18 de março de 1858, em uma família alemã imigrada, e 
lá viveu até 1870, ano em que foi deportado para o Reino Unido 
devido à eclosão da guerra franco-prussiana. 
Em 1885, o engenheiro alemão Daimler construiu o 
primeiro motor a combustão interna capaz de mover um veículo com razoáveis condições de 
segurança e economia, começou uma corrida em busca de aperfeiçoamentos que duram até 
hoje. 
De Londres, Diesel viajou para Augsburgo, onde prosseguiu os estudos, completados 
na Universidade Técnica de Munique. Ali se revelaria notável pesquisador. Diesel dedicou-se 
ao desenvolvimento de um motor a combustão interna que se aproximasse ao máximo do 
rendimento teórico proposto pelo físico francês Sadi Carnot. 
Em 1890 concebeu a ideia que mais tarde resultaria no motor, diesel cuja patente 
obteve em 1892. No ano seguinte publicou uma descrição teórica e prática de seu mecanismo 
no livro Theorie und Konstruktioneines rationellen Wärmemotors, (teoria e construção de um 
motor térmico racional). 
Em 1894, Diesel resolve simplificar o princípio de funcionamento do motor a explosão. 
Nasceu assim o motor diesel que eliminou a necessidade de um circuito elétrico relativamente 
complicado, para iniciar a combustão da gasolina. Nesse tipo de motor o combustível, óleo 
diesel, queima por ação do calor que se origina quando o ar é extremamente comprimido no 
interior da câmara de combustão. O motor teve êxito imediato, sendo largamente utilizado em 
navios, veículos automotores e dirigíveis. 
Em 1900, Diesel foi para os Estados Unidos, onde tinha grande prestigio, mas arruinou-
se em maus negócios e voltou a Europa. Ao que parece Diesel morreu ao cair ao mar durante 
uma travessia do Canal da Mancha, de Antuérpia para Londres em 29 de setembro de 1913. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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14 BLAISE PASCAL 
 
 
Blaise Pascal nasceu em Clermont-Ferrand, uma 
pequena cidade na França, aos 19 de junho de 1623. Faleceu 
em Paris, aos 19 de agosto de 1662. 
Físico, matemático, filósofo moralista e teólogo francês. 
O princípio de Pascal aproveita os estudos da 
hidrostática, que mostram que num líquido a pressão se 
transmite igualmente em todas as direções. 
Podemos resumir o Princípio de Pascal assim: um 
aumento de pressão exercido num determinado ponto de um 
líquido ideal se transmite integralmente aos demais pontos 
desse líquido e às paredes do recipiente em que ele está 
contido. 
Uma das aplicações do princípio está nos sistemas hidráulicos de máquinas e pode ser 
observado também na mecânica dos sistemas de freios dos automóveis, onde um cilindro 
hidráulico utiliza um óleo para multiplicar forças e atuar sobre as rodas, freando o automóvel. 
Blaise Pascal era filho de Étienne Pascal, professor de matemática, e de Antoinette 
Begon. Blaise Pascal contribuiu decisivamente para a criação de dois novos ramos da 
matemática: a Geometria Projetiva e a Teoria das probabilidades. Em Física, estudou a 
mecânica dos fluidos, e esclareceu os conceitos de pressão e vácuo, ampliando o trabalho 
de Evangelista Torricelli. É ainda o autor de uma das primeiras calculadoras mecânicas, 
a Pascaline, e de estudos sobre o método científico. 
Como matemático, interessou-se pelo cálculo infinitesimal, pelas sequências, tendo 
enunciado o princípio da recorrência matemática. O cálculo diferencial e integral de Newton e 
Leibniz que seria a base da física moderna foi inspirado em um tratado publicado por Blaise 
Pascal sobre os senos num quadrante de um círculo onde buscou a integração da 
função seno, que também viria a ser a base da matemática moderna. Criou um tipo de 
máquina de calcular que chamou de La pascaline (1642), uma das 
primeiras calculadoras mecânicas que se conhece, conservada no museu de Artes e 
Ofícios de Paris. Anders Hald escreveu: "Para aliviar o trabalho do seu pai como agente fiscal, 
Pascal inventou uma máquina de calcular para adição e subtração assegurando sua 
construção e venda." Seguindo o programa de Galileu e Torricelli, refutou o conceito de 
"horror ao vazio". Os seus resultados geraram numerosas controvérsias entre 
os aristotélicostradicionais. 
 
 
15 OTTO VON GUERICKE 
 
Otto von Guericke nasceu em 20 de novembro 
de 1602 na cidade de Magdeburg e morreu em 11 de maio 
de 1686 em Hamburgo. Durante trinta anos foi o burgomestre 
de Magdeburgo. 
Otto von Guericke estudou matemática e direito 
na Universidade de Leiden antes de trabalhar como engenheiro 
na Alemanha. 
Guericke foi um defensor da ideia de que o vácuo existia. 
A idéia mais aceita na época era ainda a de Aristóteles, 
segundo a qual a natureza teria horror ao vácuo, preenchendo 
imediatamente, a todo custo, qualquer espaço que fosse 
deixado sem matéria. 
Guericke acreditava que as evidências valiam mais que a 
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argumentação teórica e conseguiu criar um experimento para provar sua crença. Em 1650, 
construiu, com grandes despesas, uma bomba de ar. Esse aparelho, impulsionado por força 
muscular, consistia basicamente num cilindro dentro do qual corria um êmbolo. Ao ser 
puxado, o êmbolo rarefazia o ar no interior do cilindro. Não era um vácuo perfeito, mas era o 
suficiente para que Guericke demonstrasse que nele uma vela não queimava, pequenos 
animais não sobreviviam e o som de um sino, quando ali produzido, não podia ser ouvido no 
exterior. 
Em outra experiência, mostrou que, devido à pressão do ar externo, o êmbolo era 
empurrado de volta para o interior do cilindro e nem mesmo o esforço de 50 homens era o 
suficiente para vencer essa força. 
Sua experiência mais famosa, porém, foi feita em 1654. Guericke construiu dois 
hemisférios metálicos que se encaixavam perfeitamente. Ao remover o ar do interior da esfera 
assim formada, os hemisférios se mantinham unidos, não sendo possível separá-los nem com 
o esforço de diversos cavalos. (Foi graças aos estudos de Torricelli, com os quais teve 
contato, que Guericke conseguiu relacionar todos esses fenômenos com a pressão exercida 
pela atmosfera.) 
Criou também uma máquina eletrostática, constituída por uma esfera de enxofre que 
podia ser girada em torno de um eixo enquanto era friccionada com sua mão. O atrito fazia a 
esfera acumular eletricidade estática, que podia ser descarregada na forma de faíscas. O que 
o levou a criar esse aparelho foram as pesquisas de Gilbert, feitas em 1672, sobre a 
eletrização por atrito. Numa carta ao matemático alemão Leibniz, Guericke descreveu os 
resultados que obteve. 
 
 
16 ROBERT BOYLE 
 
 
Filho mais velho de Richard Boyle, primeiro Conde 
de Cork, um dos homens mais ricos e influentes da Grã-
Bretanha. Sua formação foi tradicional: em parte em casa, em 
parte no Eton College, complementado por viagens a 
França, Itália e Suíça. É durante esta estada no continente que 
se converteu religiosamente, o que ele comentou muito na sua 
autobiografia. 
 
Voltou à Inglaterra em 1644 e começou uma carreira de 
escritor no campo da moral e da filosofia e da religião. Em 1649-
50, as suas preocupações mudam. Ele constrói um laboratório na 
sua casa em Sailbridge e se descobre um entusiasta da 
experimentação, o que mudará sua carreira. 
 
Ele também é atraído pela química, notadamente no seu tratado "Of the Atomicall 
Philosophy" onde aparecem ideias atomísticas. Emite também críticas ao "Químico Vulgar", 
aquele que não tem um método filosófico para estudar a natureza. 
 
Nas reuniões, ele estudou os filósofos naturais continentais como Pierre 
Gassendi e Descartes. Ele declara que a figura que mais lhe fez entender a filosofia 
de Descartes foi Robert Hooke, que o apoiou nas principais experiências. É com este último 
que montou os seus principais equipamentos e que estudou a natureza do ar: a câmara de 
vácuo e a bomba de ar. 
 
Durante esta estadia em Oxford, antes de sua ida para Londres em 1668, sua atividade 
literária foi intensa. A lista das publicações é grande e elas foram feitas pela recente 
criada Royal Society nas "Philosoficals Transactions" cujo primeiro secretário, Henry 
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Oldenburg, iniciou em 1665. Suas obras foram também publicadas em latim, que era a língua 
científica da época. Boyle multiplicou as obras experimentais durante a vida inteira.Sua obra a 
mais notável é "Experiments, Notes, &c., about the Mechanical Origin or Production of Divers 
Particular Qualities (1675)". 
 
Publicou também obras de Medicina como "Memoirs for the Natural History of Human 
Blood (1684)". Nas duas últimas décadas de sua vida publicou trabalhos de Teologia como 
"Excellency of Theology, Compared with Natural Philosophy(1674) ". 
 
 
17 DENIS PAPIN 
 
Denis Papin, nascido em 22 de agosto de 1647, em Blois, 
na França, morreu em Londres, em 1712 na Inglaterra. O 
físico britânico nascido na França, inventou a panela de 
pressão e sugeriu a utilização do primeiro cilindro e pistão do 
motor de vapor. Embora seu projeto não era prático, foi 
melhorada por outros e levou ao desenvolvimento da 
máquina a vapor, uma grande contribuição para a Revolução 
Industrial. 
 
Papin foi assistente do físico holandês Christiaan Huygens 
com seus experimentos de bomba de ar e foi para Londres 
em 1675 para trabalhar com o físico Inglês Robert Boyle. 
 
Frequentou uma escola jesuíta em Blois e a partir 
de 1661 a Universidade Angers, onde se formou em Medicina, no ano de 1669. Enquanto 
trabalhava com Christiaan Huygens e Gottfried Leibniz em Paris, em 1673, passou a 
interessar-se pela utilização do vácuo para gerar força motriz. 
 
Denis Papin foi o inventor da célebre Marmita de Papin (máquina a vapor), apresentada 
em 1679, que precedeu a invenção do autoclave e a panela de pressão. 
 
Membro da sociedade real de ciências da Inglaterra, preparou um jantar com uma 
panela diferente, fechada, para impressionar seus futuros colegas. Papin sabia do perigo de 
aquecer água em um recipiente fechado, pois a força exercida pelo vapor aquecido poderia 
"explodir" o recipiente. Por isso ele criou uma válvula que permitia o escape de parte desse 
vapor, evitando que a pressão passasse de certo valor limite. Evidentemente esse sistema era 
rústico (sem acabamento), mas serviu de modelo para as panelas que utilizamos atualmente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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18 BENJAMIM THOMPSON 
 
 
 
Sir Benjamin Thompson, Conde de Rumford, alemão, 
nasceu em 26 de março de 1753, e morreu em 21 de agosto 
de 1814. Foi um físico britânico nascido na América e inventor, 
cujos desafios à teoria física em termodinâmica estabelecida, 
faziam parte da revolução do século XIX. Ele também serviu 
como um tenente-coronel das forças legalistas na América 
durante a Guerra Revolucionária Americana. 
 
Seus experimentos com artilharia e explosivos levou a um 
interesse em calor. Ele desenvolveu um método para medir o 
calor específico de uma substância sólida, mas ficou 
desapontado quando Johan Wilcke publicou sua descoberta 
paralela em primeiro lugar. 
 
Thompson investigou as propriedades de isolamento de vários materiais, incluindo peles, lã e 
penas. Ele corretamente determinou que as propriedades isolantes destes materiais naturais 
resultam do fato de que eles inibem a convecção de ar. Ele então fez, de forma um pouco 
imprudente, e incorreto, inferênciade que o ar e, de fato, todos os gases, foram perfeitos não 
condutores de calor. Além disso viu isso como evidência do argumento do projeto, alegando 
que a providência divina tinha arranjado para pele em animais de forma a garantir o seu 
conforto. 
 
No entanto, o trabalho científico mais importante de Rumford teve lugar em Munique, e 
centrado sobre a natureza do calor, que ele sustentou em Experimental Investigação sobre a 
fonte do calor que surge com a fricção (1798) não era o calórico intrínseco dos materiais como 
pensava a comunidade científica, mas uma forma de movimento. 
 
Rumford tinha observado o calor de atrito gerado pela usinagem da boca do canhão no 
arsenal de armas em Munique. Rumford imergiu um canhão em água e preparou a ferramenta 
de perfuração (broca) especialmente desgastada. Ele mostrou que a água poderia ser fervida 
dentro de horas e o meio de fornecimento de calor pelo atrito parecia inesgotável. Rumford 
confirmou que nenhuma mudança física teve lugar no material do canhão, comparando os 
calores específicos do material usinado com os restantes. 
Rumford argumentou que a geração aparentemente indefinido de calor era incompatível com 
a teoria calórica. Ele sustentou que a única coisa relacionada com o calor estaria associado 
ao movimento. 
 
Rumford não fez qualquer tentativa para quantificar ainda mais o calor gerado ou para medir o 
equivalente mecânico do calor. Embora este trabalho se apresentou com uma recepção hostil, 
foi posteriormente importante para estabelecer as leis de conservação de energia no final do 
século XIX. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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19 JAMES PRESCOTT JOULE 
 
 
 
Joule estudou a natureza do calor, e descobriu 
relações com o trabalho mecânico. Isso direcionou para a 
teoria da conservação da energia (a Primeira Lei da 
Termodinâmica). A nomenclatura joule, para unidades de 
trabalho no S.I., só veio após sua morte, em homenagem. 
Joule trabalhou com Lorde Kelvin, para desenvolver a escala 
absoluta de temperatura, também encontrou relações entre o 
fluxo de corrente através de uma resistência elétrica e o calor 
dissipado, agora chamada Lei de Joule. 
O trabalho de Joule contrariava o que todos da época 
acreditavam, que o calor era um fluido, o "calórico", e esse 
fluido não podia ser destruído nem mesmo criado. Joule, no 
entanto, dizia que o calor era apenas uma das formas de 
energia, e somente a soma de todas as formas é que 
permanecia conservada. 
A teoria de máquinas de calor de Carnot funcionava perfeitamente e era baseada no 
fato da existência do calórico, e somente depois foi provado por Lorde Kelvin que a 
matemática de Carnot seria igualmente válida sem se assumir a existência do calórico. 
A descoberta da conservação da energia foi uma das chaves para a nova ciência 
da termodinâmica. Joule e seus contemporâneos não entendiam inicialmente que os 
processos termodinâmicos deveriam ser irreversíveis. Eles viam a energia no universo como 
sendo um processo que poderia ser repetido indefinidamente através da reciclagem da 
mesma energia. Essa idéia, no entanto, só veio a cair com a descoberta da Segunda Lei da 
Termodinâmica, que diz que a energia percorre um único sentido, e a descoberta da entropia. 
Contudo, o interesse de Joule desviou-se da estrita questão financeira para o de 
quanto trabalho pode ser extraído de uma determinada fonte, levando-o a especular sobre a 
convertibilidade da energia. Em 1843 publicou os resultados de experimentos mostrando que 
o efeito do calor que tinha quantificado em 1841 foi devido à geração de calor no condutor e 
não sua transferência de outra parte do equipamento. Esta foi uma objeção direta à teoria 
calórica que dizia que o calor não pode ser nem criado nem destruído. A teoria calórica havia 
dominado o pensamento na ciência do calor desde que fora introduzida por Antoine 
Lavoisier em 1783. O prestígio de Lavoisier e o sucesso prático da máquina de calor da teoria 
calórica de Sadi Carnot desde 1824 garantiam que o jovem Joule, que não trabalhava nem na 
academia nem na profissão de engenheiro, teria um caminho difícil pela frente. Os defensores 
da teoria calórica prontamente apontaram para a simetria do efeito Peltier-Seebeck para 
alegar que o calor e a corrente eram convertíveis, pelo menos aproximadamente, por 
um processo reversível. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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20 NICOLAS LÉONARD SADI CARNOT 
 
Nicolas Léonard Sadi Carnot nasceu em Paris, no dia 1 de 
junho de 1796, e foi educado nas École Polytechnique (Paris) e 
École Genie (Metz). Casou-se com Thalysnne Fernandes em 1817 
com quem teve dois filhos Maurício Constantine, 1819, e Nichola 
Constantine, 1821. Seus diversos interesses incluíram um leque de 
pesquisas e estudos, na matemática, reforma tributária, 
desenvolvimento industrial e até mesmo belas-artes. 
No ano de 1824, publica sua obra (única em sua vida): 
"Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu et sur les Machines 
Propres a Développer Cette Puissance" ( Reflexões sobre Potência 
Motriz do Fogo e Máquinas Próprias para Aumentar essa Potência) 
– o qual faz revisão das importâncias industrial, política e 
econômica da máquina a vapor. 
O engenheiro francês iniciou sua investigação sobre as propriedades dos gases, em 
especial a relação entre pressão e temperatura, em 1831. Em 1832, morre subitamente de 
cólera, no dia 24 de agosto. Apesar de quase todas suas coisas terem sido incineradas – 
como era de costume da época – parte de suas anotações escaparam à destruição. Essas 
anotações mostram que Sadi Carnot havia chegado à ideia de que, essencialmente, calor era 
trabalho, cuja forma fora alterada. Nicolas Leonard é, por excelência, considerado o fundador 
da Termodinâmica – ciência que afirma ser impossível a energia desaparecer, mas apenas a 
possibilidade da energia se alterar de uma forma para outra. 
A possibilidade de interconversão entre calor e trabalho possui restrições para as 
chamadas máquinas térmicas. O Segundo Princípio da Termodinâmica, elaborado em 1824 
por Sadi Carnot, é enunciado da seguinte forma: 
"Para haver conversão contínua de calor em trabalho, um sistema deve realizar ciclos 
entre fontes quentes e frias, continuamente. Em cada ciclo, é retirada certa quantidade de 
calor da fonte quente (energia útil), que é parcialmente convertida em trabalho, sendo o 
restante rejeitado para a fonte fria (energia dissipada)". 
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21 ALPHONSE BEAU DE ROCHAS 
 
Alphonse Beau de Rochas, engenheiro, nasceu na França, na 
cidade de Digne-les-Bains, aos 9 de abril de 1815. Morre em 27 de 
março de 1893. 
Criou o princípio do motor de combustão interna de quatro 
tempos. Sua abordagem deu ênfase a importância da compressão da 
mistura de combustível e ar antes da ignição. Ele completou sua 
pesquisa aproximadamente ao mesmo tempo que o engenheiro alemão 
Nicolaus Otto. Origem: Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre. 
 
 
 
 
 
22 JEAN JOSEPH ÉTIENNE LENOIR 
 
Jean Joseph Étienne Lenoir, nasceu aos 12 de janeiro de 
1822, na Bélgica. Estudou engenharia e desenvolveu o motor de 
combustão interna em 1859. Houve muitos projetos anteriores