Aula 01 Introdução+aos+motores+de+combustão+interna

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MOTOR DE 
COMBUSTÃO 
INTERNA
Tiago Petermann Figueiredo
Histórico Acadêmico
• 12/2007 – Graduação Engenharia Mecânica com ênfase em 
Mecatrônica – PUC Minas;
• 12/2010 – Pós Graduação – Engenharia Automotiva – UFSC;
• 12/2016 – Mestrado – Engenharia Mecânica – USP
tiago.figueiredo@kroton.com.br / tiagopetermann@hotmail.com
Ementa / Conteúdo
• PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E PROJETO DE MOTORES 
• TERMOQUÍMICAS DE MISTURAS AR/COMBUSTÍVEL 
• MODELOS IDEAIS DOS CICLOS MOTORES 
• COMBUSTÃO EM MOTORES DE CICLOS OTTO E DIESEL
• COMBUSTÍVEIS
• MOVIMENTO DA CARGA DENTRO DO CILINDRO
• PROCESSOS DE DESCARGA DOS GASES
• EMISSÕES
Sistema de avaliação
1º bimestre 2º bimestre
Av. Parcial 1 Av. Oficial 1 Av. Parcial 2 Av. Oficial 2
30% (1,2) 70% (2,8) 30% (1,8) 70% (4,2)
40% 60%
1º bimestre
Av Parcial – 50% - Lista de exercícios (entrega em data a ser definida)*
Av Parcial – 50% - Laboratório
2º bimestre
Av Parcial – 30% - Lista de exercícios (entrega em data a ser definida)*
Av Parcial – 30% - Laboratório
Av Parcial – 40% - Seminário
*Obs.: 10% de penalty a cada dia de atraso
Calendário
Calendário
Metodologia de avaliação
• Raciocínio / fórmula utilizado (a) - 40%
• Unidade correta – 30 % 
• Resultado numérico correto – 30%
Bibliografia
BIBLIOGRAFIA ADOTADA 
• BRUNETTI, Franco. Motores de combustão interna. 1. ed. 
• MARTINS, Jorge. Motores de combustão interna. 3. ed. Porto, Portugal
• VAN WYLEN, Gordon J. Fundamentos da termodinâmica clássica. 4 ed. 
• KREITH, Frank; BOHN, Mark. Princípios de transferência de calor. São Paulo
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR
• MORAN, M. J. et al. Introdução à engenharia de sistemas térmicos. 
• GIACOSA, Dante; GONZÁLES-VALLÉS SÁNCHEZ, José. Motores endotermicos: motores de 
encendido por chispa : de carburacion y de inyeccion : motores de encendido por 
compresion diesel, lentos y veloces : motores rotativos - turbinas de gas : teoria -
construccion - pruebas. 
• LEVENSPIEL, Octave. Termodinâmica amistosa para engenheiros. São Paulo: Edgard Blücher, 
2002
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
As máquinas térmicas são dispositivos que permitem transformar calor 
em trabalho. 
O calor pode ser obtido por diferentes fontes:
• Combustão;
• Energia elétrica;
• Energia atômica;
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motor de combustão externa: Quanto a combustão se processa 
externamente ao fluido ativo, que será apenas o veículo da energia 
térmica a ser transformada em trabalho.
Motor de combustão interna: Quando o fluido ativo participa 
diretamente da combustão.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
• Motores alternativos: quando o trabalho é obtido pelo movimento de 
vaivém de um pistão, transformado em rotação contínua por um sistema 
biela-manivela. Exemplo: Motor a Ciclo Otto e Diesel.
• Motores rotativos: quando o trabalho é obtido diretamente por um 
movimento de rotação. Exemplos: turbina a gás e o motor Wankel.
• Motores de impulso: quando o trabalho é obtido pela força de reação dos 
gases expelidos em alta velocidade pelo motor. Exemplo: Motor a jato e 
foguetes.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a quatro tempos - 1º Tempo
• O pistão desloca-se do PMS ao PMI. Com isto, o 
pistão dá origem a uma sucção que causa um fluxo de 
gases através da válvula de admissão, que se 
encontra aberta. O cilindro é preenchido com a 
mistura ar combustível (Otto) ou somente ar (Diesel).
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a quatro tempos - 2º Tempo
• Fecha-se a válvula de admissão e o pistão se desloca 
do PMI ao PMS, comprimindo a mistura (Otto) ou 
apenas ar (Diesel). No segundo caso, a compressão 
deverá ser suficientemente elevada para que seja 
ultrapassada a temperatura de autoignição (TAI).
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a quatro tempos - 3º Tempo
• Nos motores Otto, na proximidade do PMS, ocorre a 
faísca que provoca a ignição da mistura, enquanto 
nos motores Diesel é injetado o combustível no ar 
quente, iniciando uma combustão espontânea. A 
combustão provoca um grande aumento da pressão, 
que permite “empurrar” o pistão para o PMI, de tal 
forma que o fluido ativo sofre um processo de 
expansão. Este processo realiza um trabalho positivo 
ou útil no motor.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a quatro tempos - 4º Tempo
• Com a válvula de escapamento aberta, o pistão 
desloca-se do PMI ao PMS, “empurrando” os gases 
queimados para fora do cilindro, para reiniciar o cilo
pelo tempo de admissão.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a quatro tempos
1 Expansão Escape Admissão Compressão
2 Escape Admissão Compressão Expansão
3 Compressão Expansão Escape Admissão 
4 Admissão Compressão Expansão Escape
º 0 180 360 540 720
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Diferença entre motores Otto e Diesel:
• Maior robustez (maior taxa de compressão) - Diesel;
• Mistura ar – combustível já homogeneizada , com exceção dos motores de 
centelha de injeção direta (GDI)– Otto;
• Combustível injetado pulverizado no final da compressão – Diesel;
• Difícil obter rotações elevadas, devido ao fato de, ao aumentar o ritmo do 
pistão, torna-se improvável a combustão completa do combustível – Diesel.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a dois tempos
� Nesses motores o ciclo completa-se com apenas dois cursos do pistão, 
correspondendo a uma única volta do eixo do motor. 
� Os processos indicados nos motores 4T são realizados da mesma maneira, 
entretanto, alguns deles se sobrepõem num mesmo curso.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a dois tempos – 1º tempo
O pistão está no PMS e a mistura comprimida, ao 
saltar a faísca, inicia-se a combustão, e o pistão é 
“empurrado” ao PMI. 
Durante o deslocamento do PMS ao PMI, o pistão 
comprime o conteúdo do cárter, e em um 
determinado ponto ocorre a passagem dos gases de 
escapamento (janela B).
Na sequência ocorre a abertura da janela C, que 
comunica o cárter com o cilindro, fazendo o 
preenchimento de uma nova mistura.
COMPRESSÃO ADMISSÃO
NO CÁRTER
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a dois tempos – 1º tempo
Observa – se num instante do processo que as janelas B e C estão 
simultaneamente abertas, podendo haver fluxo de mistura nova junto com os 
gases de escapamento.
Um projeto adequado das janelas de admissão e escapamento em conjunto com 
o formato do topo do pistão pode minimizar esse fenômeno chamado de 
“curto – circuito”.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a dois tempos – 2º tempo
O pistão desloca-se do PMI ao PMS. Ao longo de 
seu deslocamento, fecha a janela de admissão (C) e 
fecha a janela de escapamento (B), abrindo então a 
janela de passagem (A), preenchendo o cárter com 
uma nova mistura.
Observa-se que ao mesmo tempo,a parte superior 
do pistão comprime a mistura previamente 
admitida. 
EXPANSÃO
ADMISSÃO 
NO CILINDRO
DESCARGA
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a dois tempos – 2º tempo
O motor 2T deveria produzir o dobro de potência do motor 4T para uma mesma 
rotação. Porém isto não acontece devido a precariedade dos diversos processos 
decorridos da superposição de acontecimentos. 
Outra desvantagem do 2T em relação ao 4T é devido à lubrificação. A 
lubrificação ocorre misturando-se lubrificante em uma pequena porcentagem 
com o combustível (1:20, 1 litro de lubrificante para 20 de combustível).
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos a dois tempos – 2º tempo
A lubrificação é realizada por aspersão pela própria mistura admitida no cárter,
esta queima do lubrificante com o combustível, dificultando a combustão e 
comprometendo os gases emitidos.
O ponto positivo do motor a 2T é devido a ausência de sistema de válvulas, o 
que torna o projeto mais simples, leve e de baixo custo.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores Rotativos: Turbina a gás
A turbina a gás é um motor rotativo de combustão interna, uma vez que utiliza 
os gases produzidos por uma combustão para o seu acionamento. 
O ciclo de Brayton representam a turbina a gás.
Configurações de uma turbina a gás obtida pelo agrupamento de três 
subsistemas:
• Umm compressor que comprime ar em uma câmara de combustão;
• Uma câmara de combustão onde ocorre a queima do ar e combustível;
• Uma turbina, que gira com o acionamento dos gases queimados.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores Rotativos: Turbina a gás
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores Rotativos: Motor Wankel
Este motor é constituído de um rotor, 
aproximadamente triangular e de um 
estator, cujo formato geométrico é gerado 
pela posição dos três vértices do rotor 
durante o seu movimento.
Apesar de ser considerado um motor 
rotativo, o rotor sofre movimentos de 
translação associados à rotação.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores Rotativos: Motor Wankel
O trabalho do motor Wankel é similar aos motores alternativos 2T.
A ausência de válvulas e a simplicidade do motor tornam seu uso interessante, nas 
mesmas aplicações do motor alternativo. As desvantagens básicas são as seguintes:
• Necessidade de lubrificante misturado com o combustível, assim como no motor 
2T;
• Desgaste prematuro das lâminas de vedação dos vértices do rotor.
• Grande diferença de temperaturas entre o lado quente e o lado frio, provocando 
deformação da pista do estator sobre a qual gira o rotor.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores Rotativos: Motor Wankel
Para a produção de maiores potências, podem-se utilizar dois ou mais rotores em 
série sobre o mesmo eixo, com posições defasadas, o que auxilia no 
balanceamento.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motores alternativos 4T:
Onde:
PMS: Ponto Morto Superior – é a posição na qual o pistão está o mais 
próximo possível do cabeçote;
PMI: Ponto Morto Inferior – é a posição na qual o pistão está o mais afastado 
possivel do cabeçote;
S: Curso do pistão;
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
��: Volume total – é o volume compreendido entre a cabeça do pistão e o 
cabeçote, quando o pistão está no PMI;
��: Volume morto ou volume da câmara de combustão – é o volume 
compreendido entre a cabeça do pistão e o cabeçote, quando o pistão está 
no PMS;
���: Cilindrada unitária – é o volume deslocado pelo pistão entre V1 e V2.
z: Número de cilindros do motor;
D: Diâmetro dos cilindros do motor;
��: Volume deslocado do motor ;
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
�� =
π
�
4
. �. �
��� =
π
�
4
. �
h
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Exercícios: Um motor de 6 cilindros tem uma cilindrada de 3,6 Lts. O diâmetro 
dos cilindros é de 12 cm. Deseja-se alterar a cilindrada para 4800 cm3, sem se 
alterar o virabrequim. Qual deverá ser o novo diâmetro dos cilindros?
h
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
�� Relação volumétrica ou taxa de compressão – é a relação entre o volume 
total (V1) e o volume morto (V2) e representa em quantas vezes o volume é 
reduzido.
�� =
��
��
��� = �� − ��
�� =
��
��
=
��� + ��
��
=
���
��
+ 1
�2 =
π
�
4
. ℎ
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
M=
���
���
M – Torque do motor;
P – potência do motor;
K – 97,44 para potência em KW;
K – 716,2 para potência em cv;
K – 5.252 para potência em hp;
Rpm – velocidade do giro do motor 
em rotações por minuto;
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
 !"� =
 !
��
 !"�– potência efetiva específica;
 ! – potência efetiva;
�� – cilindrada total;
� Aumento da potência e torque sem aumentar a cilindrada total –
utilizando a sobrealimentação (turbo);
� Redução da cilindrada total, mantendo a mesma potência;
� Redução do número de cilindros;
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
O objetivo principal na atualidade é reduzir o consumo de combustível e emissão 
de gases poluentes, com as seguintes técnicas:
� Redução de perdas por bombeamento em decorrência do menor volume 
varrido pelos pistões a cada revolução do motor e da maior pressão no interior 
da câmara de combustão;
� Redução da transferência de calor devida à redução da área de superfície 
interna, consequentemente, maior aproveitamento da energia térmica na 
realização de trabalho de expansão;
� Redução nas perdas de atrito devido à menor dimensão das partes móveis;
� Redução nas perdas de atrito com a utilização de lubrificantes com viscosidade 
menor, exemplo de óleo motor 0W20.
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Temperatura de Autoignição – TAI (ºC)
Diesel Etanol Hidratado Metanol Gasolina E22
250 420 478 400
Relação ou taxa de compressão
MIF MIE
Etanol Hidratado Gasolina E22 Diesel
10 – 14 8,5 – 13 15-24
MIF – Motor de ignição por faísca 
MIE – Motor de ignição espontânea
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Motor de combustão interna
Quadrado Subquadrado Superquadrado
D=S D<S D>S
• Motor quadrado: Esses motores apresentam bom desempenho em 
todas as rotações;
• Motor subquadrado: Esses motores apresentam torque e potência em 
baixas rotações;
• Motor superquadrado: Característica de motores esportivos com 
torque e potência em altas rotações;
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Exercícios:
• Calcular ���	$	��	%	ℎ utilizando os seguintes dados e informar se o motor 
é quadrado, subquadrado ou superquadrado:
TC z D S (��-��)
Firefly 13,2 3 70mm 86,5mm
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Exercícios:
• Calcular ���	$	��	%	ℎ utilizando os seguintesdados e informar se o motor 
é quadrado, subquadrado ou superquadrado:
TC z D S (��-��)
TSI 9,6 4 82,5mm 92,8mm
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Exercícios:
• Calcular ���	$	��	%	ℎ utilizando os seguintes dados e informar se o motor 
é quadrado, subquadrado ou superquadrado:
TC z D S (��-��)
Hellcat 9,5 8 103,9mm 90,9mm
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Exercícios:
• Calcular ���	$	��	%	ℎ utilizando os seguintes dados e informar se o motor 
é quadrado, subquadrado ou superquadrado:
TC z D S (��-��)
Cummins 
Série C
19 6 114mm 135mm
PARÂMETROS DE OPERAÇÃO E 
PROJETO DE MOTORES 
• Introdução aos motores de combustão interna
Exercícios:
• Calcular ���	$	��	utilizando os seguintes dados e informar se o motor é 
quadrado, subquadrado ou superquadrado:
Z D S (��-��)
14RT (Navio) 14 96cm 2,5m