3 Teórica Máquinas e Mecanização Florestal

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3o Terceira Aula Teórica 
Maquinas e Mecanização Florestal GNE-159 
Prof. Volpato 
DEFINIÇÕES 
Para o estudo dos motores de combustão interna é necessário conhecer a 
terminologia universalmente usada pra indicar dimensões e valores fundamentais: 
Ciclo: chama-se ciclo ao conjunto de transformações que está sujeito a mistura gasosa no 
interior do cilindro desde sua admissão até sua eliminação para o exterior. 
Tempo: corresponde a um curso do êmbolo ou a meia volta da ADM (180 graus). 
Curso: é a distância do PMI ao PMS. Salvo raras exceções corresponde ao dobro do raio da 
manivela da a.d.m. 
Ponto Morto Superior: (PMS) – posição do êmbolo mais próxima da câmara de 
compressão. 
Ponto Morto Inferior: (PMI) – posição do êmbolo mais afastada da câmara de compressão 
Volume Total do Cilindro: é o volume do embolo enquanto ele está no PMI (Inclui a 
câmara de combustão). 
Volume da Câmara de Combustão: é o volume compreendido acima do embolo quando 
este está no PMS. 
Câmara de Compressão: é o volume que fica no cilindro depois que o êmbolo atinge o fim 
do seu curso no sentido da tampa do cilindro (cabeçote). 
Cilindrada: è o volume gerado do embolo durante o seu curso desde o PMI a te o PMS. 
Cilindrada Individual = Volume do cilindro 
 CCI =  hA  = h
D


4
2 
Cilindrada Total = Cilindrada Individual X Nº de cilindros do motor. 
CCT =  NhA  = Nh
D


4
2 
Taxa de Compressão - é a relação entre volume total do cilindro e o volume da câmara de 
compressão até a câmara de compressão. 
Taxa de Compressão = 
Compressão Câmara da Volume
 Cilindro do Total Volume 
 
 
Princípio de Funcionamento dos Motores 
 O funcionamento de motores de quatro tempos de combustão interna se realiza em 
ciclos onde se distingue quatro fases: Estas operações se realizam durante quatro 
movimentos alternativos do êmbolo, ou seja, dois movimentos circulares completos 
(720graus) do eixo de manivelas, nos motores de ciclo de quatro tempos 
 Admissão de ar ou de uma mistura gasosa de ar – combustível dentro do cilindro 
 Compressão do ar da mistura gasosa 
 Combustão e expansão dos gases 
 Expulsão dos subprodutos da produção 
. Nos motores de ciclo de dois tempos ocorrem apenas dois movimentos alternativos 
do embolo, ou seja, uma volta completa (360 graus) do eixo de manivelas. 
 Admissão/Compressão 
 Combustão/Escape 
 
 
 
 
VC 
VCC 
Diferenças Básicas entre Motores Diesel e a Gasolina 
Mecanicamente não existem diferenças substanciais entre os tipos de motores. As 
Principais diferenças são as seguintes: 
- Na fase de Admissão, enquanto no motor de ciclo OTTO a gasolina é admitida 
em uma mistura de ar-combustível, no motor Diesel admite-se apenas ar. 
- Na fase de compressão, a diferença básica é a taxa de compressão. Enquanto nos 
motores de ciclo OTTO a taxa de compressão varia de 8 a 13 para 1, nos 
motores diesel a taxa é de 15 a 23 para 1. 
- No motor de ciclo OTTO a combustão é provocada por uma centelha elétrica 
produzida entre os eletrodos da vela de ignição. Nos motores Diesel a 
combustão é iniciada pela injeção de combustível finalmente finalizado 
pulverizado na câmara de combustão, não havendo necessidade de centelha 
elétrica. 
- Em virtude das altas pressões que ocorrem nos motores de ciclo Diesel, estes 
são geralmente mais robustos e pesados, porque seus componentes são de 
construção mais reforçada. 
As principais diferenças especificas entre os motores do Ciclo Diesel e Otto 
VARIÁVEL OTTO DIESEL 
Pressão no fim da compressão 8 a 15 kgf/cm2 40 a 50 kgf/cm2 
Pressão máxima da combustão 45 a 55 kgf/cm2 60 a 75 kgf/cm2 
Pressão no fim da combustão 4 a 5 kgf/cm2 3 a 4 kgf/cm2 
Teor de mistura ar-combustível 6,5 a 15/1 > 15/1 
Tempo de formação da mistura Antes da combustão Simultânea a combustão 
Formação da mistura No Injetor Na câmara ou pré-câmara 
Volatibilidade do combustível Alta Baixa 
Temperatura dos gases de descarga 800ºC 600ºC 
Custo de fabricação + Baixo + Alto 
Rendimento Térmico Menor Maior 
Ignição Centelha elétrica Compressão 
Taxa de compressão 8/1 a 13/1 15/1 a 23/1 
Relação Peso/Potência Menor Maior 
 
A diferença entre o álcool e a gasolina no ajuste do motor é a taxa de compressão, 
pois o álcool possui bem mais octanagem do que a gasolina, podendo ser mais comprimido, 
resultando em uma liberação maior de energia durante a combustão, oferecendo, 
geralmente mais torque e potência, além da equação estequiométrica, de 14 partes de 
gasolina para uma de ar, e de 6,5 a 9 partes de álcool para uma de ar, motivo pelo qual o 
motor à álcool consome mais litros do que o à gasolina para o mesmo percurso. 
Costumam ter curvas de torque e potência ascendentes, variáveis conforme a 
rotação, que é utilizada na busca desses. 
O motor de ciclo Diesel também possui quatro tempos e é de combustão interna, 
mas a grande diferença é a de que na fase de compressão, somente o ar é comprimido, e a 
combustão ocorre com a injeção do óleo diesel, que, por não ter nenhuma octanagem, 
explode instantaneamente, sem necessidade de vela de ignição. Geralmente, são motores 
superalimentados com turbo, para melhorar a lavagem das câmaras, aumentando 
significativamente a eficiência desses motores, pois não costumam alcançar rotações muito 
altas, fazendo pouco "cruzamento" de válvulas. 
O torque dos motores diesel é sempre abundante e constante, não variando com a 
rotação, que só é utilizada, assim como as relações de marcha, para aumentar a velocidade. 
Tal característica de deve ao fato de o motor comprimir apenas ar na fase de compressão, 
podendo utilizar altas taxas de compressão se comparados aos de ciclo Otto, gasolina e 
álcool. 
Octanagem, ao contrário do que a maioria pensa, é a dificuldade de um combustível 
em entrar em combustão por compressão, ou seja, quanto maior a octanagem, mais difícil 
"queimar" o combustível. A maioria acha que octanagem é poder de queima. A vantagem é 
a de que, quanto mais difícil queimar, mais a mistura conserva energia, até explodir. Pode-
se soltar a faísca da vela bem antes, e comprimir mais vezes, e a energia é armazenada em 
ativação, até o momento da combustão. Existem dois procedimentos para se estabelecer a 
octanagem, sendo que o mais usado é o processo Research. Atualmente a octanagem da 
gasolina de boa qualidade está entre 95 a 96 octanas. A gasolina comum tem octagem de 87 
octanas. 
O número de cetano, para os motores a Diesel, é mais ou menos o que a octanagem 
é para os motores a gasolina. A tendência de um combustível para os motores a Diesel 
queimar espontaneamente é indicado pelo seu número de cetano: quanto mais alto este 
índice, maior é sua capacidade de combustão dentro do motor. E quanto mais elevada esta, 
maior a redução no atraso da ignição e, portanto, um funcionamento mais regular do motor. 
Um óleo diesel comumente empregado em motores térmicos tem o índice de cetano 
compreendido entre 40 e 60 NC. A sigla NC representa o número de cetano de um 
combustível. 
Outro motor, de grande eficiência, que funciona à gasolina, e produz movimento 
giratório direto, não possuindo virabrequim, pistões, bielas ou válvulas e seus comandos 
(estes dois últimos, o dois tempos também não) é o de ciclo Wankel. 
Quer um exemplo? O carro vermelho do Vin Diesel, no filme "Velozes e Furiosos", 
o 1°, da cena do 1° pega, chamado Mazda RX-7, extrai cerca de 500 cv de um motorzinho 
1300, com dois rotores Wankel e dois turbos trabalhando em sequencia, preparado! 
E anda na rua, tranqüilamente! É como pegar um carrinho 1000 e prepará-lo com 380 cv, 
mas deixaria de ser viávelandar com um carro desses nas ruas, pois seria extremamente 
indócil, e a durabilidade extremamente baixa. 
 
Relação estequiométrica: 
A função principal do sistema de injeção eletrônica é a de fornecer a mistura ideal 
entre ar e combustível (relação estequiométrica) nas diversas condições de funcionamento 
do motor. 
Para se queimar uma massa de 14,7 kg de ar, são necessários 1 kg de gasolina 
(14,7:1). Para uma massa de 9 kg de ar são necessários 1 kg de álcool etílico hidratado (9 : 
1). Quando a relação da mistura é ideal, damos o nome de relação estequiométrica. Caso 
essa mistura esteja fora do especificado, dizemos que a mesma está pobre ou rica. 
Para a gasolina temos: 
12,5 : 1 - mistura rica 
14,7 : 1 - mistura ideal (estequiométrica) 
15,1 : 1 - mistura pobre 
Uma mistura rica pode trazer como consequências: 
Alto nível de poluentes (HC e CO) – hidrocarbonetos e monóxido de carbono. 
Contaminação do óleo lubrificante. Consumo elevado. Desgaste prematuro do motor 
devido ao excesso de combustível que "lava" a parede dos cilindros fazendo com que os 
anéis trabalhem com maior atrito. 
Uma mistura pobre provoca superaquecimento das câmaras de explosão, o que 
podem levar o motor a detonar. 
Tabela de relação estequiométrica 
Combustível Proporcão em kg 
Álcool 7-9,0/1 
Gasolina (22% álcool) 13,3/1 
Gasolina Pura 14,7/1 
Diesel 15,2/1 
Metano 17,2/1 
 
Curiosidades sobre carros de passeio de ciclo Otto 
O consumo no motor de injeção eletrônica com marcha engatada em declive não é 
zero mais é muitíssimo baixo. O sistema de injeção eletrônica detecta quando o motor esta 
funcionando sem precisar de combustível e entra em um parâmetro chamado CUT OFF que 
só injeta o mínimo necessário para o motor não desligar. Esse mínimo vai depender do 
angulo e velocidade de descida. Quando você põe em ponto morto, você obriga a injeção a 
enviar combustível para manter o motor em marcha lenta, gastando combustível e os freios 
desnecessariamente. 
 No carro carburado, quem dosa a quantidade de combustível admitido é o volume 
de ar que passa pelo Tubo de Venturi do carburador, assim, ele não lê parâmetros como 
temperatura, forças externas (causadas por um declive, por exemplo) e densidade do ar (a 
injeção se regula até em altitude, enquanto o carburado perde aproximadamente 1% de 
eficiência para cada 100 metros de elevação à partir dos 300m de altitude. Em Lavras, 900 
m de altitude, o motor carburado perde algo em torno de 6% de eficiência). 
 O motor bicombustível possui regulagem intermediária para queimar a gasolina e o 
álcool. Ao contrário do que muita gente imagina, o veículo bicombustível tem apenas um 
tanque. Todo o sistema de alimentação é igual ao do carro a álcool. Os bicos injetores, que 
pulverizam o combustível para dentro do motor, são os mesmos do carro a álcool, que são 
30% maiores e possuem mais vazão. 
 A taxa de compressão, índice que mede a quantidade de vezes que a mistura de ar e 
combustível é comprimida antes de explodir, é intermediária entre os motores a gasolina e 
os a álcool. Em geral, o derivado do petróleo trabalha com uma compressão de 9:1 (nove 
vezes o volume original), enquanto o combustível de cana fica em 12:1. Os carros 
bicombustíveis usam uma taxa intermediária, ao redor de 11:1. 
 Após a explosão, os gases queimados são analisados pela Sonda Lambda (sensor 
de oxigênio que fica no escapamento) e o módulo de controle do motor leva de dois a 
quatro milisegundos para corrigir o ponto de ignição e a injeção - ou seja, os acertos são 
feitos depois da queima. Os sensores lambda tem como função detectar o teor de oxigênio 
nos gases da descarga em comparação ao oxigênio no ar de amostragem que fica dentro do 
sensor e informar a central (U.C.E) em forma de sinal elétrico para que a mesma possa 
fazer os cálculos estequiométricos. Quando as indústrias começaram o desenvolvimento dos 
flex, tentou-se criar um sistema que reconhecesse o líquido antes de ser queimado, mas não 
deu certo. 
Fator Lambda ( λ ) 
Para entendermos o funcionamento dos sensores de oxigênio primeiramente temos que 
conhecer o fator lambda (λ). Neste caso a letra grega lambda (λ) corresponde a razão de 
equivalência na relação ar-combustível real entre a relação considerada ideal ou 
estequiométrica para uma mistura. 
Lambda (λ)= relação real – ar/combustível 
 relação ideal – ar/combustível 
Relação Ar/Combustível ideal 
Gasolina: 14,7:1 ( 14,7 partes de ar para 01 parte de gasolina) 
Álcool: 9,0:1 ( 9,0 partes de ar para 01 parte de álcool) 
Diesel: 15,2:1 ( 15,2 partes de ar para 01 parte de Disel) 
 Dessa forma podemos concluir que quando uma mistura tem mais ar do que o 
especificado na tabela acima dizemos que λ >1 ou que a mistura esta Pobre. Já quando a 
quantidade de ar esta abaixo da especificada dizemos que λ<1 ou que a mistura esta Rica. 
 Na mistura álcool + gasolina o álcool tende a formar uma goma, que pode obstruir e 
até entupir o filtro de combustível. Quando entra gasolina (que atua como solvente) no 
sistema de alimentação, ela costuma desgrudar essa goma, o filtro de combustível é a 
primeira vítima. Se ele é danificado, a bomba de combustível é obrigada a trabalhar mais 
sem resultado já que o combustível não passa pelo filtro. A bomba queima. A sujeira 
também pode impregnar os bicos injetores, reduzindo sua condição ideal de trabalho. Além 
disso o carro bicombustível não pode ficar parado por muito tempo. A mistura se separa 
devido à densidade variada dos elementos. Assim a água é o primeiro líquido a ir ao motor 
quando ele é ligado. O módulo que controla o funcionamento flex não reconhece a água. O 
motor falha. Portanto procure rodar apenas com um combustível. Quem roda pouco deve 
usar gasolina. Os flexíveis que usam ou só álcool ou só gasolina têm menos problemas que 
os abastecidos com a mistura dos dois. 
 Sempre que mudar de gasolina para álcool, rode com o carro de 7 a 10 quilômetros 
para que a sonda lambda reconheça a troca e faça a reprogramação da injeção eletrônica. 
Assim, o combustível acumulado entre o tanque e o motor será queimado. Caso contrário, 
você pode ter problemas para ligar o veículo no dia seguinte em temperaturas baixas. 
 
Motores ciclo Otto (gasolina ou álcool) 
A) Motores de ciclo Otto a 4 tempos 
A grande maioria dos motores endotérmicos é de quatro tempos. Seu ciclo 
compreende as quatro fases seguintes: 
Admissão: seu movimento descente, estando aberta a válvula de admissão, o 
embolo espira mistura gasosa para o interior do cilindro no primeiro curso do ciclo. A 
válvula de admissão abre-se um pouco antes do embolo iniciar a descida e se fecha depois 
que o mesmo atinge o PMI. 
 
Compressão: fechada a válvula de admissão, durante a subida do embolo, a mistura 
contida no interior do cilindro é comprimida na câmara de combustão até o valor máximo, 
que se alcança quando o embolo atinge PMS. 
 
Combustão e expansão: um pouco antes do final da compressão a mistura 
comprimida é incendiada por uma faísca elétrica que salta dos eletrodos da vela de 
ignição. A queima de mistura provoca um aumento da temperatura de pressão no interior 
do cilindro o que impulsiona o embolo do PMS até o PMI, no chamado tempo motor ou 
força. O eixo de manivelas percorre mais de 180o. 
Expulsão ou escape - antes do êmbolo atingir o PMI a válvula de escape se abre e 
no seu curso ascendente o êmbolo elimina os gases resultantes da combustão da mistura. 
No final do curso ou pouco depois se fecha a válvula de escape através das válvulas de 
admissão, já aberta, nova quantidade de misturaé admitida no cilindro iniciando-se novo 
ciclo. 
 
 Admissão Compressão Combustão Escape 
A figura acima mostra um esquema do motor a "quatro tempos", assim denominado 
porque seu funcionamento se faz em quatro etapas. 
Os motores modernos usam sistemas eletrônicos que regulam com precisão a 
quantidade e o teor da mistura introduzida nos cilindros, conhecidos por injeção eletrônica. 
Para melhorar o rendimento dos motores, estes funcionam, normalmente, com vários 
cilindros. Em um motor de quatro cilindros, quando um dos cilindros está em aspiração, 
outro está em compressão, o terceiro está em explosão e o quarto está em exaustão. 
Se o motor está parado, os primeiros movimentos do pistão são feito através de um motor 
elétrico, conhecido como motor de arranque. Depois das primeiras explosões do 
combustível o motor de arranque é desligado e os pistões passam a funcionar em ciclos, 
como os que foram descritos. 
B) Motores de ciclo Otto 2 tempos. 
 Nos motores de 2 tempos o ciclo se completa em dois cursos do êmbolo ou uma 
volta da ADM. Geralmente o motor de 2 tempos não cilindro, que são fechadas ou abertas 
pelo próprio êmbolo durante o seu movimento alternativo. Em dois cursos (uma subida e 
uma decida) necessários para se completar o ciclo, ocorre as seguintes transformações: 
 
 
Figura 01 - Ao subir, o pistão comprime a mistura no cilindro e por baixo, aspira para 
dentro do cárter os gases do Injetor de combustível. r 
Figura 02 - Salta a faísca na vela, incendiando a mistura. O pistão, conseqüentemente, é 
empurrado para baixo. No cárter, ainda continua a entrar mistura, por inércia. 
Figura 03 - Quase no fim do seu curso, o pistão descobre a janela de escapamento, por onde 
começam a sair os gases queimados. Ao mesmo tempo, a mistura que se encontra no cárter, 
sofre uma pré-compressão. 
Figura 04 - Quando o pistão chega ao fim do seu curso inferior, a janela de admissão é 
descoberta: a mistura pré-comprimida do cárter invade o cilindro, expulsando os gases já 
queimados. 
 
O êmbolo sobe - é emitida no Carter, mistura gasosa proveniente do sistema, de 
alimentação devido ao abaixamento admitida no cilindro é comprida. O refletor ou espelho 
situado no topo do êmbolo facilita a expulsão dos gases queimados no ciclo anterior. No 
final da compressão uma centelha elétrica salta nos eletrodos da vela e incendeia a mistura 
no tempo chamado motor ou de força. 
O êmbolo desce – o aumento da temperatura e pressão no interior do cilindro em 
conseqüência da queima da mistura gasosa, provoca a descida do êmbolo. Com a descida 
do êmbolo a janela de escapamento se abre e dar-se a saída dos gases queimados. A mistura 
anteriormente admitida no Carter é comprimida para dentro do cilindro. 
Depois disso, as etapas voltam a se repetir na mesma seqüência. Note que no espaço 
entre as duas faíscas, o motor deu somente uma volta e o pistão fez dois cursos. Daí a 
denominação "2 Tempos". A lubrificação se dá quando a mistura, que contém óleo 
lubrificante, passa pelo cárter impregnando as peças internas de óleo. O motor 2 Tempos é 
mais aplicado em motores pequenos, como por exemplo: motos, mobiletes, cortadores de 
grama, Serras motorizadas, etc. Porém já se aplicou esse tipo de motor em carros. É o caso 
das antigas peruas DKW. 
 
Motores de Ciclo Diesel 
A) Motores de ciclo a 4 quatro tempos 
 A maioria dos tratores utiliza o chamado motor Diesel. Da mesma maneira que o 
ciclo Otto, o ciclo completo ocorre nas seguintes fases: 
Admissão – durante a descida do êmbolo, estando à válvula de admissão, o ar é 
aspirado para dentro do cilindro até completar totalmente o seu volume. 
Compressão – na subida do êmbolo, estando ambas as válvulas fechadas, o ar 
anteriormente admitido é altamente comprimido na câmara de combustão. Isto ocasiona 
uma elevação substancial de sua temperatura. 
Combustão e expansão - no final da fase de compressão é injetada na câmara de 
combustão uma pequena quantidade de combustível finalmente pulverizado. Imediatamente 
após a injeção, o combustível se inflama devido ao contato com o ar aquecido, iniciando-se 
a combustão e expansão dos gases queimados no tempo denominado de “força” ou de 
“trabalho”. O êmbolo desloca-se do PMS ao PMI, transmitindo á biela e ao girabrequim a 
força devida á expansão dos gases, provocando assim o movimento de rotação do motor. 
Escape - no final da fase de expansão, abre-se à válvula de escape e êmbolo sobe, 
expulsando do cilindro os gases queimados durante a combustão. No final do escape ou 
abre-se à válvula de admissão e fecha-se a de escape iniciando-se um novo ciclo. 
 
Admissão 
 
Compressão 
 
Combustão 
 
Escape 
 
 
 
 
B) Motores de ciclo Diesel a 2 tempos 
O motor diesel de 2 tempos apresenta funcionalmente semelhante ao motor a 
gasolina de 2 tempos. Após a compressão do ar no cilindro e injeção dar-se à combustão e 
conseqüentemente a expansão dos gases queimados. O êmbolo desloca-se do PMS ao PMI. 
Antes, porém de atingir o PMI, abre-se à válvula de escape e janelas ou aberturas existentes 
na parede do cilindro, Uma corrente de ar é injetada no cilindro através das janelas e 
expulsa os gases queimados ali existentes, fazendo a “varredura” do cilindro. O ar é 
fornecido por um compressor tipo “ROOTS” ou outro dispositivo compressor de ar. O 
êmbolo durante sua ascensão fecha as janelas laterais e com o fechamento da válvula de 
escape inicia-se a fase de compressão do sr existentes no interior do cilindro. No final da 
compressão nova quantidade de combustível é injetada no cilindro iniciando-se um novo 
ciclo. 
 
 
Esquema de funcionamento motor diesel 2 Tempos 
 
Motores Multicilíndricos 
Motores multicilíndricos são aqueles que têm 2 ou mais cilíndricos. Assim pode-se 
obter um funcionamento do motor, mais uniforme alternando seus diversos movimentos de 
expansão do êmbolo. Em geral os tratores agrícolas utilizam motores diesel de 4 tempos. 
Para se obter um funcionamento mais equilibrado a arvore de manivelas tem forma tal que 
os êmbolos 1 e 4 se movem num sentido, e os êmbolos 2 e 3 movem em sentido contrário. 
Neste caso. São possíveis as ordens de ignição 1-3-4-2 e 1-2-4-3. As diversas fases do 
ciclo em cada cilindro, para cada ordem de ignição, são esquematizadas a seguir: 
 
 
 
 
 
Ordem de ignição 1-2-4-3 
_________________________________________________________________________ 
 cilindro 1 cilindro 2 cilindro 3 cilindro 4 
_________________________________________________________________________ 
 Expansão Compressão Escape Admissão 
 Escape Expansão Admissão Compressão 
 Admissão Escape Compressão Expansão 
 Compressão Admissão Expansão Escape 
_________________________________________________________________________ 
 
Ordem de ignição 1-3-4-2 
_________________________________________________________________________ 
cilindro 1 cilindro 2 cilindro 3 cilindro 4 
_________________________________________________________________________ 
Expansão EscapeCompressão Admissão 
Escape Admissão Expansão Compressão 
Admissão Compressão Escape Expansão 
Compressão Expansão Admissão Escape 
_________________________________________________________________________ 
 
Nos motores multicilíndricos o arranjamento dos cilindros pode ser feito de diversas 
formas. Nos tratores geralmente os cilindros são dispostos em linha, um ao lado do outro. 
Nos veículos além do arranjamento em linha utilizam-se motores com outros 
arranjamentos. É comum a utilização de cilindros em V, horizontais e opostos, etc. Em 
motores de aviões é comum a utilização de motores com cilíndricos radiais ou em estrela. 
Tarefa: Fazer o funcionamento teórico de um motor de 6 cilindros de ordem de ignição: 
1-5-3-6-2-4.