Motores
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Motores


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Seminário I
Licenciatura em ciências da engenharia aeroespacial 
Paulo Vasconcelos Figueiredo
Motores Térmicos 
1. Introdução aos motores térmicos
\u27a2 Motor \u2013 \u201cDesigna-se por motor o equipamento que se destina a transformar
qualquer tipo de energia em energia mecânica. Quando a energia fornecida ao
motor é energia térmica, o motor designa-se como motor térmico\u201d
Fig.1 - Motor V8 \u2013 Ferrari 4.5L
\u27a2 A energia provém de vários tipos, na esmagadora maioria provém da combustão de um combustível
sólido, líquido (o mais habitual e/ou gasoso).
2. Classificação dos Motores térmicos
1. Aqueles para os quais o trabalho é produzido pelo gás resultante da combustão (motores de explosão,
diesel e as turbinas a gás).
1. Os motores são conhecidos como motores de combustão interna (designação ambígua)
2. Aqueles para os quais a combustão ocorre no mesmo órgão onde se produz o trabalho
(motores de explosão, motores a Diesel \u2013 Ocorre de forma intermitente) \u201cprincipal\u201d
2. Aqueles em que não é esse o caso (motores com êmbolos alternativos, as turbinas a vapor e os
motores stirling).
1. Aqueles para os quais a combustão e a produção de trabalho ocorrem em órgãos diferentes
2. (turbinas a gás \u2013 Ocorre de forma continua)
Fig.2 - Turbina a vapor
Alternativos
Rotativos
Alternativos
Explosão (gasolina)
Diesel
4 tempos
2 tempos
Motor Wankel
Turbina de gas c.a.
Máquina de vapor
Turbina de vapor
Turbina de gas de ciclo fechado
Motores
térmicos
Combustão
interna
Combustão
externa
\u27a2 3. Classificação de motores segundo \u201cHeywood\u201d
(várias formas de classificar)
i. Aplicação
ii. Estrutura básica
iii. Tipo de ciclo
iv. Tipo de localização de válvulas e/ou janelas
v. Combustível
vi. Tipo de preparação de mistura
vii. Tipo de ignição
viii. Desenho da camara de combustão
ix. Controlo da carga
x. Tipo de arrefecimento
\u27a2 Para esta unidade curricular optou-se por tipo de ignição (2 grandes grupos)
i. Motores de explosão
ii. Motores diesel
Os motores a Diesel são muitas vezes designados por motores de ignição por
compressão (a combustão inicia-se devido às condições ambientes criadas com a
compressão do gás.
\u25aa Existem outro tipo de motores de ignição (conhecidos por dual-fuel)
\u27a2 São considerados outros critérios de classificação inseridos nesta unidade
curricular nomeadamente:
a. Tipo de ciclo ( com a combustão a volume constante, pressão constante ou ciclo
misto)
b. Separação e sequencialidade das fases do ciclo ou simultaneidade de algumas
fases (motores a quatro ou dois tempos)
c. Pressão de alimentação (motores atmosféricos ou sobrealimentados)
Gama do campo de aplicação de motores
\u2022 Motores de modelismo \u2013 populares no aeromodelismo, pesam menos de 100g e
desenvolvem menos de 0.1 kW
\u2022 Motores marítimos \u2013 Pesos superiores a 1900 toneladas e potências superiores
a 45000 kW com altura de 14metros
\u2022 Nos motores a explosão verifica-se que os campos de aplicação limitam-se àqueles nos
quais a leveza, compatibilidade e baixo custo de aquisição são primordiais. Se estas
exigências forem muito fortes e se as questões de economia e de emissão de poluentes não
forem relevantes, estes motores poderão ser a 2 tempos caso contrário serão a 4 tempos.
\u2022 As versões sobrealimentadas têm um mercado muito limitado e destinam-se a aplicações
muito específicas.
\u2022 A excepção são os grandes motores a gás.
Fig.3 \u2013 Motor turbofan
4. Elementos constituintes de um motor
Fig.4 \u2013 Componentes - Esquema
4.1) Êmbolo
O êmbolo de um motor alternativo é uma parte do cilindro
que se move para baixo e para cima dentro do cilindro de
aço.
O êmbolo age como uma parede móvel dentro da câmara de
combustão. Conforme o pistão se move para baixo no
cilindro, ele aspira a mistura de ar/combustível.
À medida em que ele se move para cima, comprime a carga,
ocorre a ignição e os gases em expansão forçam o êmbolo
para baixo. essa força é transmitida para o eixo de
manivelas através da biela. No golpe de retorno, o êmbolo
força os gases de escape para fora do cilindro. Fig.5 \u2013 Êmbolo
\u2022 O êmbolo é a parede móvel da camara de combustão que permite a conversão da energia
térmica em energia mecânica (tem a forma de um cilindro oco), podem ser em alumínio
(leveza), ligas de aço ou ferro fundido (quando as velocidades lineares do êmbolo são
baixas e a facilidade de manutenção é importante).
\u2022 Por vezes (motores de grande dimensão) o êmbolo é constituído na parte superior e na
parte inferior de materiais diferentes.
\u2022 O topo define, juntamente com a cabeça do motor a forma da camara de combustão.
4.2) Cilindro, Bloco, cabeça do motor
A cabeça do cilindro é formada pela camisa do cilindro, a qual está fixa ao bloco (em motores
pequenos a camisa pode não existir, sendo o próprio bloco a definir a parede do cilindro).
O bloco é geralmente em ferro fundido ou em liga de alumínio (quando é necessário menos
peso). O bloco tem funções estruturais importantes, estando sujeito a esforços muito elevados.
A dissipação de calor faz-se através do bloco. Nos motores arrefecidos a ar, o bloco é alhetado.
Nos motores arrefecidos a líquido (solução aquosa \u2013 Caso mais geral) o bloco tem canais e
câmaras desse líquido.
A camara de combustão tem a forma cilíndrica de base circular, sendo uma das bases móveis.
Fig.6 \u2013 Êmbolo + sistema Fig.7 \u2013 Bloco Fig.8 \u2013 Câmara de combustão
Cilindros
A parte do motor na qual a potência é desenvolvida, é chamada de cilindro. O cilindro provê a
câmara de combustão onde ocorrem a queima e a expansão de gases, e aloja o
pistão/êmbolo e a biela. Existem quatro fatores principais que precisam ser considerados no
projeto e construção do conjunto de um cilindro. São eles:
1) O cilindro tem que ser suficientemente forte para resistir às pressões internas,
desenvolvidas durante a operação do motor.
2) Tem que ser construído de um metal leve para
diminuir o peso do motor.
3) Tem que possuir boas propriedades de condução de
calor, para um arrefecimento eficiente.
4) Tem que ser comparativamente fácil e barato quanto
à fabricação, inspeção e manutenção.
A cabeça é produzida unitariamente para cada cilindro
nos motores refrigerados a ar, ou é fundida "em bloco"
(todas as cabeças em um bloco) para motores
refrigerados a líquido. A cabeça de cilindro de um motor
refrigerado a ar é geralmente feita de liga de alumínio,
porque essa liga constitui um bom condutor de calor, e
seu baixo peso reduz o peso total do motor.
O seu nome provém da forma que possui, aproximadamente cilíndrica.
Nos motores de combustão interna é no cilindro que se desenvolve a deflagração do combustível,
que é a origem da força mecânica que possibilita o deslocamento do veículo.
Devido a ter que suportar ao longo da sua vida útil as deflagrações constantes de combustível e as
altas temperaturas a que estas se desencadeiam, o cilindro é realizado num metal preparado para
suportar estas condições extremas de funcionamento.
O número de cilindros pode ir desde um único, como em algumas motorizadas e motosserras, até
doze ou mesmo dezasseis cilindros em automóveis.
Os cilindros atingem temperaturas na ordem dos 300°C pelo que se torna indispensável um
adequado sistema de arrefecimento.
Em motores arrefecidos a ar cada cilindro encontra-se normalmente separado dos restantes e possui
umas alhetas de refrigeração, enquanto nos cilindros existentes num bloco motor, o líquido de
arrefecimento é o refrigerante mais utilizado circulando em passagens à volta destes de forma a
absorver parte do calor produzido.
Em alguns motores o cilindro é constituído por uma "camisa" que nada mais é que um tubo cilíndrico
colocado no bloco do motor.
4.3) Carter
\u2022 O Cárter é a parte inferior do motor,