Introdução aos Motores Térmicos

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Seminário I
Licenciatura em ciências da engenharia aeroespacial 
Paulo Vasconcelos Figueiredo
Motores Térmicos 
1. Introdução aos motores térmicos
➢ Motor – “Designa-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”
Fig.1 - Motor V8 – Ferrari 4.5L
➢ 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 – Ocorre de forma intermitente) “principal”
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 – 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
➢ 3. Classificação de motores segundo “Heywood”
(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
➢ 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.
▪ Existem outro tipo de motores de ignição (conhecidos por dual-fuel)
➢ 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
• Motores de modelismo – populares no aeromodelismo, pesam menos de 100g e
desenvolvem menos de 0.1 kW
• Motores marítimos – Pesos superiores a 1900 toneladas e potências superiores
a 45000 kW com altura de 14metros
• 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.
• As versões sobrealimentadas têm um mercado muito limitado e destinam-se a aplicações
muito específicas.
• A excepção são os grandes motores a gás.
Fig.3 – Motor turbofan
4. Elementos constituintes de um motor
Fig.4 – 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 – Êmbolo
• 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).
• Por vezes (motores de grande dimensão) o êmbolo é constituído na parte superior e na
parte inferior de materiais diferentes.
• 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 – 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 – Êmbolo + sistema Fig.7 – Bloco Fig.8 – 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
• O Cárter é a parte inferior do motor,e nada mais é
que um recipiente metálico onde fica acumulado o
óleo lubrificante.
• A sua função é manter um certo nível de óleo de
modo a garantir a lubrificação do motor.
• Com o carro desligado, o óleo que circulou pelo
motor escorre por gravidade até o Cárter onde fica
acumulado para a próxima vez em quem o motor
for ligado. Esse reservatório ajuda também a
resfriar o óleo.
O volume do Cárter varia de acordo com cada motor
e veículo, acumulando normalmente algo como
quatro litros de óleo em seu interior. Para
verificarmos se o nível está correto utilizamos uma
vareta que fica parcialmente imersa no lubrificante
Fig.11 – Carter
Fig.12 – Carter
4.4) Chumaceira principal
➢ Em um motor de combustão interna , os rolamentos principais são os rolamentos
no qual a cambota gira, normalmente liso ou mancais.
➢ Todos os motores têm um mínimo de dois rolamentos principais, um em cada
extremidade do cambota, podendo ter até mais que o número de pinos de
manivela . O número de rolamentos principal é um compromisso entre o custo
extra tamanho e estabilidade de um número maior de rolamentos e à maior
compactidade e peso leve de um número menor. Ambos têm vantagens em
termos de desempenho, como e mais estável da cambota menor irá produzir
melhor equilíbrio do motor .
Fig.13 – Chumaceira Principal
4.5) Rolamentos de cilindros
➢ Os Rolamentos de cilindros são
utilizados em aplicações como correias
transportadoras, que devem suportar grandes
cargas radiais.
➢ Nestes rolamentos, o elemento deslizante é
um cilindro, de forma que o contacto entre a
pista interna e a externa não é um ponto, mas
uma linha. Isso distribui a carga sobre uma
área maior, permitindo que o rolamento
suporte muito mais carga do que um
rolamento de esferas. Entretanto, este tipo de
rolamento não é projectado para aguentar
uma grande carga axial.
➢ Uma variação deste tipo de rolamento,
chamada de rolamento de agulha, usa
cilindros de diâmetro muito pequeno. Isso
permite que o rolamento se ajuste a lugares
muito apertados
Fig.14 – Rolamentos/mancal de rolos
4.6) Rolamentos de esferas
➢ Num rolamento de esferas, a carga é
transmitida da pista externa para a esfera e
da esfera para a pista interna.
➢ Sendo uma esfera, o único contacto com as
pistas interna e externa é um ponto muito
pequeno, o que propicia uma rotação muito
suave.
➢ Porém, isto também significa que não existe
muita área de contacto que suporte a carga,
de modo que se o rolamento sofrer
sobrecarga, as esferas podem se deformar
ou ser esmagadas, destruindo o rolamento. Fig.15 – Rolamentos de esferas
4.7) Bronzes
➢ A Bronzina é um tipo de mancal, também designada por capa, bucha ou casquilho, é
utilizado para reduzir o atrito e servir de apoio e guia para peças giratórias, deslizantes ou
oscilantes de um conjunto mecânico (por exemplo um motor), sejam estas eixos ou rodas
sobre eixos, como cambotas, bielas e comandos de válvulas, permitindo-lhes o movimento
com um mínimo de atrito.
➢ Geralmente são formadas por duas carcaças de aço, de forma semicirculares iguais para
facilitar a montagem, porém, também fabricadas de forma anelar (bucha), revestido
interiormente de metal macio (antifricção), com propriedades para reduzir o atrito.
➢ O revestimento interior da
carcaça de aço em
questão é o bronze, de
onde se origina o nome
(“bronzina”), que pode ser
composto por varias ligas
metálicas, como por
exemplo: cobre-chumbo,
cobre-estanho e ainda,
em alguns casos, é
usado o metal branco e
estanho-alumínio.
4.8) Pino de manivela
➢ Num motor de monocilindro, o pino da manivela é montado no volante; Em uma
locomotiva a vapor os pinos da manivela geralmente são montados directamente
sobre as rodas motrizes.
➢ Num multi-cilindro do motor, um pino de manivela pode servir um ou vários
cilindros, por exemplo:
➢ Num motor V cada manivela serve geralmente de dois cilindros, um em cada
banco de cilindros.
➢ Num motor radial de cada pino de manivela serve uma linha inteira de cilindros.
Segmentos e bielas
• A parede lateral do êmbolo (saia) assegura o guiamento do êmbolo no seu
movimento alternativo no interior do cilindro. Para realizar esse guiamento mas
mantendo a estanquicidade da câmara de combustão (que não é perfeita) e
ainda promover a lubrificação do cilindro a saia contem dois a quatro segmentos
ou aros. Estes são anéis metálicos, abertos que se encontram nas caixas de
segmentos. Cada segmento tem a sua função, sendo as duas principais a
estanquicidade da câmara de combustão (segmentos superiores) e o espalhar e
recolher do óleo na camisa (segmentos inferiores).
Fig.16 – Segmentos
➢ Uma biela é toda peça de uma máquina que serve para transmitir ou transformar
o movimento rectilíneo alternativo em circular contínuo. Um exemplo de biela no
interior de um motor de automóvel é a peça que liga o êmbolo à cambota
➢ A cabeça (a parte mais larga) é apertada à cambota por meio de parafusos e a
extremidade oposta é trancada pela cavilha do êmbolo, no interior da sua saia.
Enquanto esta extremidade se desloca para cima e para baixo (solidária com o
movimento do pistão), a cabeça descreve um movimento circular.
➢ Não tem, portanto, qualquer mecanismo de atenuação do esticão do pistão
aquando da explosão ou combustão, pelo que o movimento brusco seria
transmitido directamente da cambota para o eixo com esta, por sua vez, sofrendo
as consequências da explosão - vibrações. Esta função é assegurada pelos
moentes de apoio da cambota e pelo volante do motor.
Fig.17 – Bielas
➢ No interior do êmbolo articula-se a biela, ligada a êmbolo pelo cavilhão. Este normalmente é
de aço, e é oco. O cavilhão pode estar solidário com o êmbolo, com o pé da biela, ou ser
flutuante (livre no pé da biela e no êmbolo). A Biela é constituída por pé (que abraça o
cavilhão), a haste e a cabeça (que abraça o moente da manivela).
➢ O pé da biela é inteiriço, mas a cabeça está dividida por um plano diametral para permitira a
sua montagem no moente da manivela (com excepção de alguns casos em que a
chumaceira é de rolamentos).
➢ A biela é geralmente é feita em aço forjado, em aço-cromio-níquel ou aço-molibdémio-
vanádio (para maiores solicitações).
Fig. 18
Êmbolo de motor pequeno Diesel a) Conjunto cavilhão-embolo-segmentos
Êmbolo de motor Diesel locomotiva b) perfis típicos de segmentos (10 de 
compressão e restantes de óleo
Tipos de bielas
1. Bielas planas
2. Biela de forquilha
3. Biela mãe e articulada
1. Bielas planas
As bielas são usadas nos motores opostos e em linha. a extremidade ligada ao
moente é encaixada com um mancal com capa ou em fenda. Os mancais com capa
são presos através de parafusos. Para manter o balanceamento e a folga
apropriados, as bielas devem sempre ser reinstaladas no mesmo cilindro e na
mesma posição rotativa
2. Biela de Forquilha
A biela tipo forquilha e pá, é um conjunto usado inicialmente nos motores tipo em
"V". A biela bifurcada é dividida no terminal do pivô para prover espaço para a
fixação da lâmina entre os pino. Um mancal simples bi-partido é usado na
extremidade do braço de manivela.
Fig.19 – Biela
Fig.22 – Motor radial
Fig.23
4.11) Cambota (árvore de manivelas), volante motor
• A cambota (eixo de manivelas) é constituída pela associação de diversas manivelas (cada moente
e respectivos dois braços forma uma manivela), separada pelos apoios (um entre cada um ou dois
moentes), e pelos contrapesos de equilibragem (que geralmente estão integrados nos braços dos
moentes).
• É um dos elementos mais caros num motor. Está sujeita a enormes esforços cíclicos,
nomeadamente torção e de flexão. O material normalmente utilizado é de aço forjado,ou aço-
cromo-níquel ou aço-cromo-molibdénio-vanádio. É constituída apenas por uma peça. Em motores
Diesel de grandes dimensões pode ser formada por diversas peças separadas, uma para cada
cilindro ou par de cilindro.
• A cambota ou veio de manivelas é a componente do motor para onde é
transferida a força da explosão ou combustão do carburante por meio da
cabeça da biela (formando um mecanismo biela-manivela (mecanismo),
que, por sua vez, se liga com o êmbolo), transformando a expansão de
gás em energia mecânica.
• Na extremidade anterior da cambota encontra-se uma roldana
responsável por fazer girar vários dispositivos como por exemplo, bomba
da direcção hidráulica, bomba do ar condicionado, bomba de água.
• Na outra extremidade encontra-se o volante do motor, que liga à caixa
de velocidades — cuja força-motriz será transmitida ou não, consoante a
pressão da embraiagem.
Fig.22 – Cambota
Tipos de cambotas
Balanced cambota - Uma árvore de manivelas com reforços estendida para dar
forma a contrabalançar ou agir como um amortecedor de vibrações.
Cranckshaft Built-up - cambota que não é forjada ou fundida como uma peça, mas é
feita de várias partes.
Cambota externamente equilibrada - cambota que exige peso de equilíbrio externo,
geralmente no amortecedor da vibração do volante, para o equilíbrio
4.12) Árvore de Cames
➢ A árvore de cames, também chamada árvore de comando de válvulas, veio de
excêntricos, veio de ressaltos ou eixo comando de válvulas, é um mecanismo
destinado a regular a abertura das válvulas num motor de combustão interna.
➢ Consiste num veio cilíndrico no qual estão fixados um conjunto de peças
ovaladas, chamadas cames, excêntricos ou ressaltos, uma por válvula a controlar.
Este veio tem um conjunto de apoios que asseguram a sua estabilidade durante o
movimento rotativo a que é sujeito.
Fig.23 – Árvore de Cames Fig.24 – Árvore de cames
4.13) Válvulas
➢ A válvula de um motor de combustão interna é um dispositivo que visa permitir ou
bloquear a entrada ou a saída de gases dos cilindros do motor.
➢ O topo da haste está em contacto mecânico com um impulsor que, accionado pelo
excêntrico da árvore de cames, provoca a sua abertura e a consequente entrada
ou saída dos gases do motor.
➢ Uma mola assegura que a válvula regressa à sua posição de fecho mal deixe de
haver pressão mecânica para a sua abertura. Em alguns motores este regresso
da válvula à sua posição de repouso sobre o assento, também chamado "sede",
da válvula é conseguido por comandos pneumáticos e não mecânicos
Válvulas e sistema de accionamento
• As aberturas que dão entrada e saída aos gases, são fechadas pelas válvulas ou pelo
próprio êmbolo.
• São constituídas por cabeça (plana, na maioria dos casos) e pela haste (perpendicular à
cabeça). A cabeça assegura o fecho da passagem do gás, a haste assegura o guiamento da
válvula. A temperatura de trabalho das válvulas de escape podem ser superiores a 750ºC
• As válvulas de admissão feitas de ligas de aço com níquel ou cromo-níquel.
• As válvulas de escape são de ligas de aço com elevadas percentagens de crómio, níquel e
tungsténio. São geralmente ocas e cheias de sódio.
• As válvulas são actuadas por excêntricos, que comandam todo o movimento da válvula.
• A abertura faz-se contra a força de uma ou duas molas, a qual força depois o fecho. A
abertura faz-se contra a força de uma ou duas molas, a qual força depois o fecho. Em
alguns casos a abertura e o fecho ou apenas o fecho, são comandados por sistemas
hidráulicos, pneumáticos ou por sistemas mecânicos.
• Os diversos excêntricos encontram-se reunidos em um ou mais veio de excêntricos (árvore
de cames). Este é comandado pela cambota. Nos motores a 4 tempos a velocidade de
rotação do veio de excêntricos é metade da de a cambota, a nos a dois tempos é igual. Os
excêntricos podem actuar nas válvulas directamente ou por meio de balanceiros, ou hastes
e balanceiros
Válvulas de admissão e de escape
➢ As válvulas têm a missão de permitir a entrada a saída dos gases no cilindro nos momentos 
adequados de cada fase, fechando hermeticamente os condutores de acesso e evacuação 
da câmara de combustão durante o tempo restante do ciclo. Devido ao seu funcionamento, 
estão submetidas a grandes exigências térmicas e mecânicas.
➢ O calor intenso, a corrosão e a oxidação são as causas lógicas do desgaste das válvulas e 
os efeitos são totalmente nocivos na performance do motor.
Guias das válvulas
➢ As guias das válvulas são encarregues de conduzir o movimento alternativo da válvula e
assegurar a centralização da cabeça da mesma, com respeito à sede no momento do fecho,
a fim de conseguir uma correcta estanqueidade na câmara de combustão.
➢ Este componente do motor pode ser fabricado por fundição de ferro ligado ou de ligas de
cobre (latão). Ambos os materiais possuem propriedades específicas que permitem reduzir o
coeficiente de fricção, com capacidade Auto lubrificante e resistência ao desgaste, adequada
para cada aplicação.
➢ Actualmente as guias de fundição aplicam-se em motores diesel de média e grande potência,
embora as ligas de cobre limitam o uso quase exclusivamente a motores gasolina e diesel de
automóveis.
Fig.25 – Guia das válvulas
Sede das válvulas
➢ A sede da válvula em conjunto com a válvula constituinte é o par mecânico pelo qual se consegue
a estanqueidade da câmara de combustão. A sede deve possuir resistência no desgaste e a
oxidação/corrosão a altas temperaturas, apesar de possuir uma boa condutividade térmica (entre
os 75% e os 90% do calor absorvido por uma válvula de escape que se evacua através da sede).
➢ Geralmente são fabricadas da fundição de ferro ou aço, ambos ligados com crómio, níquel e
molibdénio para aumentar a resistência ao desgaste e à corrosão em quente. Podem ter um
tratamento térmico de endurecimento a fim de melhorar as propriedades de resistência no
desgaste.
➢ Existem também sedes produzidas em ligas à base de níquel e cobalto para aplicações onde a
temperatura e o desgaste são extremos, como no caso de motores que funcionam a gás.
Fig.26 – Sede das válvulas
Mola das válvulas
➢ Cada válvula é fechada por meio de duas ou três molas helicoidais. Se apenas
uma mola fosse utilizada, haveria vibração ou oscilação em determinadas
velocidades. Para eliminar essa dificuldade, duas ou mais molas (uma dentro da
outra) são instaladas em cada válvula. Cada mola irá vibrar em diferentes
velocidades do motor, resultando num rápido amortecimento das vibrações e
oscilações durante o funcionamento.
➢ Duas ou mais molas também reduzem o perigo de enfraquecimento e possível
falha por fractura, devido ao aquecimento e fadiga do material.
➢ As molas são mantidas no lugar por meio de travas bipartidas, instaladas no
rebaixo do batente superior da mola da válvula ou arruela, e engraza num entalhe
usinado na haste da válvula. As funções das molas são fechar as válvulas e
prendê-las seguramente em suas sedes
Haste da válvula
➢ As hastes impulsoras de forma tubular transmitem a força de levantamento do
tucho para o balancim.
➢ Uma esfera de aço endurecido é pressionada sobre ou para dentro de cada
extremidade do tubo. Uma esfera encaixa-se no balancim. Em alguns exemplos,
as esferas estão nos “tuchos” e balancins c os soquetes estão na haste
impulsora. A forma tubular é empregada devido à sua leveza c resistência. Ela
permite que o óleo sob pressão de lubrificação do motor passe através da haste
oca e extremidades esféricas, com furo para lubrificar os terminais esféricos,
rolamento do balancim e guia da haste de válvula. A haste impulsora está
revestida por um envelope que se estende do cárter à cabeça do cilindro.
Fig.27 – Válvulas
Fig.29
Fig.28
4.14) Condutas de admissão ou de escape
• Ogás é encaminhado para o cilindro na conduta (ou colector) de admissão e é
encaminhado para o exterior da conduta (ou colector) de escape. As condutas são
sujeitas a esforços elevador, mas as de escape funcionam a temperatura bastante
elevadas. As condutas de admissão são em geral de ferro fundido ou alumínio, e
as de escape em ferro fundido
Fig.30 – Conduta de admissão/escape
4.15) Equipamentos periféricos
1. Sistema de alimentação
2. Sistema de combustível
3. Sistema de ignição
4. Sistema de lubrificação
5. Sistema de refrigeração.
1. Sistemas de alimentação
Alimentação a ar
Filtro de ar e condutas de admissão, nos motores sobrealimentados a jusante do
filtro de ar encontra-se o compressor(s) e a jusante encontra-se o arrefecedor do
ar de admissão, designado por after-cooler (ou intercooler).
2. Alimentação de combustível
Nos sistemas a Diesel estas estão separadas, nos sistemas de explosão
estão parcialmente associadas.
Depósito de combustível, filtros e tubagens. (em casos mais simples devido à
gravidade, no caso mais geral bombas de combustível).
Nos motores a Diesel, as bombas de combustível controlam a
quantidade de combustível a injectar, o momento de o fazer e a
taxa de injecção
3. Sistemas de ignição
Injector – trabalha em condições muito adversas
• Os injectores podem ser individuais para cada cilindro
ou um injector pode alimentar diversos cilindros. Na
injecção directa o combustível é injectado na conduta
de combustível estão associadas. Assim encontram-se
motores alimentados por carburadores e por
injectores.
• Os carburadores são órgãos que se destinam a
introduzir uma quantidade bem precisa (que varia
conforma as situações de funcionamento do motor) de
combustível na corrente de admissão, a promover a
vaporização do combustível e a sua mistura com o ar
e ainda a controlar a quantidade de mistura
ar/combustível que é admitida para o motor.
• Nos motores de explosão, se a injecção for directa, o sistema é idêntico ao motor Diesel, noutros casos
após a bomba de combustível, a alimentação de ar e de combustível estão associadas. Assim encontram-
se motores alimentados por carburadores e por injectores.
• Os carburadores são órgãos que se destinam a introduzir uma quantidade bem precisa (que varia
conforma as situações de funcionamento do motor) de combustível na corrente de admissão, a promover a
vaporização do combustível e a sua mistura com o ar e ainda a controlar a quantidade de mistura
ar/combustível que é admitida para o motor.
Fig.31 – Injectores
Vela de ignição
Nos motores de explosão é necessário um sistema que inflame a mistura de
ar/combustível no instante apropriado. O sistema mais utilizado é o sistema de
ignição por faísca eléctrica. No momento preciso é criada uma diferença de
potencial muito elevada (5000 a 15000 V) entre dois eléctrodos no interior do
cilindro. Estes eléctrodos constituem a vela de ignição.
Fig.32 – Vela de ignição
Fig.33 – Vela
Fig.34 – Vela de ignição
4. Sistemas de lubrificação
➢ É de grande importância qualquer que seja o tipo de motor térmico.
➢ É composto por:
Reservatório de óleo (normalmente o Carter)
Bomba de óleo
Filtro
➢ Permutador de calor (para arrefecimento do óleo)
➢ Sistema de condutas internas do motor
➢ Todos os motores térmicos, mesmo os chamados adiabáticos, necessitam de
escoar energia térmica libertada na combustão. (Excepto os casos especiais,
motores marítimos, fluviais e lacustres).
Fig.35 – Sistema 
de lubrificação
5. Sistemas de refrigeração.
➢ O sistema de transmissão de calor entre o ar e as paredes do motor é muito
reduzido, assim como a área dessas paredes também o é. Desta forma é
necessário aumentar a área de transferência de calor para o ar recorrendo a
alhetas. Por outro lado é necessário que o ar circule com velocidade elevada junto
as alhetas. De forma geral é necessário a circulação do ar forçada por um
ventilador. As principais excepções são os motores muito pequenos ou muito
grandes (motor de mota/motorizada) motor de avião (em contado directo com o
escoamento exterior)
➢ O arrefecimento a água induz mais complexibilidade que o arrefecimento por ar.
Contudo a água possibilita maiores coeficientes de transferência de calor e
principalmente um controlo muito mais eficaz do arrefecimento do motor, A
transferencia de calor da água para o ar é então feita num órgão à parte (radiador)
o qual pode ser dimensionado convenientemente sem as restrições associadas às
dimensões do motor.
➢ O sistema é constituído por:
• Radiador, tubagens exteriores ao motor e pelas passagens e camaras de água
internas do motor. Na maioria dos casos existem ainda bombas de água (noutros
casos sifão térmico), ventilador do radiador, comando termostático do ventilador,
etc.
Fig.35 – Sistema de refrigeração
6.) Sobrealimentação
Ideias básicas
• A potência desenvolvida por um motor é em termos gerais, proporcional à
energia libertada na combustão. Por sua vez é proporcional à massa de
combustível que é possível queimar em condições convenientes.
• Para uma determinada velocidade de rotação, a potência é proporcional à
quantidade de ar admitida no cilindro
• O ar pode ser admitido dentro do cilindro por aspiração (motores atmosféricos)
a admissão do ar realiza-se sempre com perdas.
• Existe outro modo de fazer a admissão, impulsionando o ar para dentro do
cilindro por compressão prévia. A massa de ar admitida no cilindro é então
mais elevada que no caso dos motores atmosféricos, a massa total de ar
disponível para a combustão é mais elevada e o motor pode utilizar mais
combustível, debitando uma potencia superior, estes motores são chamados
de sobrealimentados.
Objectivo da sobrealimentação: obter uma elevada relação potencia/peso e/ou
potencia/volume. Aumento de rendimento. A potencia diminui com a altitude devido à
diminuição da massa específica do ar, a sobrealimentação destina-se a compensar
essa perda
Problemas/desvantagens:
➢ Maior complexibilidade do motor (manutenção e exploração)
➢ Maior peso
➢ Maiores esforços internos
➢ Elevadas cargas térmicas
➢ Nos motores de explosão existe ainda a desvantagem relativa à ocorrência de
detonação.
• Após a compressão o ar é arrefecido. A massa específica do ar aumenta ainda
mais e a carga térmica do motor é aliviada (benéfico para controlo de detonação.
Os permutadores de calor para o arrefecimento do ar de admissão após a
compressão denominam-se geralmente de after coolers. A designação de inter-
cooler é também muito utilizada mas em rigor devia de ser utilizada para os
permutadores que são utilizados no arrefecimento intermédio na compressão por
andares
Motores Térmicos
Fig.36 - Compressor Roots
Fig. 38/39 - Compressor de alhetas
Fig.37 - Compressor de parafuso
Os dois modos de compressão do ar são:
1. Compressor mecânico
a. Acionamento pelo próprio motor (regra)
b. Utilizando os gases de escape (exceção)
2. Compressão por ondas de pressão
a) Os compressores acionados pelo próprio motor são normalmente compressores
volumétricos. O trabalho de sobrealimentação é retirado ao motor, e o seu valor
aumenta rapidamente com a razão de sobrealimentação (a utilização destes
compressores está limitada a baixas pressões de sobrealimentação).
Fig. 40 – Compressor comprex e pequeno compressor radial
Aproveitamento:
2. Compressão por ondas de 
pressão
Compressor comprex
b. Turbo compressor
Os turbo compressores são a
solução quase universal. Os
gases de escape alimental uma
ou mais turbinas de tipo axial
(nos grande motores) e do tipo
radial (nos pequenos motores),
que por sua vez alimentam um
ou mais compressores do tipo
radial.
Fig.41 – Motor de explosão sobrealimentadoFig.42 - Turbocompressor
Motores Térmicos
Motores de combustão interna
• 1.1. Motores Alternativos
• 1.2. Motores Rotativos
• 1.3. Motores Axiais
1.1. Motores Alternativos
Motor Alternativo de Explosão:
➢Ciclo OTTO
o Motores alimentados por gasolina, álcool ou gás;
o A ignição é provocada pela faísca da vela de ignição;
o O combustível é introduzido na corrente de ar que flui da
admissão;
o Os motores de Ciclo de OTTO tem operação realizada em 4
ou 2 tempos.
Ciclo OTTO 4 tempos:
Admissão
o O embolo desloca-se do PMS para o PMI;
o Válvula de admissão abre;
o A mistura de ar e combustível é aspirada para o interior
do cilindro do motor.
Compressão
o O embolo desloca-se do PMI para o PMS;
o Válvula de admissão fecha;
o Quando o embolo se aproxima do PMS o sistema de
ignição dispara a faísca na vela de ignição.
Explosão/Expansão
o O embolo desloca-se do PMS para o PMI;
o Combustão da mistura de ar e combustível;
o Transformação de energia química em energia mecânica e
térmica;
o Quando o embolo se aproxima do PMI a válvula de escape
abre.
Descarga
o O embolo desloca-se do PMI para o PMS;
o Válvula de escape encontra-se aberta;
o Os gases formados no processo de combustão são varridos
para o meio ambiente.
Ciclo OTTO 4 tempos:
Ciclo OTTO 2 tempos:
Compressão
o O embolo desloca-se do PMI para o PMS;
o A mistura de ar, combustível e óleo lubrificante é comprimida 
no cilindro;
o Admissão de mistura para o cárter através da janela de 
admissão.
Explosão/Expansão
o É accionada a faísca da vela provocando a combustão da 
mistura;
o O embolo desloca-se do PMS para o PMI;
o Quando o embolo se encontra próximo do PMI existe a 
admissão para o cilindro a mistura vinda do cárter através do 
canal de admissão e a saída dos gases de combustão;
Ciclo OTTO 2 tempos:
1.1. Motores Alternativos
Motor Alternativo de Compressão/Motor 
Diesel:
➢Ciclo Diesel
o Motores alimentados por óleo diesel ou óleos vegetais;
o A ignição é provocada por auto-ignição do combustível 
injectado;
o O combustível é injectado através da bomba injectora para 
seio da massa de ar comprimida no cilindro.
Ciclo Diesel 4 tempos:
Admissão
o O embolo desloca-se do PMS para o PMI;
o Válvula de admissão abre;
o O ar é aspirada para o interior do cilindro do motor.
Compressão
o O embolo desloca-se do PMI para o PMS;
o Válvula de admissão fecha;
o O ar existente no cilindro é comprimido até uma temperatura 
superior à temperatura de auto-ignição do combustível usado;
o Quando o embolo se aproxima do PMS o sistema de injecção 
injecta combustível para o cilindro.
Explosão/Expansão
o O embolo desloca-se do PMS para o PMI;
o Combustão da mistura de ar e combustível;
o Transformação de energia química em energia mecânica e 
térmica;
o Quando o embolo se aproxima do PMI a válvula de escape 
abre.
Descarga
o O embolo desloca-se do PMI para o PMS;
o Válvula de escape encontra-se aberta;
o Os gases formados no processo de combustão são varridos 
para o meio ambiente.
Ciclo Diesel 4 tempos:
1.1. Motores Rotativos
Motor Rotativo de Explosão:
➢Ciclo Motor Rotativo
o Motores alimentados por gasolina, álcool ou gás;
o A ignição é provocada pela faísca da vela de ignição;
o O combustível é introduzido na corrente de ar que flui da 
admissão;
o Os motores de Ciclo Rotativo tem operação realizada em 4 
tempos;
o Cada face do rotor repete os 4 tempos em cada volta.
o Cada tempo tem duração de ¼ de volta.
Ciclo Motor Rotativo 4 tempos:
Admissão
o A face do rotor encontra-se na zona de admissão;
o A mistura de ar e combustível é aspirada para o interior do 
motor através da janela de admissão.
Compressão
o A face do rotor encontra-se na zona de compressão;
o A mistura de combustível e ar é comprimida.
Explosão/Expansão
o A face do rotor encontra-se na zona de combustão;
o Accionamento de uma faísca na vela de ignição.
Descarga
o A face do rotor encontra-se na zona de descarga;
o Os gases formados no processo de combustão são 
varridos para o meio ambiente através da janela de 
escape.
Ciclo Motor Rotativo 4 tempos:
Ciclo Motor Rotativo 4 tempos:
1.3. Motores Axiais
➢ Motores TurboProp
➢ Motores TurboFan
➢ Motores TurboJet
➢ Motores RamJet
➢Motor Axial TurboProp
o Motor subsónico para aeronaves que operam a
velocidades na ordem dos 400 a 600 km/h, a propulsão
é realizada 90% pela hélice e 10% pelo jacto de escape;
o Temos 4 fases: admissão, compressão, combustão e
escape.
o Todas as fases do motor são feitas de forma continua;
Motor Axial TurboProp
Exemplo de aplicação de Motor Axial TurboProp
Bombardier Dash 8-Q402 equipado com dois motores Tuboprop Pratt & 
Whitney 150
➢Motor Axial TurboFan
o Motor subsónico para aeronaves que operam a
velocidades na ordem dos 700 a 1000 km/h, a propulsão
é realizada cerca de 60% pela hélice de admissão e
40% pelo jacto de combustão;
o Temos 4 fases: admissão, compressão, combustão e
escape.
o Todas as fases do motor são feitas de forma continua;
Motor Axial TurboFan
Exemplo de aplicação de Motor Axial TurboFan
Airbus 380-841 equipado com quatro motores TuboFan Rolls-Royce Trent 900
➢Motor Axial TurboJet
o Motor supersónico para aeronaves que operam a
velocidades na ordem de Mach 1.0 a Mach 3.0, a
propulsão é realizada pelo jacto de combustão;
o Temos 4 fases: admissão, compressão, combustão e
escape.
o Todas as fases do motor são feitas de forma continua;
Motor Axial TurboJet
Exemplo de aplicação de Motor Axial TurboJet
Lockheed SR-71 Blackbird equipado com dois motores Tubojet Pratt & Whitney 
J58
➢Motor Axial RamJet
o Motor supersónico para aeronaves que operam a
velocidades superiores a Mach 3.0, a propulsão é
realizada apenas pelo jacto de combustão;
o Temos apenas 3 fases: admissão, combustão e escape.
o Todas as fases do motor são feitas de forma continua;
Motor Axial RamJet
Exemplo de aplicação de Motor Axial RamJet
Lançamento da missão Herschel-Planck no Ariane 5-ECA às 13:12 UT, 14 Maio 
de 2009
Aplicação dos diferentes tipos de propulsão na Aeronáutica:
➢ Motores Alternativos:
➢ Baixo curso, baixas altitudes, baixas velocidades;
➢ Motores Axiais TurboProp:
➢ Médio curso, médias altitudes, velocidades médias;
➢ Motores Axiais TurboFan:
➢ Grande curso, grandes altitudes, grandes velocidades subsónicas;
➢ Motores Axiais TurboJet:
➢ Máquinas de guerra, vigilância e segurança, grandes altitudes, velocidades 
supersónicas;
➢ Motores Axiais RamJet:
➢ Veículos espaciais, necessidade de sair da atmosfera terrestre, grandes 
velocidades supersónicas;
➢ Misseis, baixo custo de construção, grande consumo de combustível, baixo 
tempo de missão.
Capítulo 1 – Introdução
1.1 - Princípio da propulsão foguete
1.2 – Tipos de motores foguete
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1.3 – Aplicações
1.4 – Conceitos fundamentais
1.4.1 – Tração
1.4.2 – Velocidade de escape
1.4.3 – Energia e eficiência
1.5 – O motor foguete ideal
1.6 – Relações termodinâmicas
1.7 – Escoamento isentrópico através de bocais
1.8 – Configurações de bocais
1.9 – Bocais reais
Propulsão – acto de alterar o movimento de um
corpo. Os mecanismos de propulsão
providenciam uma força que move corpos que
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estão inicialmente em repouso, alteram a sua
velocidade ou vencem as forças de resistência
quando um corpo se move num meio.
Propulsão a jacto – meio de locomoção em que a força de 
reacção é transmitida a um corpo pelo momento de matéria 
ejectada.
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Propulsão foguete – classe de propulsão a jacto em que a 
tracção é fornecida pela ejecção de matéria armazenada, 
chamada propelante.Propulsão de ducto – classe de propulsão a jacto que utiliza 
o meio circundante como fluido de trabalho, ao qual é 
adicionado algum combustível (inclui turbojactos e ramjets).
A fonte de energia principal é a energia química,
apesar de podermos ter energia solar e nuclear.
Fontes de energia e combustíveis para vários conceitos de propulsão
Comparação de várias características de um motor químico comum e de dois 
sistemas de propulsão de ducto
Propulsão por foguete químico A energia de uma reacção química de um
combustível e de um oxidante a pressão elevada permite a subida da 
temperatura a valores elevados (2500°C a 4100°C).
Os gases são posteriormente expandidos num bocal e acelerados a 
velocidades elevadas (1800 a 4300 m/s)
Classificação dos foguetes de acordo com a fase do combustível
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Motores foguete a propelante líquido – utilizam combustível líquido que é 
alimentado à câmara de propulsão a partir de tanques a pressão elevada.
Diagrama esquemático
de um motor foguete a
combustível líquido (bi-
propelante) com
alimentação por gás
pressurizado.
No caso da mistura de dois componentes (bipropelante), teremos um oxidante 
líquido (ex: oxigénio) e um combustível líquido (ex: querosene).
Para um só componente (mono-propelante), teremos um só líquido que já 
contém o combustível e o comburente
Exemplo de um motor foguete a 
combustível líquido (bipropelante) com 
alimentação por turbo-bomba e gerador de
gases separado para accionamento da 
turbina.
Motores foguete a combustível gasoso 
Utilizam gases a pressão elevada, tais como ar, azoto ou hélio como fluido de 
trabalho ou propelante.
O aquecimento do gás com recurso a eletricidade ou combustão em alguns 
mono-propelantes aumenta o desempenho (chama-se motor foguete por gás 
quente).
Sistemas de propulsão com propelantes híbridos utilizam propelantes líquidos 
e sólidos.
Um foguete de ducto combina os princípios dos motores foguete e dos ramjets.
Têm tracção específica superior ao foguete químico quando em operação 
dentro da atmosfera terrestre.
A propulsão por motor foguete também pode ter fonte nuclear, dividindo-se
nesse caso em três tipos principais:
Reactor de fissão (utiliza calor da fissão de urânio, o qual é transferido para o
fluido de trabalho – usualmente hidrogénio)
Decaimento de isótopos radioactivos (a radiação libertada pelo material é
transformada em calor, o qual é transferido para o fluido de trabalho –
usualmente hidrogénio)
Reactor de fusão (sem protótipo até à data)
No caso da propulsão eléctrica, a fonte de electricidade (nuclear, colectores
solares ou baterias) estão fisicamente separados do mecanismo que produz a 
tracção.
Existem três tipos principais:
• Propulsão foguete electrotérmica
• Propulsão foguete electrostática ou motor a iões
• Propulsão foguete electromagnética ou motor a magnetoplasma
As aplicações da propulsão foguete são variadas e incluem lançadores espaciais, 
satélites (propulsão primária e alguma secundária), mísseis militares, motores 
auxiliares para descolagem de aviões de porta-aviões, ejecção de cápsulas de 
escape, sinais de alarme, torpedos e mísseis submarinos, lançamento de
linhas salva-vidas para navios, etc...