Apostila de motores

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MOTORES DE USO AGRICOLA 
 
 
Motor é uma máquina que transforma qualquer tipo de energia em energia me-
cânica (trabalho ). O motor de combustão transforma energia térmica (calorífica) em tra-
balho mecânico ( energia mecânica). 
 
 
1 - Classificação dos motores. 
 
Motor Primário - É alimentado por fluídos obtidos diretamente da natureza. 
 Exemplo: cata-ventos , turbinas, roda d’água. 
 
Motor Secundário - Usam elementos da natureza com o envolvimento de reação 
químicas. 
 Exemplo: Motores de combustão ( carvão, lenha e etc. ) 
 
Motor Terciário - Utiliza a energia gerada nos outros dois. 
 Exemplo: Motores elétricos. 
 
 
1.1 - Classificação quanto a fonte de potência. 
 
a)Musculares: - Humana e Animal. 
 
b)Hidráulicos: - Roda d’água, Aríetes, Turbinas. 
 
c)Térmicos: - Combustão externa. 
 Exemplo: Motores a vapor. 
 
 - Combustão interna. 
 Exemplos: Motores de explosão ( Ciclo Otto ) 
 Motores de combustão ( Ciclo Diesel ) 
 
d)Pneumáticos: - Motores de vento . Ex. Rodas de vento. 
 - Turbinas. 
 - Motores de ar quente. 
 - Motores de ar comprimido. 
 
e)Elétricos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cronologia do desenvolvimento dos motores de combustão interna 
DATA FATO 
 
Final séc. XVII 
Huygens, Hautefeuille e Papin, foram os primeiros a concretizar a idéia de utili-
zar o poder expansivo dos gases da combustão da pólvora afim de executar tra-
balho. 
 
 
1860 
Lenoir desenvolve o primeiro motor de combustão interna, semelhante a máqui-
nas a vapor, usando gás como combustível. 
 
 
1862 
O francês Beau de Rochas estabelece os princípios fundamentais para o funcio-
namento dos motores de combustão interna.(patenteou o processo teórico) 
 
 
1876 
Nikolaus A . Otto constrói o primeiro motor utilizando os princípios de Beau de 
Rochas.(4 tempos – ciclo otto) 
 
1878 Dugald Clerk desenvolve o motor 2 tempos. 
 
1889 Surge o primeiro trator com motor a combustão interna. 
 
 
1892 
Rudolph Diesel desenvolve um motor capaz de queimar pó de carvão (que logo 
foi substituído por combustível líquido) sem o uso de uma centelha. (motor ciclo 
diesel) 
 
 
1910 
Término das patentes de Diesel, permitindo o progresso mais rápido no aperfei-
çoamento desses motores. 
 
 
1914 
O motor do trator passou a ser usado também como elemento estrutural. ( torna-
se parte do próprio chassi do trator ) 
 
 
Anos 20 
Robert Bosch aperfeiçoa o sistema de injeção de combustível dos motores diesel, 
tornando-o mais eficiente e seguro. 
 
 
Anos 30 
Aplicação do motor diesel em grandes tratores; introdução do sistema de arrefe-
cimento pressurizados. 
 
 
Anos 70 
Introdução da superalimentação de ar por turbina e do pós-resfriamento nos 
motores diesel. 
 
Fonte: Biondi et al.(1996);Renius(1994);Liljedahl et al.(1989);Obert (1950) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dados comparativos entre motores de ciclo otto e de ciclo diesel de 4 tempos. 
 
Parâmetro ICE (Ciclo Otto) ICO (ciclo Diesel) 
 
Combustível utilizado Gasolina, álcool etílico, metanol, 
GLP, biogás. 
Òleo diesel, óleos vegetais. 
Fase de Admissão Admite uma mistura de ar e com-
bustível. 
Admite apenas ar puro. 
Relação ar/combustível Pouco variável. (de 10 a 20:1) Muito variável. (de 15 a 100:1) 
Quantidade de ar admitido Variável em função da potência. Aproximadamente constante em 
toda a faixa de potência. 
Forma de controle da potência Variando a quantidade de mistura 
que entra no cilindro. 
Variando a quantidade de com-
bustível que é injetado na câma-
ra de combustão. 
Taxa de compressão(TC) De 7,5 a 11:1. De 14 a 22:1. 
Pressão de compressão 1.400 kPa (para TC de 7,5:1) 3.240 kPa (para TC de 16:1) 
Forma de ignição Por meio de centelha elétrica  20 
antes do PMS. 
Auto-ignição pelo calor da 
compressão, com injeção  10 
antes do PMS. 
Temperatura dos gases de es-
cape 
Acima de 700 C. De 445C a 482C. 
Rotação de potência máxima Acima de 5.000 rpm. Geralmente abaixo de 3.000 
rpm. 
Rendimento térmico 25 a 30 % 30 a 35 % 
 
 
 
2 - Motores de combustão interna. 
 
 São os agentes de transformação da energia química dos combustíveis em 
energia cinética aproveitável para a realização de trabalho útil. O princípio da 
combustão interna é conhecido há cerca de 300 anos. 
Princípio da combustão interna: 
 Queima do combustível no interior do motor. 
 Combustível + Ar é introduzido numa câmara onde é comprimida e sofre 
ignição. 
 A combustão explosiva dessa mistura gera elevação brusca da temperatu-
ra, resultando no desenvolvimento de altas pressões que aplicadas sobre 
as partes móveis do motor produzem movimento. 
 Quando os órgãos receptores são compostos por cilindro e êmbolo ( pis-
tão ), apresentando movimento retilíneo alternativo, temos uma máquina mo-
tora de combustão interna de êmbolos. 
 
 
 
 
 
 
2.1 - Histórico: 
 
 Na segunda metade do século XVII Huygens, Hautefeville e Papin foram 
os primeiros a concretizar a idéia de utilizar o poder dos gases da com-
bustão da pólvora afim de executar trabalho, como movimentar êmbolos. 
 1860 Lenoir - Fez o primeiro motor a combustão interna, mas que funcionava 
como uma máquinas a vapor. Usava gás como combustível. 
 1862 Beau de Rochas - Baseado em estudos teóricos ele imaginou e paten-
teou, o processo pelo qual deveria funcionar o motor de combustão interna 
de 4 tempos. ( Baseado em estudo teórico ). 
 1878 Nikolaus A. Otto - Engenheiro Alemão, baseados nas proposições de 
Beau de Rochas, construiu um motor de combustão interna de 4 tempos. 
Foi o primeiro motor segundo os princípios que regem até hoje os moto-
res a gasolina. 
 1893 Rudolf Diesel - Descrevia um motor de princípio um pouco diferente e 
utilizando como combustível óleo ao invés de gasolina. 
 
 
2.2 - Motor de êmbolos ou pistão. Neste tipo de motor uma mistura Ar + Combustí-
vel entra em ignição. Os gases em expansão agem sobre o êmbolo, que através 
do sistema biela - virabrequim desenvolve trabalho mecânico útil. Estes motores 
podem trabalhar dentro de dois diferentes ciclos termodinâmicos. O Ciclo Otto e o 
Ciclo Diesel. Nos motores do ciclo Otto os combustíveis mais comuns são a gasolina 
e o álcool, e a ignição é por meio de uma centelha (faísca) elétrica produzida pela ve-
la de ignição. Nos motores do ciclo Diesel a ignição ocorre devido a alta temperatura 
provocada pela compressão do ar no interior da câmara de compressão. 
A transferência da energia interna dos combustíveis em trabalho mecânico 
se dá através de um ciclo termodinâmico que se realiza no interior do cilindro do 
motor. Durante o ciclo ocorrem variações de volume, pressão e temperatura, além 
da combustão explosiva de uma mistura gasosa ar mais combustível. Durante o 
ciclo podem ser distinguidas varias etapas conforme a posição relativa do êmbo-
lo(pistão) e da árvore de manivelas (virabrequim). A cada meio giro da árvore de 
manivela correspondem diferentes condições de pressão e volume na câmara do 
cilindro as quais recebem o nome de Tempos do motor. O motor de 4 tempos 
completa o ciclo em 2 voltas do virabrequim e o motor 2 tempos completa o ciclo 
em apenas 1 volta do eixo virabrequim. 
 
2.3 - Tempos do motor. No ciclo de 4 tempos a cada 180° de giro do virabrequim tere-
mos uma etapa do ciclo na seguinte seqüência: admissão, compressão, explosãoe es-
cape. 
 
Admissão : O pistão desce do PMS ( ponto morto superior) até o PMI ( ponto morto 
inferior) e a válvula de admissão, que se abriu no início da etapa, permite a entrada de 
ar (ciclo Diesel) ou da mistura ar + combustível ( ciclo Otto). 
 
Compressão : A válvula de admissão já se fechou, e o pistão sobe do PMI até o PMS 
comprimindo a mistura ar + combustível ( ciclo Otto) ou ar (ciclo Diesel). No ciclo Otto, 
no momento de máxima compressão a faísca da vela de ignição provoca a explosão. 
No ciclo Diesel, quando o pistão está chegando no seu PMS, inicia-se a injeção do diesel 
e a combustão deste, o que provoca altas pressões na câmara de compressão . 
 
Expansão : Neste tempo o pistão é lançado pela explosão ou combustão e vai do PMS 
até o PMI, acionando o eixo virabrequim através da biela. Este é chamado de Tempo Mo-
tor, pois dos quatro, este é o único que fornece energia ao motor. As duas válvulas (ad-
missão e escape) permanecem fechadas. 
 
Escape : Novamente o pistão vai do PMI ao PMS. A válvula de escape se abre e os 
gases resultantes da queima dos gases são expelidos para fora do cilindro. 
 
 
 
 
 Figura 1 - Esquema de funcionamento de um motor de 4 tempos do ciclo Otto. 
 
 
No motor de 2 tempos, estas etapas ocorrem na mesma ordem, porém de forma simul-
tânea. 
 
Compressão - Admissão : O pistão vai do PMI ao PMS realizando, ao mesmo tempo, a 
compressão e a admissão. 
 
Expansão - Escape : Quando o pistão vai do PMS ao PMI ele realiza o seu tempo mo-
tor e a expulsão dos gases. 
 
 O funcionamento dos motores do ciclo Otto de quatro tempos é caracteri-
zado por apresentar, conforme ilustra a Fig. 1 , as seguintes etapas: 
 
 
 
Figura 2 - Esquema de funcionamento de um motor 2 tempos do ciclo Otto. 
 
 
vantagens do motor 2 tempos em relação ao motor 4 tempos convencional ( ciclo 
Otto). 
 - Peso por C.V ( H.P.) é menor. 
 - Construção mais simples. 
 - Podem operar nos dois sentidos de rotação. 
 
desvantagens. 
 - Controle da mistura gasosa é mais difícil. 
 - São ineficientes em matéria de consumo de combustível. 
 - Arrefecimento e lubrificação são mais difíceis. 
 - Não operam bem com grande flutuação de carga. 
 
 
3 - Partes fundamentais do motor diesel. 
 
 - Bloco do motor 
 - Camisa do cilindro 
 - Cabeçote 
 - Cárter 
 - Embolo 
 - Volante do motor 
 - Anel de segmento 
 - Pino do embolo 
 - Biela 
 - Casquilhos 
 - Arvore de manivelas 
 
 
 O motor do ciclo Otto de dois tempos diferencia-se do anterior por 
apresentar, como ilustra a Fig. 2 um ciclo de funcionamento onde se distin-
guem as seguintes etapas: 
 
3.1 - Bloco do motor. 
 
É a maior peça do motor e sustenta todas as outras partes constituintes do motor. Nele 
estão os cilindros, geralmente em linha nos motores de tratores de rodas. São normal-
mente construídos de ferro fundido, mas a este podem ser adicionados outros elemen-
tos para melhorar suas propriedades, como alguns metais - ligas de Níquel, Molibidê-
nio, Cromo, etc. para melhorar sua resistência a tensões e possibilitar a confecção 
de blocos mais leves. 
 
Alguns blo-
cos possuem tubos 
que são removíveis 
e formam as pare-
des dos cilindros 
chamados de ca-
misas. Quanto ao 
sistema de arrefe-
cimento, podemos 
ter: 
- Bloco de cilin-
dros externos ( Mo-
tores arrefecidos a 
ar). 
- Bloco de cilin-
dros internos ( Mo-
tores arrefecidos a 
ar e água). Quanto a disposição dos cilindros, podemos ter blocos com cilindros hori-
zontais de um cilindro, de dois cilindros horizontais paralelos, e ainda de 2 ou 4 cilindro 
horizontal opostos. Bloco com cilindros verticais de 1 cilindro ou de múltiplos cilindros 
verticais em linha, assim como os de múltiplos cilindros em V. 
É no interior das camisas dos cilindros que sob altas pressões e temperaturas 
ocorre o fenômeno da combustão. O material de construção das camisas deve ofere-
cer resistência mínima ao atrito com os anéis e alta resistência ao desgaste. Ge-
ralmente de material fundido centrifugado ou aço - liga especial. Podem ser úmidas , 
quando entram em contato direto com a água de arrefecimento, ou secas, quando isto 
não ocorre. Podem ser arrefecidas a água ou a ar. Nos motores diesel arrefecidos a 
ar não existem propriamente camisas. Os cilindros apresentam-se como unidades 
separadas, posicionadas externamente ao bloco. A parede externa possui aletas. A 
temperatura das camisas fica entorno de 100° C nas arrefecidas a ar e água e próximo 
dos 1000 ° C nas arrefecidas a ar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 - Cabeçote. 
 
Fecha o 
bloco e os ci-
lindros na sua 
parte superior , 
sendo que a uni-
ão é feita com 
parafusos nor-
malmente fabri-
cados com o 
mesmo material 
do bloco e são 
apertados com o uso de torquímetro. Entre o bloco e o cabeçote existe a Junta do 
cabeçote , que pode ser feita com cobre e asbesto. O cabeçote na parede inferior 
pode apresentar depressões que vão formar parte ou a totalidade da câmara de com-
bustão. Alguns motores diesel podem apresentar antecâmaras de combustão. 
 Nos motores arrefecido a água apresentam câmaras de arrefecimento que 
se comunicam com as do bloco. Nos motores a ar, cada cilindro tem um cabeçote 
próprio. 
 
 
3.4 - Cárter: 
 
Fecha a parte inferior do bloco. 
Fixado com junta de cortiça ou pape-
lão especial ( volumóide ). É um depósi-
to de óleo lubrificante e ao mesmo 
tempo protege as partes inferiores 
contra impurezas e impactos menores. 
Em geral confeccionado de chapa de 
aço estampado , formando um bojo ( 
onde fica o tampão de escoamento ) 
podendo também ser de duralumínio, 
ferro fundido, etc. 
 
 
3.4 - Êmbolos ( ou pistão ). 
 
 É a primeira parte do motor à movimentar-se devido à expansão dos gases 
oriundo da combustão. Através do pino do pistão e da biela ele transmite o movi-
mento para o virabrequim transformando o deslocamento retilíneo alternativo do pis-
tão, dentro do cilindro, em movimento circular continuo do eixo virabrequim. São cons-
truídos com formato de caneca , isto é , um tronco de cilindro fechado numa extre-
midade e aberto na outra para conectar a biela. Devido as altas pressões, altas 
 
 
temperaturas, violentas acelerações e ao atrito de deslizamento, os pistões devem ser 
fabricados com materiais que apresentem entre outras características, as seguintes: 
 - Boas características de dissipar calor do calor. 
 - Baixo índice de dilatação térmica. 
 - Pouca suscetibilidade ao desgaste. 
 - De unidade relativamente baixa. 
- Boas propriedades mecânicas a elevadas temperaturas. 
 
Entre os materiais quem são usados, podemos citar: Ligas de alumínio/silício : pa-
ra motores no geral. ( LO - EX ), Alumínio/cobre: motores diesel submetidos a gran-
des esforços. Ligas de magnésio: para motores de alta rotação ( carros de corridas), 
(ELEKTRON ), Ferro fundido cinzento: para motores de baixa rotação especial. 
 A folga entre as paredes do cilindro e o pistão é maior na cabeça do pistão do que 
na parte inferior (saia).Isto se deve pois no topo ele é mais reforçado. Como onde 
há mais material ocorre maiores dilatações é necessário esta folga maior na cabe-
ça do cilindro. 
 
3.5 - Anéis de segmento. 
 
 Localizam-se no interior das ranhuras ou canaletas circulares existentes na 
cabeça do êmbolo, e em alguns casos na saia. Possuem como principais funções: 
Efetuar avedação da câmara do cilindro , retendo a compressão; Reduzir a área 
de contato direto entre as paredes do 
êmbolo e do cilindro; Controlar o fluxo de 
óleo nas paredes do cilindro; Dissipar o 
calor do êmbolo pelas paredes do cilin-
dro. 
Entre os materiais usados na sua 
construção encontramos o ferro fundido 
cinzento especial, algumas vezes revesti-
do com cromo de 0,1 a 0,2mm de es-
pessura. 
 O número de anéis por êmbolo 
depende do tipo de motor e da sua 
compressão. Varia de 2 a 5 sendo 3 a 4 
o mais comum. 
Os tipos fundamentais de anéis 
são: 
 - De compressão : responsável 
pela vedação da câmaras do cilindro . 
São maciços e ficam próximos do topo. 
 - De lubrificação: responsável pelo 
controle do fluxo de óleo entre as pare-
des do êmbolo e cilindro: São providos 
de canaletas ou rasgos , interrompidos ao 
longo do perímetro. No ciclo ascendente 
o óleo nas paredes e no descendente, 
retira o excesso. 
 
 
 
 
 
 
 
3.6 - Pino do Êmbolo. 
 
 Faz a ligação articulada entre o êmbolo e a biela. Construído de aço 
especial cimentado e sua forma oca confere-lhe menor peso e resistência à fle-
xão. 
 
3.8- Biela. 
 
 Faz a conexão entre o êmbolo e a ADM .É um dos órgãos responsável 
pela transformação do movimento retilíneo do êmbolo em movimento circular conti-
nuo no volante do motor. Construída em aço forjado: Apresenta geralmente a 
seção transversal em forma de I a fim de melhor resistir os esforços contínuos 
de flexão, tração e compressão à que é solicitada. 
 
 
3.8- Casquilho. 
 
 Estabelecem a ligação entre a cabeça da biela e os 
moentes da ADM. São 2 cápsulas semicilíndricas recobertas 
com um revestimento de liga metálica . Como qualidade esta 
liga deve ter: Baixo coeficiente de atrito; Ponto de fusão 
relativamente baixo e boa resistência a corrosão. Na mon-
tagem o importante é a folga deixada entre os casquilho e 
a superfície do moente. Genericamente, aumentando esta 
folga 2 vezes, o óleo que escapa por entre ela, aumenta 5 
vezes. Se a folga for 4 vezes maior, a passagem do óleo au-
menta 25 vezes. 
 A falta de lubrificação eleva a temperatura e funde o 
casquilho. Nesta situação a biela bate nos moentes e faz 
um ruído característico: “motor fundido”. 
 
 
3.9 - Árvore de manivelas. ( virabrequim ) 
 
 Eixo de transmissão de movimento que apresente tantas manivelas quantos 
forem os cilindros do motor. Em cada manivela estão os moentes que é onde se 
prende a biela. Entre as manivelas e nas extremidades estão os munhões, que 
apoiam nos mancais do bloco. Numa extremidade está o volante na outra a en-
grenagem ou roda dentada de acionamento do comando de válvulas. 
 
 
3.10- Volante do motor. 
 
 
Casquilho 
 Tem por função manter uniforme a velocidade angular da ADM, absorvendo 
energia cinética durante os tempos de explosão para cedê-la de volta durante os 
outros tempos. Possui uma coroa dentada ( cremalheira ) na qual se engrena 
de o pinhão do motor de partida. 
 
4 - Sistemas Complementares do Motor Diesel. 
 
 - Sistema de comando de válvulas. 
 - Sistema de alimentação. 
 - Sistema de arrefecimento. 
 - Sistema de lubrificação. 
 - Sistema de partida. 
 
 
4.1- Sistema de Comando de Válvulas. 
 
 Tem a função de controlar a entrada e saída do fluxo de gases do interior 
do cilindro. existem dois tipos de válvulas : válvula de admissão e válvula de escape . A 
abertura destas válvulas é sincronizada com o eixo virabrequim. 
 
 
Virabrequim 
Volante 
 
Figura 9Erro! Argumento de opção desconhecido. Sistema de comando de válvulas 
indireto. 
 
Este está ligado ao eixo de comando de válvulas ( eixo de cames) por duas en-
grenagens que fazem a redução do movimento. Para cada duas voltas do eixo virabre-
quim, o eixo de comando de válvulas dá uma volta. Os ressaltos encontrados no eixo de 
comando, que são também chamados de cames, estão em contato com os tuchos. 
Quando o ressalto do eixo levanta o tucho, este empurra a haste para cima , que aciona 
o balancim. O balancim pressiona a válvula para baixo, contra a pressão da mola de re-
tenção, e então a válvula se abrirá. O esquema de um comando de válvulas indireto, 
conforme descrito anteriormente, pode ser observado na figura abaixo. 
 
 
4.2- Sistema de Alimentação. 
 
 Supre o motor de AR e COMBUSTÍVEL para que possa ocorrer a combustão. Para 
isso o combustível precisa ser dosado e pulverizado na câmara de combustão, e o ar 
deve estar limpo e em quantidade suficiente. 
 
4.2.1- Sistema de alimentação de combustível. 
 
 Tem por função colocar o combustível na câmara de compressão na dose certa e 
no momento correto, atuando sincronizado com o comando de válvulas. O sistema é 
formado pelo depósito(tanque de combustível), condutos de sucção, filtro decantador, 
bomba alimentadora, filtros primário e secundário, bomba Injetora, condutos de pressão, 
bicos injetores e condutos de retorno. 
 A bomba injetora dosa a quantidade adequada(conforme a solicitação de carga do 
motor) e coloca pressão no combustível, provocando uma sobre pressão no conduto que 
vai até o bico, provocando a abertura do mesmo e a conseqüente pulverização do com-
bustível em partículas muito pequenas, dentro da câmara de compressão. 
 Os tipos de bombas injetoras mais usadas são a bomba injetora em linha e a bom-
ba injetora rotativa. Na bomba injetora em linha, existe uma unidade bombante para cada 
cilindro do motor.