Autos - Ensaios Dinamometricos - 117

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ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
ESCOLA SENAI “CONDE JOSÉ VICENTE DE AZEVEDO” 1
 
CURSO TÉCNICO DE AUTOMOBILÍSTICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2004 
 
 
CURSO TÉCNICO EM AUTOMOBILÍSTICA 
 ESCOLA “CONDE JOSÉ VICENTE DE AZEVEDO” 2 
 
 
 © 2004. SENAI-SP 
 Ensaios Dinamométricos 
 Publicação organizada e editorada pela Escola SENAI “Conde José Vicente de Azevedo”. 
 
 
 
 Coordenação geral Luiz Carlos Emanuelli 
 
 Coordenador do projeto José Antonio Messas 
 
 Planejamento e Alberto Otero Costoya 
organização de conteúdo 
 
 Elaboração Alberto Otero Costoya 
 Regina Célia Roland Novaes 
 Teresa Candolo 
 
 Editoração Teresa Cristina Maíno de Azevedo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial 
 Escola SENAI “Conde José Vicente de Azevedo” 
 Rua Moreira de Godói, 226 - Ipiranga - São Paulo-SP - CEP. 04266-060 
 
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ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
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SUMÁRIO 
 
 
INTRODUÇÃO 5 
 
MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA: OBTENÇÃO DE TORQUE 7 
• Motor: forças e reações 7 
 
DINAMÔMETROS 9 
• Finalidade 9 
• Dinamômetro de Prony 10 
• Dinamômetro hidráulico 14 
• Dinamômetro de correntes de Foucault (Parasitas) 15 
• Dinamômetro de corrente contínua 15 
• Resultados dos ensaios em dinamômetros 16 
 
CONCEITOS BÁSICOS DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA 19 
• Rendimento térmico do motor 19 
• Rendimento mecânico do motor 20 
• Rendimento global do motor 21 
• Rendimento volumétrico 22 
• Cilindrada total do motor 26 
• Taxa de compressão teórica ou volumétrica 27 
• Taxa de compressão real ou dinâmica 28 
• Velocidade e aceleração do êmbolo 31 
 
COMBUSTÃO NOS MOTORES 34 
• Relação ar-combustível 34 
• Relação combustível-ar 35 
• Relação lambda ou fração relativa ar-combustível 35 
• Poder calorífico do combustível 36 
• Volatilidade 37 
 
DETONAÇÃO, AUTO-IGNIÇÃO E PRÉ-IGNIÇÃO 39 
• Retardamento da combustão 39 
• Principais causas para surgimento da detonação nos motores Otto 43 
• Índice de Octanas 43 
 
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• Influência da estrutura química dos combustíveis fósseis no 45 
surgimento da detonação 
• Determinação do ponto de ignição dos motores Otto 46 
• Combustão nos motores Diesel 49 
• Causas da detonação nos motores Diesel 50 
• Consumo específico de combustível 50 
 
POTÊNCIA ESPECÍFICA 52 
• Aumento da potência específica 52 
• Influência de variáveis na potência do motor 53 
• Cálculo da pressão média utilizando unidades coerentes 57 
 
NORMALIZAÇÃO DOS ENSAIOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO 59 
• Fator de redução da potência 59 
• Condições atmosféricas de referência 60 
• Cálculo para determinação do fator de redução 61 
• Fator fm 62 
• Curvas características dos motores 63 
 
UNIDADES DE MEDIDAS 68 
• Principais unidades de comprimento 68 
• Principais unidades de massa 68 
• Principais unidades de velocidade 68 
• Principais unidades de força 68 
• Principais unidades de pressão 69 
• Principais unidades de energia e trabalho 69 
• Principais unidades de potência 69 
• Principais unidades de velocidade angular 70 
• Prefixos do Sistema Internacional 70 
 
QUESTÕES PARA AVALIAÇÃO 72 
 
REFERÊNCIAS PARA A REALIZAÇÃO DOS CÁLCULOS DOS ENSAIOS 111 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 114 
 
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INTRODUÇÃO 
 
Esta apostila é destinada ao futuro Técnico de Automobilística e pretende demonstrar 
alguns conceitos e características de motores de combustão interna que são utilizados, 
principalmente, na área de desenvolvimento de motores e ensaios dinamométricos. 
 
Devido ao grande universo de informações nesta área, não serão mencionados detalhes de 
todos os ensaios dinamométricos existentes, sendo dada maior ênfase a aspectos 
referentes aos cálculos e resultados que são comumente utilizados na área de 
desenvolvimento de motores. 
 
É de suma importância que o aluno tenha absorvido os conhecimentos das disciplinas 
ministradas anteriormente sobre o funcionamento do motor, seus componentes, 
termodinâmica, física e sistema de unidades. 
 
Os itens aqui abordados, de maneira geral, são válidos para os motores ciclo Otto e Diesel, 
porém, caso o aluno tenha interesse em aprofundar-se, deve consultar obras especializadas 
principalmente quanto aos itens de combustão, combustíveis e gerenciamento eletrônico do 
sistema formador de mistura desses motores. 
 
Durante as aulas, serão abordadas algumas situações dos ensaios dinamométricos que não 
se encontram nesta apostila. Diante disto, o aluno deve fazer as anotações que, porventura, 
forem necessárias. 
 
Este trabalho é dedicado às pessoas mais especiais e importantes na minha vida, as minhas 
irmãs Ana e Paloma, a meus pais Jose e Célia que são os principais responsáveis pela 
minha formação como homem e profissional e a minha maravilhosa esposa Rita que tanto 
me compreende e amo. 
 
Não poderia deixar de agradecer ao colega Fábio Gonçalves que através de suas sugestões 
contribuiu na melhoria da qualidade técnica desta apostila. 
 
Desde já também agradeço a todos por críticas, correções e sugestões visando a melhora 
desta apostila e por conseqüência disto o crescimento do profissional brasileiro. 
Bom Curso! 
 Junho 2005 
Alberto Otero Costoya 
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ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
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MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA: 
OBTENÇÃO DE TORQUE 
 
 
Nos motores de combustão interna ciclo Otto ou ciclo Diesel quando ocorre a combustão 
surgem forças as quais serão responsáveis pelo desempenho do mesmo. Neste capítulo, 
serão apresentadas as forças que atuam quando o motor está em movimento e por 
conseqüência a obtenção de torque do motor. 
 
 
MOTOR: FORÇAS E REAÇÕES 
 
Nos motores de combustão interna, a força devida à combustão, ao ser aplicada na parte 
superior do êmbolo, gera uma série de outras forças e reações no pino do êmbolo, na biela, 
na árvore de manivelas e nos mancais. Comentaremos aqui uma parcela dessas forças, 
demonstradas na ilustração abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FB 
FG
Ft 
Torque no eixo devido a 
Força tangencial (Ft) 
multiplicada pela distância r 
(lembrar que r vale metade 
do curso do êmbolo) 
Força Fc devido à combustão
FN
FL 
FB 
r 
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O êmbolo exerce uma força FG no pino devido à força da combustão Fc. A força FG no 
pino é decomposta na força FL lateral (no êmbolo) e na força FB (na biela). 
 
A força FB (na biela) é transmitida à árvore de manivelas através da decomposição de 
outras duas forças: FN e Ft . 
 
Como a força Fc não é constante, pois varia entre o início e o final da combustão (ou seja 
ao longo de um ângulo α da árvore de manivelas), temos que FN e Ft também serão 
variáveis (em função do próprio ângulo α). 
 
Com o motor em operação, obtém-se o momento torsor efetivo médio, conjugado efetivo 
médio ou simplesmente torque efetivo médio do motor (Tm), devido à multiplicação da 
força Ft tangencial na árvore de manivelas pela distância r entre os centros do munhão e do 
moente. 
 
OBSERVAÇÃO 
A distância r nada mais é do que a metade do curso do êmbolo. 
 
Veremos adiante que a força Fc de combustão é, entre outros itens, função da rotação do 
motor e da posição do acelerador (ou carga do motor). 
 
Com isso, pode-se, a partir de agora, deduzir que o torque do motor (Tm) também é 
função de rotação e carga de trabalho. 
 
 
 
 
 
 
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DINAMÔMETROS 
 
 
FINALIDADE 
 
Um motor de combustão interna apresenta características específicas tais como torque, 
potência, rendimento, etc. 
 
Todas essas propriedades podem ser comprovadas e medidas, mediante a realização de 
ensaios, chamados de dinamométricos. Esses são realizados em equipamentos 
chamados, por sua vez, de dinamômetros. 
 
Dinamômetro é um instrumento utilizado para medir o torque do motor, 
equilibrando-se a rotação do motor por meio da aplicação de um torque externo. 
 
Torque do motor é o esforço de torção médio exercido sobre a árvore de manivelas, 
através da força devido à combustão recebida dos êmbolos. Essa torção é destinada a 
movimentar o motor. O torque é calculado multiplicando-se a força tangencial exercida no 
contato entre o moente da árvore de manivelas e a biela pela distância do braço da 
manivela, que nada mais é do que a metade do curso do pistão. 
 
Existem vários tipos de dinamômetros, tais como: 
• Dinamômetro de Prony; 
• Dinamômetro hidráulico; 
• Dinamômetro de correntes de Foucault (ou Parasitas) etc. 
 
Neste capítulo inicial, serão apresentados alguns tipos de dinamômetros, seu modo de 
funcionamento e utilização. 
 
Vejamos mais detalhadamente os tipos mais utilizados. 
 
 
 
 
 
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DINAMÔMETRO DE PRONY 
 
O dinamômetro de Prony (também chamado de freio de Prony) é um dinamômetro de 
fricção no qual o atrito (frenagem) de um volante é medida por uma balança de mola ou uma 
alavanca com pesos. 
 
No freio de Prony, um disco de raio r, fixo no eixo de um motor, operando em uma rotação 
conhecida, é circundado por uma cinta. Esta cinta gera uma força de atrito fat com o disco. 
Ela está conectada a um braço cuja extremidade se apóia sobre a plataforma de uma 
balança. O movimento do eixo do motor é restringido pela pressão aplicada pela cinta. Esta, 
por sua vez, transmite o esforço ao braço apoiado sobre a balança. A leitura obtida na 
balança (que nada mais é que a força F), multiplicada pelo comprimento R do braço, fornece 
o torque no eixo. Observe a representação esquemática a seguir: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Distância R 
 
Regulagem da tensão 
da correia 
(força de atrito fat) 
Motor em funcionamento gerando um 
torque Tm, com disco de raio r acoplado 
submetido a uma força de atrito fat 
 
Balança 
fat 
 r 
Tm 
Força F 
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Esse dinamômetro funciona sob o princípio que estabelece que, ao se aplicar uma força F 
em um braço de comprimento R rigidamente apoiado, surgirá um momento M calculado 
como sendo M = F x R , conforme a figura a seguir: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para obter os dados fornecidos pela aplicação do freio de Prony, é preciso saber que: 
• Trabalho é definido pela multiplicação da força aplicada em um ponto material pela 
distância percorrida pelo mesmo mediante a aplicação da força: 
(1) T = F x d 
 
• Perímetro de uma circunferência é calculado como sendo 2 × π × raio da circunferência: 
(2) P= 2πr 
 
• Potência é a relação entre um trabalho realizado e o tempo despendido nessa 
realização: 
(3) Potência N = Trabalho T 
 Tempo t 
 
Com os elementos acima e sabendo-se que a periferia do volante percorre, no intervalo de 
uma rotação, a distância 2 × π × r (perímetro) contra a força de atrito fat (aplicada pela 
cinta), teremos, a cada rotação: 
(4) Trabalho T = 2 × π × r × fat 
 
O torque resistente ao atrito é formado pelo produto da leitura P da balança e do valor do 
comprimento do braço de alavanca R. Esse torque será exatamente igual ao produto 
resultante de r vezes fat. É útil notar que tal torque tende a mover o braço de alavanca. 
Então, temos que: 
 
(5) r x fat = F x R 
Apoio 
Fixo 
Força F aplicada
Braço de comprimento R 
Momento Torsor 
M gerado 
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Fazendo a substituição de r x fat = F x R em 2 × π × r × fat (equação 5 na equação 4), 
teremos: 
Trabalho (em uma rotação do motor) = 2 x π x F x R 
 
Se o motor funcionar a n rotações, o trabalho desenvolvido no tempo (ou potência) será 
dado por: 
 (6) N= 2 x π x F x R x n 
 
Ou seja, mantendo-se constante a rotação do motor e conhecendo-se o braço R do 
dinamômetro associado à leitura F da balança, pode-se obter o torque no eixo do motor. 
 
Uma vez tendo-se obtido o torque no eixo do motor (F x R), pode-se calcular a potência do 
motor, utilizando unidades coerentes. 
 
Assim, pode-se calcular: 
 
a) Potência do motor ( simbolizada por “N”) em quilowatts (kW). 
 A potência em quilowatts é dada pela expressão: 
(7) 
1000
60
2 nxFxRxx
N
π
= ou simplificando => (7a) xFxRxnN 00010472,0= 
 
ou ainda (7b) xTmxnN 00010472,0= 
 
 Onde: 
 - F é dado em newton (N) – Representando a força lida na balança 
 - R é dado em metros (m) – Braço do dinamômetro 
 - n é dado em rpm (rotações por minuto do motor) 
 - Tm é dado em newton metro (Nm) – Representando o torque obtido pelo dinamômetro 
 
 ATENÇÃO! 
1. As expressões acima já fornecem o valor da potência do motor em quilowatts, pois o 
valor de 2 x π x F x R x n é dividido por 1000. 
 
2. O torque no eixo do motor (Tm) é dado em Newton x metro (Nm), e é obtido através da 
multiplicação F x R. 
ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
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b) Potência em cavalo vapor (cv). 
 
 A potência em cv é dada pela expressão: 
(8) 
4500
2 xFxRxnxN π= ou simplificando => (8a) xFxRxnN 001396,0= 
 
ou ainda (8b) xTmxnN 001396,0= 
 
 Onde: 
 - F é dado em quilograma-força (kgf) – Representando a força lida na balança 
 - R é dado em metros (m) – Braço do dinamômetro 
 - n é dado em rpm (rotações por minuto do motor) 
 - Tm é dado em metro-quilograma-força (mkgf) – Representando o torque obtido pelo 
 dinamômetro 
 
ATENÇÃO! 
1. A expressão acima já fornece o valor em cavalo vapor, pois o valor de 2 x π x F x R x né dividido por 4500 (fator de conversão). 
 
2. O torque no eixo do motor (Tm) é dado em metro x quilograma x força (mkgf), e é obtido 
através da multiplicação F x R. 
 
OBSERVAÇÕES 
• A potência calculada sem a utilização do fator de conversão é obtida na unidade 
(mkgf/min). A constante 4500 é resultante da definição de cv, que é a potência 
necessária para elevar uma carga de 75 quilogramas à altura de um metro no intervalo 
de um segundo, o que corresponde a 75 x 60 = 4500. 
 
• É comum encontrar-se dinamômetros em que a leitura do instrumento de medição já é o 
próprio torque, ou seja, já são levados em conta o comprimento do braço e a força 
aplicada. Nestes casos, a potência é calculada diretamente sem a preocupação com F e 
R. 
 
INCONVENIENTES DO DINAMÔMETRO DE PRONY 
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O Freio de Prony apresenta vários inconvenientes operacionais, destacando-se o fato de 
manter a carga constante independentemente da rotação empregada. Assim, se a rotação 
 
cai em virtude de o motor não suportá-la, teremos o início de uma queda contínua até a 
parada total do motor. 
 
Por causa disso, essas máquinas foram substituídas por dinamômetros mais versáteis, com 
a predominância dos dinamômetros hidráulicos, nos quais a carga aplicada varia em razão 
diretamente proporcional ao cubo da rotação. Se a rotação cair, a carga imposta pelo 
dinamômetro diminuirá, dando tempo ao operador de reajustar a carga e corrigir a rotação 
para o valor desejado. 
 
DINAMÔMETRO HIDRÁULICO 
 
O dinamômetro hidráulico é constituído de uma carcaça metálica estanque apoiada em dois 
mancais coaxiais com os mancais do eixo. Duas séries de conchas, uma montada sobre o 
eixo e outra na carcaça, encontram-se em contraposição. O espaço interno entre ambas as 
séries de conchas é preenchido com água que, ao ser impulsionada pelas conchas do rotor, 
aplica uma força nas conchas da carcaça. Essa força, ao ser medida, possibilita a leitura do 
torque gerado pelo motor. 
 
Nos dinamômetros hidráulicos, o freio é exercido pela ação de um rotor que, pressionando 
água contra aletas fixas na carcaça, produz o mesmo efeito físico presente no Freio de 
Prony. O braço e a balança, embora possam ser empregados neste tipo de equipamento, 
foram substituídos por uma célula de carga as quais já fornecem o valor de torque do motor 
(Tm). 
 
As células de carga, muitas vezes, são constituídas de um cristal de quartzo. A compressão 
exercida pela extremidade do braço do dinamômetro gera um efeito piezelétrico no cristal de 
quartzo, que se transforma em leitura para o instrumento. Em alguns casos, em vez de 
cristal de quartzo, utiliza-se uma câmara de pressão acoplada a um transdutor que executa 
a mesma função. 
 
OUTROS DINAMÔMETROS 
A título de informação, lembramos que existem outros tipos de dinamômetros, comentados 
resumidamente a seguir. 
 
ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
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DINAMÔMETRO DE CORRENTES DE FOUCAULT (PARASITAS) 
 
É constituído por um rotor acionado pelo motor em prova, girando imerso em um campo 
magnético. A intensidade do campo é controlada através de uma bobina alimentada por 
corrente contínua, podendo-se, assim, variar a carga aplicada. Em um circuito de 
arrefecimento, a água dissipa o calor gerado pelas correntes parasitas. 
 
Como nos demais dinamômetros, o esforço que tende a transmitir movimento à carcaça é 
medido, e então podem-se conhecer os valores de potência e torque. 
 
 
DINAMÔMETRO DE CORRENTE CONTÍNUA 
 
Este dinamômetro é o mais utilizado nos trabalhos de pesquisa e desenvolvimento de 
motores, admitindo as seguintes configurações: 
• passiva (o dinamômetro é movimentado pelo motor de combustão interna); 
• ativa (o dinamômetro movimenta o motor de combustão interna). 
 
O dinamômetro de corrente contínua é composto por um gerador elétrico que, ao ser 
acionado pelo motor em prova, produz energia elétrica. Tal energia será consumida por uma 
carga variável (cuba eletrolítica ou resistores). A medição do torque exige correção dos 
instrumentos elétricos para compensar o rendimento do gerador. 
 
Esse dinamômetro tem a vantagem de poder ser utilizado como motor elétrico para medição 
da potência de atrito do motor que está sendo testado; pode-se também, com ele, simular as 
condições de freio motor. 
 
OBSERVAÇÃO 
Lembre-se de que os detalhes técnicos de cada dinamômetro devem ser pesquisados, 
sempre, em consulta a catálogos do próprio fabricante. 
 
 
 
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RESULTADOS DOS ENSAIOS EM DINAMÔMETROS 
 
Dependendo do local onde a medição é realizada, obtém-se um valor determinado pelas 
circunstâncias da medição: as características de pressão, umidade e temperatura. 
 
Outro fator que influi no resultado é o ponto do motor onde é feita a medição: se na câmara 
de combustão ou no eixo do motor. 
 
Assim, quando são efetuados os ensaios, deve-se levar em conta os seguintes conceitos: 
• Valores observados: valores obtidos nas condições de temperatura, pressão e 
umidade no instante do ensaio. 
 
• Valores corrigidos ou reduzidos: valores obtidos devido à correção dos valores 
observados. Esta correção refere-se às condições padrão de temperatura, pressão e 
umidade da norma (no nosso caso a ABNT ISO1585). Note que o termo redução NÃO 
se refere somente à diminuição de valores e sim a alteração dos valores para mais ou 
menos, referente aos valores observados. 
 
• Valores indicados: valores obtidos na câmara de combustão. 
 
• Valores efetivos: valores obtidos no eixo do motor, ou seja, são considerados os atritos 
internos e externos devido à movimentação dos componentes do motor. 
 
• Valores Líquidos: Valores obtidos com todos os periféricos do motor acoplados 
escapamento, filtro de ar, alternador, bomba de água etc. 
 
• Valores Brutos: Valores obtidos quando do ensaio de desempenho do motor sem 
os periféricos escapamentos, direção hidráulica, ar condicionado e filtro de ar 
(opcional). 
 
Com a associação dos valores listados acima aos conceitos de torque e potência, 
obtém-se uma nomenclatura dos resultados obtidos nos ensaios dinamométricos. 
 
 
ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
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Isto é, quando são realizados esses ensaios, é possível obter valores referentes a: 
• Torque efetivo observado líquido: é o torque obtido no eixo do motor com todos os 
seus periféricos e consumidores acoplados nas condições de temperatura, pressão e 
umidade no instante do ensaio. 
 
• Torque efetivo observado bruto: é o torque obtido com o motor operando sem 
escapamento, ventilador e filtro de ar (opcionalmente) nas condições de temperatura, 
pressão e umidade no instante do ensaio. Geralmente, dependendo da rotação de 
trabalho do motor, o torque efetivo bruto fornece valores maiores quando comparado ao 
torque efetivo líquido. 
 
• Torque efetivo reduzido líquido: é o torque obtido no eixo do motor com todos os seus 
periféricos e consumidores acoplados nas condições de temperatura, pressão e umidade 
corrigidas conforme a norma NBR ISO1585. 
 
• Torque efetivo reduzido bruto: é o torque obtido com o motor operando sem 
escapamento, ventilador e filtro de ar (opcionalmente) nas condições de temperatura, 
pressão e umidade, corrigidas conforme a norma NBR ISO1585. 
 
 
• Torque de atrito: é o torque consumido internamente pelo motor devido às partes 
móveis do mesmo e à compressão (ou bombeamento) do gás. O torque de atrito 
também é chamadode torque de perdas. Em alguns casos, o torque devido à 
compressão é considerado à parte. 
 
• Potência efetiva observada líquida: é a potência obtida no eixo do motor com todos os 
seus periféricos e consumidores acoplados nas condições de temperatura, pressão e 
umidade no instante do ensaio. 
 
• Potência efetiva observada bruta: é a potência obtida com o motor operando sem 
escapamento, ventilador e filtro de ar (opcionalmente) nas condições de temperatura, 
pressão e umidade no instante do ensaio. Comumente a potência efetiva bruta fornece 
valores maiores quando comparada à potência efetiva líquida. 
 
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• Potência efetiva reduzida líquida: é a potência obtida no eixo do motor com todos os 
seus periféricos e consumidores acoplados nas condições de temperatura, pressão e 
umidade, corrigidas conforme a norma NBR ISO1585. 
 
 
• Potência efetiva reduzida bruta: é a potência obtida com o motor operando sem 
escapamento, ventilador e filtro de ar (opcionalmente) nas condições de temperatura, 
pressão e umidade corrigidas, conforme a norma NBR ISO1585. 
 
• Potência indicada observada líquida: é a potência desenvolvida pelo motor devido ao 
trabalho de combustão gerado na parte superior dos êmbolos, com todos os seus 
periféricos e consumidores acoplados, nas condições de temperatura, pressão e 
umidade no instante do ensaio. 
 
• Potência indicada reduzida líquida: é a potência desenvolvida pelo motor devido ao 
trabalho de combustão gerado na parte superior dos êmbolos, com todos os seus 
periféricos e consumidores acoplados, nas condições de temperatura, pressão e 
umidade corrigidas conforme a norma NBR ISO1585. 
 
• Potência de atrito: é a potência consumida internamente pelo motor devido às partes 
móveis do mesmo e à compressão (ou bombeamento) do gás. A potência de atrito 
também é chamada de potência de perdas. 
 
ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
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CONCEITOS BÁSICOS DOS MOTORES DE 
COMBUSTÃO INTERNA 
 
 
Para estudar as características dos motores, é necessário conhecer alguns conceitos que 
descrevem a qualidade dos motores. São elas: 
• Rendimento térmico; 
• Rendimento mecânico; 
• Rendimento global; 
• Rendimento volumétrico; 
• Cilindrada total do motor; 
• Taxa de compressão teórica ou volumétrica; 
• Taxa de compressão real ou dinâmica; 
• Velocidade e aceleração do êmbolo. 
 
Este é o assunto deste capítulo. 
 
 
RENDIMENTO TÉRMICO DO MOTOR 
 
O rendimento térmico é a relação entre a potência indicada (ou seja, obtida na câmara de 
combustão) e o fluxo de calor (ou energia) fornecido pelo combustível. Vejamos por quê. 
 
Como o motor de combustão interna é uma máquina térmica, a produção da potência e do 
torque indicados decorre do fornecimento de calor proveniente do combustível, ou seja: 
(9) xpcimcQ
.. = 
 
Onde: 
 - 
.
Q é o calor fornecido pelo combustível por unidade de tempo ou fluxo de calor ( kcal/s; 
 kcal/h; kW etc.). 
 - 
.
mc é o consumo ou o fluxo em massa do combustível (kg/s; kg/h etc.) 
 - pci é o poder calorífico inferior do combustível (kcal/kg etc.). 
 
 
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A energia 
.
Q disponível pelo combustível não é totalmente aproveitada na transformação da 
potência e do torque do motor devido às perdas que ocorrem nas trocas de calor com o 
fluido de arrefecimento e o ambiente externo; além disso, em algumas situações, a 
combustão não é completa. 
 
Diante desses fatos, pode-se definir o rendimento térmico como sendo a relação entre a 
potência indicada (ou seja, obtida na câmara de combustão) e o fluxo de energia 
 (ou calor) fornecido pelo combustível. 
 
A representação matemática dessa relação é a seguinte: 
(10) .
Q
Nit =η 
 
Onde: 
 - ηt é o rendimento térmico (adimensional) 
 - Ni é a potência indicada (kcal/s; kcal/h; kW; cv etc.). 
 - 
.
Q é o calor fornecido pelo combustível por unidade de tempo ou fluxo de calor (kcal/s; 
 kcal/h; J/s; kW etc.) 
 
OBSERVAÇÃO: Os valores referenciais de rendimento térmico dos motores de 
combustão interna estão na ordem de 32%. Os motores que operam sob o ciclo 
Diesel têm valores de rendimento térmico comumente maiores que os motores que 
operam sob o ciclo Otto. 
 
RENDIMENTO MECÂNICO DO MOTOR 
 
Levando-se em consideração as definições e conceitos apresentados no capítulo anterior, 
pode-se verificar que os valores indicados são normalmente superiores aos valores efetivos. 
Isso se deve, principalmente, às perdas da energia necessária para a movimentação do 
motor. 
 
Com isso, pode-se definir o rendimento mecânico como sendo: 
(11) 
Ni
Ne η =m 
 
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Onde: 
 - ηm é o rendimento mecânico (adimensional) 
 - Ni é a potência indicada (kcal/s; kcal/h; kW; cv etc.). 
 - Ne é a potência efetiva (kcal/s; kcal/h; kW; cv etc.). 
 
OBSERVAÇÃO: Os valores referenciais de rendimento mecânico dos motores de 
combustão interna estão na ordem de 82% dependendo da rotação de trabalho, 
quantidade de válvulas, tipo de acionamento etc. 
 
RENDIMENTO GLOBAL DO MOTOR 
 
Rendimento global do motor ou rendimento térmico efetivo do motor é o rendimento total do 
motor considerando-se todas as perdas envolvidas. Pode ser calculado das seguintes 
maneiras: 
(12) .
Q
Ne η =g 
 
Ou, ainda, 
 
(13) ηg = ηt x ηm 
 
Onde: 
 - ηg é o rendimento global (adimensional) 
 - ηt é o rendimento térmico (adimensional) 
 - ηm é o rendimento mecânico (adimensional) 
 - Ne é a potência efetiva (kcal/s; kcal/h; kW; cv etc.). 
 - 
.
Q é a energia fornecida pelo combustível por unidade de tempo ou fluxo de calor (kcal/s; 
 kcal/h; J/s; kW etc.). 
 
A seguir, apresentamos uma representação esquemática das relações entre os rendimentos 
e potências resultantes. 
 
 
 
 
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Verifique através do esquema as seguintes relações: 
(14) Ni = Ne + Na 
 
 (15) Ne = Ni – Na 
 
 (16) Na = Ni – Ne 
 
 
RENDIMENTO VOLUMÉTRICO 
 
Rendimento volumétrico é a relação entre a massa de ar que o motor admite e a massa de 
ar que o motor poderia admitir nas condições de entrada, ou seja, considerando-se a 
temperatura e a pressão externas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ηg ηt
ηm
Q (calor fornecido) 
Ni (potência indicada) 
Na (potência de atrito) Ne (potência efetiva) 
Te, mae, 
Pe, ρe 
Tc, mac, 
Pc, ρc 
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(17) 
 
Onde: 
• ηv é o rendimento volumétrico (adimensional) 
• 
.
mac é o fluxo em massa de ar no cilindro do motor, ou seja, o fluxo de ar efetivamente 
admitido (kg/h; kg/s etc.) 
• 
.
mae é o fluxo em massa de ar na entrada do motor (kg/h; kg/s etc.). 
• Tc é a temperatura do ar dentro do cilindro na fase de admissão (K) 
• Te é a temperatura do ar na entrada do motor (K) 
• Pe é a pressão do gás na entrada do motor (kgf/cm² ;bar etc.). 
• Pc é a pressão do gás no cilindro do motor na fase de admissão (kgf/cm² ;bar etc.). 
• ρe é a densidade do ar na entrada do motor (kg/dm³; g/cm³ etc.). 
• ρc é a densidade do ar no cilindro do motor na fase de admissão (kg/dm³; g/cm³ etc.). 
 
Considerando o ar como gás perfeito e lembrando da equaçãode Clapeyron, temos: 
 
(18) P x V = m x R x T 
 
Onde: 
• P é a pressão do gás (kgf/cm² ;bar; etc.). 
• V é o volume específico do gás (dm³; cm³; etc.). 
• m é a massa do gás (kg; g; etc.). 
• R é a constante universal do ar (29,3kgfm/kgK ou 8,31 J/molK ou 0,082 atml /molK) 
• T é a temperatura do gás (K) 
 
Também sabemos que a densidade equivale à relação entre a massa e o volume, ou seja: 
(19) 
v
m=ρ ou 
 
(20) ρ x v = m 
 
Onde: 
• ρ é a densidade do gás (kg/dm³; g/cm³; etc.). 
• v é o volume do gás (dm³; cm³; etc.). 
• m é a massa do gás (kg; g; etc.). 
 
.
.
mae
macv η = 
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Fazendo ρ x v em P x v = m x R x T , teremos : 
 
P x v = ρ x v x R x T 
 
Resultando em: 
21) T R
ρ
P ×= 
 
22) 
TR 
P ρ = 
 
Lembremos que, durante a fase de admissão, o ar entra nos cilindros devido à diferença de 
pressão entre a região da entrada e a câmara de combustão. Além disso, o ar sofre um 
aumento de temperatura. 
 
Ou seja: 
Tc > Te 
Pc < Pe 
 
Considerando o que já foi dito e a expressão (22) 
TR 
P ρ = , teremos que a densidade do ar 
na câmara de combustão é menor que a densidade do ar na entrada do motor, ou seja: 
 
 ρc < ρe 
 
Onde: 
• ρc é a densidade do ar na câmara de combustão (kg/dm³; g/cm³ etc.). 
• ρe é a densidade do ar na entrada do motor (kg/dm³; g/cm³ etc.). 
 
Com isso, verificamos que o “enchimento do motor” dá-se com o ar mais rarefeito em 
relação ao ar na entrada. 
 
Pode-se calcular a massa de ar na entrada do motor como sendo: 
 
• Para motores 4 tempos: 
 (23) 
2
n Ct ρe mae
. ××= 
 
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• Para motores 2 tempos: 
 (23a) n Ct ρe mae
. ××= 
 
Pode-se calcular, também, a massa de ar no cilindro como sendo: 
 
• Para motores 4 tempos: 
 (24) v 
2
n Ct ρe mac
. η×××= 
 
 
• Para motores 2 tempos: 
 (24a) v n Ct ρe mac
. η×××= 
 
Onde: 
• mae. = é o fluxo em massa de ar na entrada do motor (kg/s; kg/h etc.). 
• mac. = é o fluxo em massa de ar no cilindro (kg/s; kg/h etc.). 
• ρe é a densidade do ar na entrada o motor (kg/dm³; g/cm³ etc.). 
• Ct é a cilindrada do motor (dm³; cm³; etc.). 
• n é a rotação do motor (rpm; rps etc.). 
• ηv é o rendimento volumétrico do motor (adimensional) 
 
OBSERVAÇÃO REFERENTE A TURBOCOMPRESSORES 
Normalmente denominada turbina, turbocompressor, sobre-alimentador, supercarregador, 
ou simplesmente turbo, o turbo alimentador é um dos responsáveis pelo aumento do 
rendimento volumétrico do motor. 
 
No caso dos motores Diesel, o turbo alimentador tem a finalidade de elevar acima da 
pressão atmosférica a pressão do ar no coletor de admissão. Isso torna possível depositar 
maior massa de ar no mesmo volume; conseqüentemente, a quantidade de combustível é 
aumentada, resultando em mais potência para o motor. 
 
Para melhorar os efeitos do turbo alimentador, adiciona-se ao sistema de admissão de ar 
um processo de arrefecimento do ar admitido, normalmente denominado de aftercooler ou 
intercooler (dependendo da posição em que se encontra instalado). Esse processo tem a 
 
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finalidade de reduzir a temperatura do ar, contribuindo para aumentar, ainda mais, a massa 
de ar no interior dos cilindros. 
 
A tendência, para o futuro, é que todos os motores Diesel sejam turbo-alimentados. Nos 
motores turbo-alimentados, o rendimento volumétrico pode chegar a ser maior que 100%. 
 
 
CILINDRADA TOTAL DO MOTOR 
 
A cilindrada é definida como sendo a soma dos volumes dos cilindros do motor, sendo este 
volume caracterizado pelo diâmetro do êmbolo e pelo espaço que ele percorre entre o PMS 
(ponto morto superior) e PMI (ponto morto inferior), ou seja, o curso do êmbolo. 
 
Pode-se calcular a cilindrada total do motor com o auxílio da seguinte fórmula: 
 
 (25) 
4
nc h D Ct 
2 ×××= π 
 
Onde: 
• Ct é a cilindrada total do motor (dm³; cm³; l etc.) 
• π é a constante 3,1416 
• D é o diâmetro do êmbolo (mm; cm etc.). 
• h é o curso do êmbolo (cm; mm etc.). 
• nc é o número de cilindros do motor 
 
Analogamente, pode-se definir a cilindrada unitária do motor utilizando a mesma fórmula e 
considerando nc = 1. 
 
OBSERVAÇÕES 
1. O curso do êmbolo não leva em consideração o volume da câmara de combustão. 
2. Câmara de combustão é a região onde a mistura ar-combustível é comprimida. O 
volume da câmara de combustão é definido como sendo o volume entre a parte superior 
do êmbolo (quando este encontra-se no PMS) e a superfície do cabeçote. 
 
 
 
 
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TAXA DE COMPRESSÃO TEÓRICA OU VOLUMÉTRICA 
 
Quando o êmbolo encontra-se no PMI, o volume ocupado pelos gases é caracterizado pela 
soma do volume referente à cilindrada unitária e o volume da câmara de combustão. 
 
A lei de Boyle-Mariotte sobre a compressibilidade dos gases estabelece que, mantendo-se a 
temperatura constante (reação isotérmica), os volumes de uma massa de gás estão na 
razão inversa das pressões que são exercidas. Por causa disso, quando o volume de uma 
massa gasosa é diminuída em x vezes, aumenta-se a pressão na mesma proporção. 
 
Como no motor de combustão interna o volume da mistura ar-combustível é comprimido na 
razão do volume referente à cilindrada unitária, e do volume da câmara de combustão, é de 
se esperar que a pressão aumente conforme aumente a relação desses volumes. 
 
Assim sendo, o significado de um motor ter taxa de compressão (ou relação de compressão) 
de 10,0:1 é que, entre o início da fase de compressão (êmbolo no PMI) e final da fase de 
compressão (êmbolo no PMS), o volume da mistura será reduzido em 10 vezes; 
conseqüentemente, a pressão aumentará em 10 vezes em relação às condições iniciais. 
 
Da lei de Boyle-Mariotte, pode-se obter a seguinte relação: 
 
Pi
Pf
Vf
Vi = 
 
Onde: 
• Vi é o volume inicial da massa gasosa 
• Vf é o volume final da massa gasosa 
• Pi é a pressão inicial da massa gasosa 
• Pf é a pressão final da massa gasosa 
 
Estabelecendo a relação acima com o motor de quatro tempos, iremos obter: 
 
 (26) Tct
Pi
Pf
Vc
Cu Vc ==+ 
 
 
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Onde: 
• Vc é o volume total da câmara de combustão (dm³; cm³; l etc.). 
• Cu é a cilindrada unitária (dm³; cm³; l etc.). 
• Tct é a taxa de compressão teórica (adimensional) 
 
 
TAXA DE COMPRESSÃO REAL OU DINÂMICA 
Na sessão anterior, verificamos que a relação de compressão pode ser definida através da 
lei de Boyle-Mariotte. Porém, isso só vale para condições de temperatura constante. No 
motor de combustão interna, durante a fase de compressão, ocorre um aumento de 
temperatura com conseqüente aumento da pressão interna. 
 
Em conseqüência disso, a taxa de compressão teórica sofrerá correções. O novo valor 
obtido é denominado de relação ou taxa de compressão real ou dinâmica. 
 
Retornando à definição de taxa de compressão teórica, temos: 
 
(26) Tct
Pi
Pf
Vc
Cu Vc ==+ 
 
Isolando a pressão final, teremos: 
 
(27) Pf Pi xTct 
Vc
Pi x Cu) (Vc ==+ 
 
Considerando-se agora a temperatura inicial absoluta (Tiabs) e a temperatura final absoluta 
(Tfabs), teremos que a taxa de compressão real (ou dinâmica) é: 
 
(28) 
Tiabs
Tfabs
Vc
Cu Vc Tcr ×+=Ou seja, a taxa de compressão real (ou dinâmica) é dada por: 
 
(29) 
Tiabs
Tfabs xTct Tcr = 
 
 
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Podemos ainda determinar a pressão final dinâmica (Pfd) como sendo: 
 
 (30) Pfd = Pi x Tcr 
 
Onde: 
• Vc é o volume da câmara de combustão (dm³; cm³; l etc.). 
• Cu é a cilindrada unitária (dm³; cm³; l etc.). 
• Tct é a taxa de compressão teórica (adimensional) 
• Pi é a pressão inicial (bar; kgf/cm² etc.). 
• Pf é a pressão final (bar; kgf/cm² etc.). 
• Pfd é a pressão final dinâmica (bar; kgf/cm² etc.). 
• Tcr é a taxa de compressão real (adimensional) 
• Tiabs é a temperatura inicial absoluta (K) 
• Tfabs é a temperatura final absoluta (K) 
 
 
EXEMPLO DE CÁLCULO DE TAXA DE COMPRESSÃO TEÓRICA 
Os componentes de um motor de combustão interna ciclo Otto 4 tempos foram medidos 
conforme os valores fornecidos abaixo. Determine a taxa de compressão teórica desse 
motor. 
• Volume da câmara no cabeçote = 30cm³ 
• Diâmetro do êmbolo = 81mm 
• Curso do êmbolo = 85mm 
• Espessura da junta do cabeçote = 2,0mm 
• Volume entre a face superior do êmbolo e a face do cabeçote = 8,5cm³ 
 
Resolução 
Para verificar a taxa de compressão teórica do motor, calcula-se inicialmente: 
• A cilindrada unitária; 
• O volume da junta do cabeçote; 
• O volume da câmara de combustão (volume da junta do cabeçote + volume da face 
superior do êmbolo + volume da câmara no cabeçote). 
 
 
 
 
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A cilindrada unitária é calculada através da expressão: 
 
33
2
cm 437,78 ou mm 437782
4
18581 Cu =×××π= 
 
O cálculo do volume referente à junta do cabeçote é realizado com a expressão: 
 
33
2
cm 10,3 ou mm 10300 
4
2,0 81 junta da Volume =××π= 
 
O volume total da câmara de combustão é: 
 
Vc = 10,3 + 30 + 8,5 = 48,8 cm³ 
 
De posse desses valores, pode-se calcular a taxa de compressão teórica como sendo: 
 
Tct = 48,8 + 437,78 = 9,97 :1 
 48,8 
 
EXEMPLO DE CÁLCULO DE TAXA DE COMPRESSÃO DINÂMICA 
Após ter sido determinada a taxa de compressão teórica, o motor foi enviado para um 
dinamômetro a fim de que fossem efetuados alguns levantamentos acerca de seu 
desempenho (performance). Ao ser submetido a uma determinada condição de rotação e 
carga, os seguintes valores médios foram obtidos: 
• Temperatura no início da compressão = 37ºC 
• Temperatura no final da compressão = 190ºC 
 
Determine a taxa de compressão dinâmica do motor nas condições indicadas acima. 
 
Resolução 
Para determinar a taxa de compressão dinâmica do motor, é necessário, primeiramente, 
converter os valores das temperaturas inicial e final de compressão para valores absolutos 
(ou seja converter graus Celsius para Kelvin): 
 
37ºC = 37 + 273 K = 310 K 
190ºC = 190 + 273 K = 463 K 
 
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A expressão usada para o cálculo é a seguinte: 
 
Tiabs
Tfabs x Tct Tcr = 
 
1 :14,89 
310
463 x 9,97 Tcr == 
 
VELOCIDADE E ACELERAÇÃO DO ÊMBOLO 
 
Os motores de combustão interna possuem uma cinemática que parte de um movimento de 
translação alternativo, gerando um movimento rotativo através da árvore de manivelas. Os 
esforços decorrentes dos movimentos dos componentes precisam ser conhecidos para que 
com isto sejam efetuados os dimensionamentos necessários. 
 
É preciso lembrar, inicialmente, que uma rotação do motor equivale ao movimento de subida 
e descida do êmbolo, ou seja, o curso do êmbolo multiplicado por 2. 
 
A velocidade média do êmbolo pode ser calculada conhecendo-se os valores referentes ao 
curso e à rotação do motor. Para isso, usa-se a seguinte expressão: 
 
31) 
60
n 2 h Vme ××= ou 31a) nxhx0,033Vme = 
 
Onde: 
• Vme é a velocidade média do êmbolo (m/s; mm/s etc.). 
• h é o curso do êmbolo (m; mm etc.). 
• n é a rotação do motor (rpm) 
• 2 é uma constante, porque o espaço percorrido pelo êmbolo é considerado quando da 
sua subida e descida em uma rotação do motor. 
• 60 é uma constante relativa à conversão de rotações por minuto do motor para rotações 
por segundo. 
 
 
 
 
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EXEMPLO DE CÁLCULO DE VELOCIDADE MÉDIA DO ÊMBOLO 
O motor dos nossos exemplos 1 e 2, quando do ensaio em dinamômetro, estava a 6000 
rpm. Qual a velocidade média do êmbolo? 
 
Resolução 
De posse dos valores do curso do êmbolo (fornecidos anteriormente) e da rotação do motor, 
pode-se calcular a velocidade média como sendo: 
 
m/s 17,0 mm/s 17000 
60
6000 2 85Vme ==××= 
 
De modo extremamente resumido, iremos definir a velocidade instantânea e a aceleração 
instantânea do êmbolo. 
 
Observe o esquema a seguir: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
r
r+l 
x 
PMS
rcosα 
lcosβ 
l
β
α 
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A determinação da posição instantânea do êmbolo a partir do PMS será dada por: 
 
(32) Xins = (r + l) – ( rcosα + lcosβ) 
 
Denominando ∆ como sendo a relação entre r e l, ou seja, ∆ = 
l
r , a determinação da 
velocidade instantânea do êmbolo a partir do PMS será dada por: 
 
(33) )α∆α sen2 
2
(sen r Vins ×+××=ϖ 
 
A determinação da aceleração instantânea do êmbolo a partir do PMS será dada por: 
 
(34) )α∆α∆ ∆α cos6 x 0,703 cos4 - 
4
 - cos2a (cos r Ains 5
3
2 ++××= ϖ 
 
 Onde: 
• Xins é a posição instantânea do êmbolo (m; cm; mm etc.) 
• Vins é a velocidade instantânea do êmbolo (m/s; mm/s etc.). 
• Ains é a aceleração instantânea do êmbolo (m/s²; mm/s² etc.). 
• ϖ é a velocidade angular (rad/s). 
 
OBSERVAÇÃO 
As expressões anteriores são simplificadas e são válidas para relações r/l menores que 
0,33. Recomenda-se que seja consultada literatura especializada, caso se queira aprofundar 
nos métodos para obtenção das expressões. 
 
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COMBUSTÃO NOS MOTORES 
 
Como sabemos, nos motores a álcool ou gasolina, a produção de movimento começa pela 
queima de combustível na câmara de combustão. O desempenho do motor depende 
fundamentalmente da maneira como essa queima se processa, ou seja, se todo o 
combustível utilizado se transforma realmente em trabalho. 
 
Em um ciclo completo do pistão, o trabalho só é realizado quando ocorre a explosão do 
combustível. Isso depende de uma série de fatores como, por exemplo, o poder calorífico do 
combustível, a temperatura da câmara de combustão, a quantidade de combustível 
fornecida, o instante da ignição etc. 
 
Neste capítulo, estudaremos o processo de combustão nos motores e todas as variáveis 
que influem nesse processo. 
 
 
RELAÇÃO AR-COMBUSTÍVEL 
 
A relação ar-combustível é a relação entre a massa de ar (ma) e a massa de combustível 
(mc), ou seus respectivos consumos. Matematicamente, essa relação é representada por: 
 
mc
ma real 
F
A = 
 
Onde: 
(35) motor do real lcombustíve-ar relação real 
F
A = 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
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RELAÇÃO COMBUSTÍVEL-AR 
 
A relação combustível-ar é exatamente o inverso da relação ar-combustível, ou seja: 
 
(36) 
ma
mc real
A
F = 
 
Onde: 
(37) motor do real arlcombustíve relação real 
A
F −= 
 
 
RELAÇÃOLAMBDA (λ) OU FRAÇÃO RELATIVA AR-COMBUSTÍVEL 
 
A relação Lambda (λ) é a relação entre as relações ar-combustível reais e as relações ar-
combustível ideais ou estequiométricas, ou seja: 
 
(38) 
ideal A/F
real A/F (λ Lambda =) 
 
Onde: 
• Lambda (λ) é a fração relativa Ar-Combustível (adimensional) 
 
OBSERVAÇÃO 
Quando λ = 1,000 a mistura denomina-se estequiométrica. 
Quando λ > 1,000 a mistura denomina-se pobre. 
Quando λ < 1,000 a mistura denomina-se rica. 
 
• A/F Real é a relação ar-combustível real do motor (adimensional) 
• A/F Ideal é a relação ar-combustível estequiométrica do motor, ou seja, a quantidade de 
ar fornecida é exatamente a quantidade necessária para a queima total do combustível 
(relação teórica). 
 
 
 
 
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OBSERVAÇÕES 
• Para a gasolina brasileira, que contém álcool em sua composição, a relação 
estequiométrica em peso vale aproximadamente 13,3:1 (gasolina com 22% de álcool 
anidro comumente denominada E22% ou B22%). Isso significa que são necessárias 
13,3 partes de ar para cada parte de combustível. 
• Para o álcool hidratado, a relação estequiométrica em peso vale aproximadamente 8,4:1, 
ou seja, seriam necessárias 8,4 partes de ar para cada parte de combustível. 
• Para o álcool anidro, a relação estequiométrica em peso vale aproximadamente 9:1. 
Assim, são necessárias 9 partes de ar para cada parte de combustível. 
OBSERVAÇÃO 
No caso do álcool hidratado verifica-se que a água presente não participa da combustão, 
devido a isto dependendo do estudo que está sendo efetuado considera-se a relação 
estequiométrica do álcool hidratado igual a 9:1 
 
 
PODER CALORÍFICO DO COMBUSTÍVEL 
 
É a quantidade de energia por unidade de massa que se desprende durante a combustão 
completa do combustível. 
 
O poder calorífico pode ser classificado em poder calorífico superior ou poder calorífico 
inferior. 
 
Tem-se o poder calorífico superior (PCS) quando a água proveniente da combustão é obtida 
na forma líquida. 
 
O poder calorífico inferior (PCI) é obtido quando a água proveniente da combustão é obtida 
na forma de vapor. 
 
O poder calorífico utilizado nos cálculos de calor em motores de combustão interna deve ser 
o inferior (PCI). 
 
Carbono (C) e hidrogênio (H) são os elementos que mais contribuem para o poder calorífico 
dos combustíveis. O oxigênio (O) está geralmente presente em combustíveis vegetais 
(como o álcool) e sua presença diminui o poder calorífico além das exigências teóricas (ou 
estequiométricas) de ar na combustão, conforme descrito no item anterior. 
ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
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Diante dessas duas observações, é possível entender algumas das razões da diferença de 
consumo entre motores álcool e gasolina. Como curiosidade, observe a tabela a seguir: 
 
TIPO DE COMBUSTÍVEL 
 
GASOLINA PURA – 
E0% (EUROPA) 
 
 
GASOLINA COM 
22% ÁLCOOL ANIDRO – 
E22% (BRASIL) 
 
ÁLCOOL ETÍLICO 
HIDRATADO 
COMBUSTÍVEL- E100% 
 (AEHC) 
 
FÓRMULA QUÍMICA 
(CORRELACIONANDO OS VOLUMES 
DAS MISTURAS ENVOLVIDAS) 
 
C8H18(ISOOCTANA) 0,78C8H17 + 0,22C2H5OH 
0,956C2H5OH + 
0,014H2O + 0,03C8H17 
 
 
 
RELAÇÃO ESTEQUIOMÉTRICA 
 
14,6:1 em peso 13,3:1 em peso 
 
8,4:1 à 8,98:1 em peso 
(dependendo da 
quantidade de água e do 
estudo a ser efetuado 
conforme observação 
anterior) 
 
pci (kcal/kg) 10311 9458 6496 
 
OBSERVAÇÕES 
• Os dados da tabela podem sofrer pequenas alterações dependendo do combustível utilizado. 
• O álcool combustível utilizado no Brasil pode ser acrescido de até 3% de gasolina. 
• O álcool hidratado possui 6,4% de água em sua composição. 
 
VOLATILIDADE 
 
A volatilidade é a tendência que o combustível tem de se evaporar. Os ensaios de 
destilação demonstram a parcela evaporada do combustível em função da temperatura para 
gasolina brasileira (E22%). 
 
 
Destilação Ponto Inicial Ebulição (°C) 
 
30-45 
 
 
Destilação 10% Evaporado (°C) 
 
45-70 
 
 
Destilação 50% Evaporado (°C) 
 
70-140 
 
 
Destilação 90% Evaporado (°C) 
 
140-200 
 
 
Destilação Ponto Final Ebulição (°C) 
 
220 
 
 
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Por se tratar de substância “pura”, o álcool tem seu ponto de ebulição em torno de 79°C a 
pressão de 1 bar. 
 
Por ser menos volátil, o álcool tem maior dificuldade de combustão, dificuldade esta 
aumentada devido à maior massa utilizada. Em função do baixo poder calorífico do álcool, 
torna-se necessário o aumento da massa de combustível para obter a mesma energia 
(quando comparado com a gasolina). 
 
Diante disso, é possível entender algumas das razões da necessidade de implementação de 
novas tecnologias ou da adoção de sistemas auxiliares para otimização do funcionamento 
de motores a álcool devido a diferença de funcionamento quando comparado com motores a 
gasolina: 
 
• Durante a fase de partida do motor, quando a temperatura ambiente encontra-se entre 
13°C e 25°C, acontecem às dificuldades de partida (tempos prolongados), com 
conseqüente aumento das emissões de escapamento (hidrocarbonetos). 
 
• Em temperaturas abaixo de 10°C, surge à necessidade de várias partidas ou até a 
impossibilidade de funcionamento do motor, pois, à medida que a temperatura diminui, 
aumenta a diferença em relação ao ponto de ebulição. Desenvolvimentos constantes 
são efetuados visando a definição de novos componentes ou sistemas de partida que 
possibilitem a partida do motor nestas temperaturas. 
 
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DETONAÇÃO, AUTO-IGNIÇÃO E PRÉ-IGNIÇÃO 
 
 
Nos motores de ignição por faísca (sem injeção direta), ocorre a alimentação de uma 
mistura ar-combustível durante a fase de admissão. Durante a fase de compressão, ocorre a 
faísca proveniente dos eletrodos da vela provocando, com isto, o início de reações de 
oxidação do combustível. Tais reações, por sua vez, geram a propagação da chama na 
câmara de combustão. 
 
Neste capítulo, estudaremos os fenômenos físico-químicos que resultam na detonação, 
auto-ignição e pré-ignição. 
 
 
RETARDAMENTO DA COMBUSTÃO 
 
O processo que provoca as reações de oxidação ocorre sob pressão constante 
(transformação isobárica) demandando um tempo que é denominado de retardamento 
químico da combustão. 
 
Esse “atraso” implica a necessidade de que a faísca ocorra antes do êmbolo estar no PMS, 
pois, para que sejam obtidos os melhores resultados de potência, é desejável que a máxima 
pressão provocada pela combustão ocorra quando o êmbolo encontra-se ainda muito 
próximo do PMS. 
 
Após terminada a fase do retardamento químico, ocorre a propagação da chama, em 
velocidade que é determinada pelas seguintes variáveis: 
 
• Relação ar-combustível: condições onde verifica-se misturas ricas provocam maior 
velocidade de propagação da chama. 
 
• Turbulências na câmara: as turbulências tendem a aumentar conforme aumenta a 
rotação do motor ou até mesmo conforme alterações nos projetos de sistemas de 
indução de ar. Com isso, cresce também a ação de contato entre as partículas em 
combustão e as que devem reagir na frente da chama, gerando uma maior velocidade 
na reação. 
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• Temperatura e pressão: a elevação dessas duas variáveis tende a aumentar a 
velocidade da chama. 
 
• Gases de escape residuais (efeito EGR): os gases residuais tendem a diminuir a 
velocidade da chama.O retardamento da combustão e a propagação da chama podem ser verificados através de 
sensores de pressão na câmara de combustão dos motores ciclo Otto através da evolução 
da variação da pressão. 
 
Os exemplos a seguir mostram o comportamento da evolução da pressão em função do 
instante da faísca. Neles, pode-se verificar que o retardamento da combustão é dado pela 
diferença em graus entre o instante da faísca e a ocorrência da variação da pressão em 
uma taxa de acréscimo diferenciada da taxa de acréscimo devida somente à compressão. 
 
A velocidade da combustão pode ser obtida através da tangente do ângulo formado pela 
inclinação da curva de variação de pressão em função do ângulo da árvore de manivelas. 
Ou seja, a velocidade da chama pode ser obtida através de dp/dα. 
 
EXEMPLO DE IGNIÇÃO ATRASADA (APÓS O PONTO IDEAL) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho 
gerado > 0 
Ocorrência da faísca muito atrasada 
gerando um pequeno trabalho 
positivo e com isto pouca potência 
Pressão na 
câmara de 
combustão (p)
Avanço de 
ignição (α) PMS
Variação de pressão devido à 
compressão 
Variação de pressão devido à 
combustão (início após o PMS) 
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EXEMPLO DE IGNIÇÃO ADIANTADA (ANTES DO PONTO IDEAL) 
 
 
 
 
 
 
 
OBSERVAÇÕES 
• A região 1 indica a ocorrência de trabalho negativo. Este se deve ao início da elevação 
da pressão, uma vez que a faísca inicia-se muito antes do PMS. 
• A região 2 indica a ocorrência de trabalho positivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ocorrência da faísca muito adiantada 
gerando um trabalho negativo e um 
aumento de pressão 
Pressão na 
câmara de 
combustão (p)
Avanço de 
ignição (α) PMS
Variação de pressão devido à 
compressão 
Variação de pressão devido à 
combustão (início antes do PMS)
2 
1 
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EXEMPLO DE IGNIÇÃO NO PONTO IDEAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nos motores ciclo Otto, após o fornecimento da faísca, ocorre o avanço da chama a partir 
da vela. Nesse momento, a mistura ainda não queimada é comprimida pela fase queimada, 
sofrendo com isso um aquecimento. 
 
Esse aquecimento pode ser suficiente para que ocorra a auto-ignição do combustível 
(ignição espontânea), provocando um aumento brusco de pressão e a propagação de 
ondas de choque. Essas ondas geram um ruído metálico com freqüências superiores a 
5kHz (normalmente na faixa de 7kHz a 15kHz). 
 
Esse fenômeno é denominado de detonação e é comumente chamado pelos mecânicos de 
“batida de pino”, devido à correlação com o ruído metálico gerado. 
 
A detonação gera um aumento da pressão, da temperatura e das tensões nos êmbolos, 
válvulas, cabeçotes, velas e junta, podendo gerar danos irreversíveis a esses componentes 
quando da sua ocorrência em grande intensidade ou em tempo contínuo. 
 
 
 
 
Ocorrência da faísca no ponto ideal 
de funcionamento 
Pressão na 
câmara de 
combustão (p) 
Avanço de 
ignição (α) PMS
Variação de pressão devido à 
compressão 
Variação de pressão devido a 
combustão 
 
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Detonações seguidas irão provocar o aparecimento de pontos quentes na câmara de 
combustão, os quais podem provocar a ignição espontânea da mistura sem que ocorra a 
faísca por parte da vela. Esse fenômeno é denominado pré-ignição (ignição espontânea 
antes da faísca). Da mesma maneira que a detonação a pré-ignição trará sérios danos ao 
motor 
 
 
PRINCIPAIS CAUSAS PARA SURGIMENTO DA DETONAÇÃO 
NOS MOTORES OTTO 
 
Os principais fatores que geram a detonação nos motores ciclo Otto são os seguintes: 
• Temperatura elevada do ar de admissão ou da mistura na câmara; 
• Temperatura elevada do líquido de arrefecimento; 
• Temperatura elevada do óleo lubrificante; 
• Aumento da pressão do ar de admissão; 
• Ignição adiantada; 
• Baixa turbulência da mistura; 
• Aumento da carga do motor; 
• “Empobrecimento” da mistura; 
• Elevadas taxas de compressão; 
• Baixo índice de octanas do combustível. 
 
 
ÍNDICE DE OCTANAS 
 
O índice de octanas do combustível, geralmente chamado de octanagem, refere-se ao 
poder antidetonante do combustível. 
 
O índice de octanas do combustível é obtido por meio de ensaios em um motor especial 
monocilíndrico denominado CFR (Cooperative Fuel Research). É necessário observar que o 
CFR tem sua taxa de compressão variável. 
 
Dois combustíveis padrões de referência são utilizados nos ensaios: 
• a isooctana, que é um combustível com alta resistência à detonação; 
• a heptana normal, que tem baixa resistência à detonação. 
 
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O método de ensaio consiste em operar o motor com o combustível a ser conhecido em 
condições padrão, ajustando-se a relação de compressão do motor CFR até que ocorra a 
detonação, em uma intensidade também padronizada. 
 
Depois disso, a relação de compressão é mantida e são testadas misturas de heptana 
normal e isooctana em proporções em que se obtém detonação com intensidade igual à do 
combustível previamente testado. 
 
O percentual de isooctana na mistura heptana-isooctana é denominado 
 índice de octanas do combustível em questão. 
 
Existem alguns padrões de ensaio com motor CFR de referência para determinação do 
número de octanas; tais padrões, devido às diferenças que apresentam de operação do 
motor, fornecem resultados próprios. 
 
Os padrões mais usuais são denominados de RON (Research Octane Number) - 
comumente chamado de método pesquisa e MON (Motor Octane Number) - comumente 
chamado de método motor. 
 
Segue abaixo uma tabela comparativa de algumas condições padrão de ensaio do índice de 
octanas pelos padrões RON e MON: 
 
 
MÉTODO 
 
 
MON 
 
RON 
 
Rotação do motor 
 
 
900rpm 
 
600rpm 
 
Temperatura do coletor 
 
 
149ºC 
 
52ºC 
 
Temperatura do líquido de arrefecimento 
 
 
100ºC 
 
100ºC 
 
Em geral, o padrão de medição MON referencia-se a condições de rotação elevadas e o 
padrão RON a condições de baixa rotação, ou seja, quando para o mesmo motor efetuamos 
uma comparação de combustíveis A e B em baixa rotação e observamos que para amostra 
A de combustível surge a detonação com menores taxas de compressão ou avanço de 
ignição teremos um indicativo que o índice RON da amostra A é menor que o índice RON da 
amostra B. 
 
 
 
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OBSERVAÇÃO 
Em alguns países é comum definir-se o índice de octanas através da média aritmética entre 
o padrão MON e o padrão RON, ou seja, o índice antidetonante (IAD) do combustível é 
calculado como sendo (MON + RON) / 2, o IAD (índice antidetonante) também é chamado 
de AKI (antiknock index). 
 
Sensibilidade do combustível é a diferença entre o índice de octanas obtido no método 
pesquisa menos o índice de octanas obtido no método motor, ou seja: 
 
Sensibilidade = RON - MON 
 
Para a gasolina brasileira com 22% de álcool anidro, o número de octanas é especificado 
como mínimo 82MON o qual equivale a aproximadamente 92RON. 
 
Para o álcool, o número de octanas varia entre 104RON e 106RON. 
 
A determinação do índice de octanas do álcool (maior que 100) é verificada com a adição de 
chumbo tetraetila (que é agenteantidetonante) no combustível isooctana pura, efetuando-se 
o seguinte cálculo: 
 
20,505T5,57T12,78T1
107T
−+++
 
 
Onde T são os mililitros de chumbo tetraetila por litro de isooctana. 
 
OBSERVAÇÃO 
Esse cálculo é válido somente quando o número de octanas for maior que 100. 
 
 
INFLUÊNCIA DA ESTRUTURA QUÍMICA DOS COMBUSTÍVEIS 
FÓSSEIS NO SURGIMENTO DA DETONAÇÃO 
 
A composição química dos combustíveis varia em função da fonte de origem e dos 
processos utilizados para sua refinação. 
 
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Como a gasolina é normalmente uma associação de hidrogênio e carbono (hidrocarbonetos 
ou, simplesmente, HxCy), obtém-se gasolina com diferentes tipos de estrutura química. A 
maneira como a cadeia de hidrogênio e carbono é formada tem influência na tendência de 
surgimento da detonação. 
 
Por exemplo: a cadeia a seguir tem sete átomos de carbono alinhados em uma seqüência 
direta ou parafinas normais denominada de heptana normal. 
 
 H H H H H H H 
HC-C-C-C-C-C-CH 
 H H H H H H H 
 
Já a cadeia abaixo tem quatro átomos de carbono em uma estrutura em anel (nafteno): 
 H H 
HC CH 
 
 
HC CH 
 H H 
 
A detonação é influenciada tanto pela quantidade de carbono presente no átomo 
quanto pela sua estrutura, em termos gerais: 
• Quanto menor a quantidade de carbono, menor a tendência de detonação. 
• Quanto mais ramificada a cadeia de átomos, menor a tendência de detonação. 
 
 
DETERMINAÇÃO DO PONTO DE IGNIÇÃO IDEAL PARA 
MOTORES OTTO 
 
O ponto de ignição ideal dos motores Otto é definido em bancos dinamométricos conforme o 
descrito abaixo: 
• Fixam-se as condições de rotação, carga do motor, temperatura do ar de admissão, 
líquido de arrefecimento, óleo lubrificante e relação ar-combustível, de acordo com as 
situações requeridas de funcionamento do motor. 
• Regula-se o valor de avanço de ignição em condição na qual o motor não opere em 
regime de detonação; a seguir, verifica-se o torque fornecido pelo motor. 
• Altera-se o avanço de ignição aumentando-o em intervalos de 0,5º e obtém-se o novo 
valor de torque. 
 
 
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• Com isso, são levantados os requisitos de ignição do motor conforme o exemplo abaixo: 
 
No exemplo acima, verifica-se que, conforme o avanço de ignição é aumentado, também 
aumenta o torque do motor, pois a tendência é de gerar trabalho após o PMS – confira no 
exemplo de ignição no ponto ideal ilustrado anteriormente. 
 
A partir de um determinado ponto, verifica-se que ocorre um patamar nos valores de torque, 
mesmo quando o avanço de ignição é aumentado. 
 
Após o patamar ser atingido, ocorre uma queda progressiva do torque, iniciada devido ao 
excesso de avanço, pois isso gera trabalho antes do PMS. Em virtude disso, há perda de 
performance, conforme mostrado no exemplo da ignição adiantada. 
 
No gráfico também é possível verificar os pontos denominados como MBT e LDI. Esses 
pontos correspondem respectivamente ao menor avanço para o maior torque fornecido e 
ao ponto onde se inicia o processo da detonação. 
 
No exemplo dado, o responsável pela definição do mapa de avanço do sistema de injeção 
eletrônica ou da curva do distribuidor deveria estabelecer o ponto de avanço de 27º APMS 
para condição específica de funcionamento do motor conforme item “1”, pois é neste ponto 
que se obtém o melhor torque do motor. 
 
Acima desse ponto, além de não haver ganho de torque, pode-se ter vibrações indesejáveis, 
aumento das emissões de NOx e até mesmo detonação, dependendo do valor aplicado. 
Requisito de Ignição
15
20
25
30
0 5 10 15 20
º APMS
To
rq
ue
 [N
m
]
MBT
LDI
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Após ser levantado este ponto, prossegue-se com o levantamento de outros tantos em 
outras cargas e rotações efetuando-se, com isso, o mapeamento geral do motor. 
 
O exemplo mostrado pode variar de acordo com as condições de funcionamento do motor 
(carga, rotação, temperatura, pressão, relação ar-combustível), o tipo de combustível 
empregado e a taxa de compressão do motor, podendo ocorrer condições em que o 
patamar é maior ou menor, a taxa de crescimento do torque em função do avanço é 
diferenciada, o LDI encontra-se muito distante do MBT, já na região de queda de torque ou, 
até mesmo, o LDI encontrar-se antes do MBT. 
 
Esta última situação é indesejável, porém muitas vezes obtida nos motores atuais, pois 
implica em limitações da performance do motor. 
 
Por causa disso, podem ocorrer modificações no projeto de maneira a elevar o LDI para 
valores acima do MBT ou até mesmo para valores próximos, de maneira que o 
compromisso entre as várias situações de funcionamento do motor ainda seja compensador. 
 
EXEMPLO DE CÁLCULO DE TEMPO DE RETARDO DA COMBUSTÃO 
A seguir, é apresentado um diagrama de pressão na câmara de combustão em função do 
ângulo do virabrequim durante um ensaio de desempenho em um motor de quatro tempos, 
ciclo Otto, operando a 2000 rpm Sabendo-se que, no instante considerado, a faísca ocorre a 
20º APMS, deseja-se saber qual é o tempo de retardo da combustão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PMS
Variação de pressão devido à 
compressão 
12º 20º 30º 10º 20º 
P (bar)
Avanço de 
ignição 
Variação de pressão devido à 
combustão 
30
20 
10 
ENSAIOS DINAMOMÉTRICOS 
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Resposta: A ignição se dá a 20º APMS. No gráfico, verifica-se que ocorre um aumento 
brusco de pressão a partir de 12º APMS, devido ao início da combustão, o que ocasiona um 
atraso de 8º (20º – 12º = 8º) na árvore de manivelas para o início a combustão. É necessário 
identificar o que representa esse deslocamento de 8º no tempo. 
 
Na situação apresentada, sabe-se que se trata de um motor de quatro tempos, operando a 
2000 rpm. 
 
Assim, tem-se: 
 
2000 rpm = 2000 voltas por minuto, ou seja: 
 
2000 x 360º = 720000º/min ou 12000 º/s 
12000º = 1 segundo 
 8º = X 
 
ms 0,6
12000
8
12000
18X ==×= 
 
 
COMBUSTÃO NOS MOTORES DIESEL 
 
Diferentemente dos motores ciclo Otto, a ignição do combustível nos motores Diesel ocorre 
devido à auto-ignição, quando do contato do combustível injetado com o ar aquecido pela 
compressão provocada pelo êmbolo. 
 
A injeção de combustível deve ser programada considerando-se o retardamento devido ao 
tempo necessário para que o combustível misture-se com o ar, absorva o calor, sofra os 
processos das reações químicas preliminares e gere novas reações, contribuindo para o 
surgimento do trabalho da combustão. 
 
A esta programação do tempo de injeção dá-se o nome de avanço de injeção. Se o 
retardamento for superior ao esperado, teremos um acúmulo de combustível na câmara 
que, ao inflamar-se, irá gerar um aumento muito brusco da pressão, denominado 
detonação, no motor Diesel. 
 
 
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CAUSAS DA DETONAÇÃO NOS MOTORES DIESEL 
 
Os principais fatores que geram a detonação nos motores ciclo Diesel são similares aos do 
ciclo Otto. Porém, nos motores que operam com combustível Diesel, a expressão índice de 
octanas deve ser substituída por índice de cetanas. 
 
O método para a determinação do índice de cetanas é similar ao método para a 
determinação do índice de octanas; porém, no primeiro, são utilizados os combustíveispadrão cetano (com índice de cetanas igual a 100), de fácil auto-ignição (condição ideal ao 
combustível de um motor operando em ciclo Diesel) e o alfametilnaftaleno, que tem índice 
de cetanas igual a 0 (zero). 
 
Podem ser utilizados, também, o heptametilnonano, que tem índice de cetanas igual a 15, 
obtendo-se, quando da mistura com a cetana, o índice de cetanas interpolado; e o óleo 
Diesel brasileiro, que tem especificação de índice de cetanas mínimo de 45. 
 
 
CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL 
 
O consumo específico de combustível é a relação entre o consumo de combustível e a 
potência efetiva do motor, ou seja: 
 
(39) 
Neo
mc Ce
.
= 
 
O consumo específico também está ligado diretamente ao rendimento global do motor 
através de: 
 
(40) 
mtpcimc
mc Ce .
.
ηη ×××
= 
 
Ou ainda: 
 
 
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(41) 
ηgpci
1 Ce ×= 
 
Onde: 
• Ce é o consumo específico (g/kWh ou g/cvh etc.); 
• 
.
mc é o consumo ou fluxo em massa de combustível (kg/h; kg/s etc.); 
• Neo é a potência efetiva observada do motor (kW; cv etc.); 
• pci é o poder calorífico inferior do combustível (kcal/kg etc.); 
• ηg é o rendimento global (adimensional); 
• ηt é o rendimento térmico (adimensional); 
• ηm é o rendimento mecânico (adimensional). 
 
Durante os ensaios em dinamômetros é possível definir qual será o consumo de um 
determinado veículo através da seguinte fórmula: 
 
(42) 
CexNeo
cvvVFC ρ×= 
ou 
(43) .
mc
cvvVFC ρ×= 
 
Sendo: 
VFC = Consumo do Veículo em km/l (Vehicle Fuel Consumption) 
vv = Velocidade do veículo em km/h 
ρc = densidade do combustível utilizado em g/l 
Ce = Consumo Específico em g/cvh ou g/kWh 
Neo = Potência Efetiva Observada do Motor em cv ou kW 
.
mc = Consumo ou fluxo em massa ou consumo mássico de combustível (g/h) 
 
OBSERVAÇÃO 
Como já visto anteriormente na disciplina de TAB a potência efetiva observada para manter 
o veículo em determinada condição de velocidade será função de variáveis tais como: 
Características do piso, tipo de pneu, relação de transmissão, rendimento da transmissão, 
inclinação da pista, massa do veículo, coeficiente de penetração aerodinâmica, área frontal 
da carroceria, densidade do ar, velocidade do vento, etc. 
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POTÊNCIA ESPECÍFICA 
 
 
A potência específica é a relação entre a potência efetiva reduzida líquida e a cilindrada do 
motor. 
 
Os desenvolvimentos efetuados principalmente nos motores de competição visam o 
aumento da potência específica. Aumenta-se a potência mantendo-se a cilindrada. 
 
 
AUMENTO DA POTÊNCIA ESPECÍFICA 
 
A potência específica que, como já vimos acima, é a relação entre a potência efetiva 
reduzida líquida e a cilindrada do motor, pode ser representada matematicamente por meio 
da seguinte expressão: 
 
(44) 
Ct
Ner Pe = 
 
Onde: 
• Pe é a potência específica do motor (kW/l; cv/l etc.) 
• Ner é a potência efetiva reduzida líquida do motor (kW; cv etc.). 
• Ct é a cilindrada total do motor (cm³; l etc.). 
 
As técnicas e mecanismos que contribuem para o aumento da potência específica visam 
basicamente melhorar os rendimentos térmicos, mecânico e volumétrico do motor. 
 
Visando tal resultado, pode-se otimizar a performance dos motores através dos exemplos a 
seguir: 
• Adoção de maior número de válvulas, modificação de coletores de admissão, adoção de 
turbo-compressores – tais procedimentos resultarão em melhorias no rendimento 
volumétrico; 
 
• Otimização de folgas entre componentes, adoção de defletores de óleo, alteração das 
características dos elementos sob fricção (tribologia) – essas ações trarão melhorias no 
rendimento mecânico; 
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• Melhoria do gerenciamento eletrônico do motor, adoção de técnicas que aumentem a 
eficiência da queima (motores de injeção direta a gasolina), otimização da taxa de 
compressão com auxílio do próprio gerenciamento eletrônico do motor e/ou alteração 
das características dos combustíveis utilizados, otimização da câmara de combustão - 
essas alterações produzirão melhorias no rendimento térmico. 
 
 
INFLUÊNCIA DAS VARIÁVEIS ESTUDADAS NA POTÊNCIA DO 
MOTOR 
 
Nos capítulos anteriores foram apresentados alguns conceitos sobre motores tais como: 
• Rendimento térmico; 
• Rendimento mecânico; 
• Rendimento global; 
• Rendimento volumétrico; 
• Cilindrada total do motor; 
• Taxa de compressão teórica ou volumétrica; 
• Taxa de compressão real dinâmica; 
• Velocidade e aceleração do êmbolo. 
 
Estes conceitos, como vimos, podem ser representados matematicamente por uma série de 
expressões. Além da sua própria importância isolada, essas expressões podem, quando 
agrupadas, estabelecer a potência do motor como função. 
 
Se efetuarmos uma associação entre as equações estudadas anteriormente e mostradas 
abaixo: 
 
xpcimcQ
.. = 
 
η .
Q
Ni t = 
 
η
Ni
Ne m = 
 
 
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η .
Q
Ne g = 
 
ηg = ηt x ηm 
 
Ni = Ne + Na 
 
4
nc h D Ct 
2 ×××= π 
 
ma
mcreal
A
F = 
 
( )
ideal A/F
real A/F λ Lambda = 
 
η
mae
mac v = 
 
2
n Ct ρe mae
. ××= 
 
v 
2
n Ct ρe mac
. η×××= 
 
Teremos: 
(45) v m xt pci 
A
F mae Ne
.
ηηη ××××= 
 
Ou ainda: 
 
(46) v m t pci 
A
F 
i
n Ct pe Ne ηηη ×××××××= 
 
(47) m t pci 
A
F mac Ne
.
ηη ××××= 
 
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Onde: 
• Ne é a potência efetiva do motor (kW; cv etc.). 
• mae é o fluxo em massa de ar na entrada do motor (kg/h; kg/s etc.). 
• F/A é a relação combustível-ar do motor (adimensional) 
• pci é o poder calorífico inferior do combustível (kcal/kg; MJ/kg etc.). 
• ηt é o rendimento térmico do motor (adimensional) 
• ηm é o rendimento mecânico do motor (adimensional) 
• ηv é o rendimento volumétrico do motor (adimensional) 
• ρe é a densidade do ar na entrada do motor 
• Ct é a cilindrada total do motor (cm³; l, etc.). 
• n é a rotação do motor (rpm) 
• i é o índice definido em função do tempo do motor: i =1 para motores 2 tempos ; i = 2 
para motores 4 tempos 
• mac é o fluxo em massa de ar no cilindro (kg/h; kg/s etc.). 
 
Agora, verifique através das equações do que depende a potência no eixo de um motor! 
 
PRESSÃO MÉDIA INDICADA (PMI) 
Pressão média indicada é a pressão constante que, aplicada no topo do êmbolo, produziria 
o mesmo trabalho no ciclo termodinâmico. Portanto, a pressão média não é uma grandeza 
medida com instrumento (por exemplo, manômetro) e, sim, uma analogia. 
 
(48) 
n Ct 
Ni i Pmi ×
×= 
 
Onde: 
• Pmi é a pressão média indicada (bar; kgf/cm² etc.). 
• i é o índice definido em função do tempo do motor: i =1 para motores 2 tempos ; i = 2 
para motores 4 tempos 
• Ni é a potência indicada do motor (kW; cv etc.). 
• Ct é a cilindrada total do motor (cm³; dm³ etc.). 
• n é a rotação do motor (rpm) 
 
 
 
 
CURSO TÉCNICO EM AUTOMOBILÍSTICA 
 ESCOLA “CONDE JOSÉ VICENTE DE AZEVEDO” 56 
 
PRESSÃO MÉDIA EFETIVA (PME) 
A pressão média efetiva é uma variável muito expressiva no julgamento da eficácia com que 
um motor tira proveito do seu tamanho (cilindrada), sendo, por isso, muito usada para fins 
de comparação entre motores. O torque, por exemplo, não se presta muito para comparar 
motores porque depende das dimensões