Ciclo Otto

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Ciclo de Otto 
Resumo 
 
O desenvolvimento após a revolução industrial e a inserção da máquina 
a vapor motivou diversos estudiosos a criarem mecanismos que conseguissem 
realizar trabalho. Antes dessa inserção os trabalhos eram realizados de 
diversas maneiras, porém nenhuma delas tinha uma eficiência similar a da 
máquina a vapor. Um destes mecanismos foi criado por August Otto, o motor 
quatro tempos, conhecido também motor ciclo Otto, este deu ênfase a 
importância da compreensão da mistura ar-combustível antes da combustão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Índice 
 
1. Introdução ................................................................................... 5 
2. August Otto ................................................................................. 6 
3. Ciclo Otto .................................................................................... 7 
4. Motor Quatro Tempos ................................................................ 10 
5. Eficiência Térmica ..................................................................... 11 
6. Curiosidades .............................................................................. 12 
5. Conclusão .................................................................................. 12 
Referências Bibliográficas ............................................................. 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Introdução 
Como resultado da revolução industrial ocorreu a migração dos métodos 
de produção artesanais para produção por máquinas (HOBSBAWM,1983), com 
isto surge uma necessidade que temos até hoje, a de uma maior eficiência 
energética. Durante este período houve a inclusão da máquina a vapor, que 
revolucionou o mundo e contribuiu para a expansão da indústria 
(Abimaq,2006). 
Antes dessa inserção os trabalhos eram realizados de diversas 
maneiras, porém nenhuma delas tinha uma eficiência similar a da máquina a 
vapor (Abimaq,2006). Antes dela os processos eram executados das seguintes 
formas: pelos operários de forma manual, pelo uso dos animais, com o auxílio 
do vento ou da água nos moinhos, entre outras formas de produção de trabalho 
existentes na época (HOBSBAWM,1983). 
Com a inserção da máquina a vapor nos meios de transportes, no caso 
da locomotiva e do navio, tiveram a capacidade de levarem grandes 
quantidades de cargas a grandes distâncias fornecendo uma independência na 
locomoção, pois a necessidade da utilização da tração animal e utilização das 
velas em um navio foi extinta. Assim favoreceu o desenvolvimento do comércio 
e da indústria. 
Este tipo de máquina é conhecido como um motor e é destinada a 
converter qualquer forma de energia, podendo ser hidráulica, química, térmica, 
elétrica, radioativa, entre outras não citadas em energia mecânica, que pode, 
por exemplo, ser utilizada para mover um automóvel. Os motores a combustão 
podem apresentar as seguintes formas, combustão externa – como no caso da 
máquina a vapor – e interna (MARTINS, 2006). 
A combustão externa é assim denominada pois o combustível está 
separado do fluido de trabalho, que no caso da máquina a vapor é a água. Já a 
 
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combustão interna o próprio combustível é o fluido de trabalho, como no caso 
da gasolina no motor (TILLMAN,2013). 
Os motores que seguem o Ciclo Otto, funcionam segundo a aspiração 
da mistura ar-combustível. Neste trabalho veremos os princípios de 
funcionamento desse ciclo. 
 
2. August Otto 
Nikolaus August Otto (1832 - 1891) é conhecido como o inventor do ciclo 
de Otto, ou ciclo de quatro tempos. Foi a primeira pessoa a desenvolver um 
motor de quatro tempos e na criação do mesmo deu ênfase ao valor da 
compressão da mistura do combustível e ar antes de queimar. 
Apesar de ter patenteado este invento a patente foi revogada anos 
depois, pois foi verificado que suas ideias haviam sido propostas em um artigo 
do engenheiro francês Beau de Rochas. 
O francês Alphonse Beau de Rochas (1815 -1893) criou a teoria por trás 
do funcionamento de um motor quatro tempos destacando a importância da 
compressão da mistura dos gases combustíveis (mistura ar-combustível) no 
interior do pistão. O ciclo proposto por ele foi um grande salto no 
desenvolvimento dos motores, mesmo que o mesmo não tenha construído 
esse motor. 
A construção desse motor de quatro tempos confirmou a hipótese de 
que a fase de compressão seria responsável pelo aumento da potência. A 
patente do motor Otto foi posterior ao desenvolvimento do ciclo criado por 
Rochas, apesar disso alguns autores afirmam que um não conhecia os 
trabalhos de outro. Assim a maquina desenvolvida além de ser conhecido por 
motor Otto, o ciclo termodinâmico usado por ele também passou a se chamar 
de Ciclo de Otto (TILLMAN,2013). 
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3. Ciclo Otto 
O Ciclo de Otto que descreve os motores quatro tempos, estes são 
assim denominados por possuírem quatro fases: admissão, compressão, 
explosão e escape. Através de todo esse procedimento este motor consegue 
converter a energia gerada pela combustão de um combustível em energia 
mecânica (MARTINS, 2006). 
 
Figura 1: – Esquema dos requisitos de um motor para produção de trabalho 
 
 Os motores que operam seguindo o ciclo de Otto utilizam combustíveis 
de baixa volatilidade, como a gasolina e o álcool. Para sua ignição é necessária 
uma centelha produzida pela vela para que ocorra a explosão da mistura de ar-
combustível. 
 Se entende por volatilidade à facilidade que a substância tem de passar 
do estado líquido para o gasoso. 
Em um motor de quatro tempos cada tempo é responsável por uma das 
fases já citadas anteriormente, a imagem abaixo representando os quatro 
tempos de um motor. 
 
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Figura 2: – Processos de um motor quatro tempos. 
 
No 1º tempo ocorre a admissão (aspiração) da mistura de ar com o 
combustível. O pistão desce até o ponto morto inferior – limite máximo inferior, 
até onde o pistão pode descer – e a válvula de admissão é aberta 
possibilitando a entrada da mistura. 
No 2º tempo ocorre a compressão. Estando as válvulas fechadas, o 
pistão sobe até o ponto morto superior – limite máximo superior, até onde o 
pistão pode subir – e comprime a mistura de ar e combustível. 
 No 3º tempo ocorre a explosão. Quando o pistão atinge o ponto de 
compressão máximo, uma faísca elétrica instigada pela vela provoca a 
explosão do combustível, a explosão empurra o pistão para baixo. 
No 4º tempo ocorre a exaustão. A válvula de escape está aberta 
possibilitando a expulsão dos gases resultantes da explosão. Reiniciando o 
ciclo. 
O mesmo pode ser observado o diagrama do ciclo de Otto apresentado 
na imagem abaixo. 
 
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Figura 3: Digrama PxV para o ciclo de Otto 
 
No 1º tempo ocorre a admissão da mistura de ar com o combustível. 
Este processo ocorre de forma isobárica, ou seja, pressão constante. E isso é 
descrito pelo caminho 0 – 1 da figura acima. 
No 2º tempo ocorre a compressão adiabática, pois não há nenhum tipo 
de troca de calor com o ambiente. E isso é descrito pelo caminho 1 – 2 da 
figura acima. 
No 3º tempo ocorre a explosão isovolumétrica, representada pelo 
caminho 2 - 3. E logo após uma expansão adiabática, representada pelo 
caminho 3 – 4. 
No 4º tempo ocorre a exaustão onde se elimina os gases, caminho 4 – 
5. Logo após ocorre uma exaustão isobárica, caminho 5 – 0. E com isso chega 
ao fim do ciclo e todo o processo se repete. 
Uma observação a ser feita sobre este tipo de motor é que em apenas 
um destes tempos o motor produz energia mecânica, que no caso seria a 
combustão, no 3º tempo (TILLMAN, 2013). 
 
 
 
 
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4. Motor quatro tempos 
 Os motores de combustão interna que respeita o ciclo de Otto, são 
compostas de no mínimo um cilindro, contendo um êmbolo móvel (pistão) e 
diversas peças móveis. Abaixo temos uma imagem com a representação 
simplificada dosprincipais componentes deste motor. 
 
Figura 4: Componentes de um motor 4 tempos 
As válvulas de admissão (entrada) e exaustão (saída) são responsáveis, 
respectivamente, pela entrada da mistura de ar-combustível na câmara de combustão 
(1º tempo) e pela saída dos gases resultantes após a combustão da mistura (4º 
tempo). As válvulas são acionadas com sincronia em relação as movimentações do 
virabrequim, para os tempos serem realizados de forma corretamente. 
Um item essencial para o funcionamento do motor é a vela de ignição, 
que tem a responsabilidade de criar uma centelha elétrica que inicia a 
combustão da mistura de ar-combustível no 3º tempo. 
Os pistões são os componentes que se movimentam dentro da câmara 
de combustão. São fabricados com de ligas de alumínio para resistir às 
variações de temperatura e as altas pressões a eles submetidas. 
O virabrequim é responsável por transforma o movimento de subida e 
descida do pistão em movimento de rotação, ele é construído de uma forma 
que se alinhe ao movimento dos pistões e consiga converter o movimento dos 
 
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mesmo em rotação no eixo do motor. Abaixo temos uma imagem de um 
virabrequim com 4 pistões. 
 
Figura 5: Virabrequim com 4 pistões 
 
 
5. Eficiência Térmica 
 A eficiência térmica é uma forma de medir o desempenho de uma 
máquina térmica, ela é uma relação entre o trabalho realizado pela máquina e 
o calor cedido para a mesma para que ela gerasse este trabalho, a equação 
abaixo mostra como deve ser feito o cálculo da eficiência térmica. 
𝜂 =
𝜔
𝑄𝑞
 (1) 
 No ciclo Otto, a eficiência térmica vária de acordo com o combustível 
utilizado e com a compressão no motor, para a gasolina a eficiência térmica 
chaga aos 32% e para o álcool temos uma eficiência de 38%. 
Ao analisar a compressão do motor com uma razão de 12:1, utilizando 
o álcool desidratado, este poderia chegar a uma eficiência de 52,5%. 
 
 
 
 
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6. Curiosidades 
Quando se ouve que um motor tem 1000 cc (cilindradas) ou é 1.0, 2.0, 
esses valores estão relacionados com o que pode se dizer o “tamanho do 
motor”, isso não quer dizer as dimensões físicas, mas sim o deslocamento 
volumétrico ou também chamado de cilindradas. Esse valor é obtido através da 
multiplicação do volume da parte de movimentação do curso do pistão pela 
quantidade de pistões. Se um carro possui 4 pistões e eles comportam 500 cm³ 
isso significa que o motor tem um deslocamento volumétrico de 2 litros ou tem 
2000 cc ou ainda mais é um motor 2.0. 
Um outro ponto interessante no motor Otto é a possibilidade de injetar 
água para que isto auxilie no aumento da potência. Já na Segunda Guerra, 
alguns aviões de caça da Alemanha tinham injeção de água em seus motores 
de pistão. Assim, aumentava-se a taxa de compressão e, ao mesmo tempo, 
resfriava-se as câmaras de combustão. De acordo com a empresa, 20% do 
combustível injetado no motor em altos regimes é perdido na refrigeração da 
câmara de combustão. É aí que entra a tecnologia WaterBoost, injetando água 
destilada no motor de combustão. Isso reduz a temperatura na câmara e, 
consequentemente a ocorrência de pré-ignição. A quantidade de água injetada 
na câmara de combustão é tão pequena que 5 litros de água destilada são 
suficientes para rodar até 3.000 km. A economia de combustível chega a 13%, 
com a consequente redução de emissões de 4% (face um aumento de 5% na 
potência), segundo a Bosch. 
 
6. Conclusão 
 O avanço das pesquisas na área da termodinâmica proporcionou o 
desenvolvimento de diversas máquinas térmicas e essas contribuíram para a 
evolução da indústria e da economia. Foi devido a elas que hoje tem-se meios 
de transportes com uma independência para carregar grandes cargas e 
percorrer grandes distâncias. 
 
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 Se tem também um ponto chave na história, que é um divisor de águas 
entre a sociedade “antiga” e a moderna, que foi a criação da máquina à vapor e 
a sua inserção na indústria, assim modificando os meios de trabalhos 
existentes, diminuindo a utilização dos operários para trabalhos braçais e 
inserindo esses motores de combustão externa para a realização do mesmo. 
Após a revolução industrial, onde a criação de motores, para a utilização 
em indústrias, em outros locais ou mecanismos, se tornou algo comum. 
Pesquisas teóricas para a criação de novos modelos que apresentassem um 
rendimento térmico elevado em relação aos existentes no mercado – coisa que 
existe até os dias de hoje – se tornou o alvo de muitos engenheiros da época. 
Um deles foi francês Beau de Rochas que desenvolveu a teoria por traz 
do funcionamento de um motor quatro tempos destacando a importância da 
compressão da mistura dos gases combustíveis (mistura ar-combustível) no 
interior do pistão. 
Outro foi August Otto que foi a primeira pessoa a desenvolver um motor 
de quatro tempos dando ênfase ao valor da compressão da mistura do 
combustível e ar antes de queimar. Este engenheiro é conhecido como o 
criador do ciclo de Otto, apesar deste ciclo ter sido proposto anos antes por 
Beau de Rochas. 
O ciclo Otto ou de um motor quatro tempos ocorre em quatro etapas, 
sendo estas: a admissão da mistura de ar com o combustível; a compressão da 
mesma mistura; a explosão que empurra o pistão para baixo, proporcionando 
uma força para a movimentação; exaustão que é a expulsão dos gases 
resultantes da explosão. 
 
 
 
 
 
 
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Referências Bibliográficas 
1 - MARTINS, Jorge. Motores de combustão interna. Publindústria, 2006. 
2 - TILLMAN, Carlos Antonio da Costa. Motores de Combustão Interna e 
seus Sistemas, 2013. 
3 - O Ciclo Otto e os Motores de Combustão Interna. Disponível em: 
http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/15cOtto/materiais
/saiba_mais.pdf. Último acesso em 31/08/2017. 
4 - HOBSBAWM, Eric John. Da revolução industrial inglesa ao 
imperialismo. Forense-universitaria, 1983. 
5 – Abimaq, A história das máquinas, 2006. 
6- Nicolaus Otto. Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Nicolaus_Otto. 
Ultimo acesso em 31/08/2017. 
7- Como funciona a injeção de água para motores a combustão? 
Disponível em: https://quatrorodas.abril.com.br/auto-servico/como-
funciona-a-injecao-de-agua-para-motores-a-combustao/. Último acesso em 
06/09/2017 
 
 
http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/15cOtto/materiais/saiba_mais.pdf
http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/15cOtto/materiais/saiba_mais.pdf
https://quatrorodas.abril.com.br/auto-servico/como-funciona-a-injecao-de-agua-para-motores-a-combustao/
https://quatrorodas.abril.com.br/auto-servico/como-funciona-a-injecao-de-agua-para-motores-a-combustao/