Tipos de motores e a sua construção

O termo “motor” já era usado pelo latim escolástico para desisgnar o “ser que dá movimento a outro”, n argunto da existencia de Deus como “primeiro Motor”, mas passou a ser empregado no campo da tecnologia a partir de XIX.

Motor ou máquina motriz é o dispositivo capaz de transformar qualquer forma de energia em trabalho mecânico.

Tipos de motores

Do ponto de vista físico e tecnologico, os motore de maior interesse são os motores elétricos e os térmicos. Mais ainda existem os motores de explosão, motores diesel ou de injeção, motores Wankel de êmbolo rotativo e o motor a jato e foguetes.

Motores térmicos

Os motores térmicos usam como fonte de energia o calor desprendido por reações químicas de naturezadiversa.  Na maior parte dos motores érmicos a combustão é interna,mas há alguns em que a combustão se faz fora do ciclo da máquina motriz, como é no caso da turbina a vapor, em que o vapor de alta pressão se produz numa caldera que não faz parte da estrutura  do motor.

Há dois grupos principais de motores térmicos: de combustão e reação.

Motores de combustão

Desenvolvido no final do século XIX, o motor de combustão interna é uma das invenções recentes mais importantes e com maior impacto na sociedade actual. Este tipo de motor, assim chamado porque a combustão decorre dentro de uma câmara que contém também o pistão responsável pela criação do movimento, apresenta elevadas potência e eficiência para o seu tamanho.
Os dois tipos de motores de combustão interna mais importantes são o motor a gasolina e o motor a gas óleo ou motor Diesel.
As partes que constituem estes dois tipos de motor são basicamente iguais: ambos possuem câmaras de combustão e cilindros (em posição vertical, com maior ou menor ângulo e horizontal, no caso dos boxer) que se encontram ligados à cambota por uma haste – que transforma as deslocações do pistão em movimento de rotação. O número de cilindros que compõem um motor é variável, sendo que as configurações mais comuns apresentam 3, 4, 5, 6 e 12 cilindros.

motor de 4 cilindros
motor 6 cilindros

Para o fornecimento de combustível ao motor são necessários: um depósito, uma bomba de injecção de gasolina e um dispositivo que transforme o combustível líquido em gasoso – o carburador.
Os processos de ignição são diferentes nos dois motores.
No motor a gasolina, a ignição é feita através da chamada vela de ignição – dispositivo colocado na parte superior do cilindro, que produz faíscas, as quais provocam a combustão. Durante o processo de combustão, o pistão executa quatro movimentos:

  • 1) afasta-se do cilindro provocando a injecção de ar e combustível na câmara de combustão;
  • 2) aproxima-se do cilindro provocando a compressão da mistura na câmara e a sua combustão;
  • 3) é afastado novamente do cilindro pelo efeito da combustão;
  • 4) aproxima-se novamente do cilindro e faz com que a válvula de escape se abra para libertar os gases resultantes da combustão. Esta sucessão de movimentos repete-se continuamente.

No motor a gasóleo, a ignição é feita através da compressão e aquecimento de ar antes da injecção de combustível na câmara. Os movimentos do pistão são basicamente idênticos aos anteriormente apresentados, embora haja um intermédio, que antecede a combustão:

  • 1) dá-se a entrada de ar na câmara pela válvula de admissão;
  • 2) inicia-se o processo de compressão e aquecimento do ar;
  • 3) o ar está totalmente comprimido;
  • 4) dá-se a injecção de combustível que no contacto com o ar aquecido entra em combustão;
  • 5) inicia-se o processo de libertação dos gases. Devido ao processo de compressão utilizado, este tipo de motores é mais robusto do que o do motor a gasolina.

Motorores a reação

A motor de reação é um motor que forneça a propulsão expelindo massa da reação, de acordo com Lei do newton terceira do movimento. Esta lei do movimento paraphrased o mais geralmente como: “Para cada força da ação há um igual, mas oposto a, força da reação”.

Os exemplos incluem ambos motores de jato e motores de foguete, e variações mais uncommon como Thrusters do efeito de salão, movimentações do íon e excitadores maciços.

Motores de explosão

O motor de explosão, ou motor de combustão interna, é amplamente usado para movimentar automóveis, ônibus, caminhões, etc.
Nos motores a álcool ou gasolina a produção do movimento começa pela queima de combustível nas câmaras de combustão. Essas câmaras contém um cilindro, duas válvulas (uma de admissão e outra de escape) e uma vela de ignição. O pistão que se move no interior do cilindro é acoplado a biela que se articula com o virabrequim. O virabrequim ao girar faz com que o movimento chegue as rodas através do sistema de transmissão do carro.

A figura acima mostra um esquema do motor a “quatro tempos”, assim denominado porque seu funcionamento se faz em quatro etapas.

Primeiro tempo (indução)

A válvula de admissão se abre e uma mistura de combustível e ar é injetada no cilindro através da válvula de admissão enquanto o virabrequim, que gira, empurra o pistão para baixo.

Segundo tempo (compressão)

A válvula de admissão se fecha; a mistura é comprimida à medida que o pistão se eleva e, antes que este chegue à parte superior, a vela se ascende.

Terceiro tempo (potência)

A mistura acende-se; os gases quentes que se expandem, formados na explosão, produzem uma força que faz com que o pistão abaixe novamente, acionando o virabrequim.

Quarto tempo (exaustão)

A válvula de escape abre-se e os gases são expulsos pelo pistão que se eleva.

Os motores modernos usam sistemas eletrônicos que regulam com precisão a quantidade e o teor da mistura introduzida nos cilindros, conhecidos por injeção eletrônica.

Para melhorar o rendimento dos motores, estes funcionam, normalmente, com vários cilindros. Em um motor de quatro cilindros, quando um dos cilindros está em aspiração, outro está em compressão, o terceiro está em explosão e o quarto está em exaustão.

Se o motor está parado, os primeiros movimentos do pistão é feito através de um motor elétrico, conhecido como motor de arranque. Depois das primeiras explosões do combustível o motor de arranque é desligado e os pistões passam a funcionar em ciclos, como os que foram descritos.

Motor diesel ou de injeção

O motor diesel é de invenção relativamente recente; tendo começado a difundir-se na indústria há cerca de trinta anos. Sua grandiosa aceitação reside especialmente em apresentar o mais alto rendimento térmico obtido em máquinas térmicas e na possibilidade de usar vários combustíveis líquidos de baixo preço. Originariamente era pesado e lento; porém sua evolução construtiva foi rápida, e hoje em dia se adapta vantajosamente aos mais variados misteres tanto na indústria, como na marinha, na aviação e no automobilismo.

Funciona de 2 ou 4 tempos, como o motor de explosão. Diferencia-se especialmente deste pelo fato de, na 1ªfase aspirar ar puro em vez de mistura detonante; na fase seguinte –compressão- a forte compressão dessa massa de ar a 30 ou 35 atmosferas , eleva sua temperatura a 400º ou 600º, suficientes para queimar o combustível que sob grande pressão e finamente pulverizado, é injetado em seu seio; a combustão opera-se, assim, de forma gradual, e dura pelo período de injeção do óleo combustível.

Relativamente ao motor de explosão, é privado de carburador e aparelho de ignição; entretanto, necessita de uma bomba de óleo e pulverizadores de construção muito acurada. Dentre os diversos combustíveis empregados nesses motores, salientam-se o óleo mineral (gás oil e diesel oil), o óleo residual do petróleo (fuel oil), óleo de alcatrão e os óleos vegetais (babaçu, amendoim, algodão, etc.).

História

A designação motor a diesel é homenagem a Rudolf Diesel, engenheiro alemão. Diesel construiu seu primeiro motor em 1893. O motor  explodiu e quase o matou, mas ele provou que o combustível poderia ser inflamado sem uma centelha. Diesel colocou em funcionamento o primeiro motor bem – sucedido em 1897. Mais tarde, sir Dugald Clerk, cidadão britânico, desenvolveu o diesel de dois tempos.

Motores Wankel de êmbolo rotativo

Desde os primeiros dias da invenção do motor a gasolina, milhares já foram construídos baseados em princípios e ciclos diferentes dos que caracterizaram os motores clássicos de dois ou quatro tempos. Entre eles, um tipo desenvolveu-se satisfatoriamente, após anos de estudos e experiências. Trata-se do motor de pistão rotativo ou, como é atualmente conhecido, motor Wankel.

O primeiro automóvel produzido em série a utilizar um desses motores foi o carro esporte NSU de dois lugares, que atraiu muito interesse nos círculos automobilísticos por seu tamanho reduzido, suavidade e a espantosa força desenvolvida por seu motor com mio litro de capacidade – embora isto não seja comparável com o meio litro de um motor de pistão convencional, conforme veremos.

Os princípios essenciais do motor Wankel não são fáceis de descrever, mas antes de mais nada precisamos contar sua história.

Em 1951, Felix Wankel, encarregado do Departamento de Pesquisas Técnicas em Lindau, fez os primeiros contatos com os engenheiros da NSU para estudar os problemas da vedação de espaços irregulares. Esses estudos resultaram na descoberta de que um motor mais ou menos triangular (mas com lados convexos), girando em uma câmara que tivesse, aproximadamente, a forma de um oito (é claro que as descrições são matematicamente muito inexatas), poderia desenvolver um verdadeiro ciclo de quatro tempos.

A primeira aplicação desse princípio foi na forma de um compressor para o motor NSU de 50cc, com dois tempos, que iria estabelecer novos recordes mundiais em Utah, em 1956. O compressor rotativo capacitou este pequeno motor a desenvolver 260HP por litro. Isto deu ao pequenino carro a velocidade de quase 160km/h.

Em 1958, Wankel fez um acordo com a companhia norte-americana Curtiss-Wright para que unissem seus esforços nas tentativas de fabricação de um grande motor baseado nestes princípios. Mais tarde começaram os testes com carros dotados de motores Wankel, diferentes uns dos outros. Dessa época até 1963, o motor foi gradualmente tomando forma definitiva e então adaptado a um pequeno NSU de dois lugares, apresentado no Salão do Automóvel em Frankfurt, no outono de 1963. A partir daí, foi concedida licença, entre outras, para a Mazda, no Japão.

Talvez o melhor exemplo seja o magnífico NSU RO 80, com dois rotores, que começou a ser produzido em série em outubro de 1967, sendo que a versão com a direção do lado direito foi introduzida no mercado inglês em fins de 1968.

Veremos agora como o motor funciona. Ele consiste essencialmente em uma câmara cujo formato interno se aproxima da forma de um oito. Dentro dela, um rotor mais ou menos triangular – o pistão – gira excentricamente com relação ao virabrequim ou eixo principal do motor. As formas destes dois elementos são tais que enquanto os cantos do pistão estão sempre equidistantes das paredes da câmara – e muito próximos a elas, formando uma vedação – eles sucessivamente aumentam e diminuem o espaço entre os lados convexos do triângulo – o rotor – e as paredes da câmara.

Assim, se uma mistura for injetada numa das câmaras, quando está aumentando de tamanho, será comprimida na redução subsequente de volume, enquanto o rotor, ou pistão, gira. Deste modo, o ciclo clásico de quatro tempos – injeção, compressão, explosão e exaustão – é produzido e, além disso, as três faces do rotor estão em três fases diferentes do ciclo, ao mesmo tempo.

As vantagens do motor Wankel sobre os motores de pistão convencional são muitas. Em primeiro lugar, não existem vibrações devido ao fato de que só há um movimento rotativo, e isso significa ainda menor desgaste e vida mais longa. O motor Wankel não tem nada de complicado: ao contrário, tem poucos componentes, é bem menor e consome bem menos do que os outros motores.

Entre suas desvantagens incluem-se uma curva de potência não muito elástica e problemas em manter uma perfeita vedação entre os cantos do rotor e as paredes da câmara, o que causa algumas dificuldades devido ao rigor das especificações do projeto e às tolerâncias mínimas na produção.

Motores a jato e foguete

O princípio de funcionamento de um motor ou turbina a jato (ou, ainda, “turbina a gás”) é relativamente simples. O ar é sugado para dentro da turbina e comprimido em seu interior. Ao ser comprimido rapidamente e com “violência”, adquire altas temperaturas. Na seqüência, o ar superaquecido na câmara de combustão recebe combustível, normalmente o querosene, o que provoca uma reação. Ao ser expelido pela parte de trás do motor, depois da reação violenta, o ar passa por rotores com aletas (em formato de hélice), ligado a um eixo que também é ligado aos rotores na parte da frente da turbina, usados para sugar e comprimir o ar, de modo que o ar que escapa por trás proporciona movimento ao conjunto. Ao escapar pela parte de trás, o ar providencia o empuxo que faz o avião se mover. Os jatos comerciais modernos vêm dotados de “fans” na parte da frente da turbina, compostos por aletas que fazem o papel de hélices e providenciam maior eficiência no empuxo, maior economia de combustível e menos barulho.

Na verdade, um motor a jato é a materialização da Terceira Lei de Newton, que reza, de forma simples, que “a toda ação corresponde uma reação em sentido contrário” (ou “se algo joga uma força para trás, esse algo anda para a frente”).

Uma variante desse sistema são os motores turboélice, que mesclam a reação a jato com as hélices, usadas no passado e ainda hoje por aviões com motores a pistão (cujo princípio de funcionamento é o mesmo dos motores de automóveis).

Os motores de foguete funciona de acordo com o motor do jato, mas difere-se dele por não necessitar de ar para sua operação.

Motores elétricos

Motor elétrico é uma máquina destinada a converter energia elétrica em energia mecânica. É o mais utilizado de todos os motores elétricos, pois combina a facilidade de transporte, economia, baixo custo, limpeza e simplicidade de comando. São máquinas de fácil construção e fácil adaptação com qualquer tipo de carga.

As máquinas que atualmente conhecemos não produzem energia, elas convertem outros tipos de energia em energia mecânica para que possam funcionar. Assim como já dizia Lavoisier: “Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”. Ou seja, nada pode ser criado do nada, apenas transformado de algo já existente. Um exemplo disso é o nosso querido e velho liquidificador. Ele converte a energia elétrica em energia mecânica para que possa processar os alimentos. Hoje, em face da grande necessidade de se poupar a camada de ozônio da emissão de gases poluentes, os motores elétricos estão sendo largamente utilizados em veículos automotores com o intuito de economizar energia e poupar o meio ambiente. Gases poluentes, como o dióxido de carbono que é liberado dos escapamentos de veículos automotores e das chaminés das fábricas, têm um grande poder de destruição na camada de ozônio.

O funcionamento dos motores elétricos está baseado nos princípios do eletromagnetismo, mediante os quais, condutores situados num campo magnético e atravessados por corrente elétrica, sofrem a ação de uma força mecânica, força essa chamada de torque.

Existem vários tipos de motores elétricos, dos quais os principais são os de corrente contínua e de corrente alternada. Os motores de corrente contínua são mais caros, pois é necessário um dispositivo que converte a corrente alternada em corrente contínua. Já os motores de corrente alternada são mais baratos e os mais utilizados, pois a energia elétrica é distribuída em forma de corrente alternada, reduzindo assim seu custo.

Corrente contínua: corrente na qual possui fluxo contínuo e ordenado de elétrons sempre na mesma direção.

Corrente alternada: é uma corrente cuja magnitude e direção varia ciclicamente. Ou seja, há variação de corrente elétrica, ao contrário da corrente contínua.

Acima está a figura de um esquema simplificado de um motor elétrico. Ele possui um imã que produz um campo de indução magnética, um cilindro onde estão os condutores e fios que são ligados a um gerador.



2 Comentários »

  1. leonan Said:

    trabalho de escola

  2. muito bom material, gostaria de receber mais dicas no meu email


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