Motores I

Motor é uma máquina destinada a converter qualquer forma de energia térmica, elétrica, hidráulica, química e outras, em energia mecânica.Os motores de combustão interna realizam a transformação de energia térmica proveniente da combustão ou queima do combustível em energia mecânica.

Distinguem-se aqui os dois principais tipos de motores, os que funcionam segundo a aspiração da mistura ar-combustível (Ciclo Otto) e posteriormente promovem a combustão pela queima da mistura através de uma faísca, e os motores que aspiram apenas o ar e, logo após a compressão, é pulverizado o combustível que logo promove a queima devido ao elevado calor e pressão gerados pela compressão do ar de admissão (Ciclo Diesel).

Figura 1 - Motor e seus componentes

Apresentam para o processo de combustão o fluido de trabalho completamente separado da mistura ar/combustível, sendo o calor dos produtos da combustão transferidos através das paredes de um reservatório ou caldeira, para os motores a vapor.

Figura 2 - Motor de combustão externa

São considerados como máquinas térmicas nas quais para o processo de combustão o fluido de trabalho é convertido em energia mecânica. Os produtos resultantes da combustão, inseridos na mistura de ar/combustível, são confinados internamente em uma câmara de combustão.

Figura 3 - Motor de combustão interna

Classificam-se quanto à(s) (ao):

Estacionários - Destinados ao acionamento de máquinas estacionárias, tais como: geradores elétricos, motobombas ou outras máquinas que operam em rotação constante.

Industriais:Destinados ao acionamento de máquinas agrícolas ou de construção civil: tratores, carregadeiras, guindastes, compressores de ar, máquinas de mineração, veículos de operação fora de estrada, acionamento de sistemas hidrostáticos e outras aplicações.

Veiculares:Destinados ao acionamento de veículos de transporte em geral, caminhões e ônibus, incluindo-se aeronaves.

Marítimos:Destinados à propulsão de barcos e máquinas de uso naval. Conforme o tipo de serviço e o regime de trabalho da embarcação, existe uma gama de modelos com características apropriadas, conforme o uso.

Ciclo Diesel: Admissão de ar.

Ciclo Otto : Admissão da mistura ar-combustível.

Por centelha (Ignição por Centelha – ICE).

Por compressão (Ignição por Compressão – ICO).

Alternativos (Ciclo Otto e Ciclo Diesel).

Rotativo (Wankel).

• Dois (2) tempos.
• Quatro (4) tempos

• Monocilíndricos.
• Policilíndricos.

• Em linha.
• Em V.
• Opostos.
• Radiais.

Figura 4 - Disposição em linha dos cilindros

Figura 5 - Disposição em V dos pistões no cilindro

Figura 6 - Disposição dos cilindros opostos

Figura 7 -  Disposição radial dos cilindros

Os sistemas complementares dos motores proporcionam as condições necessárias para que o processo de transformação da energia interna dos combustíveis em trabalho mecânico se realize de forma eficiente e contínua.

Os sistemas complementares dos motores de combustão interna são:

• Sistema de alimentação de ar.
• Sistema de alimentação de combustível
• Sistema de arrefecimento.
• Sistema de lubrificação.
• Sistema elétrico.

O sistema de alimentação de ar é projetado para suprir o motor de ar limpo (oxigênio) em quantidade que garanta o melhor rendimento do combustível durante o processo de explosão e, consequentemente, o funcionamento do motor.

O circuito envolve a admissão do ar, filtragem, participação na combustão e exaustão ou escapamento dos gases para o meio exterior. O ar aspirado pelo motor deve obrigatoriamente passar por filtros de boa qualidade que garantam a total retenção das impurezas que acompanham esse ar.

O elemento do filtro do ar tem como função principal reter os contaminantes, como poeira, fuligem, areia e demais impurezas presentes no ar, assegurando que só o ar limpo chegue aos sistemas do motor na quantidade ideal para mistura ar/combustível, evitando desgaste nas partes móveis do motor, prolongando a sua vida útil.

Os sistemas mais utilizados pelos motores Diesel são:sistema de aspiração natural, o sistema turboalimentado e o turboalimentado com pós-arrefecimento.

Figura 8 - Esquema de entrada de ar no motor

Para um eficiente sistema de limpeza do ar, os filtros acoplados aos motores podem atuar com os seguintes subsistemas:

As impurezas maiores (folhas, partículas maiores de terra, etc.) são retiradas no pré-purificador, sendo conduzidas, posteriormente, ao copo de sedimentação. O ar segue por um tubo até a cuba de óleo, entrando em contato com o mesmo, fazendo com que as partículas menores de poeira fiquem retidas nele.

O ar acompanhado de gotículas de óleo segue até os elementos filtrantes, os quais retêm esse óleo juntamente com partículas ainda contidas nele. Ao sair do filtro, o ar está livre de impurezas e, então, é conduzido aos cilindros pelos tubos de admissão.

As impurezas são separadas por movimento inercial em um pré-purificador tipo ciclone, no qual o ar admitido adquire um movimento circular. A força centrífuga faz com que as impurezas maiores sejam depositadas num reservatório. Em seguida, o ar passa pelos elementos filtrantes, primário e secundário. O primário é confeccionado de papel e o secundário de feltro.

Cerca de 99,9% das partículas sólidas em suspensão são retidas no sistema o ar, então, é conduzido ao motor. A diferença do sistema a óleo é que ele consegue alta eficiência mesmo em rotações baixas.

Os elementos filtrantes de reposição devem ser substituídos regularmente, como parte das rotinas de manutenção.

Figura 9 - Filtro de estágio único

 O ar ambiente é aspirado para dentro do filtro.
2. As partículas de impurezas são retidas à medida que o ar passa através do elemento de papel plissado.
3. O ar puro se dirige, então, para o coletor de admissão do motor. Os filtros de ar secos geralmente são constituídos dos seguintes elementos de limpeza:

a) Elemento primário.

• Fabricado em papel plissado, distribuído homogeneamente, com auto-espaçamento.
• Papel microporoso tratado quimicamente, assegurando alta eficiência de filtragem, resistência mecânica e grande poder de acúmulo dos contaminantes.

Figura 10 - Elemento primário

b) Elemento secundário ou de segurança.

• Assegura a filtração em eventual dano ao elemento primário.
•  Protege o coletor de ar do motor no momento da manutenção.

Figura 11: Elemento secundário

c)Tela expandida.

• O elemento filtrante é protegido por estrutura de tela de aço expandida o que proporciona maior área de utilização do papel filtrante.

Figura 12 -Tela expandida

Figura 13 - Montagem do filtro seco no motor (elemento primário e secundário)

No sistema de aspiração natural ou convencional mostrado na Figura 14 o ar é admitido dentro do cilindro pela diferença de pressão atmosférica, passando pelos filtros e, através do coletor de admissão, alcança a câmara de combustão. Após a combustão, em forma de gás, ele é empurrado ou forçado pelo pistão a sair pelo coletor de escapamento e, posteriormente, ao meio ambiente.Neste sistema, existe um indicador de restrição quanto à qualidade do ar na entrada do sistema.

Figura 14 - Sistema de aspiração turboalimentado

Nos motores superalimentados, o ar é introduzido nos cilindros por intermédio de um compressor centrífugo movido por uma turbina. A superalimentação consiste em substituir a admissão automática por efeito da pressão atmosférica, por uma admissão forçada, de modo a assegurar o enchimento dos cilindros sob pressão mais elevada.Dessa forma, a superalimentação apresenta as seguintes vantagens:

a) Devido ao aumento da quantidade de ar introduzido nos cilindros, é possível injetar mais combustível, o qual pode levar a um incremento da potência e do torque de até 30%.

b) Favorece a homogeneidade da mistura, devido à forte agitação provocada pela maior pressão e velocidade do ar admitido na câmara de combustão, melhorando, assim, o rendimento da combustão.

A velocidade de rotação máxima de um turbo alimentador se verifica na velocidade de rotação do motor a plena carga.

Figura 15 - Esquema de funcionamento do ar no turbocompressor

O ar comprimido sai da carcaça do compressor muito quente, em razão dos efeitos da compressão e do atrito que enfrenta. O calor provoca a expansão dos fl uidos diminuindo sua densidade, tornando-se necessário um sistema que resfrie o ar antes de ser recebido pelas câmaras de combustão do motor.

O aftercooler arrefece o ar na saída do turbocompressor, antes de o mesmo entrar nos cilindros. Assim, o ar admitido se torna mais denso. O turbocompressor comprime o ar de admissão e, ao mesmo tempo, aquece-o. O ar quente se expande com relação ao ar frio.

Figura 16 - Esquema de refrigeração do ar no motor

O rendimento de abastecimento dos cilindros será tão maior quanto mais frio estiver o ar de admissão. O resfriamento do ar na saída do turbocompressor, infl ui também sobre as emissões nocivas do motor ao meio ambiente.

Figura 17 - Relação ar aquecido e ar frio

Figura 18 - Esquema de funcionamento do resfriamento do ar

Figura 19 - Esquema de circulação do ar no motor

Com o desenvolvimento de turbinas para gerar maior pressão em baixas rotações, surgiu a necessidade de uma válvula de alívio em rotações elevadas.Ela apresenta a função de ajudar o controle da rotação da turbina (enchimento de ar), aliviando o excesso de pressão de escape pela carcaça da turbina.

A válvula wastegate alivia a pressão da turbina, apresentando também as seguintes vantagens:

Maior torque a baixas rotações.
• Menor temperatura de trabalho.
• Menor índice de emissão de poluentes

Figura 20 - Esquema de funcionamento da válvula de alívio