BANCADA DE ESTUDOS COM MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA

BANCADA DE ESTUDOS COM MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA

INTRODUÇÃO

Este trabalho apresenta o funcionamento de um motor à combustão interna (MCI) e o desenvolvimento de um protótipo que reúne o máximo das necessidades para o ensino de motor alternativo de combustão interna, levando em consideração os procedimentos práticos de instalação de todos os componentes constituintes e visualizando seu trabalho interno.

A bancada de estudo com elementos em corte é um complemento ideal para aulas de mecânica automotiva, unindo conhecimentos teóricos às práticas, dá suporte às aulas de disciplinas de Metrologia, Mecânica dos Fluidos, Máquina de Fluxo, Conformação Mecânica, Elementos de Máquinas, Sistemas Térmicos, entre outras, proporcionando a aplicação de conteúdos teóricos na forma prática, deixando as aulas mais didáticas e atraentes aos futuros engenheiros.

Observa-se no ensino de Ciências Exatas muita dificuldade de aprendizado pelos acadêmicos, por se tratar de princípios científicos. Os conceitos e teorias muitas vezes ficam vagos, e por esse motivo deve haver instrumentos que facilitam a compreensão. Segundo Smith (1998), as aulas práticas são inquestionáveis e devem ocupar lugar de destaque no ensino.

 A mecânica automotiva está ligada ao projeto, aprimoramento e manutenção de automóveis. O motor à combustão interna (MCI) tem a função primordial de movimentar o veículo. Pode-se dizer que o MCI é o coração de um automóvel e, que na ausência do mesmo, fica impossibilitado de se locomover.

O homem buscou construir um mecanismo para gerar força de uma maneira automática, diferente de uma tração humana ou animal, e que pudesse levá-lo a grandes distâncias e em velocidades maiores que a de seus passos. A partir disso foram desenvolvidos motores à combustão interna. Foi com a invenção do ciclo de 4 tempos que a produção de máquinas compactas e de maior rendimento evoluiu. (ROCHA, 2009a)

Nikolaus August Otto construiu um mecanismo baseado no conjunto mecânico de pedal e manivela, muito utilizado em serviços braçais e nas bicicletas, onde uma mistura de ar e combustível explodisse gerando força e movimento. Esse elemento foi projetado e construído para trabalhar em um ciclo de quatro tempos, a partir daí o nome ficou conhecido como motor de combustão interna ciclo Otto. (ROCHA, 2009a)

Otto foi o pioneiro desta técnica no ano de 1876. Vários trabalhos propondo a compressão prévia nos motores foram anteriormente publicados, o que levou à suspensão, em 1882, da patente por ele segurada. (MARTINS, 2013)

O motor à combustão interna ciclo Otto é uma máquina que trabalha com os princípios da termodinâmica, sendo eles a compressão e expansão de fluidos gasosos na geração de força e movimento rotativo. É uma máquina térmica destinada a converter energia proveniente da queima de combustível em energia mecânica. (ROCHA, 2009b)

Segundo Brunetti (2016), as máquinas térmicas são dispositivos que permitem transformar calor em trabalho. O calor pode ser obtido a partir de combustão, energia elétrica, energia atômica, etc. Neste trabalho foi abordado apenas motor em que ocorre a queima de combustível internamente.

A combustão é um processo químico exotérmico (libera energia na forma de calor), de oxidação de um combustível que reage com um comburente (material gasoso que contém o oxigênio O2), como o ar. Para que o combustível reaja com o oxigênio, é necessário que algum agente provoque o início da reação de combustão, dando início ao processo de ignição. (ROCHA, 2009b)

Nesse motor, a mistura combustível-ar é formada no interior dos cilindros quando há injeção direta de combustível (GDI) Gasoline Direct Injection, e inflamada por uma faísca que ocorre entre os eletros da vela. (BRUNETTI, 2016)

O combustível é misturado ao ar e é admitido no pistão para ser comprimido. Dentro da câmara de combustão inicia-se uma queima, que provoca uma força de expansão dos gases queimados, empurrando o pistão e transmitindo o movimento para a biela e a manivela, fixadas por meio de pino, consequentemente passando esse movimento ao eixo virabrequim e o automóvel entra em movimento.

O pistão percorre quatro cursos correspondentes a duas voltas da manivela do motor, para que complete um ciclo, constituído por quatro tempos conforme a figura 1:

A figura 1 representa os quatro tempos do ciclo Otto, funcionamento e influência física.

Figura 1 - Os Tempos de um Motor de Combustão Interna 4T.

[pic 1][pic 2]

Fonte: (MARTINS, 2013)

A partir da explicação do funcionamento de um motor e de sua importância, o mesmo é subdividido em três principais partes, cabeçote, bloco e cárter:

A cabeça do motor (cabeçote) ou culassa se encontra na parte superior do motor, são usadas ligas de alumínio, por serem fáceis de trabalhar, leves e de boa condutibilidade térmica. (MARTINS, 2013)

O bloco do motor ou dos cilindros é a parte mais robusta, o elemento estruturante, onde as peças em movimento evoluem sobre ele. Segundo Martins (2013) são tradicionalmente fabricados em ferro fundido, material resistente, econômico e fácil de trabalhar. Atualmente a utilização de ligas leves vem substituindo o uso de ferro fundido, para redução de peso e melhoria da transferência de calor.

O cárter constitui a parte inferior do motor, que tem a função de armazenar o óleo de lubrificação e, simultaneamente, de arrefecimento do mesmo, a partir de aletas que ficam na parte externa, intensificando a transferência de calor com o ar exterior. (MARTINS, 2013)

Segundo Brunetti (2012), o motor à combustão interna é classificado quanto à ignição, sistema de alimentação de combustível, disposição dos órgãos internos, sistema de arrefecimento, alimentação de ar, relação entre diâmetro-curso do pistão e a fase do combustível.

Quanto à ignição

Para que o combustível reaja com o oxigênio do ar, necessita-se de algum agente que provoque o início da reação, este processe é denominado como ignição. Há dois tipos de motores de ignição, os por faísca ou Otto, onde é necessária uma centelha para gerar a faísca. E têm motores de ignição espontânea ou diesel, onde o pistão comprime o ar, até elevar em uma alta temperatura, chamada de temperatura de autoignição, consequentemente inflamando-o. (BRUNETTI, 2012)