O Motor de Combustão

Motor a combustão

Motor é uma máquina que converte qualquer forma de energia em trabalho mecânico.

O motor de combustão transforma energia térmica (calorífica) em trabalho mecânico (energia mecânica).

Ciclo de combustão de 4 tempos:

a)-Admissão: A válvula de admissão se abre enquanto o pistão se move para baixo, levando o cilindro a aspirar e se encher de ar e combustível. Essa fase é a admissão. Somente uma pequena gota de gasolina precisa ser misturada ao ar para que funcione.

b)-Compressão: O pistão volta para comprimir a mistura ar-combustível. É a compressão, que torna a explosão mais potente.  

c)-Combustão: Quando o pistão atinge o topo do seu curso, a vela de ignição solta uma centelha para inflamar a gasolina. A gasolina no cilindro entra em combustão, aumentando rapidamente de volume e empurrando o pistão para baixo.   

d)-Escapamento: Assim que o pistão atinge a parte de baixo do seu curso, a válvula de escape se abre e os gases queimados deixam o cilindro através do tubo existente para esse fim.

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Figura 2: Passo a passo. Fonte: https://wp.ufpel.edu.br/mlaura/files/2013/01/Apostila-de-Motores-a-Combust%C3%A3o-Interna.pdf

Relacionando as leis da termodinâmica:

Trata-se de um sistema aberto, porém podemos considerar os passos como sistemas fechados ou isolados.

A escolha dos materiais utilizados na fabricação dos motores deve levar em conta as altas temperaturas produzidas pelo calor liberado pela combustão e não aproveitado na forma de trabalho.

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Tabela 1: Processos que ocorrem no motor. Fonte: https://www.cac.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/30/2019/10/main.pdf 

1ª lei da termodinâmica:

O fato da energia liberada na combustão dentro do motor não ser aproveitada integralmente na forma de trabalho implica afirmar que ela não se conserva?

Admissão: O volume do gás aumenta, a pressão fica constante (transformação isobárica 0-1).

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Gráfico 1: Admissão. Fonte: https://www.cac.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/30/2019/10/main.pdf 

Compressão: A troca de calor com a vizinhança é desprezível pela velocidade (compressão adiabática).

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Gráfico 2: Compressão. Fonte: https://www.cac.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/30/2019/10/main.pdf 

Combustão: Em 2-3, o volume do gás fica constante e ocorre um grande aumento de temperatura e pressão (transformação isovolumétrica 2-3). Em 3-4, os gases resultantes da combustão se expandem rapidamente, a temperatura e a pressão sofrem redução devido à realização de trabalho sobre o pistão (expansão adiabática 3-4).

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Gráfico 3: Combustão. Fonte: https://www.cac.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/30/2019/10/main.pdf

Escapamento: Em 4-5, a abertura da válvula de escape provoca uma redução na pressão e na temperatura, com o volume ficando constante (transformação isovolumétrica 4-5). Na etapa 5-0, o pistão se desloca para cima fazendo o escape. a redução do volume combinada à saída dos gases faz com que a transformação aconteça à pressão constante (compressão isobárica 5-0). Retorna-se às condições iniciais e reinicia-se do ciclo.