Aula 6 Motores de Combustão interna

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Professor: Dr. Reginaldo Gomes Nobre 
CCTA - Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar 
UAGRA – Unidade Acadêmica de Ciências Agrárias 
Campus de Pombal - PB 
Unidade IV 
Princípios da termodinâmica aplicados a motores 
 de combustão interna 
Princípios de Termodinâmica 
» A Termodinâmica estuda transformações de energia. 
1ª LEI DA TERMODINÂMICA: “Todas as formas de energia são 
mutuamente conversíveis”. E ainda: “A energia de um sistema fechado 
e isolado permanece constante” (1847). É relativa ao princípio de 
conservação de energia aplicado a sistemas fechados onde operam 
mudanças de estado devido à transferência de trabalho e de calor 
através da fronteira. 
Kelvin 
Clausius 
É impossível que um sistema remova energia térmica de um único 
reservatório e converta essa energia completamente em trabalho sem 
que haja mudanças adicionais no sistema ou em suas vizinhanças. 
É impossível produzir um processo cujo único resultado seja a 
transferência de energia térmica de um corpo mais frio para um 
corpo mais quente 
Ex.: Trab. necessário para compr. um dado fluido num compressor. 
Ciclo neces. para prod. vapor a uma dada pressão e temp. em caldeira 
Princípios de Termodinâmica 
k=
T
VP
ouTR
M
m
=VP


» Equação dos Gases 
P= Pressão absoluta 
V= Volume gás, cm3 
m= Massa do gás, g 
M= Peso molecular, g.mol-1 
R= Constante dos gases 
T= Temperatura do gás 
n =
m
M
2ª LEI DA TERMODINÂMICA: “ A temperatura da fonte de calor 
superior ao meio circulante fornece calor ao meio em busca de 
equilíbrio” (1865). A quantidade de calor, geralmente produzida por 
uma turbina, pode ser convertida em trabalho (motor térmico); é 
impossível converter todo o calor fornecido a uma máquina térmica 
em trabalho; algum calor terá de ser rejeitado. 
Ch QQWWQ 
Num processo cíclico ΔU=0. 
MOTORES – Combustão Externa 
MOTOR - Conjunto de mecanismos que transformam qualquer tipo 
de energia em energia mecânica. 
» Eólicos: fluxo de ar; 
» Hidráulicos: pressão de óleo; 
» Elétricos: corrente elétrica; 
» Térmicos: calor. 
• Motores de locomotivas a vapor; 
• Atualmente o princípio é utilizado em 
usinas termoelétricas e nucleares para 
geração de energia elétrica. 
Histórico do Motor / Desenvolvimento dos Motores de Combustão 
» Até início de 1800 o calor era considerado um fluido chamado 
calórico; 
» 1783: LAPLACE e LAVOISIER introduziram o conceito de calor 
especifico; 
» 1842: MAYER e POISSON calcularam a equivalência do trabalho em 
calor e definiram a equação do gás ideal; 
» 1652: Padre HAUTEFOILLE propõe a construção de um motor 
aproveitando a força expansiva dos gases provenientes da combustão da 
pólvora num cilindro fechado; 
» 1821: W. CECIL desenvolveu um motor que funcionava com mistura 
de ar e hidrogênio, “primeiro motor a funcionar com sucesso”. 
Histórico do Motor / Desenvolvimento dos Motores de Combustão 
Christian Huygens (1629-1695) 
O anseio pelo desenvolvimento de um meio de tração que não 
necessitasse mais dos animais ou da força humana, levou diversos 
inventores à criação de soluções originais. O motor de combustão 
interna, ou a explosão, foi concebido até mesmo antes da era do 
vapor, pelo físico holandês Christian Huygens, no século XVII. 
Ele construiu um motor no qual um peso era 
levantado pela explosão de uma mistura de 
pólvora num sistema fechado, que tinha um 
pistão. A pólvora, ao explodir dentro do cilindro, 
forçava o pistão para cima, e este, ao voltar à sua 
posição, forçado pela pressão atmosférica, 
levantava um peso. 
Histórico do Motor / Desenvolvimento dos Motores de Combustão 
Etienne Lenoir (1822-1900) 
No começo do século XIX, com o 
aumento da extração do gás de carvão e 
sua utilização para iluminação e 
aquecimento, começaram a ser 
exploradas as propriedades explosivas da 
mistura gás-ar. Vários construtores 
efetuavam experiências com gás, 
realizando sua combustão no interior de 
um motor a vapor, que era a tecnologia 
conhecida e dominante na época. 
O primeiro a ter êxito foi o francês Etienne Lenoir,em 1859, que 
realizou a conversão de um motor a vapor. Era um motor de dupla 
ação, isto é, as forças da combustão atuavam de um lado e de outro 
do pistão, alternadamente. 
Histórico do Motor / Desenvolvimento dos Motores de Combustão 
Nikolaus Otto 1863 
Apesar da idéia do motor de 4 tempos ter sido originalmente 
concebida e patenteada por Alphonse Beaus de Rochas, em 1862, a 
primeira realização prática foi de autoria do alemão Nicolaus Otto. 
Ele pôde obter uma patente em 1863 através da influência de seu 
novo sócio,Eugen Langen, que o financiou. Em 1867, seu motor de 
dois tempos ganhou uma medalha de ouro na Feira Mundial de Paris. 
Instalou uma pequena oficina em sua casa, e realizou suas 
pesquisas, durante as quais descobriu o princípio do motor de 4 
tempos, com a compressão da mistura admitida. 
Histórico do Motor / Desenvolvimento dos Motores de Combustão 
Nikolaus Otto 1863 
O ciclo de quatro tempos passou, desde então, a ser conhecido como 
ciclo Otto. Conseguiu então produzir o primeiro motor de 4 tempos 
bem-sucedido em 1876, chamando-o de motor silencioso, em 
contraste com o seu motor anterior, barulhento. 
Histórico do Motor / Desenvolvimento dos Motores de Combustão 
Rudolf Christian Karl Diesel (1858-1913) 
Outro tipo de motor que se consagrou no século XIX, foi o 
concebido por Rudolf Diesel, em 1892. Permitiu atingir um 
rendimento nunca antes obtido em motores de combustão interna. 
Ele funciona com o princípio da auto-ignição, onde a compressão do 
ar se eleva a tal ponto que o combustível admitido se inflama por si. 
O grande mérito de Diesel, engenheiro formado, foi demonstrar 
termodinamicamente que este tipo de motor tinha um rendimento 
superior. Ele desenv. previamente o conhec. desta ciência, 
demonstrando o desemp. de sua máquina antes da sua construção. 
Histórico do Motor / Desenvolvimento dos Motores de Combustão 
Rudolf Christian Karl Diesel (1858-1913) 
Em 1898, Diesel demonstrou sua invenção na Feira 
Mundial em Paris, usando óleo de amendoim como 
combustível! A sua intenção foi a de oferecer um 
meio a pequenas indústrias, agricultores e pessoas 
comuns de competirem com o monopólio das grandes 
indústrias, que controlavam toda a geração de energia 
naquela época! Sua idéia era o uso de fontes naturais 
de combustível, como biomassa. 
O petróleo foi descoberto na Pensilvânia em 1859, tendo sido 
utilizado princip. p/ a produção de querosene de iluminação. 
Porém, já na década de 1920, os fabricantes do motor diesel 
fizeram alterações de modo a utilizar os resíduos baratos e de 
baixa viscosidade do petróleo ao invés de biocombustíveis. A 
indústria do petróleo estava cresc. e se estabelecendo no mercado! 
Histórico do Motor / Desenvolvimento dos Motores de Combustão 
» O princípio de funcionamento - 300 anos. 
» Huygens, Hautefeuille e Papin - Segunda metade do século XVII - 
pólvora; 
» 1860 - Lenoir construía o primeiro motor de combustão interna - gás 
» 1862 - Beaus de Rochas - imaginou motor de combustão interna de 
êmbolos de quatro tempos; 
» 1878 - Nikolaus A. Otto construiu o primeiro motor de combustão 
interna 4 tempos; 
» 1893 - Rudolf Diesel descrevia um novo tipo de motor de combustão 
interna diferente do motor de Otto, utilizando como combustível o óleo 
diesel; (10 cv e eficiência 26,6% de consumo especifico). 
Histórico do Motor / Desenvolvimento dos Motores de Combustão 
» Função do Motor 
Segundo Mialhe (1980) os motores de 
combustão interna possuem partesfundamentais, responsáveis pela 
transformação da energia dos 
combustíveis em trabalho mecânico e 
sistemas complementares, responsáveis 
pelo fornecimento de condições 
favoráveis para que o processo se realize 
de forma eficiente e contínua. 
MOTORES – Combustão Interna 
» Principais Componentes 
MOTORES – Combustão Interna 
• Virabrequim 
• Volante 
• Pistão 
• Biela 
• Anéis 
• Válvulas 
• Comando de Válvulas 
Móveis 
Fixos 
• Bloco do motor 
• Cabeçote 
• Cárter 
• Cilindro 
• Câmara de combustão 
Funcionamento dos Motores Combustão Interna 
» Em que se baseia? 
» Deve ter contato com o meio exterior e interior ... 
» Importância do conjunto de dispositivos/partes constituintes 
 Sistema de Distribuição 
» Necessidade de uma fonte de energia 
 Os principais 
» Determinação do tipo de combustível a ser usado? 
 Fator econômico, potência, legislação ambiental ... 
Informações Iniciais 
O que é um motor 1.0 ou 1000? Esses números na verdade representam o 
volume de deslocamento dos pistões internos às câmaras de combustão. Um 
motor 1.0 na verdade é um motor de 1,0 L (ou 1000 cm3). Isso significa que se ele 
for de 4 cilindros, cada pistão (um por cilindro) se desloca um volume de 1/4 L 
ou 250cm3. Quanto maior a quantidade de litros, mais potência terá o motor e 
geralmente isso o torna menos econômico. Assim um motor 2,0 L tem um volume 
de deslocamento total interno duas vezes maior que um motor 1,0 L 
 O que significam os Hp de um motor: o Hp é uma unidade da mecânica (Horse-
power) que representa potência. A potência por sua vez é a capacidade de 
realizar um certo trabalho num determinado intervalo de tempo. Quanto maior a 
potência, maior a força que o motor consegue desenvolver num determinado 
intervalo de tempo. Aqui no Brasil também utilizamos como unidade de potência 
o cv (cavalo-vapor). Embora algumas pessoas digam que elas são unidades 
equivalentes, isso de fato apenas ocorre c/ a sua representação de potência, já que 
1Hp é aproximadamente 745W e 1cv equivale a 735W. 
Fonte: SEARS, F. W.,ZEMANSKY, M. W. Física. Brasília, v.2, Ed Universidade de Brasília, 1973. 
Tipos de motores: V2, V3, V4, V6, V8, V10, V12, etc... Os motores em "V" são 
aqueles em que os cilindros estão dispostos nessa forma na composição do 
motor, ou seja, fazendo um ângulo relativo maior que zero grau e menor que 90 
graus. Embora seja essa a definição mais correta, essas representações na 
verdade, popularmente, indicam o número de cilindros que o motor tem. O 
motor V2 (dois cilindros) pode ser encontrado em algumas motocicletas, 
geralmente aquelas tipo "custom", como as tradicionais Harley Davidson. O 
motor de três cilindros equipa desde os antigos carros DKW's até algumas 
motocicletas de alto desempenho, como da marca Triumph. O motor V4 (quatro 
cilindros) é o mais comum entre os automóveis (embora os cilindros sejam 
dispostos paralelamente). Os motores V6 equipam os carros de luxo como as 
BMW. Os motores V8 já são mais raros Maverick até as modernas 
caminhonetes Dodge e Mercedes. Os motores V10 e V12 são de carros super-
esportivos e dentre eles estão os lendários Lamborguinis, Ferrari. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Bloco 
• Normalmente / ferro fundido; 
• Cilindros; 
• Mancais; 
• Podem apres. tubos removíveis 
/ camisas úmidas ou secas 
Mancais do 
Virabrequim 
Cilindros 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Cilindros 
• Local de deslocamento êmbolo; 
• Número de cilindros; 
• Disposição dos Cilindros 
 Linha; V; Oposto 
• Cilindrada (l ou cm3) / desempenho do 
motor 
 Cilindrada / potência / consumo 
 combustível 
• Arrefecimento a ar / Aletas 
Réplica da primeira motocicleta de que se tem 
notícia, uma Daimler-Maybach de 1885. 
Motor com 
um cilindro 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Camisas do cilindro 
• As linhas de brunimento são reservatórios de óleo 
• Bom controle do filme de óleo 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Câmara de combustão 
• Local onde ocorre a queima 
do combustível. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Cabeçote 
• Fecha o bloco do motor; 
• Feita em ferro fundido ou ligas 
mais leves; 
• União com o bloco; 
• Junta de vedação – cobre 
asbesto ou bronze e amianto; 
• Acomodam as válvulas, vela ou 
bico injetor e coletores, canais de 
admissão e escape; 
• Arrefecimento e lubrificação. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Cárter 
• Fecha a parte inferior do motor 
• Reservatório de óleo. 
• Junta de cortiça 
• Feito em aço estampado ou ferro 
devido a sua posição. 
• Formato; 
• Fixação; 
• Bujão? 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Êmbolo 
• Recebe o movimento de expansão; 
• O mais leve possível; 
• Feito em ferro, aço e ligas de 
alumínio; 
• Arrefecimento – óleo e contato com 
as paredes; 
• Fica preso a biela 
• Movimento? Partes constituintes 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Pino do Êmbolo 
• Tem forma oca – garante resistência a 
flexão – menor peso 
• Função de prender a biela ao êmbolo 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Anéis de Segmento 
• Localização; 
• Função: 
 - Efetuar a vedação da câmara do 
cilindro, retendo a compressão; 
 - Reduzir a área de contato direta entre 
as paredes do êmbolo e do cilindro; 
 - Controlar o fluxo de óleo nas paredes 
do cilindro; 
 - Dissipar o calor do êmbolo pelas 
paredes do cilindro. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Anéis de Segmento Cont. 
800 C 
Temperatura de Combustão 
Coroa do Pistão 
 Raspador de Óleo 
Camisa do Cilindro 
Saia do Pistão 
 
Anéis de Compressão 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Biela 
• Ajudar a transformar movimento 
retilíneo em circular; 
• Fromato 
• Bronzinas ou casquilhos – feitos 
em bronze e revestidos com liga 
antifricção. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Árvore de Manivela 
• Fabricado em aço forjado ou 
fundido; 
• Projetado conforme nº cilindros; 
• Canais de lubrificação; 
• Moentes (acopla com biela); 
• Munhões (Apoio mancal no bloco); 
• Contrapesos / evitar vibrações; 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Árvore de Manivela Cont. 
• Flange – acoplamento ao 
volante e engrenagens do 
comando de válvulas. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Volante 
• Disco de ferro fundido 
de grande massa; 
• Função de acumular 
energia cinética; 
• Mantém uniforme a vel. 
Angular da árvore de 
manivela / reduz var. do 
tempo; 
• Cremalheira liga-se ao 
motor de partida. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Válvulas 
Balancins 
hastes 
Levantador 
Eixo Coman 
Molas 
Válvulas 
• Interromper o fluxo; Abertura; 
• Feitas em aço de alta dureza; 
• Tipos; 
• Número de válvulas; 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Válvulas Cont. 
• Funcionamento 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Árvore de Comando de Válvulas 
• Comanda a abertura 
• Acionamento; Número de giros por ciclo; 
• Número de ressaltos; 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Árvore de Comando de Válvulas 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Cabeça, bloco e cárter 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO» Cabeçote 
- A cabeça é a parte superior do motor; 
- São fabricados em ferro fundido ou alumínio. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Junta do Tampão 
A junta possui orifícios para 
assegurar a continuidade dos 
vários circuitos que 
atravessam o motor do 
automóvel, bem como para a 
passagem dos parafusos de 
fixação da cabeça ao bloco do 
motor, chamados parafusos 
prisioneiros. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Bloco 
- O bloco é a parte central do motor; 
- Normalmente construído de ferro fundido. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Cárter 
- O cárter é a parte inferior do motor; 
- Normalmente é o reservatório de óleo lubrificante. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Válvulas 
As válvulas são usadas nos motores de quatro tempos e em 
alguns de dois tempos. Controlam a entrada e saída de gases 
em cada cilindro do motor. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Válvulas 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Árvore de comando de válvulas 
-Árvore de cames; 
-Possui excêntricos ou cames para cada válvula; 
- São fabricadas em aço forjado ou ferro fundido. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Bloco e Cilindro 
Cilindro: é um furo no bloco aberto nas duas extremidades. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Camisas 
As camisas denominam-se secas quando sua superfície exterior não 
está em contacto com a câmara de arrefecimento. Devem ser bem 
ajustadas ao bloco para facilitar a condutibilidade térmica. As 
camisas úmidas formam a parede interna da câmara de água. 
Neste caso, devem possuir uma perfeita vedação afim de evitar 
infiltração de água para o cárter do motor. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Árvore de manivela - é normalmente fabricada de aço 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Pistão 
O pistão de um motor de combustão interna funciona em 
condições particularmente desfavoráveis: 
- Para um regime de 3600 rpm, ele para 120 vezes por segundo; 
- Entre cada curso ele varia de velocidades que podem atingir 
70 km por hora ate 0 km por hora; 
- No momento da explosão, ele recebe um impulso de mais ou 
menos 20000 N (2000 kg); 
- A sua temperatura sobe a 620 °K (350 °C), no centro da 
cabeça, e cerca de 420 a 450°K (150 -200 °C) na extremidade 
final da saia. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Pistão 
É fechado na parte superior e aberto na inferior. Apresenta 
ranhuras na parte superior para fixação dos anéis de segmento. 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna / REVISÃO 
» Biela 
Partes Constituintes dos Motores Combustão Interna 
» Sistemas Complementares 
▪ Sistema de válvulas 
▪ Alimentação (ar) 
▪ Ignição (injeção) 
▪ Arrefecimento 
▪ Lubrificação 
» Órgãos Acessórios 
▪ Cobertura do cabeçote 
▪ Suportes 
▪ Filtros 
▪ Juntas 
▪ Instrumentos do painel, etc. 
Tipos e Funcionamento de Motores de Combustão Interna 
» Princípios de Funcionamento 
Motores de combustão por 
centelha - Ciclo OTTO 
 
Motores de combustão por 
compressão - Ciclo DIESEL 
• Realizado em ciclos / fases; 
 • Ponto morto superior (PMS); 
 • Ponto morto inferior (PMI); 
 • Câmara de compressão; 
 • Curso – espaço linear percorrido pelo êmbolo do PMS ao PMI; 
 • Tempo – corresponde a um curso do êmbolo ou ½ volta da AM.