2- GERAL

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Local: Campus de Tucuruí 
Carga Horária: 68 h (51h teórica / 17h prática) 
Período: 22/08/2016 
Professor: Ronaldo Moura 
 e-mail: rrmoura@ufpa.br 
 
 Introdução / Sistema de avaliação da disciplina; 
1. Motores Alternativos; 
2. Motores Rotativos; 
3. Ciclos; 
4. Relacionamento Motor-Veículo; 
5. Combustíveis; 
6. Combustão nos Motores Alternativos; 
7. Mistura e Injeção em Ciclo Otto; 
8. Sistema de Ignição Aplicados aos Motores; 
9. Sistemas de Injeção para Motores Díesel; 
10. Consumo de Ar nos Motores 4 tempos; 
11. Sistemas de Exaustão /Emissões; 
12. Lubrificação / Lubrificantes; 
13. Sistemas de Arrefecimento; 
14. Projeto de Motores; 
15. Veículos Híbridos. 
ROTEIRO 
 
1-Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 O motor é a fonte de energia do automóvel. Converte a energia 
calorífica produzida pela combustão da gasolina em energia mecânica, 
capaz de imprimir movimento nas rodas. O carburante, normalmente 
constituído por uma mistura de gasolina e ar (no caso do motor Otto), é 
queimado no interior dos cilindros do motor. 
 
 O funcionamento de qualquer motor de combustão interna 
repousa sobre dois princípios físico-químicos básicos: 
 
1. A combustão ou queima de qualquer material produz sempre calor; 
 
2. Quando um gás é aquecido ocorre uma expansão do mesmo. Assim, se 
o volume permanece constante deve haver um aumento de pressão 
que pode ser aplicado para efetuar um trabalho. 
 
 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 Na maior parte das vezes o combustível utilizado é a 
gasolina, álcool, diesel ou bio-diesel, muito embora pelo principio da 
termodinâmica fique assegurado desde logo que poderia ser outro o 
produto a fornecer a energia necessária. 
 O combustível é parcialmente misturado com ar e é 
parcialmente vaporizado no carburador. Então a mistura é injetada 
no cilindro onde é comprimido pelo pistão e se queima através de 
uma centelha elétrica. 
 
1-Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 Ora, dissemos que os gases quando aquecidos se expandem e 
consequentemente há um aumento de pressão. Como a expansão se 
verifica num local fechado a pressão deve se exercer sobre as paredes 
deste lugar, mas uma delas é móvel, precisamente a do pistão, que se 
move para a sua posição original. 
 
1- Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 A mistura gasosa é formada no carburador ou calculada pela 
injeção eletrônica, nos motores mais modernos, e admitida nas câmaras de 
explosão. Os pistões, que se deslocam dentro dos cilindros, comprimem a 
mistura que é depois inflamada por uma vela de ignição. À medida que a 
mistura se inflama, expande-se, empurrando o pistão para baixo. (ver 
Figura 1.2) 
 
Figura 1.2 – Funcionamento de um Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 
 O movimento dos pistões para cima e para baixo é convertido 
em movimento rotativo pelo virabrequim ou eixo de manivelas o 
qual, por seu turno, o transmite às rodas através da embreagem, da 
caixa de câmbio, do eixo de transmissão e do diferencial. Os pistões 
estão ligados ao virabrequim pelas bielas. Uma árvore de cames, 
também conhecida por árvore de comando de válvulas, movida pelo 
virabrequim, aciona as válvulas de admissão e escapamento situadas 
geralmente na parte superior de cada cilindro. 
 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 
 A energia inicial necessária para por o motor em movimento 
é fornecida pelo motor de arranque. Este engrena numa cremalheira 
que envolve o volante do motor, constituído por um disco pesado, 
fixado à extremidade do virabrequim ou árvore de manivelas. 
 O volante do motor amortece os impulsos bruscos dos pistões 
e origina uma rotação relativamente suave ao virabrequim. Devido ao 
calor gerado por um motor de combustão interna, as peças metálicas 
que estão em contínuo atrito engripariam se não houvesse um 
sistema de arrefecimento. Para evitar desgastes e aquecimento 
excessivos, o motor inclui um sistema de lubrificação. O óleo, 
armazenado no cárter sob o bloco do motor, é obrigado a circular sob 
pressão através de todas as peças do motor que necessitam de 
lubrificação. 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 
 A estrutura do motor deve ser suficientemente rígida para 
poder suportar as elevadas pressões a que estão sujeitos os mancais 
do virabrequim e as demais peças internas. É constituída basicamente 
por duas partes ligadas por meio de parafusos: a superior chamada 
de cabeçote do motor e a inferior chamada de bloco do motor, que 
contém o virabrequim. Tanto o cabeçote como o bloco podem ser de 
ferro fundido, embora também se utilize o alumínio na sua fabricação 
por ser mais leve e permitir uma melhor dissipação do calor. 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 
 Atualmente, quase todos os motores apresentam as válvulas 
no cabeçote. No cabeçote do motor existe, para cada cilindro uma 
câmara de explosão, um coletor de admissão, um coletor de 
escapamento, uma válvula de escapamento, uma válvula de 
admissão e um orifício com rosca para o alojamento da vela. 
 O motor recebe a mistura gasosa através das válvulas de 
admissão e expele os gases resultantes da combustão através das 
válvulas de escapamento. O mecanismo de abertura e fechamento das 
válvulas situa-se normalmente na parte superior do cabeçote do 
motor. 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 
 No bloco do motor encontram-se os cilindros e os mancais do 
virabrequim, no qual estão ligadas as bielas que, por sua vez, estão 
ligadas aos pistões. O bloco do motor pode ainda alojar a árvore de 
comando o qual comanda o abrir e o fechar das válvulas. 
 Às vezes, a árvore de comando está alojada no cabeçote do 
motor. Tanto o cabeçote como o bloco do motor contém uma série de 
dutos denominados câmaras de água nos quais circula a água de 
arrefecimento. 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 
1-Motor Alternativo 
 
1-Motor Alternativo 
 A energia calorífica, resultante da 
combustão da mistura gasosa, converte-se 
em energia mecânica, por intermédio dos 
pistões, bielas e virabrequim. 
 O rendimento do motor depende 
da quantidade de energia calorífica que é 
transformada em energia mecânica. 
 Quanto maior for o volume da 
mistura de gasolina e ar admitida no 
cilindro e a compressão dessa mistura, 
maior será a potência específica do motor. 
 A relação entre os volumes da 
mistura gasosa no cilindro, antes e depois 
da compressão, é designada por taxa ou 
relação de compressão. 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 
 Quando a faísca da vela de ignição inflama a mistura 
comprimida, a explosão deve propagar-se rapidamente, progressiva e 
uniformemente na cabeça do pistão que limita a câmara de explosão. 
Se a taxa de compressão for demasiada elevada para o tipo de 
gasolina utilizada, a combustão não será progressiva. A parte da 
mistura que se encontrar mais afastada da vela de ignição vai se 
inflamar violentamente ou detonará. Quando sucede tal fato, ou 
quando o motor tem muito avanço, costuma-se dizer que o motor 
“grila” ou está adiantado. 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 
 Esta detonação poderá causar um aquecimento excessivo, 
além de perda de rendimento e, caso persista, danificará o motor. O 
excessivo aquecimento, e a diminuição de rendimento num motor 
pode resultar na pré-ignição (auto-ignição), ou seja, inflamação de 
parte da mistura antes de soltar a faísca, devido à existência de velas 
defeituosas ou de valor térmico inadequado ou até mesmo à presença 
– na câmara de explosão – de depósitos de carvão que se mantêm 
continuamente incandescentes. A pré-ignição, tal como a detonação, 
pode causar graves danos e reduz a potência do motor. 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 
 Os motores de automóveis, em sua grande maioria, têm um 
ciclo de funcionamento de 4 tempos, ou ciclo Otto. Como as válvulas 
de admissão e escapamento devem abrir-se uma vez em cada ciclo, a 
árvore de comando que as aciona gira a metade da velocidade de 
rotação do virabrequim, a qual completa duas rotações em cada ciclo. 
 Também existem motores de 2 tempos nos quais se dá uma 
explosão cada vez que o pistão desce, ou seja, uma vez em cada 
rotação do virabrequim. Este ciclo, basicamente mais simples do que 
o ciclo de 4 tempos, é muito utilizado em motocicletas. 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.4 – Nomenclaturas referente às posições do pistão 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
Onde: 
 
PMS: é a posição na qual o pistão está o mais próximo possível do cabeçote. 
PMI: é a posição na qual o pistão está o mais afastado possível do cabeçote. 
S: Curso do pistão – é a distância percorrida pelo pistão quando se 
 desloca do PMS ao PMI ou vice-versa. 
V1: Volume total – é o volume compreendido entre a cabeça do pistão e o 
 cabeçote, quando o pistão está no PMI. 
V2: Volume morto – é o volume compreendido entre a cabeça do pistão e o 
 cabeçote, quando o pistão está no PMS. 
Vdu: Cilindrada unitária – também conhecido como volume deslocado útil ou 
 deslocamento volumétrico, é o volume deslocado pelo pistão de um ponto 
 morto a outro. 
Z: Número de cilindros do motor. 
D: Diâmetro dos cilindros do motor. 
Vd: Volume deslocado do motor, deslocamento volumétrico do motor ou 
 cilindrada total. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
1- Motor Alternativo 
Da Figura 2.1 temos: 
 
Vdu= V1-V2= (π.D
2/4) . S 
 
Assim, para um motor multicilindro: 
 
Vd= Vdu . Z = (π.D
2/4) . S . Z 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
Definindo rv (taxa de compressão): 
 
𝑟𝑣 =
𝑉1
𝑉2
=
𝑉𝑑𝑢
𝑉2
 + 1 
pois: 
 
Vdu + V2 = V1 => Vdu = V1 – V2 
 
1- Motor Alternativo 
Nomenclatura Cinemática 
Fig. 1.5 – Nomenclatura cinemática. 
 
1- Motor Alternativo 
Nomenclatura Cinemática (cont.) 
 
L.: comprimento da biela, 
x: distância para atingir o PMS, 
 
𝑥 = 𝑟 𝑐𝑜𝑠𝛼 + 𝐿(1 − 1 −
𝑟
𝐿
2
. 𝑠𝑒𝑛2𝛼) 
 
𝑉𝑑 = 𝑉2 + x 
𝜋
4
D𝑝2 
 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 A força exercida pelo gás sobre o pistão é transmitida para a 
árvore de manivelas que gira os moentes que se encontravam no 
ponto morto superior para o ponto morto inferior. Preso á árvore de 
manivelas está o volante, que transforma em movimento rotativo os 
movimentos parciais que recepta da árvore de manivelas. 
 Para a continuidade do movimento, isto é, operação 
constante do motor, é suficiente que estes movimentos se repitam 
ordenadamente. Cada movimento completo recebe o nome de um 
ciclo do motor. 
 
 
 
 
 
 
 
1 – Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo 
(cont.) 
 O número de tempos que o pistão leva para 
completar o ciclo varia segundo o tipo de motor. No 
motor de quatro tempos verificam-se dois giros 
completos da árvore de manivelas, ou seja, quatro tempos 
de pistão (ver figura 1.6). 
 Cada um destes tempos recebe o nome de: 
1. Admissão; 
2. Compressão; 
3. Explosão; 
4. Descarga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 1.6 – Os quatro tempos 
1-Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor 
Alternativo (cont.) 
 
1 - Admissão: 
 Verifica-se a entrada da mistura ar-
combustível, pois com a descida do pistão, para 
o ponto morto inferior, a pressão interna do 
cilindro torna-se menor que a exterior o que 
força a entrada de um gás para o equilíbrio e 
esta se verifica através da válvula de admissão. 
(Figura 1.6). 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor 
Alternativo (cont.) 
 
2 - Compressão: 
 Verifica-se a volta ascensional do pistão 
que comprime a mistura gasosa fechando desta 
forma as duas válvulas. A compressão da mistura 
gera ainda mais calor, o que facilita a consecução 
de uma maior homogeneidade da mesma, e 
quando tal se verifica ocorre a emissão da centelha 
pela vela. (Figura 1.6) 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor 
Alternativo (cont.) 
3 - Explosão: 
 Verifica-se a expansão dos gases pela queima 
da mistura e uma pressão relativamente intensa é 
exercida sobre todas as paredes do cilindro. Uma das 
paredes do cilindro é constituída pelo pistão, que é 
móvel. Este se desloca do ponto morto superior que 
havia atingido nesta fase para o ponto morto inferior. 
Que fique claro que estes pontos nada tem a ver com 
o ponto morto da alavanca de câmbio e que durante a 
explosão as duas válvulas, a de exaustão e a de 
admissão, permanecem fechadas. (Figura 1.6) 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor 
Alternativo (cont.) 
 
4 - Descarga ou Exaustão: 
 O pistão voltou para o ponto morto 
inferior produzindo um abaixamento da pressão 
interior do cilindro, o que força a abertura da 
válvula de exaustão. Como os gases provenientes 
da combustão, são mais leves do que a mistura 
admitida, são forçados a sair. (Figura 1.6) 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo (4T) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo (4T) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-Motor Alternativo (4T) 
 
1.1-Princípios de Funcionamento do Motor Alternativo (cont.) 
 
 De acordo com as leis da termodinâmica todo o calor 
gerado não pode ser transformado integralmente em outra 
forma de energia. 
 Além disso outras perdas podem ser arroladas: motores 
muito usados, carburação incompleta, fraca ignição, sem se 
levar em conta que de 70 a 80% do total do calor gerado é 
absorvido pelo sistema de arrefecimeto e pela própria 
exaustão do gás. Outras perdas ainda são devidas ao projeto 
do veículo, temperatura do motor, e inclusive a viscosidade do 
óleo utilizado para lubrificação. 
 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
1- Motor Alternativo 
1.2- Classificação dos Motores - Quanto a ignição: 
 
• Motores de ignição por faísca (Otto) 
 
 
 
 Nesses motores, a mistura ar-
combustível é admitida, previamente dosada 
ou formada no interior dos cilindros quando 
há injeção direta de combustível (GDI) 
gasoline direct injection, e inflamada por uma 
faísca que ocorre entre os eletrodos de uma 
vela. 
 
1- Motor Alternativo 
1.2- Classificação dos Motores - Quanto a ignição: 
 
• Motores de ignição por faísca (Otto) (cont) 
 
 
 
 Nesses motores, a taxa decompressão será relativamente 
baixa para não provocar autoignição, já que o instante apropriado 
da combustão será comandado pela faísca. 
 
1 – Motor Alternativo 
1.2- Classificação dos Motores - Quanto a ignição: 
 
• Motores de ignição espontânea (Diesel) 
 
 Nesses motores, o pistão comprime somente ar, até que o 
mesmo atinja uma temperatura suficientemente elevada. Quando 
o pistão aproxima-se do PMS, injeta-se o combustível que reage 
espontaneamente com o oxigênio presente no ar quente, sem a 
necessidade de faísca. A temperatura do ar necessária para que 
aconteça a reação espontânea do combustível denomina-se 
“temperatura de autoignição (TAI)”. 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
1.3- Motores Quanto ao número de tempos de operação: 
• Motores alternativos de 4 tempos 
• Motores alternativos de 2 tempos 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
1.3.1 - Motores de 2 tempos 
 
 Motor de dois tempos é um tipo de motor 
de combustão interna de mecanismo 
simples. Ou seja, ocorre um ciclo de 
admissão, compressão, expansão e exaustão 
de gases a cada volta do eixo. 
 
1- Motor Alternativo 
1.4- Motores Quanto ao sistema de alimentação de combustível: 
 
 
• Por meio de um carburador; 
• Por meio de um sistema de injeção 
direta de combustível. 
 
 
1- Motor Alternativo 
1.5- Motores Quanto à disposição dos órgãos internos: 
• Cilindros em linha, em V e opostos ou boxer 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
1.6- Motores Quanto ao sistema de arrefecimento: 
 
1- Motor Alternativo 
1.7- Classificação dos Motores Quanto as Válvulas: 
• Motores com duas válvulas por cilindro; 
• Motores com quatro válvulas por cilindro; 
 
1-Motor Alternativo 
1.8- Classificação dos Motores Quanto à alimentação de ar: 
• Motor aspirado; 
• Motor sobrealimentado (turbocompressor) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota : Nestes motores turbo existem dispositivos que elevam a 
pressão no coletor de admissão acima da pressão atmosférica. 
 
 
1- Motor Alternativo 
1.9- Classificação dos Motores Quanto à relação entre 
 diâmetro e curso do pistão: 
 
• Motor quadrado: quando o diâmetro do pistão é igual ao 
curso (D=s). Estes motores apresentam bom desempenho em 
todas as rotações; 
• Motor subquadrado: quando o diâmetro é menor do que o 
curso (D<s). Esses motores apresentam torque e potência em 
baixas rotações. 
• Motor superquadrado: quando o diâmetro é maior do que o 
curso (D>s). Caracterizando motores de veículos esportivos 
com torque e potência em altas rotações. 
 
1- Motor Alternativo 
1.10 - Classificação dos Motores Quanto à Rotação 
 
• Rápidos: n > 1500 rpm 
 
• Médios: 600 < n < 1500 rpm 
 
• Lentos: n < 600 rpm. 
 
 
1- Motor Alternativo 
1.11 - Motores Quanto à potência específica 
 
 ex: aspirado (65 kW/L) ou sobrealimentado (110 kW/L). 
 
1- Motor Alternativo 
2- Torque: 
A Figura 1.22 mostra o sistema pistão-biela-manivela de um 
motor alternativo formando o mecanismo responsável pelo 
estabelecimento de um momento torçor em seu eixo de 
manivelas composta por Fr e pela força normal. 
 
A força F resultante no pistão composta pela força Fr e pela força 
normal Fn transmite-se à biela e desta à manivela, dando origem 
a uma força tangencial (Ftan) e consequentemente a um momento 
instantâneo no eixo do motor. 
 
1- Motor Alternativo 
Fig. 1.22 – Sistema pistão-biela-manivela 
 
1- Motor Alternativo 
2- Torque (cont): 
 A força de pressão F depende da posição ângular da 
manivela, a Ftan é variável. Logo, apesar do braço r ser fixo, o 
momento no eixo do motor varia com o ângulo α, medido a partir 
do PMS. 
 Com o motor funcionando, obtém-se um momento torçor 
médio positivo, denominado torque (T). Desprezando outros 
efeitos, a força F aplicada no pistão é função da pressão p gerada 
pela combustão e esta é função da rotação e a carga. 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
2- Torque (cont): 
 Para medir o torque numa 
dada rotação é necessário impor ao 
eixo um momento externo resistente 
de mesmo valor que o produzido 
pelo motor. Esse efeito pode ser 
obtido com o uso de um freio 
denominado dinamômero. 
 Nessa situação, o torque T 
produzido pelo motor deverá ser 
equilibrado pelo torque resistente 
produzido pela força r. Fatr . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.6 – Freio de Prony 
 
1- Motor Alternativo 
2- Torque (cont): 
Portanto: T = Fat . R 
 
 A força de atrito Fatr transmite-se em sentido contrário ao 
movimento do rotor. Observe que o freio tenderia a girar no mesmo 
sentido do rotor, não fosse o apoio na “balança” que mantém em 
equilíbrio estático. Logo: 
 
Fatr . r = F . b 
 
 Onde F é a ação do braço b sobre o dinamômetro, que fornece 
a leitura da mesma. Donde: 
 
T = F.b 
 
 
1- Motor Alternativo 
2- Torque (cont): 
 Conhecido o comprimento b do braço do dinamômetro e com 
a leitura obtida pelo medidor de força, pode-se obter o valor do 
torque no eixo do motor quando a velocidade angular ω é mantida 
constante. 
 Para o cálculo da potência disponível no eixo do motor, 
também denominada potência efetiva ou útil, basta lembrar que: 
 
N = ω . T = 2π . n . T 
 
Usando n em rps, T em N.m, obtem-se N em w (watt), assim: 
 
 
 
 
2,716
.Tn
Ncv 
n: rpm 
T: kgf.m 
 
1- Motor Alternativo 
3- Potência Efetiva (Ne): 
 É a potência medida no eixo do motor. 
 
Ne = ω . T = 2π . n . T 
 
Onde ω é a velocidade angular do eixo (rad/s) e n é a rotação. 
 
 Ne = 2π.b.F.n = K.F.n 
 
Onde K é uma constante do dinamômetro cujo valot é função das 
unidades de F, de n e da unidade desejada para Ne. 
 
 
 
 
 
3- Potência Efetiva (Ne) - cont: 
Unidades mais utilizadas: 
1CV = 0,735 Kw 
1HP = 1,014 CV 
2,716
.Tn
Necv 
n: rpm 
T: kgf.m 
Ne: CV 
9549
.Tn
NekW 
n: rpm 
T: Nm 
Ne: kW 
1- Motor Alternativo 
 
4- Potência Indicada (Ni): 
 É a potência desenvolvida pelo ciclo termodinâmico do fluido 
ativo. Essa potência pode ser medida com um indicador de pressões, 
que permita traçar o ciclo do fluido ativo. 
 Como potência é trabalho por unidade de tempo, dado o 
trabalho, a potência pode ser obtida multiplicando o trabalho pela 
frequência com que o mesmo é realizado. 
z
x
n
WNi i .
n: rotação do motor 
x: 1 para motor 2T e 2 para motor 4T 
Z: número de cilindros do motor 
1- Motor Alternativo 
 
5- Relação entre as potências 
 
 Como o motor de combustão 
é uma máquina térmica, a 
produção de potência provém 
do fornecimento de calor da 
combustão da mistura ar-
combustível. 
1- Motor Alternativo 
 
5- Relação entre as potências (cont.) 
 
No caso, 
 
 
PCImQ c .
..

Q: fluxo de calor fornecido pela combustão (kcal/h, kW, CV, etc) 
mc : consumo ou vazão mássica(kg/s, kg/h, etc.) 
PCI: poder calorífico inferior do combustível (kcal/kg, MJ/kg, etc.) 
A relação entre algumas unidades é: 
 
1kcal = 427 kgm = 4185 J 
 
1kcal/s = 427 kgm/s = 5,69 CV = 4185 J/s 
1- Motor Alternativo 
 
5- Relação entre as potências (cont.) 
 
 Eficiência Térmica: 
 
 
aei
i
t
NNN
Q
N


.

Na: potência de atrito , onde Ta
 = b . F (indicada pelo 
 dinamômetro) 
Eficiência Global ou Térmica Efetiva: 
.
Q
Ne
g 
1- Motor Alternativo 
 
5- Relação entre as potências (cont.) 
 
 Eficiência Mecânica: 
 
mtce
mtg
i
e
m
PCImN
N
N



...
.
.



Relação combustível - ar 
a
c
a
c
m
m
m
m
F
.
.

ma: massa de ar 
mc: massa de combustível 
1- Motor Alternativo 
 
5- Relação entre as potências (cont.) 
vmtae PCIFmN  .....
.

Eficiência volumétrica: 
e
e a
a
a
a
v
m
m
m
m
.
.

ma: consumo de ar 
ηv: eficiência volumétrica 
Considerando o ar como um gás perfeito ρ = p/RT donde: 
 
ρ i < ρe Índice i : massa específica do ar de admissão 
Índice e: massa específica do ar atmosférico local 
1- Motor Alternativo 
 
5- Relação entre as potências (cont.) 
vmt
e
e PCIF
x
nV
N  .......
Desta forma podemos escrever: 
Variação da Potência do Motor: 
 
 Ne = K . n 
 
A potência efetiva é diretamente proporcional à rotação! 
1- Motor Alternativo 
 
6- Consumo específico: 
),/,/(
.
1
..
.
..
etckWhkgCVhkgem
PCIPCIm
m
Ne
m
C
g
mte
cc
e 

g
e
PCI
C
.
632

Se PCI estiver em kcal/kg e Ce em kg/CVh 
Nota: A potência efetiva é medida no dinamômetro e o consumo de 
 combustível é medido gravimetrica ou volumetricamente. 
1- Motor Alternativo 
 
7- Aplicações: 
 
7.1- Aplicações Motores OTTO 4T: 
1- Motor Alternativo 
 
7- Aplicações: 
 
7.3- Aplicações Motores OTTO 2T: 
1- Motor Alternativo 
 
7- Aplicações: 
 
7.1- Aplicações Motores Diesel 4T: 
1- Motor 
Alternativo 
 
Exercício 1: 
 Um motor de 6 cilindros e 4 tempos ensaiado em dinamômetro a 
4000 rpm forneceu a indicação de uma força de 34 kgf e apresentou um 
consumo específico de 0,240 kg/CV.h . O braço do dinamômetro mede 
0,8m. Na mesma rotação, o motor de combustão, acionado pelo 
dinamômetro, apresentou indicação de força de 9,0 kgf. A cilindrada do 
motor é de 4 litros e a relação combustível-ar medida foi 0,08. Determinar: 
a) Potência efetiva 
b) Potência indicada 
c) Eficiência mecânica 
d) Eficiência global 
e) Eficiência térmica 
f) Massa de ar consumida por hora 
g) Eficiência volumétrica 
Sabendo: condições de entrada do ar: p=1 kgf/cm2, T= 27°C e pci=10.000 kcal/kg 
1- Motor Alternativo 
 
Solução do Exercício 1: 
 
Vamos primeiramente calcular o Torque: 
 
T [N.m] = F [N] . b [m] = 333 x 0,8 = 267 N. m 
 
T [Kgf . m] = F [kgf] . b [m] = 34 x 0,8 = 27,2 kgf . M 
 
Potência Efetiva: 
 
a) 𝑁𝑒 𝐶𝑉 = 
𝑇 𝑘𝑔𝑓 .𝑛 [𝑟𝑝𝑚]
716,2
= 
27,2 𝑥 4000
716,2
= 151,9 = 152 CV 
 
Ta [Kgf. M] = FindDin [Kgf] . b = 9 x 0,8 = 7,2 Kgf . M 
 
Na 𝐶𝑉 = 
𝑇 𝑘𝑔𝑓 .𝑛 [𝑟𝑝𝑚]
716,2
= 
7,2 𝑥 4000
716,2
= 40,2 = 40 CV 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 Solução do Exercício 1 (cont.): 
 
Potência Indicada: 
 
b) 𝑁𝑖 𝐶𝑉 = 𝑁𝑒 + 𝑁𝑎 = 152 + 40 = 192 𝐶𝑉 
 
 
Eficiência Mecânica: 
 
c) ηm = Ne / Ni = 152 / 192 = 0,792 = 79,2% 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
Solução do Exercício 1 (cont.): 
 
 
Calcular o Fluxo de Combustível: 
 
𝑚 𝑐 = 152 𝐶𝑉 𝑥 0,24𝑘𝑔 /𝐶𝑉ℎ = 36,5 kg/h 
 
 
Calcular o Energia Gerada pelo Combustível 
 
𝑄 = 𝑚 𝑐x PCI = 36,5 [kg/h] x 42 [MJ/kg] = 36,5 [kg/h] x [10000 Kcal/kg] 
 
𝑄 = 365 x 103 Kcal/h = 101,4 Kcal/s x (5,69) = 577 CV 
 
 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
Solução do Exercício 1 (cont.): 
 
Eficiência Global: 
 
d) ηg= Ne / 𝑄 = 152 / 577 = 0,263 = 26,3% 
 
Eficiência Térmica: 
 
e) ηt= ηg /ηm = 0,263 / 0,792 = 0,332 = 33,2% 
 
f) Massa de Ar consumida por Hora 
 
𝐹 = 
𝑚 𝑐 
𝑚 𝑎
= 0,08 ⇒ 𝑚 𝑎 =
36,5
0,08
= 456,25 𝑘𝑔/ℎ 
1- Motor Alternativo 
 
Solução do Exercício 1 (cont.): 
 
g) Eficiência Volumétrica: ηv= ? 
 
ρe= P/ RT = 
1 [
𝐾𝑔𝑓
𝑐𝑚2
]
29,28 𝑥 300
= 
1 𝑥 104[
𝐾𝑔𝑓
𝑚2
]
29,28 𝑥 300
= 1,138 kg/𝑚3 
 
Sabemos que: 
 
𝑁𝑒 =
𝜌𝑒.𝑉 .𝑛 
𝑋
 𝐹 . 𝑃𝐶𝐼 . ηt . ηm. ηv . 
 
Onde X = 2 (motor 4T) 
 
1- Motor Alternativo 
 
Solução do Exercício 1 (cont.): 
 
Assim explicitando-se ηv : 
 
h) ηv =
2𝑁𝑒 
𝜌𝑒. 𝑉.𝑛
/(𝐹 . 𝑃𝐶𝐼 . ηt . ηm) 
 
Agora só precisamos colocar todas as grandezas em unidades coerentes: 
 
Ne = 152 CV = 152 x 4185/5,69 = 111796 J/s = 111,8 Kw 
 
PCI = 42 MJ/kg 
 
n = 4000 rpm = 4000/60 = 66,7 rps 
 
Substituindo-se os valores conhecidos na expressão acima temos: ηv = 83,6% 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
7) Controle ou variação da potência do motor: 
 
 Retomando-se a equação: 
 
 
Pode – se escrever: Ne = 2π . n. T, pode ser escrita, 
 
 
 
 
 
Mostrando que, para uma dada cilindrada, ambiente e combustível, fixada a 
relação combustível-ar, o torque varia com 
1- Motor Alternativo 
vmt
e
e PCIF
x
nV
N  .......
vmt
e PCIF
x
V
T 


.....
.2
.

vmt  ..
 
7) Controle ou variação da potência do motor (cont.): 
 
Se supuséssemos as eficiências constantes para um motor, em qualquer 
condição, o que obviamente não é verdade, o torque seria constante em 
qualquer rotação. Além disto teríamos: 
 
Ne = K . n 
 
O que mostra que para as hipóteses admitidas a potência é diretamente 
proporcional à rotação. 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
7) Controle ou variação da potência do motor (cont.): 
 
Assim se admitirmos ηt 𝑒 ηm constantes: 
 
Ne=𝑚 𝑎 . 𝐹 . 𝑃𝐶𝐼 . ηt . ηm 
 
Tem-se: 
 
Ne= 𝐾 . 𝑚 𝑎 . 𝐹 
 
 Para o motor OTTO, opta-se pelo controle de𝑚 𝑎 , mantido F 
praticamente constante, já que nesse motor a mistura combustível – ar deve 
manter certa qualidade para que seja possível a propagação da chama na 
câmara de combustão, a partir da faísca da vela. Um sistema de injeção garante 
que a cada variação de 𝑚 𝑎 haja uma variação de 𝑚 𝑐 de modo a manter F 
constante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
7) Controle ou variação da potência do motor (cont.): 
 
 
 Já no motor Diesel não há problemas quanto a propagação da chama, 
já que a combustão, sendo por autoignição realiza-se igualmente em qualquer 
ponto da câmara. Desta forma, mantida a rotação constante, mantém-se 
𝑚 𝑎 constante e a potência pode ser variada pela variação de F dosando-se mais 
ou menos combustível no mesmo ar, por meio de uma bomba injetora. 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
8) Consumo Específico(Ce): 
 
 
É a relação entre o consumo de combustível e a potência efetiva. 
 
Ce = 
𝑚 𝑐
𝑁𝑒
 (kg/CVh, kg/kWh, etc.) 
 
Pode-se verificar que está diretamente ligado à eficiência global, de fato, pela 
equação: 
 
Ce = 1/(PCI . ηg) 
 
Ou com PCI em kcal/kg e Ce em kg/CVh: 
 
Ce = 632/(PCI . ηg) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
9) Relações envolvendo pressão média: 
 
 Durante o ciclo termodinâmico desenvolvido no fluido ativo de um 
motor de combustão interna, o trabalho pode ser obtido por: 
 
𝑊𝑖 = 𝑝𝑑𝑉 
onde Wi é o trabalho indicado e correspondente à área dociclo desenhada pelo 
diagrama p-V. 
 
 Define-se pressão média do ciclo ou pressão média indicada, como 
sendo uma pressão que aplicada constantemente na cabeça do pistão ao longo 
do curso de expansão, produziria o mesmo trabalho do ciclo. 
 
 
1- Motor Alternativo 
 
9) Relações envolvendo pressão média (cont.): 
 
𝑊𝑖 = 𝑝𝑑𝑉 = pm . A . S = pm . V 
Logo, 
 
Pmi = Wi /V 
 
1- Motor Alternativo 
 
9) Relações envolvendo pressão média (cont.): 
 
1- Motor Alternativo 
 
9) Relações envolvendo pressão média (cont.): 
 
1- Motor Alternativo 
Lembrando que Ni = Wi n/x pode-se escrever: 
 
Ni = 
𝑝𝑚𝑖 . 𝑉 .𝑛 
𝑥
 =>pmi = 
𝑥 .𝑁𝑖
𝑉 .𝑛
 
 
Analogamente: 
 
a) Pressão média efetiva: pme= 
𝑥 .𝑁𝑒
𝑉 .𝑛
 
 
b) Pressão média de atrito: pma= 
𝑥 .𝑁𝑎
𝑉 .𝑛
 
 
c) Pressão média calorífica: pmq= 
𝑥 .𝑄 
𝑉 .𝑛
 
 
 
9) Relações envolvendo pressão média (cont.): 
 
1- Motor Alternativo 
pmi= pme + pma 
 
 
ηm = pme / pmi 
 
 
ηt = pmi / pmq 
 
Alem disto temos que: 𝑇 = 
𝑝𝑚𝑒 .𝑉
𝑥
= 𝑘 . 𝑝𝑚𝑒 
 
O que mostra que o troque é proporcional a pressão média efetiva, ou 
seja pme é máximo na condição de torque máximo.