sábado, 20 de junho de 2015

TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - CONCEPÇÃO MECÂNICA E CICLOS TÉRMICOS



Os motores de combustão interna podem ser de vários tipos. As variações passam por concepção, arranjo mecânico, arquitetura da unidade e ciclo térmico, entre outros. A coexistência de tantos tipos se justifica por haver um imenso leque de aplicações existentes, com requisitos preponderantes  bastante diferenciados, incluindo fatores críticos para algumas aplicações. De maneira que, na escolha de um motor, a relevância comparativa para cada componente do desempenho característico dependerá do tipo de aplicação pretendida. Como bem dizem; se as necessidades são diversas, as soluções tendem a serem múltiplas.

Atualmente, a variedade de tipos de motores de combustão interna conhecidos é imensa, e o número de variantes tipológicas é igualmente abundante. Pois, desde o surgimento dos primeiros motores de combustão interna práticos, que começaram a ser comercializados na década de 1860 por Lenoir, a quantidade de tipos que se afirmaram e continuam em produção é considerável. Há também os que não conseguiram obter êxito comercial, mas que por algum motivo continuam a serem considerados como uma possibilidade futura. E noutra ponta, há aqueles que chegaram a se afirmar, mas, que depois de  algum tempo foram suplantados pela concorrência, tendo sua concepção se tornado obsoleta, e devido a sua por sua importância histórica não merece ser esquecido, sendo o exemplo mais significativo os motores de dois tempos sem fase de compressão de Lenoir e os atmosféricos de Nikolas Otto - também sem ciclo de compressão.

Agrupar os tipos de motores não parece mesmo ser tarefa fácil, pois além da grande variedade existente, os parâmetros tipológicos são inúmeros e nem sempre convergentes.  A necessidade de agrupamento pode passar por concepção e arranjo mecânicos, arquitetura da unidade, tipo de combustível, tipo de refrigeração, ciclo térmico etc.  Então, pensando em ilustrar o assunto de uma forma mais simples, montei a tabela abaixo baseada em quatro grandes parâmetros para definição e agrupamento de tipos, onde :

Arranjo mecânico.......................................: Define o agrupamento de modelos de associação de tipos de componentes mecânicos elementares utilizados na concepção do motor. Os diversos arranjos básicos podem produzir ciclos de combustão em ambiente interno que podem ser classificados em dois grandes grupos, o de variação volumétrica e o de volume constante. Nessa coluna também são indicados a manutenção do fluxo.

Separação das fases dos ciclo térmico.......: Refere-se a abstração do modo como as fases que constituem um ciclo térmico estão separadas. Podendo a delimitação ocorrer temporal ou espacialmente. Na separação temporal, o arranjo produz variação volumétrica e as fases estão encadeadas pelo tempo, se alternando dentro de um mesmo espaço físico que varia em volume, de forma cíclica. Enquanto na separação espacial o volume das câmaras são fixos e as fases se processam de forma contínua, ao mesmo tempo, em espaços distintos encadeados fisicamente.

Implementação do encadeamento de fases do ciclo térmico...: Diz respeito a forma como o encadeamento das fases de combustão é conduzido ou  processado no motor., agrupando aquelas semelhantes.

Ciclo teóricos associados.............................: Indica os diversos ciclos teóricos que podem ser associados a determinado tipo de arranjo, considerando os tipos de implementação de ciclo térmico.


ARRANJO MECÂNICO IMPLEMENTAÇÃO DO CICLO TÉRMICO CICLOS TEÓRICOS ASSOCIADOS
SEPARAÇÃO DE FASES ENCADEAMENTO DE FASES
Cilindro e pistão – variação volumétrica por movimento alternativo. Temporal Sequencial em 2 tempos mecânicos Otto (Beau de Rochas)
Diesel
Ciclos sem compressão
Sequencial em 4 tempos mecânicos Otto (Beau de Rochas)
Diesel
Pistão rotativo – variação volumétrica por movimento rotativo (rotor Wankel) Temporal Sequencial em 4 tempos mecânicos Otto (Beau de Rochas)
Diesel
Tubo de jato – volume fixo Temporal Sequencial – assíncrono Pulsojato
Espacial Paralelo Estatojato (Hanjet)
Turbina a gás – volume fixo Espacial Paralelo Bryton




CONSIDERAÇÕES SOBRE OS TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

Uma das coisas que se pode perceber logo de início olhando a tabela acima é que entre os motores de variação volumétrica um tipo de arranjo mecânico pode servir de base para diversos subtipos, atendendo diferentes ciclos de funcionamento. Na prática, por vezes acontece de serem tão semelhantes que podem ter seu ciclo de funcionamento convertido, especialmente para os motores de cilindro e pistão. No Brasil isso se deu em pequena escala, durante a crise do petróleo dos anos 1970, quando motores de ciclo Otto dos caminhões Chevrolet C-60 foram convertidos para o ciclo diesel. Conforme post do site Auto Entusiastas, a receita consistia, a grosso modo, da substituíção dos pistões para elevação da taxa de compressão, troca do cabeçote por outro do motor diesel do Mercedes Benz 1113 e substituíção do sistema de ignição por uma bomba injetora.
Em outros casos, o fabricante pode utilizar um projeto de um motor de um ciclo como base para um novo motor de outro ciclo. Isso também vimos no Brasil com o lançamento da Kombi Diesel na década de 1980. O motor do utilitário mais parecia uma versão uma versão diesel do motor AP 1.6 do Passat.

Um outro destaque revelado pela tabela é que a solução de cilindro e pistão é a mais encontrada nos diversos tipos de combinações. Não é uma situação recente, pois, os primeiros motores de combustão voltados para o trabalho prático a obterem sucesso foram baseados nesse arranjo, iniciando com a máquina a vapor de Newcomen e posteriormente de James Watt, ambas motores de combustão externa. Os motores de Lenoir, de Otto, de Diesel e de Akroyd Stuart (motores de bulbo quente) foram concebidos a partir desse arranjo.

Os motores de pistão e cilindro, conhecidos popularmente como "motores alternativos" devido ao movimento de vai e vem do pistão, reinaram, quase que absolutos, nas primeiras décadas de vida dos motores de combustão interna. Atualmente ainda  predominam entre os tipos de motores de combustão interna produzidos.  É o arranjo mais utilizado para produzir motores de motocicletas, automóveis, ônibus, caminhões, máquinas agrícolas, tratores. trens, barcos, grupo moto-geradores, pequenas termelétricas e navios, além de outros menos difundidos. Uma das grandes vantagens é a relativa facilidade de produção devido a  sua simplicidade construtiva e a relativa boa tolerância para de folgas e medidas. Por outro lado, essa configuração básica pode gerar inúmeras arquiteturas e variações de arranjo que resultam em diversos subtipos com desempenhos característicos diversos. Dessa forma os motores alternativos formam uma extensa família apta a atender um grande leque de tipo de aplicações.

 CONCORRÊNCIA ATIVA ENTRE OS TIPOS

A partir da década de 1960, o rápido desenvolvimento prático da turbina a gás e o domínio de sua presença na aviação comercial e bélica, levou muitos a especularem que os motores alternativos também perderiam espaço para a turbina em diversas aplicações de larga difusão, tais como a automotiva e transporte rodoviário.  Algo que não se concretizou, pois por um lado o custo de produção das turbinas não caiu como previsto, e por outro lado, a evolução dos sistemas agregados como a introdução da injeção eletrônica, desenvolvimento de novos lubrificantes, melhoria da qualidade dos combustíveis,  emprego de novos materiais e aplicação de novas técnicas construtivas somados a uma miscelânea de melhoramentos de outras ordens,  resultaram em sensível redução de consumo, diminuição da relação peso/potência e ganhos em durabilidade e fiabilidade dos motores alternativos

A evolução tecnológica pode incrementar em muito o leque de aplicações em que um tipo de motor é competitivo. Um exemplo bastante visível é a evolução dos motores alternativos de ciclo Diesel. Até bem poucas décadas tidos como motores lentos e pesados próprios apenas para aplicações pesadas, onde a economia de combustível fosse o principal foco. Com a evolução tecnológica, surgiu o motor diesel ligeiro inserido novos patamares de leveza, potência e velocidade. Desde então o motor diesel vem conquistando grandes fatias de mercado em aplicações onde não era considerado uma opção viável, como a dos automóveis de passeio e aeronaves.

Muitas vezes, mudanças de contexto como variação de oferta e preço de combustíveis, políticas ambientais e crises mundiais pressionam a necessidade do desenvolvimento tecnológico, abrindo espaço para novas soluções, para o desenvolvimento de novos inventos e para o refinamento da tecnologia existente. Também é comum, alguns tipos de motor perderem competitividade devido a imposições dessa ordem.  Caso do motor a gasolina de dois tempos que detinha boa fatia na motorização de ciclomotores, motocicletas e máquinas agrícolas, mas que por conta implantação de leis antipoluição não conseguiram se adequar as restrições de emissões de poluentes e foram praticamente banidas em tais aplicações.



VÍDEOS SOBRE O ASSUNTO DISPONÍVEIS NO YOUTUBE

 

Motor alternativo de ciclo Otto a 4 tempos


Motor alternativo de ciclo Otto a 2 tempos


Motor alternativo de ciclo Diesel a 4 tempos


Motor alternativo de ciclo Diesel a 2 tempos


Motor rotativo Wenkel de ciclo Otto a 4 tempos


Turbina a gás - ciclo Bryton


Motor tipo tubo de jato - Pulsojato


Motor Pulsojato em funcionamento


PARA SABER MAIS...



Sobre o desenvolvimento do motor de combustão interna




Sobre tecnologia dos motores de combustão interna atuais

Surgiro a apostila do Professor da Unijuí, Luis Carlos Martinelle Júnior, disponibilizada no site Saúde e Trabalho: Motores de Combustão Interna, em: https://fabioferrazdr.files.wordpress.com/2008/08/mci.pdf

Um comentário: