Rendimento e Configuração de Motores Térmicos

Rendimento Térmico

O rendimento térmico será tanto maior quanto maior a temperatura alcançada na combustão e menor a perda de calor. A quantidade de calor ganho é uma função da massa de combustível consumido por unidade de tempo e da potência de aquecimento deste. O rendimento térmico pode ser definido como a relação entre a potência efetiva e a saída de calor do combustível. As perdas por conta de gases de escape são de aproximadamente 35% em motores Otto e 30% em motores Diesel. O sistema de refrigeração evacua aproximadamente 30% do calor do motor em ambos os tipos. Dos 100% da energia calorífica da combustão do combustível, os motores térmicos são capazes de transformar termicamente apenas entre 35% e 50%.

Rendimento Mecânico

O rendimento mecânico é expresso como a relação entre a potência efetiva obtida no eixo do motor e a potência indicada obtida no diagrama de trabalho, que expressa o trabalho interno dentro do cilindro sem perdas mecânicas. As perdas de caráter mecânico consideradas para determinar o rendimento mecânico são: a energia usada para transmitir o movimento do pistão ao eixo de saída, principalmente devido ao atrito entre o segmento e o cilindro, e o atrito dos rolamentos e peças do virabrequim. Também consome energia o sistema de dispositivos auxiliares de distribuição, como a bomba de água e a bomba cujo trabalho é usado para introduzir e extrair o gás do cilindro. O conjunto de perdas mecânicas é entre 10% e 15%.

Rendimento Global

O rendimento global é obtido a partir do balanço entre a perda total e 100% da energia consumida no combustível, dando origem ao rendimento real do motor.

Perdas e Rendimento por Tipo de Motor

Motor Otto:

• Perdas térmicas: 60% a 65%
• Perdas mecânicas: 10% a 15%
• Perdas totais: 70% a 75%
• Rendimento: 25% a 30%

Motor Diesel:

• Perdas térmicas: 50% a 60%
• Perdas mecânicas: 10% a 15%
• Perdas totais: 60% a 70%
• Rendimento: 30% a 40%

Eficiência Volumétrica

A eficiência volumétrica é definida como o grau de eficiência com que se consegue encher o cilindro. É expressa como a relação entre a massa de gás que entra no cilindro em um ciclo e a massa teórica que ocuparia o volume do cilindro nas condições de referência.

Torque

O torque é uma função da força aplicada na biela e do comprimento do "cotovelo" do virabrequim, que é o mesmo que a metade do curso do pistão.

Potência

A potência é definida como a quantidade de trabalho realizado em um determinado tempo.

Fatores que Afetam o Motor

Fatores que determinam a alimentação ou o enchimento do motor:

• Cilindrada
• Número de cilindros
• Relação de compressão
• RPM (rotações por minuto)

Motores Policilíndricos

Para pequenas cilindradas, abaixo de 800 cm³, são usados motores de 2 e 3 cilindros, amplamente utilizados em motocicletas. Para cilindradas que excedem 1 litro, são construídos motores de 4 cilindros. Motores Diesel de 8 e 10 cilindros usam grandes dimensões e baixa rotação, com volume unitário de até 2 litros. São produzidos motores de 6, 8, 10 e 12 cilindros. Devido à grande força da explosão, requerem virabrequins muito robustos. Em motores para veículos de passeio, a tendência é usar cilindros unitários relativamente pequenos, de 250 a 500 cm³, o que implica certas vantagens em seu comportamento.

Disposição dos Cilindros

As dimensões externas dos motores devem caber no compartimento dos carros. Motores de 6 cilindros em linha, por exemplo, são muito longos e altos, e o virabrequim está sujeito a vibrações de torção excessivas. Os motores são classificados pela sua disposição de cilindros em: cilindros em linha, cilindros em V, horizontalmente opostos (boxer).

Motores em V

Os motores em V são formados por duas bancadas de cilindros dispostas em forma de V, cujo ângulo é geralmente de 90° ou 60°. Também existem motores em V estreito, com ângulos de até 15°. Com esta configuração, obtém-se um tamanho de motor menor, embora mais largo. Esta disposição é mais aplicada a motores de 6 ou mais cilindros.

Motores em W

Os motores em W são usados em configurações de 8 ou 12 cilindros. São compactos e podem ser classificados como uma variação dos motores em V, o que reduz o comprimento do bloco e do virabrequim.

Motores Boxer

Nos motores Boxer, os cilindros são dispostos horizontalmente opostos, unidos pela base com um virabrequim comum. É essencialmente um motor em V com um ângulo de 180°. A altura deste motor é muito pequena. São fabricados com 2, 4 ou 6 cilindros.

Número de Cilindros e Ordem de Ignição

A ordem de ignição determina a sequência de pulsos que cada pistão recebe. Geralmente, começa pelo lado do volante do motor, contra a inércia. Em motores com bancadas de cilindros (como em V ou Boxer), a numeração dos cilindros geralmente começa pela bancada esquerda (vista de frente para o motor) e depois pela bancada direita, seguindo a mesma lógica de numeração.