Um motor alternativo utiliza o movimento linear de um ou mais pistões para converter a pressão do fluido em trabalho mecânico, geralmente na forma de movimento rotativo. Este processo permite a produção de energia mecânica, essencial para inúmeras aplicações industriais e de transporte. Em contraste, as máquinas rotativas, como as turbinas ou o motor Wankel, geram energia diretamente através do movimento rotativo dos seus componentes.
O motor alternativo, também conhecido como motor a pistão, é uma categoria de motores amplamente reconhecida e utilizada. Dentre estes, os motores de combustão interna são os mais comuns, pois são massivamente utilizados na fabricação de veículos automotores, desde automóveis até motocicletas e caminhões, devido à sua eficiência e capacidade de produzir grande quantidade de energia.
Embora neste artigo nos concentremos nos motores alternativos térmicos, é importante destacar que existem outros tipos de motores alternativos. Estes incluem motores elétricos alternativos, que convertem energia elétrica em movimento linear ou rotativo, e motores pneumáticos ou hidráulicos, que utilizam ar comprimido ou fluidos pressurizados para gerar movimento.
Tipos de motores alternativos
Os motores alternativos podem ser classificados de muitas maneiras diferentes. As principais formas de classificação são as seguintes:
- De acordo com a disposição dos cilindros do motor. Podem ser: inline se todos os cilindros estiverem dispostos em uma única fileira, V se os cilindros estiverem dispostos em duas fileiras que formam um "V", Boxer (oposto) se estiverem dispostos horizontalmente em duas fileiras opostas e radial se l O os cilindros são dispostos em torno de um eixo central, comumente usado em aviões.
- De acordo com o deslocamento: O deslocamento refere-se ao volume total deslocado por todos os pistões do motor durante uma revolução completa do virabrequim. É medido em litros ou centímetros cúbicos (cc).
- De acordo com a taxa de compressão: A taxa de compressão é a relação entre o volume total do cilindro quando o pistão está no ponto mais baixo e o volume quando o pistão está no ponto mais alto.
- De acordo com a relação entre diâmetro e curso: o diâmetro é a largura do cilindro e o curso é a distância que o pistão percorre dentro do cilindro. Os motores podem ter curso curto, curso longo ou curso quadrado (diâmetro e curso iguais).
- De acordo com o número de movimentos em cada ciclo: aqui distinguimos os motores de dois tempos , em que o motor completa um ciclo de potência em dois movimentos do pistão (uma revolução do virabrequim), e o motor de quatro tempos, que realiza um ciclo de potência em quatro movimentos do pistão (duas rotações do virabrequim).
Classificação dos motores de combustão alternativa
Os motores de combustão são divididos principalmente em duas categorias:
- Motor a gasolina (motor Otto): Utiliza uma vela para iniciar a combustão da mistura ar-combustível. Comumente encontrado em carros e motocicletas. Eles também são conhecidos como motores de ignição por centelha.
- Motor Diesel: A combustão é iniciada comprimindo o ar do cilindro, o que aumenta a temperatura o suficiente para inflamar o combustível. Utilizado em veículos pesados, máquinas e geradores. Também é conhecido como motor de ignição por compressão.
Outros tipos de motores alternativos
Além dos motores endotérmicos, existem outros tipos de motores alternativos que também possuem aplicações importantes:
- Máquina a Vapor: Fundamental na Revolução Industrial, utiliza vapor d'água para movimentar pistões e gerar energia mecânica.
- Motor Stirling: utiliza a compressão e expansão de um gás em diferentes temperaturas para produzir energia. É eficiente e silencioso, com aplicações em energias renováveis e sistemas de refrigeração.
Tipos de motores de ignição por centelha
Os principais tipos de motores de ignição por centelha são os seguintes:
- Motor a gasolina: É a versão mais comum, pois está instalado em grande parte dos automóveis. Possui duas opções de abastecimento de combustível: um injetor e um carburador.
- Motor carburador. Uma característica é a produção de uma mistura de combustível e gás em um misturador especial, o carburador. Anteriormente, esses motores a gasolina prevaleciam; Agora, com o desenvolvimento dos microprocessadores, seu campo de aplicação está diminuindo rapidamente.
- Motor de injeção. Uma característica é o recebimento da mistura de combustível no coletor ou nos cilindros do motor que alimentam o sistema de injeção de combustível.
- Motores a gás. Motor que queima hidrocarbonetos gasosos como combustível em condições normais: misturas de gases liquefeitos, gases naturais comprimidos, gases obtidos pela conversão de combustível sólido em combustível gasoso. Como combustível sólido, utiliza-se carvão, turfa e madeira.
Esses motores são amplamente utilizados, por exemplo, em usinas de pequena e média potência, utilizando gás natural como combustível (na área de alta potência reinam as unidades de turbina a gás).
Tipos de motores de ignição por compressão
Os motores de ignição por compressão, conhecidos como motores diesel, são caracterizados pela ignição do combustível através da compressão do ar no cilindro. Dentro desta categoria, existem vários tipos proeminentes.
Motor dois tempos
O motor diesel de dois tempos realiza um ciclo completo em dois movimentos de pistão e é utilizado em aplicações onde são necessárias alta potência e densidade, como em navios e máquinas pesadas. Este tipo de motor tem um design mais simples, mas pode ser menos eficiente e mais poluente do que os motores de quatro tempos.
Motor de quatro tempos
Por outro lado, o motor diesel de quatro tempos completa um ciclo em quatro movimentos de pistão: admissão, compressão, combustão e escape. É o tipo mais utilizado em veículos de passeio, caminhões e geradores devido à sua maior eficiência e limpeza em relação aos motores dois tempos.
motor de injeção direta
O motor diesel de injeção direta injeta o combustível diretamente na câmara de combustão, oferecendo melhor eficiência de combustível e maior potência, sendo este o tipo utilizado na maioria dos veículos diesel modernos. Em contraste, o motor diesel de injeção indireta injeta combustível em uma câmara de pré-combustão antes de entrar no cilindro principal, proporcionando uma combustão mais suave, embora com menor eficiência, e é usado em aplicações mais antigas e em alguns motores pequenos.
Motores diesel de alta velocidade
Os motores diesel de alta velocidade são projetados para operar em altas rotações por minuto (RPM) e são usados em veículos comerciais leves e equipamentos de construção. Em contraste, os motores diesel de baixa velocidade operam em baixas RPM e são comuns em aplicações marítimas e geradores de grande escala devido à sua alta durabilidade e eficiência de combustível. Estes vários tipos de motores diesel atendem a uma ampla gama de necessidades e aplicações, cada um com suas vantagens específicas em termos de eficiência, potência e durabilidade.
História do motor alternativo
A história do motor alternativo tem suas raízes no mecanismo de manivela, um dos primeiros exemplos de conversão de movimento rotativo em movimento alternativo. As manivelas mais antigas apareceram na China durante a Dinastia Han (202 AC-220 DC). Várias serrarias na Ásia romana e na Síria bizantina durante os séculos III a VI dC empregavam mecanismos de biela que convertiam o movimento rotativo de uma roda d'água no movimento linear das lâminas de serra. Em 1206, o engenheiro árabe Al-Jazari inventou o virabrequim, um componente crucial na evolução dos motores alternativos.
O desenvolvimento significativo de motores alternativos ocorreu na Europa durante o século XVIII. Primeiro surgiram os motores atmosféricos, seguidos pelos motores a vapor, que revolucionaram a indústria. No século XIX, o motor Stirling e o motor de combustão interna foram desenvolvidos, inaugurando uma nova era na tecnologia de motores.
Hoje, o tipo mais comum de motor alternativo é o motor de combustão interna, que funciona com gasolina, diesel, gás liquefeito de petróleo (GLP) ou gás natural comprimido (GNC). Estes motores são essenciais para a propulsão de veículos automotores e para o funcionamento de centrais elétricas, destacando-se pela sua eficiência e versatilidade em múltiplas aplicações industriais e de transporte.
Terminologia de motor alternativo
Nem todos os motores alternativos correspondem ao esquema descrito, mas as peças essenciais e seu funcionamento são semelhantes.
Abaixo anexamos uma terminologia utilizada universalmente na área de motores de combustão interna ou motores endotérmicos. Esta terminologia é utilizada para indicar algumas dimensões e valores fundamentais deste tipo de motor.
- Ponto morto superior (TDC). Posição do pistão mais próximo do cabeçote. Ponto morto inferior (PMI). Posição do pistão mais distante do cabeçote.
- Ponto morto inferior (PMI). Posição do pistão mais distante do cabeçote.
- Diâmetro (em inglês: Bore). Diâmetro interno do cilindro. Geralmente expresso em milímetros (mm).
- Corrida (em inglês: Stroke). Inclui a distância entre o TDC e o PMI, é igual, com raras exceções, ao dobro do raio do virabrequim do virabrequim. Geralmente é expresso em mm.
- Volume total do cilindro (V1). É o espaço entre a cabeça do cilindro e o pistão quando está em PMI. Geralmente é expresso em cm3.
- Volume da câmara de combustão (V2). Está entre a cabeça do cilindro e o pistão quando está no PMS. Geralmente é expresso em cm3.
- Volume deslocado pelo pistão ou deslocamento (V1 - V2). É o gerador do pistão em seu movimento alternativo de TDC para BDC: Geralmente é expresso em cm3.
- Taxa de compressão volumétrica (
). Isto é entendido como a diferença entre o volume total do cilindro V1 e o volume da câmara de combustão V2. Em geral, é simplesmente chamado de taxa de compressão:
