Embed Size (px)
DESCRIPTION
Trabalho escrito sobre os motores a dois tempos
Citation preview
SANTARÉM
2009
INSTITUTO POLITÉCNICO DE SANTARÉM
ESCOLA SUPERIOR AGRÁRIA DE SANTARÉM
CURSO DE LICENCIATURA EM ENGENHARIA DA
PRODUÇÃO ANIMAL
ESTUDO SOBRE O MOTOR A DOIS TEMPOS
Trabalho com vista à dispensa da parte prática
da unidade curricular de Agricultura Geral e Máquinas Agrícolas I
David Quintino – nº2439 Marcos Vechini – nº2676 Daniel Mirrado – nº2709
Raphael Lucas – nº090318013
1
ÍNDICE GERAL
1 – INTRODUÇÃO HISTÓRICA .................................................................. 2
2 – OBJECTIVOS ........................................................................................ 4
3 – MOTOR A DOIS TEMPOS .................................................................... 4
3.1 – Definição ..................................................................................................... 4
3.2 – Constituição ................................................................................................. 4
3.3 – Funcionamento ............................................................................................ 8
3.4 – Enquadramento ......................................................................................... 10
3.5 – Avarias, manutenção e melhorias .............................................................. 11
4 – MOTOR A DOIS TEMPOS vs. MOTOR A QUATRO TEMPOS ........... 12
5 – CONCLUSÕES .................................................................................... 13
6 – BIBLIOGRAFIA .................................................................................... 14
2
1 – INTRODUÇÃO HISTÓRICA
A invenção do motor a vapor no século XVIII e a Revolução Industrial, vieram
mudar completamente a tecnologia no transporte e na mecanização. A teoria
fundamental dos motores de combustão interna de dois tempos foi publicada
por Nicolas Léonard Sadi Carnot, inventor do ciclo de Carnot, em 1824. O
primeiro motor de combustão interna foi construído em 1860 por Étienne
Lenoir, constituído por um único cilindro e tinha um elevado consumo de
carvão. Dois anos depois, Beau de Rochas estabeleceu os fundamentos para
o funcionamento dos motores de combustão interna:
1. Relação superfície-volume do cilindro deve ser a menor possível;
2. Processo de expansão deve ser o mais rápido possível;
3. Expansão máxima possível;
4. Pressão máxima possível no início da expansão;
Os dois primeiros pontos têm como objectivo reduzir a perda de calor através
do cilindro. O terceiro ponto considera que quanto maior expansão (curso do
êmbolo) maior é o trabalho produzido e o quarto ponto considera que quanto
maior a pressão maior é o trabalho produzido na expansão. Em 1876,
Nikolaus August Otto construiu um motor com melhores performances,
reinventando o princípio do motor de quatro tempos, proposto por Beau de
Rochas e em seguida esquecido. Já em 1893 Rudolf Diesel descreve um
novo tipo de motor de combustão interna diferente do motor de Otto,
utilizando como combustível o óleo diesel. Assim os motores de combustão
interna são classificados em relação ao seu princípio de funcionamento
baseado no ciclo Otto ou no ciclo Diesel. O ciclo de funcionamento é o
conjunto de transformações na massa gasosa no interior da câmara de
3
combustão, desde a sua admissão, até a sua eliminação para o exterior
(escape). Os motores baseado no ciclo Otto ou de ignição por centelha,
utilizam a energia da centelha elétrica da vela de ignição para dar início a
reação de combustão, enquanto que os motores do ciclo diesel ou motores
de ignição por compressão utilizam o aumento da temperatura devido a
compressão de ar dentro da câmara. Após a compressão, o combustível é
pulverizado na massa de ar quente dando início a combustão. Ambos os
ciclos podem ser completados em dois ou quatro movimentos do êmbolo.
Quando o motor completa o seu ciclo em dois movimentos do êmbolo (ou
uma volta da cambota) é chamado de motor de dois tempos e quando
completa o ciclo em quatro movimentos do êmbolo (ou duas voltas da
cambota) é chamado motor de quatro tempos.
O motor de combustão interna foi convencionado a ser utilizado para o
trabalho e transporte, devido as suas características, a flexibilidade para
rodar em diversas velocidades, potência para propulsão de diversos tipos de
veículos. O desenvolvimento do motor a dois tempos pareceu ser um passo
revolucionário na mecanização, pois devido a sua simplicidade e aparente
potência prometia fazer esquecer o motor a quatro tempos. Com a passagem
dos tempos isso não aconteceu, sendo o motor a 4 tempos o mais
diversificado em todo o mundo e objecto de inúmeros melhoramentos. O
motor a dois tempos, por outro lado, manteve a sua estrutura muito
semelhante a inicial e devido a factores importantes como a eficiência e
poluição tem havido a tendência de desaparecer do mercado.
4
2 – OBJECTIVOS
Com este estudo pretendeu-se aprofundar os nossos conhecimentos sobre o
motor a dois tempos desenvolvendo uma pesquisa sobre a sua história, como
se pode definir, como se constitui, como funciona, quais os cuidados de
manutenção, as avarias e melhoramentos que se podem fazer e
comparando-o com o motor a quatro tempos.
3 – MOTOR A DOIS TEMPOS
3.1 – Definição
O motor de combustão interna pode ser genericamente definido como um
órgão, composto por partes fixas e partes móveis, que tem como objectivo
converter a energia química do combustível em energia mecânica, facultando
assim movimento ao corpo no qual se enquadra. O motor a dois tempos pode
ser definido como um motor de combustão interna que por cada
transformação de energia (explosão), o pistão percorre duas vezes o cilindro.
3.2 – Constituição
A seguir passamos a descrever os constituintes que integram o motor a dois
tempos. Mecanicamente é bastante simples e possui poucas peças móveis.
Este divide-se em duas partes, o cárter e o cilindro. O cárter é uma câmara
selada herméticamente, normalmente em aço estampado, é o órgão que
fecha o bloco na sua parte inferior e também serve como depósito de
combustível para o motor.
5
Figura 3 - Representação de um cárter.
No seu interior possui um contrapeso que encontra-se ligado ao eixo da
cambota, e suporta este mesmo. Na sua extremidade, o contrapeso liga-se a
biela que tem como função transformar o movimento rectilíneo do êmbolo em
movimento circular contínuo na cambota. A biela apresenta o formato de uma
barra (corpo) com orifícios nas extremidades. O orifício superior de menor
diâmetro é denominado de “pé” onde liga-se ao êmbolo, o orifício inferior de
maior diâmetro é denominado de “cabeça”. A cabeça da biela é separada em
duas partes, sendo fixadas por meio de parafusos, a fim de fazer a união da
biela com a cambota. Entre o pé da biela e o êmbolo e a cabeça da biela e a
cambota, são colocadas os casquilhos, confeccionados em bronze e
revestidas de uma liga metálica antifricção, prolongando a vida útil do motor e
evitando o desgaste.
Figura 4 - Representação de uma biela.
6
O êmbolo encontra-se no interior do cilindro, é o órgão do motor que recebe o
movimento de expansão dos gases. Está preso à biela através do pino do
êmbolo, possui um movimento rectilíneo alternativo que dá movimento à
biela. O êmbolo possui três partes principais: o topo, que é a parte superior,
levemente concava quando possui um deflector, que tem como função
direcionar os gases no interior do cilindro. A cabeça, onde estão localizadas
as ranhuras para a colocação dos anéis de segmento, e por fim a saia, parte
abaixo do orifício do pino do êmbolo.
Figura 5 - Êmbolo com deflector.
É desejável que o êmbolo seja tão leve quanto possível, sem porém, diminuir
sua resistência e desgaste.
Os anéis de segmento estão localizados nas ranhuras da cabeça do êmbolo,
suas principais funções são:
1. Efectuar a vedação da câmara de combustão, retendo a compressão;
2. Reduzir a área de contacto entre as paredes do êmbolo e do cilindro;
3. Controlar o fluxo de óleo nas paredes do cilindro;
4. Dissipar o calor do êmbolo pelas paredes do cilindro;
7
Existem dois tipos de anéis, de vedação e de lubrificação. Os anéis de
lubrificação estão localizados na parte inferior do êmbolo e os de vedação na
parte superior do êmbolo.
Figura 6 - Anéis de segmento.
Na extremidade superior do cilincro encontra-se a vela de ignição,
responsável pela ignição da mistura de combustível. Nas extremidades
laterias do motor econtra-se ainda dois orifícios, um de admissão (janela de
admissão) que é responsável por admitir a mistura do combustível
(ar/gasolina/óleo) para o interior do cárter e outro de escape (janela de
escape) que é responsavel por remover os gases provenientes da combustão
que encontram-se no interior do cilindro. No interior encontra-se ainda outra
janela, a janela de transferência. Esta permite a passagem da mistura do
combustível do cárter para a câmara de combustão.
8
Figura 7 - Constituição de um motor a dois tempos.
3.3 – Funcionamento
No motor a dois tempos o seu ciclo é constituído por apenas dois tempos,
deste modo realiza compressão/admissão e combustão/escape em apenas
dois movimentos do êmbolo. O próprio êmbolo funciona como válvula
deslizante, abrindo e fechando as janelas (admissão, escape e transferência),
por onde a mistura é admitida e os gases queimados são expulsos.
No primeiro tempo o êmbolo ascende, fechando a janela de escape e de
transferência, abrindo a janela de admissão. De seguida comprime
(Compressão) a mistura no cilindro e produz vácuo no cárter. Aproximando-
se do ponto morto superior (PMS), dá-se a admissão (Admissão) de uma
nova mistura de combustível no cárter, vindo do carburador devido ao vácuo
que se formou durante a subida do êmbolo. A seguir dá-se a ignição, por
meio de uma faísca eléctrica da vela e a consequente combustão da mistura
combustível.
vela de ignição
janela de transferência
pistão/êmbolo
contrapeso
biela
janela de admissão
janela de escape
câmara de combustão
cárter
9
Figura 8 - Esquema do funcionamento de um motor a dois tempos (1º tempo).
No segundo tempo os gases da combustão expandem-se (Combustão),
fazendo o êmbolo descer, produzindo trabalho e transferindo movimento à
cambota. Ao descer, fecha a janela de admissão e comprime a mistura de
combustível no cárter. Aproximando-se do ponto morto inferior (PMI), o
êmbolo abre a janela de escape, permitindo a saida dos gases que não foram
gastos na combustão (Escape).
Ao mesmo tempo dá-se a abertura da janela de transferência, a mistura
comprimida no cárter invade o cilindro, expulsando os gases queimados que
ainda restam na câmara de combustão. Assim volta-se ao ponto inicial,
repetindo-se o ciclo.
Figura 9 - Esquema do funcionamento de um motor a dois tempos (2º tempo).
10
3.4 – Enquadramento
Ainda é habitual encontrar motores a dois tempos em diversos transportes e
equipamentos tal como: motorizadas, motosserras, equipamentos de
jardinagem, geradores eléctricos portáteis, rádio-modelismo, motociclos de
estrada, todo-o-terreno e água (como jet skis).
Figura 10 - Da esquerda para a direita: moto-roçadeira e kart.
Figura 11 - Da esquerda para a direita: carro telecomandado e motosserra.
11
3.5 – Avarias, manutenção e melhorias
As avarias mais comuns nos motores a dois tempos são: a falta de lubrifição,
o que impede o funcionamento do motor ou então o excesso de lubrificação
(que pode impedir a ignição e posterior combustão da mistura); e o desgaste
das peças do motor ou o isolamento do cárter (que poderá reduzir a
performance do motor).
A manutenção do motor a dois tempos é semelhante à do motor a quatro
tempos. No motor a dois tempos somente existe a necessidade de ter em
atenção, utilizando o óleo misturado à gasolina nas quantidades adequadas
(25ml por cada litro de gasolina).
Devido a sua simples constituição, a performance do motor a dois tempos
poderá ser melhorada simplesmente aumentando o diâmentro das janelas de
admissão e escape ou aumentando o curso do cilindro (aumento da taxa de
compressão). Já uma inovação que poderá melhorar bastante a imagem do
motor a dois tempos é a proposta de pesquisadores do Departamento de
Energia dos Estados Unidos. A inovação é um pequeno separador que
removerá o óleo e os gases não queimados na combustão do sistema de
escape do motor, sem comprometer seu desempenho. O separador recolhe o
gás saído do motor e o faz girar em alta velocidade, assim dá-se uma
separação por centrifugação do óleo, gasolina e dos gases mais leves já
resultantes da combustão. Os constituintes mais pesados serão queimados
em uma câmara de pós-combustão ou captados e removidos para reciclagem
12
4 – MOTOR A DOIS TEMPOS vs. MOTOR A QUATRO
TEMPOS
No motor a dois tempos, a sua constituição e funcionamento é bastante
simplificado quando comparado ao motor a quatro tempos. Não necessita de
válvulas de admissão ou escape. Usa a rotação do contrapeso dentro do
cárter pressurizado para forçar o combustível a entrar no cilindro. Em teoria
possui o dobro da potência do motor a quatro tempos, pois realiza o mesmo
trabalho em apenas dois movimentos do êmbolo. Permite o seu
funcionamento em várias posições, devido ao seu sistema de lubrificação.
Possui uma resposta rápida de aceleração.
Mas apesar de o motor a dois tempos aparentar possuir vantagens
significativas em relação ao motor a quatro tempos, na realidade isto não
acontece. Devido ao seu sistema simples de lubrificação, o desgaste do
motor e das suas componenetes é muito mais rápido quando comparado com
um motor a quatro tempos. O motor a dois tempos utiliza o combustível de
uma forma muito menos eficiente (25 a 35% do combustível sai sem ser
aproveitado). São muito mais poluentes, queimando o óleo junto com o
combustível durante a combustão. Aquecem mais, devido a um maior
número de combustões durante o mesmo espaço de tempo.
13
5 – CONCLUSÕES
Após este estudo sobre os motores a dois tempos é possível concluir e
concordar que o motor a dois tempos é economicamente viável nos veículos
de baixa cilindrada e instrumentos mecanizados onde são habitualmente
encontrados, devido à sua simplicidade, reduzido peso, potência e
principalmente um baixo custo de produção. Assim o motor a dois tempos
acaba por apresentar uma melhor relação potência/peso que a maioria dos
motores a quatro tempos. Mesmo assim a sua tendência é para desaparecer
do mercado, pois na maioria dos veículos e máquinas com necessidades de
uma grande cilindrada a sua utilização é economicamente muito pouco
viável, pois a sua manutenção requer custos muito mais elevados e a sua
durabilidade é muito menor quando comaparado a um motor a quatro
tempos.
14
6 – BIBLIOGRAFIA
ATARES, P.; BLANCA, A. (1996) – Tractores y motores agrícolas. 3.ª edición. Madrid, España: Coedición del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación y de Ediciones Mundi-Prensa.
HOW STUFF WORKS (2009) – O básico sobre motores 2 tempos. Disponível
online em: http://hsw.uol.com.br/. Consulta efectuada a 30 de Novembro de 2009.
PROJECTO FORFIE (2009) – Funcionamento de um motor de explosão a
dois tempos. Disponível online em: http://forfie.blogs.sapo.pt/2965.html. Consulta efectuada a 28 de Novembro de 2009.
AMSOIL.NET (2009) – Two-Stroke Engine Applications and Lubrification
Needs. Disponível online em: http://amsoil.net. Consulta efectuada a 27 de Novembro de 2009.
WIKIPÉDIA (2009) – Motor a dois tempos. Disponível online em:
http://www.wikipedia.pt. Consulta efectuada a 28 de Novembro de 2009.
