O que é um motor de combustão interna?
Um motor de combustão interna , também conhecido como motor térmico, é um equipamento mecânico movido a um combustível , como gasolina, gás natural ou diesel. O combustível é introduzido em uma câmara, misturado com oxigênio e, em seguida, inflamado . A explosão é usada para produzir trabalho mecânico, seja empurrando com força um pistão ou propelindo o ar a uma velocidade incrivelmente alta.
Os motores de combustão interna são geralmente classificados em motores de combustão intermitente e motores de combustão contínua . Os motores de combustão intermitente são usados para veículos terrestres e aquáticos, como carros, motocicletas e navios. Os motores de combustão contínua são usados em turbinas a gás, motores a jato e na maioria dos motores de foguetes.
Motores de combustão interna intermitentes
Em um motor de combustão interna intermitente ou alternativo, o combustível é introduzido em uma câmara confinada com um pistão firmemente instalado dentro. A câmara está estacionária, mas o pistão pode se mover. O combustível entra na câmara junto com o oxigênio e é aceso. A explosão impulsiona o pistão para frente com grande força.
O pistão é preso a um virabrequim que se move com o movimento deslizante para frente e para trás do pistão dentro da câmara. Um virabrequim tem a capacidade de transformar o movimento linear do pistão em movimento de rotação. O movimento rotacional é então usado para girar rodas ou lâminas.
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Motores de Combustão Interna Contínua
Um motor de combustão interna contínua é muito diferente, mas ainda envolve a queima de combustível em uma câmara de combustão. Nesse tipo de motor, o ar e o combustível são inflamados na câmara de forma contínua. O ar é sugado para dentro do motor por um compressor de ar que suga e pressuriza o ar para a câmara de combustão. O combustível é introduzido na câmara de combustão e a mistura é inflamada. O ar altamente pressurizado e extremamente quente pode fluir através de uma turbina e para fora do motor com grande força, impulsionando todo o motor para a frente.
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O conceito por trás do motor a jato é na verdade bastante simples: é o mesmo motivo pelo qual um balão é impulsionado para cima se você deixar o ar dentro dele escapar. O ar liberado do balão empurra o ar atmosférico e, por sua vez, o ar atmosférico empurra para trás, impulsionando o balão para frente. Em um avião, o motor empurra os gases de escape para fora, e os gases de escape empurra o motor para frente.
Eficiência dos motores de combustão interna
Os motores de combustão interna também são chamados de motores térmicos, pois transformam o calor de uma explosão em trabalho. No entanto, o calor nunca pode ser transformado completamente em trabalho; sempre há perdas. Na verdade, um engenheiro francês, Nicolas Leonard Sadi Carnot, quantificou a quantidade máxima teórica de calor que um motor pode transformar em trabalho. O máximo teórico nunca é 100%.
A eficiência de uma máquina térmica em transformar calor em trabalho depende da diferença de temperatura entre os reservatórios . Em uma máquina térmica, falamos em termos de reservatório quente e reservatório frio, com a energia sempre fluindo do quente para o frio. O motor ganha calor do reservatório quente, a explosão na câmara de combustão, converte parte desse calor em trabalho e expele o calor restante para o reservatório frio, gases de escape. A eficiência então depende da diferença entre a temperatura do reservatório quente, representado como Thot, e a temperatura do reservatório frio, representado como Tcold. O relacionamento é:
Eficiência ideal = (Thot – Tcold) / Thot (observe que as temperaturas precisam ser expressas em Kelvins.)
Então, se você tiver uma câmara de combustão a 500 K (o equivalente a 227 C) com gases de exaustão a 300 K (o equivalente a 27 C), a eficiência ideal seria (500-300) / 500, que é 40%. Essa eficiência ideal é crucial para fins de projeto e fornece um limite superior para a quantidade de trabalho que um determinado motor térmico pode fornecer.
Resumo da lição
Nesta lição, você aprendeu que um motor de combustão interna sempre envolve a transformação da energia química dos combustíveis em energia mecânica. Os motores de combustão interna podem funcionar com combustão intermitente , um processo que envolve empurrar os pistões presos aos virabrequins. Eles também podem funcionar em combustão contínua , onde o ar quente de alta velocidade é empurrado para fora do motor com força, impulsionando o motor para a frente. Você também aprendeu que um motor de combustão interna nunca pode ser 100% eficiente. A eficiência é limitada pela diferença de temperatura dos reservatórios quente e frio , e a eficiência ideal do motor pode ser calculada usando a fórmula Eficiência Ideal = (Thot – Tcold) / Thot (com temperaturas em Kelvins).