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Estado de Minas FÍSICA

Motores de carro e rendimento


postado em 20/07/2015 11:20 / atualizado em 21/07/2015 09:26

Devido ao aumento dos preços dos combustíveis e do custo de vida, cada vez mais os brasileiros vem buscando carros econômicos. O que a maioria das pessoas não sabem é que o rendimento dos motores dos automóveis é baixo. De cada 1 litro de gasolina, somente 220 ml são transformados em trabalho para movimentação do carro. Por exemplo, se você abastece seu carro com 20 litros de gasolina, em média 15 litros não são aproveitados pelo motor.
 
(foto: Percurso/Otniel Souza)
(foto: Percurso/Otniel Souza)
 

O princípio do motor de carro é baseado no sistema das máquinas térmicas, onde se realiza a conversão de calor em trabalho mecânico. Isso ocorre  quando há trabalho gerado a partir da variação de temperatura entre uma fonte fria e uma fonte quente com uma substância. Essa substância, normalmente é gás ou vapor em dilatação, transfere a energia através da expansão no interior da máquina térmica acionando um sistema mecânico como um pistão e realizando trabalho necessário que pode ser usando para movimentar seu veículo. Para se calcular o Trabalho (W):

Wt = Q1-Q2
Wt - Trabalho Total.
Q1 - Calor cedido da fonte quente.
Q2 - Calor recebido pela fonte fria.

O rendimento é a eficiência com que uma máquina térmica funciona. Em geral o rendimento da máquina térmica é baixo:

> Motores de automóveis = 22%.
> Motores a diesel = 25%.
> Grandes turbinas a gás = 33%.
> O motor de Stirling tem um dos maiores rendimentos já medidos, podendo chegar a 40%.

Para se calcular o rendimento (n) do motor:

n = 1 - Q2/Q1
n - Rendimento.

Apesar da sua eficiência limitada, as máquinas térmicas tem uma grande vantagem: existem muitas formas de energia que podem ser transformadas em calor. Como a fonte de calor que abastece a energia térmica da máquina pode ser gerada facilmente por qualquer tipo de energia, elas podem ser aplicadas desde motores de automóveis, máquinas a vapor, geladeiras, termoelétricas e até mesmo em usinas nucleares.
 
Entendendo o motor do automóvel
 
O motor de combustão é uma máquina térmica que transforma a variação térmica pela combustão da gasolina em trabalho (W).(foto: Internet)
O motor de combustão é uma máquina térmica que transforma a variação térmica pela combustão da gasolina em trabalho (W). (foto: Internet)
 
 
Uma mistura de gases (ar e combustível) devidamente dosados por um carburador ou pela injeção eletrônica, preenche o cilindro a medida que o pistão libera espaço, mantendo o sistema a uma pressão constante. Em seguida o pistão sobe e comprime a mistura gasosa. Nesse ponto a temperatura e a pressão do gás estão muito elevadas.

Deve-se lembrar que o motor precisa estar em movimento para funcionar, isso significa que o pistão deve ser acionado e estar em movimento antes de ser adicionada a mistura gasosa e o motor iniciar seu funcionamento normal. Essa partida do pistão é realizada por um motor elétrico alimentado pela bateria. Por isso, se a bateria do carro fica sem carga, é necessário empurrar para o veículo "pegar no tranco".

Para acionar o processo, uma faísca fornecida pela "vela" faz com que o gás entre em combustão. Quando as moléculas da gasolina entram em combustão há um rompimento de ligações químicas e esse processo origina os gases CO2 e H2O. A pressão gerada pelo aumento do volume empurra o pistão e mantém o movimento contínuo do sistema.

Por fim, os gases queimados precisam ser expulsos do cilindro para recomeçar o processo. Devido a inércia, o pistão é impulsionado para cima e nesse momento a válvula de escape abre e os gases são empurrados para fora e saem pelo cano de descarga. 

Renato Ribeiro é professor de Física do Percurso Pré-vestibular e Enem.

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