Por Joel S. Alves * – A seguir, vamos abordar os motores de combustão neste texto que compõe a Série de Princípios Básicos. O motor, estrategicamente posicionado à frente do trator, responde pela produção da força propulsora. Aqui, trataremos do motor de combustão interna, assim chamado porque a combustão ocorre dentro dos componentes do motor, como o próprio nome indica.
Curiosidade: há também motores de combustão externa, conhecidos como máquinas a vapor e que ainda podem ser encontrados em trens de turismo (“maria-fumaça”) utilizando lenha como combustível.
Basicamente, são dois os tipos de motores de combustão interna: os de ciclo Otto e os de ciclo Diesel, batizados em homenagem a seus idealizadores, respectivamente, Nikolaus Otto e Rudolf Diesel. A principal diferença entre eles é que a combustão no primeiro é provocada por faísca elétrica, enquanto no segundo é pelo calor produzido pela alta compressão do ar. A imensa maioria dos tratores agrícolas utiliza motores ciclo Diesel, principalmente no Brasil – há países com muitos tratores com ciclo Otto e combustível a gás (GNV ou outros).
A seguir, abordaremos os motores ciclo Diesel. São motores que utilizam como combustível um líquido oleoso e inflamável conhecido comercialmente com “óleo diesel”.
Antes, vamos recordar que, para que ocorra combustão, é fundamental a presença de três elementos básicos: oxigênio, calor e combustível. Os motores de combustão só entram em funcionamento quando esses três elementos são reunidos em uma sequência e dosagem correta.
Componentes e tempos
Todos os motores de combustão interna necessitam de componentes básicos para que aconteça a combustão e transformação energética em força mecânica. Quais componentes? Cilindro, pistão, biela, virabrequim, volante, bloco, cárter, cabeçote, válvulas, eixo de comando e dispositivo de acionamento das válvulas. São peças básicas dos motores ciclo Diesel para produzir a força mecânica rotativa aplicada aos demais conjuntos mecânicos.
Os cilindros ficam alojados dentro do bloco, onde acontece a combustão, na presença de ar atmosférico (oxigênio), combustível (diesel) e mais o calor. O movimento alternativo (vai-e-vem) dos pistões, dentro dos cilindros, é que possibilita a sequência correta desses elementos para ocorrer a combustão. A sequência ocorre em quatro etapas ou tempos do motor: admissão, compressão, combustão e escape. Cada cilindro do motor deve passar por essas etapas para transformar a energia térmica da combustão em força mecânica.
Os pistões deslocam-se dentro dos cilindros em movimento alternativo e não podem tocar na parede do cilindro, porém é necessário que haja vedação entre pistão e cilindro. O que permite a vedação dentro do cilindro são os anéis, peças circulares alojadas em sulcos nos pistões. Esses anéis também são responsáveis pela lubrificação dos cilindros e pela retirada do óleo, para que não passe para o outro lado do cilindro, onde ocorre a combustão.
Eis a sequência dos quatro tempos que cada cilindro executa para produzir a força:
Admissão:
O pistão desloca-se dentro do cilindro no sentido descendente. A válvula de admissão (na parte superior), acionada pelo eixo de comando, é aberta e libera a entrada de ar, que é aspirado para dentro do cilindro. Ao atingir a parte inferior do cilindro, a válvula é fechada e encerra-se o tempo. A biela, que liga o pistão ao virabrequim, executa um movimento circular de 180° (meia volta).
Compressão:
O pistão desloca-se no sentido ascendente. As válvulas permanecem fechadas. O ar admitido será fortemente comprimido contra a parte superior (cabeçote), gerando calor. Dependendo do projeto do motor, a temperatura pode chegar a 700°C, possibilitando um ar altamente aquecido. A biela e o virabrequim executam outra meia volta, perfazendo 360°.
Combustão:
Neste momento é injetado o combustível através do bico injetor e de um sistema externo. O combustível de alta pressão é pulverizado no ar comprimido e aquecido, entrando imediatamente em combustão e produzindo uma violenta força de expansão que arremessa o pistão para baixo. Assim, essa força é transformada em mecânica no conjunto do pistão, biela e virabrequim. Neste momento, mais meia volta foi executada.
Escape:
O pistão desloca-se novamente no sentido ascendente. A outra válvula (de escapamento) é aberta e os resíduos da combustão são eliminados para a atmosfera pelo coletor de escapamento. Meia volta foi novamente executada, totalizando duas voltas no virabrequim no ciclo completo. Esse ciclo repete-se constantemente, em todos os cilindros, enquanto o motor estiver funcionando.
Todo o ciclo se repete em rotação elevada. Por exemplo, estando o motor a 1800 rpm (rotações por minuto) – rotação considerada normal para operação na maioria dos tratores agrícolas – é possível converter para rps (rotações por segundo), apenas divide-se 1800 por 60 (segundos de um minuto).
Teremos assim 30 rps, ou seja, em apenas 1 segundo houve 30 voltas no virabrequim, e consequentemente 15 ciclos por segundo; as válvulas abriram e fecharam 15 vezes em um segundo, também houve 15 combustões em um segundo. É rápido!? Mas ainda há operadores que querem mais e levantam o giro para 2000 ou mais rpm.
Transformação energética, componentes básicos, e ciclo de funcionamento. Eis o conhecimento inicial para compreender o funcionamento dos motores de combustão do trator.
Joel S. Alves é instrutor nas áreas de Operação e Manutenção de Máquinas e Implementos Agrícolas e Rodoviários *