Principio de funcionamento

Um campo magnético é o responsável pelas forças magnéticas que atuam em uma carga em movimento.

Cada ponto de um campo magnético é caracterizadopor um vetor denominado vetor indução elétrica ou vetor campo magnético, sempre tangente às linhas de campo e no mesmo sentido delas.

No caso de um condutor percorrido por corrente elétrica e submetido à presença de um campo magnético, também teremos a ação de uma força magnética, já que a corrente representa um movimento ordenado de cargas elétricas.

Essa força será caracterizada por direção e sentido.

A força magnética que age no fio condutor percorrido por uma corrente elétrica terá direção perpendicular ao plano que contém o fio considerado e ao campo magnético. Nesse caso, o sentido é dado pela regra da mão esquerda de Fleming, com a observação de que o dedo médio indicará o sentido convencional da corrente (lembrando que o sentido da força depende do sentido da corrente)

Esse é o tipo de força que temos no motor elétrico:

Sempre que uma corrente elétrica percorre um condutor, um campo magnético é gerado ao redor do mesmo. Os princípios do magnetismo são uma parte importante da eletricidade, pois além dos motores, eletroímãs são utilizados em vários componentes elétricos.

Em um motor, há um elemento giratório chamado rotor. O rotor gira porque os fios e o campo magnético são arranjados de modo que um torque seja desenvolvido sobre a linha central do rotor.

Em um motor elétrico, a parte giratória é chamada de rotor, e a parte estacionária é chamada de estator .

O campo magnético é resultado do movimento de cargas elétricas, ou seja, é resultado de corrente elétrica. O campo magnético resulta em uma força eletromagnéticaquando associada a ímãs.

A variação do fluxo magnético resulta em um campo elétrico (fenômeno conhecido por indução eletromagnética, mecanismo utilizado em geradores elétricos, motores e transformadores de tensão). Semelhantemente, a variação de um campo elétrico gera um campo magnético. Devido a essa interdependência entre campo elétrico e campo magnético, faz sentido falar em uma única entidade chamada campo eletromagnético.

Eletroímã

Uma bobina de fio condutor, percorrida por uma corrente elétrica age como um ímã. Os laços individuais da bobina agem como pequenos ímãs. Os campos individuais se somam formando o campo principal. A força do campo pode ser aumentada adicionando mais voltas à bobina ou ainda, se ainda se aumentarmos a corrente que circula pela mesma.

O rotor do motor precisa de um torque para iniciar o seu giro. Este torque é produzido por forças magnéticas desenvolvidas entre os pólos magnéticos do rotor e do estator.

Forças de atração e de repulsão, desenvolvidas entre estator e rotor, 'puxam' ou 'empurram' os pólos móveis do rotor, produzindo torques, que fazem o rotor girar mais e mais rapidamente, até que os atritos ou cargas ligadas ao eixo reduzam o torque resultante ao valor 'zero'. Após esse ponto, o rotor passa a girar com velocidade angular constante.

Uma vez que as correntes elétricas produzem campo magnéticos, essa bobina se comporta como um ímã permanente (com seus pólos N (norte) e S (sul) como mostrados na figura).

Como os pólos opostos se atraem, a bobina experimenta um torque que age no sentido de girar a bobina 'para a esquerda'. A bobina sofre aceleração angular e continua seu giro para a esquerda. Esse torque continua até que os pólos da bobina alcance os pólos opostos dos ímãs fixos (estator). Nessa situação (c) -- a bobina girou de 90^o -- não há torque algum, uma vez que os braços de alavanca são nulos (a direção das forças passa pelo centro de rotação); o rotor está em equilíbrio estável (força resultante nula e torque resultante nulo). Esse é o instante adequado para inverter o sentido da corrente na bobina. Agora os pólos de mesmo nome estão muito próximos e a força de repulsão é intensa.

Como a bobina já apresenta um momento angular 'para a esquerda', ela continua girando 'para a esquerda' (algo como uma 'inércia de rotação') e o novo torque (agora propiciado por forças de repulsão), como em (d), colabora para a manutenção e aceleração do movimento de rotação.

Mas, mesmo após a bobina ter sido girada de 180^o -- não ilustrada na figura --, o movimento continua, a bobina chega na 'vertical' -- giro de 270^o --, o torque novamente se anula, a corrente novamente inverte seu sentido, novo torque e a bobina chega novamente á situação (a) -- giro de 360^o --. E o ciclo se repete.

Motor elétrico de corrente alternada

É um equipamento rotativo que funciona a partir de energia elétrica, diferente de outros motores elétricos, o motor ca não precisa, necessariamente, qualquer entreposto dele à alimentação e serve, basicamente, para "girar" um segundo acoplado, ou movido. o electrico esta sempre activo.

Estes motores podem ser divididos, num primeiro momento, em síncronos e assíncronos, sendo que, este último, sofre escorregamento conforme a intensidade de carga (i.e., oscila a rotação), contudo, são a esmagadora maioria nas indústrias.

Uma outra grande divisão dentre os motores CA (de corrente alternada), são em trifásicos e monofásicos . A diferença entre estes dois tipos de alimentação alteram profundamente a versatilidade e performance do motor, sendo, os monofásicos, muito mais limitados e necessitados de capacitores de partida, senão, não conseguem vencer a inércia.

Os motores de corrente alternada têm outras muitas divisões todas elas mundialmente normalizadas, dentre as mais comuns temos: motor de dupla polaridade, o qual pode rodar em duas velocidades diferentes em detrimento da potência, motor de eixo-duplo, com uma saída para cada lado.

Motores de corrente contínua

São motores de custo elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com velocidade ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão.

Por isso seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação, ou no caso da alimentação usada ser contínua, como no caso das pilhas em brinquedos.

Motores elétricos da história

O Motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combinam as vantagens da energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando – com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos.

A tarefa reversa, aquela de converter o movimento mecânico na energia elétrica, é realizada por um gerador ou por um dínamo. Em muitos casos os dois dispositivos diferem somente em sua aplicação e detalhes menores de construção. Os motores de tração usados em locomotivas executam freqüentemente ambas as tarefas se a locomotiva for equipada com os freios dinâmicos.Normalmente também esta aplicação se dá a caminhões fora de estrada. Chamados eletrodíesel.

A maioria de motores elétricos trabalha pelo eletromagnetismo, mas existem motores baseados em outros fenômenos eletromecânicos, tais como forças eletrostáticas. O princípio fundamental em que os motores eletromagnéticos são baseados é que há uma força mecânica em todo o fio quando está conduzindo a eletricidade contida dentro de um campo magnético. A força é descrita pela lei da força de Lorentz e é perpendicular ao fio e ao campo magnético. Em um motor giratório, há um elemento girando, o rotor. O rotor gira porque os fios e o campo magnético são arranjados de modo que um torque seja desenvolvido sobre a linha central do rotor.

A maioria de motores magnéticos é giratória, mas os tipos lineares existem também. Em um motor giratório, a parte giratória (geralmente no interior) é chamada de rotor, e a parte estacionária é chamada de estator. Os motores contem os eletroímãs que são feridos em um frame.

Tipos de motores:

• Motores de corrente alternada
• Motores de corrente contínua

Configurações do motor

A configuração do motor é em engenharia um termo que compreende a disposição dos componentes principais em um motor. As principais características que diferenciam uma configuração de outra são: o número de cilindros e a forma com que estes estão dispostos no motor.

Tipos de motores:

• Motor monocilíndrico: motor com apenas um cilindro. É a configuração mais simples, e também a forma fundamental de motor a pistão. Todas as demais configurações derivam desta.

• Motor em linha: motor com mais de um cilindro alinhados em uma única linha de cilindros;

• Motor em V: motor com duas linhas de cilindros alinhados, dispostos em ângulo geralmente de 60 ou 90 graus, formando um "V".

• Motor boxer: motor com os cilindros dispostos em ângulo de 180 graus.

• Motor VR: é uma configuração intermediária entre o motor em "V" e o motor em linha. Apresentam o ângulo de "V" muito estreito, com os cilindros quase em linha, e um único cabeçote para as duas linhas de cilindros.

• Motor em W: motor formado por três ou quatro linhas de cilindros.

• Motor em X: motor formado pela união de dois motores em V, voltados para lados opostos.

• Motor em H: motor formado a partir de dois motores boxer, um sobre o outro, com dois virabrequins.

• Motor em U: motor formado pela união de dois motores em linha, com dois virabrequins.

• Motor de pistões opostos: motor formado por um ou mais conjunto(s) de cilindros alinhados, contendo em cada um dois pistões, cada um ligado a um virabrequim diferente.

• Motor radial: motor com os cilindros dispostos em forma de estrela, em um mesmo plano.

Exemplos

Motor em Linha

Motor em V

Motor em V

Motor em W

Peças de Motores II

No post de hoje, iremos falar um pouco das grandezas relacionadas à um motor. Serão explicadas as seguintes grandezas: Cilindradas, torque, potência e suas relações.

CILINDRADA

A cilindrada ou volume de deslocamento do motor é definido como o volume varrido pelo deslocamento de pistão, hermeticamente fechado, durante um movimento unitário dentro de um cilindro.

O movimento unitário corresponde a uma ida e volta no caso de um dispositivo linear como um pistão, ou a uma rotação no caso de umdispositivo giratório.

É muito comum escutármos nos anúncios de TV sobre a cilindradas dos carros. Um exemplo é um carro 1.0. Um motor 1.0 é capaz de varrer 1,0 litros (1000 cm3 - entram 250 cm3 de mistura gasosa a cada dois giros - que ocorrem em quatro tempos) de mistura ar-combustível durante seu movimento unitário.

Na imagem, vemos a demonstração do volume dos cilindros.

TORQUE

O torque é definido como a força aplicada sobre um objeto que é efetivamente utilizada para fazer ele girar em torno de um eixo, conhecido como ponto de rotação. A distância do ponto pivô ao ponto onde atua uma força ‘F’ é chamada braço do momento e é denotada por ‘r’. Logo, temos que o torque é a força aplicada vezes a distância de aplicação desta.

· Torque = força aplicada x raio (distância ao eixo)

Em resumo, o torque é a força que tende a girar alguma coisa (objeto, instrumento, etc.).

Os pistões do motor são os responsáveis pela geração de torque em um veículo.

A combustão de gasolina no cilindro do motor cria uma pressão contra o pistão, forçando-o para baixo. Assim, esta força é transmitida do pistão para a biela e dela para o virabrequim (que movimentará as rodas). Esta força, aplicada a certa distância, aplicará o torque no virabrequim, gerando assim, a capacidade de girar as rodas do carro. A distância horizontal muda durante a rotação do virabrequim e assim, o torque também muda, já que torque é igual a força multiplicada pela distância.

Torque (representado em vermelho)

A grandeza do torque é dada por mKgf (9,81 Nm). Para se converter para cv, multiplique o torque por rpm e divida por 7.025,9.

POTÊNCIA DO MOTOR

A potência é a grandeza responsável pela manutenção da velocidade desejada, e o tempo necessário para alcançá-la.

Potência é a medida de quão rápido um trabalho é executado. Já o trabalho, é o deslocamento por força aplicado. Um motor é capaz de realizar trabalho, uma vez que tem de aplicar força para superar a força de atrito com o solo e a resistência do ar ao se movimentar.

· Potência = trabalho x tempo

· Trabalho = força x deslocamento

A potência do motor é de fundamental importância para um veículos, máquinas etc., pois ela é quem dá a capacidade de realizar torque, ou seja, a capacidade de ser realizar trabalho, sendo então de fundamental importância na escolha de um motor.

Normalmente, a potência de um motor é calculada no sistema métrico, a potência é expressa em cv (cavalos-vapor), mas também são utilizadas outras notações como hp (horsepower) e watts (grandeza mais utilizada em motores elétricos). Seguem abaixo algumas conversões de valores:

· Um hp é equivalente a 746 watts. De modo que se um cavalo pudesse andar em uma esteira sem fim desenvolvendo 1 hp, seria possível acionar um gerador produzindo continuamente 746 watts.

· Um cavalo-vapor equivale a 0,98629 hp (horsepower).

O que potência significa, segundo Watt, é: um cavalo pode executar 4.566 kg.m de trabalho a cada minuto.

Relação entre as grandezas

Quanto maior o volume interno do cilindro do motor, maior sua capacidade de realizar trabalho, ou seja, maior será seu torque, pois terá mais força em seu pistão para movimentar o virabrequim.

Já a potência está relacionada à velocidade maior de explosão e eliminação dos gases e esta velocidade está relaciona ao pequeno curso do pistão.

Podemos dizer que o torque garante a aceleração do carro, a força de colocar o carro em movimento, e que a potência garante a manutenção da velocidade do mesmo.

Relação entre torque, potência e rotações

Exemplos:

Para melhor tentar identificar o que é torque e o que é potência, imagine um atleta que corre os 100 metros rasos. Dada a largada, ele começa a tomar velocidade dando pisadas fortes no solo e com isso empurrando o corpo à frente. O que ele está fazendo é usar o seu torque. À medida que ele alcança a velocidade máxima que pode alcançar, as pisadas são mais leves, apenas para mantê-lo em frente naquela velocidade. Nesse momento ele está usando a potência.

Daí também podemos concluir os motivos pelo qual o motor de 2 tempos é mais potente que o de 4 tempos e este último tem mais torque que àquele (baseando-se em motores de mesma cilindrada). O motor de 2 tempos, por não ter válvulas, suas janelas são abertas e fechadas pelo movimento do pistão. Como a janela de escape fica bem alta, assim que ocorre a explosão, o pistão é imediatamente empurrado para baixo e abrindo a janela de escape. Então os gases escapam antes do que deveriam, o que limita o torque do motor. As válvulas de escape utilizadas em motores mais modernos tentam inibir um pouco este defeito deste tipo de motor, ao fechar parcialmente a janela de escape em baixos giros e abrindo gradualmente à medida que os giros sobem.

Princípio de Diesel

As principais diferenças entre o motor a gasolina e o motor diesel são as seguintes: enquanto o motor a gasolina funciona com a taxa de compressão que varia de 8:1 a 12:1, no motor diesel esta varia de 14:1 a 25:1. Assim, ele é um motor de taxa mais alta e portanto, mais robusto.

No motor diesel não existe uma aspiração, mas sim uma injecção de óleo (combustível) no momento de máxima compressão, a alta taxa de oxigênio faz com que o óleo entre em combustão, produzindo a explosão sem a necessidade da ignição elétrica.

Funcionamento:

1º Tempo : Aspiração

Na fase de aspiração o pistão desloca do ponto morto inferior, PMI ao ponto morto superior, PMS, aspirando o ar através da válvula de aspiração.

2 º Tempo: Compressão

Nesta fase o pistão desloca do PMI ao PMS. No início do deslocamento a válvula de aspiração se fecha e o pistão começa a comprimir o ar na câmara de combustão. O ar quando sujeito a esta compressão sofre um aumento de temperatura que será, tanto maior, quanto for a percentagem comprimida, taxa de compressão.

3º Tempo: Combustão ( expansão)

Um pouco antes do pistão atingir o PMS, o ar comprimido atinge uma ressão de 65 a 130 kgf/cm2; e uma temperatura de 600 a 800ºC. Por meio do injetor, o combustível é fortemente comprimido e pulverizado para o interior da câmara. Este combustível ao encontrar o ar, que se encontra na pressão e temperatura supra-citado incendeia-se expontaneamente, empurrando energeticamente, o pistão verso ao PMI.

4º Tempo : Descarga

Um pouco antes do pistão atingir o PMI, de onde iniciará o quarto tempo, a válvula de descarga se abre, permitindo a saída de uma parte dos gases se combustão que se encontram em alta pressão. Ao deslocar para o PMS expulsa o resto dos gases.

A figura abaixo representa os quatro tempos de um motor do ciclo Diesel.