Avanços nas Industrias Automotivas

Atualmente faz-se premente a necessidade crescente de produzir-se automóveis mais leves, econômicos e menos poluentes levando a indústria automobilística a modificar formas e projetos de fabricação de veículos exigindo uma grande reestruturação nesse setor. Outros setores estão desafiados a implementar melhorias, no sentido de fornecer materiais que atendam a essas finalidades. Assim, o presente artigo faz uma análise atual do setor automobilístico nacional enfocando o carro mundial, relacionamento entre montadoras e fornecedores, tendências da indústria automobilística, projeto ULSAB, entre outros

Motores 1.0 e 2.0

A diferença de capacidade cubica(C.C, Cilindradas) em litros ou cm³ refere-se a capacidade de cada cilindro, sendo assim um motor de maior cilindrada possui maior volume o que faz com que ele possa ter maior quantidade de combustível e ar que são elementos para se obter a combustão.Em teoria por admitir mais ar e combustivel em sua camara o motor 2.0 possui mais torque, potência e consumo que um motor 1.0 mas existe outros fatores a serem levados em consideração como a eficiência do motor, combustível utilizado e outros detalhes de construção utilizados que depende do projeto do motor.

Impactos Causados Pelas Máquinas Térmicas na Sociedade da Época

A termodinâmica é uma área da física que estuda as leis que regem as relações entre as diferentes formas de energia e a transformação de um tipo de energia em outro. A termodinâmica causou importantes impactos no avanço da tecnologia e, portanto, no desenvolvimento da civilização. As máquinas térmicas impulsionaram, por exemplo, a Revolução Industrial.

Hoje, muitas máquinas que fazem parte do nosso dia-a-dia operam segundo princípios termodinâmicos (automóvel, geladeira, caldeira, freezer, ar-condicionado, etc.).

As geladeiras podem ser considerados como um tipo de máquina térmica, pois há vários princípios físicos em uma máquina que utiliza a vaporização de uma substância (no caso, o gás refrigerante) para retirar calor dos seus compartimentos. Ou seja, para diminuir sua temperatura interna.

O refrigerador foi uma invenção importante, pois, antigamente, o armazenamento e o transporte de alimentos perecíveis eram muito difíceis, exatamente pelo fato de não existir uma máquina que provocasse o resfriamento das substâncias e, também, mantivesse as temperaturas baixas. Nos dias atuais, podemos, por exemplo, conservar leite, carne, peixe, iogurte e frutas por um bom tempo, sem nenhum problema, obtendo uma maior durabilidade dos produtos.

Principais Cientistas Envolvidos

James Watt

Em meados de 1770, o inventor escocês James Watt criou um novo modelo de máquina térmica de grandes vantagens em relação a que já existia na época. A criação de Watt revolucionou a sociedade daquela época. O funcionamento de sua máquina obedecia a segunda lei da termodinâmica, que diz que uma máquina térmica, trabalhando em ciclos, ao retirar calor da fonte quente utiliza parte dele para executar o trabalho e o restante rejeita para a fonte fria. O dispositivo criado por James foi utilizado tanto para movimentar moinhos e bombas, como também para mover locomotiva e barcos a vapor. Por ser mais econômica e com capacidades para realizar trabalhos muito maiores, a máquina de Watt foi empregada também nas indústrias, fato esse que deu início ao desenvolvimento nesse setor, possibilitando dessa forma a revolução industrial que ocorreu no século XIX.

Biografia: Inventor da moderna máquina a vapor, que possibilitou a revolução industrial, James Watt foi mundialmente reconhecido quando seu nome foi dado à unidade de potência de energia -- watt.
James Watt nasceu em Greenock, Escócia, em 19 de janeiro de 1736. Aos 19 anos foi para Londres fazer aprendizado de mecânico especializado na construção de instrumentos, mas em menos de um ano regressou à Escócia, por motivos de saúde. Por não possuir o certificado de aprendiz, teve dificuldades em montar uma oficina em Glasgow. Em 1757, no entanto, conseguiu ser escolhido para fabricar e reparar instrumentos matemáticos da Universidade de Glasgow.
   Em 1763 recebeu para consertar uma máquina a vapor do tipo Newcomen, a mais avançada de então. Observou que a perda de grandes quantidades de calor era o defeito mais grave da máquina, e idealizou então o condensador, seu primeiro grande invento, dispositivo que seria mantido separado do cilindro mas conectado a ele. No condensador a temperatura do vapor seria mantida baixa (cerca de 37o C), enquanto que no cilindro permaneceria elevada. Procurou, assim, alcançar o máximo de vácuo no condensador. Watt fechou o cilindro, que antes permanecia aberto, eliminou totalmente o ar e criou uma verdadeira máquina a vapor.
   Em 1769 obteve a primeira patente do invento e de vários aperfeiçoamentos por ele próprio concebidos. Endividado, associou-se a John Roebuck, que o ajudou financeiramente. Um protótipo foi construído e sobre ele se realizou a correção de algumas falhas. Matthew Boulton, dono de uma firma de engenharia, comprou a parte de Roebuck e deu início à construção das máquinas projetadas por Watt.
   De amplo emprego na secagem de minas, o engenho de Watt era destituído de qualquer aplicação mais prática até que seu inventor idealizou a "gaveta", movida pela própria máquina e destinada a fazer o vapor atuar sobre as duas faces do êmbolo, ao mesmo tempo que impelia o vapor para o condensador. Novos detalhes foram ainda aperfeiçoados até que o motor atingiu a forma sob a qual tornou-se universalmente empregado a partir de 1785. James Watt morreu em Heathfield Hall, perto de Birmingham, Inglaterra, em 25 de agosto de 1819.

 

Heron de Alexandria

A definição de que calor é uma forma de energia só foi estabelecida no século XX, no entanto, já na Antiguidade sabia-se que o calor podia ser usado para produzir vapor e através dele, realizar trabalho. Heron, um inventor grego, no século I d.C. construiu o primeiro dispositivo que funcionava através do vapor produzido pelo aquecimento da água. Esse vapor colocava em rotação uma esfera de metal que estava acoplada à máquina de Heron.

Hoje, aos olhos da ciência moderna, o dispositivo criado por Heron é uma máquina térmica, ou seja, ela é um dispositivo com capacidade de transformar o calor, energia térmica, em trabalho mecânico. No entanto, essa máquina criada não foi usada para produzir energia mecânica em grandes escalas. Foi somente no século XVIII que foram construídas as primeiras máquinas térmicas capazes de produzir energia mecânica em escala industrial.

Biografia: Inventor, geômetra e escritor grego, possivelmente nascido em Alexandria, no Egito, que realizou excelentes trabalhos em Física e Geometria, sendo-lhe creditada a fórmula que permite calcular a área de um triângulo conhecidos seus três lados, e citado como inventor da primeira máquina a vapor de que se tem notícia. Foi essencialmente um autor de muitos livros de física e matemática, especialmente na geometria, da antiga Grécia. São conhecidas 18 obras com sua assinatura, podendo ser também considerado um matemático em função da autoria da fórmula de Heron para cálculo da área de um triângulo, demonstrada em A Métrica, obra encontrada (1896), e um engenheiro, seguidor das idéias de Ctesibius. Outra obra matemática importante de sua autoria é Geométrica (75 d. C.), onde ele demonstrou sua limitada competência na trigonometria, mas apresentou uma fórmula para determinação da área de figuras geométricas regulares de 3 a 12 lados, círculos e seus segmentos, elipses e segmentos parabólicos, além de superfícies de cilindros, cones, esferas e segmentos de esferas. Sua preferência matemática, de forte influência babilônica, era pelos exemplos de mensuração. Trabalhou com um algoritmo para extração de raízes quadradas e cúbicas, já usado pelos babilônios a mais de 2000 anos antes dele, e desenvolveu fórmulas para o cálculo do volume de diversos sólidos, como cones, pirâmides, cilindros, paralelepípedos, prismas, troncos de cones e pirâmides, esferas e segmentos esféricos, anéis cilíndricos e alguns prismatóides. Escreveu sobre mecânica, onde são conhecidos 13 trabalhos, entre eles Máquinas de guerra e Mecânica, onde trata de diversas máquinas simples e do movimento circular. Em Pneumatica descreveu os princípios de funcionamento de sua máquina a vapor. Em Catoptrica escreveu sobre óptica, onde demonstrou os fundamentos da propagação retilínea da luz e a lei da reflexão). Em Dioptra, nome de um aparelho de utilidade análoga à dos modernos teodolitos, escreveu sobre astronomia e geodésia. Na história da hidráulica é lembrado como inventor de pequenos engenhos mecânicos baseados nas propriedades dos fluidos e em leis das máquinas simples, entre eles, o sifão, um tipo primitivo de uma máquina a vapor e instrumentos precursores do termômetro e do termoscópio. Morreu em algum lugar da Grécia e alguns historiadores lhe atribuem uma parceria na invenção da bomba de êmbolo devido a um de seus escritos, porém provavelmente foi só um aperfeiçoamento da invenção de Ctesibius. Suas máquinas de propulsão ilustram o princípio científico da terceira lei de Newton (1687).

 

James Prescott Joule

Por volta da metade do século XIX, o físico inglês James Prescott Joule demonstrou experimentalmente a equivalência entre trabalho e calor. Chegou a comprovar que, quando o calor se transforma em trabalho, ou vice-versa, existe uma equivalência entre as duas manifestações de energia de tal modo que a uma quantidade de calor desaparecida corresponde a produção de uma quantidade de trabalho. Para realizar sua experiência, ele utilizou um aparelho chamado calorímetro (abaixo). Este consiste de um recipiente isolado termicamente formado por paredes duplas, um agitador, um termômetro e um tampão. Joule colocou água no calorímetro, fazendo girar lá dentro um eixo com paletas, acionado por um peso, que, com seu movimento, fez aumentar a temperatura do líquido, medida por um termômetro. O peso, ao cair, fez as paletas se moverem.

Medindo o trabalho realizado pelo peso ao cair e a correspondente elevação da temperatura da água, chega-se sempre ao mesmo resultado: 4,18 joule de trabalho proporcionam 1 caloria. Trata-se do equivalente mecânico do calor e se expressa:

1 cal = 4,18 J ou 1 J = 0,24 cal

Biografia: James Prescott Joule estudou durante algum tempo com John Dalton (químico e físico inglês, fundador da teoria atômica moderna), mas sua formação científica foi principalmente autodidática.

James Joule foi o primeiro cientista a estabelecer o princípio da interconversibilidade das diversas formas de energia, ou seja, da termodinâmica. Ele também se preocupou, desde cedo, com a importância de se fazerem medidas exatas - suas pesquisas caracterizaram-se particularmente por essa preocupação com a precisão dos dados obtidos.

Sua importante descoberta resultou de uma longa série de experiências sobre as relações quantitativas entre os efeitos elétricos, mecânicos e químicos. Em 1843, Joule anunciou ter determinado a quantidade de trabalho necessária para produzir uma unidade de calor, chamada equivalente mecânico do calor.

Unidade Joule

Para conseguir o equivalente mecânico do calor, Joule empregou quatro métodos crescentes de exatidão. O primeiro consistia em medir a elevação da temperatura, a corrente e o trabalho mecânico resultante da rotação de um pequeno eletromagneto na água entre os pólos de outro magneto.

O segundo método determina a elevação da temperatura forçando a água através de tubos capilares. O terceiro depende da compressão do ar. E o quarto - o mais conhecido nos dias de hoje -, este produz calor pela fricção da água por meio de pás, girando sob a ação da queda de um peso.

Por esse processo Joule obteve diferentes resultados para a unidade térmica britânica, concluindo por adotar a de 781,8 libras-pé, chamada unidade Joule, e que corresponde ao trabalho produzido ao se deslocar um metro um corpo com um Newton (1 N) de peso.

Motores

Ciclo mecânico

Considerando o uso de apenas duas válvulas que são comandadas pelos ressaltos de árvore de cames, uma designada por válvula de admissão (à direita na animação), que permite a introdução no cilindro de uma mistura gasosa composta por ar e combustível e outra designada como válvula de escape (à esquerda na animação), que permite a expulsão para a atmosfera dos gases queimados, o ciclo de funcionamento de um motor de combustão a 4 tempos é o seguinte:

1. Com o êmbolo (também designado por pistão) no PMS (ponto morto superior) é aberta a válvula de admissão, enquanto se mantém fechada a válvula de escape. A dosagem da mistura gasosa é regulada pelo sistema de alimentação, que pode ser um carburador ou pela injecção electrónica, em que se substitui o comando mecânico destes sistemas por um electrónico e conseguindo-se assim melhores prestações, principalmente quando solicitadas respostas rápidas do motor. O êmbolo é impulsionado para baixo pelo veio de manivelas (virabrequim), move-se então até ao PMI (ponto morto inferior). A este passeio do êmbolo é chamado o primeiro tempo do ciclo, ou tempo de admissão.
2. Fecha-se nesta altura a válvula de admissão, ficando o cilindro cheio com a mistura gasosa, que é agora comprimida pelo pistão, impulsionado no seu sentido ascendente em direcção à cabeça do motor por meio de manivelas até atingir de novo o PMS. Na animação observa-se que durante este movimento as duas válvulas se encontram fechadas. A este segundo passeio do êmbolo é chamado o segundo tempo do ciclo, ou tempo de compressão.
3. Quando o êmbolo atingiu o PMS, a mistura gasosa que se encontra comprimida no espaço existente entre a face superior do êmbolo e a cabeça do motor, denominado câmara de combustão, é inflamada devido a uma faísca produzida pela vela e "explode". O aumento de pressão devido ao movimento de expansão destes gases empurra o êmbolo até ao PMI, impulsionando desta maneira por meio de manivelas e produzindo a força rotativa necessária ao movimento do eixo do motor que será posteriormente transmitido às rodas motrizes. A este terceiro passeio do êmbolo é chamado o terceiro tempo do ciclo, tempo de explosão, tempo motor ou tempo útil, uma vez que é o único que efectivamente produz trabalho, pois durante os outros tempos, apenas se usa a energia de rotação acumulada no volante ("inércia do movimento"), o que faz com que ele ao rodar permita a continuidade do movimento por meio de manivelas durante os outros três tempos.
4. O cilindro encontra-se agora cheio de gases queimados. É nesta altura, em que o êmbolo impulsionado por meio de manivelas retoma o seu movimento ascendente, que a válvula de escape se abre, permitindo a expulsão para a atmosfera dos gases impelidos pelo êmbolo no seu movimento até ao PMS, altura em que se fecha a válvula de escape. A este quarto passeio do êmbolo é chamado o quarto tempo do ciclo, ou tempo de exaustão(escape).

• Após a expulsão dos gases o motor fica nas condições iniciais permitindo que o ciclo se repita.

 Motores de múltiplas válvulas

Esses motores são apenas aperfeiçoamentos para o ciclo otto ou quatro tempos e sua única diferença é que existem pelo menos duas válvulas para cumprir uma única funcão ao mesmo tempo. Em um motor convencional, existe uma válvula para admissão e uma para exaustão. Existem atualmente 3 configurações para motores multiválvulas, são os modelos com 3, 4 ou 5 válvulas por cilindro. No caso do motor que possui 3 válvulas por cilindro, 2 são para admissão e uma apenas para exaustão, com 4 válvulas, 2 são para admissão e 2 para exaustão e no caso de 5 válvulas são 3 para admissão e 2 para exaustão. A principal função de um motor de múltiplas válvulas é maximizar o fluxo de gases que entram(entra mais oxigênio) e saem(exausta mais gases com menos força) do motor, conseguindo deste modo uma eficiência maior da combustão.

 Motor 16 Válvulas

Neste tipo de motor a explosão de quatro cilindros, sua principal característica é a adoção de mais duas válvulas por cilindro, que trabalham simultaneamente as duas ja existentes, cada cilindro possui 4 válvulas (4 cilindros x 4 válvulas = 16 válvulas), aumentando o fluxo de gases do motor, podendo assim desenvolver maior potência. O Primeiro carro feito em série do mundo a utilizar esse sistema foi Triumph Dolomite Sprint, feito pela British Leyland. Este tipo de motor foi maciçamente produzido no Brasil na versão 1.0L (um litro) entre o ano de 97 à 2004, devido a uma lei que cobra um imposto (IPI - imposto sobre produtos industrializados') menor por essa cilindrada, se tornando uma boa opção para o consumidor que paga menos por um carro com uma potência similar a de um 1,4L e viabilizando então os custos para seu desenvolvimento. Por se tratar de um motor 1 litro com potência específica mais elevada, exige um custo maior para produção. No seu auge chegou aos 112 cv (cavalos-vapor) ou 82,5kW, no motor equipado no Gol Turbo que chega à aproximadamente 187,2 km/h (dados da revista CARRO); bom desempenho para um carro com motor de um litro.

Motor 1.8L 16V turbo cortado, veja as válvulas no cilindro.

O proprietário de um automóvel equipado com um motor 16 V. deve ficar atento ao tipo de óleo lubrificante que está usando, bem como o profissional que presta manutenção. Um motor 16 V. requer um profissional experiente neste tipo de Motor, é comum Mecânicos sem conhecimento alegarem que o motor é problemático, o que não é verdade, a verdade é que o motor devido a sua tecnologia exige conhecimento da parte do profissional. O prazo para troca do óleo e a troca da correia dentada, estes indicados no manual do proprietário do automóvel, devem ser rigorosamente obedecidos para evitar uma quebra do motor e um gasto muito maior do que se teria realizando a manutenção correta do motor.

O que são Máquinas Térmicas?

Máquinas térmicas são máquinas que realizam trabalho e lidam com a variação de temperatura. Normalmente, as máquinas térmicas retiram calor da fonte quente e transferem-no para a fonte fria, o que define sua eficiência. Uma máquina térmica tem maior eficiência se transforma mais calor em trabalho, transferindo, portanto, menos calor na fonte fria.

As máquinas térmicas utilizam energia na forma de calor (gás ou vapor em expansão térmica) para provocar a realização de um trabalho mecânico. Por isso o cilindro com pistão móvel é um dos principais componentes dessas máquinas: o gás preso dentro do cilindro sob pressão, quando aquecido, expande-se, deslocando o pistão e realizando trabalho.

Apesar dos diferentes tipos de máquinas térmicas, elas obedecem as seguintes características:

• recebem calor de uma fonte quente (reator nuclear, coletor de energia solar, fornalha a combustível, etc);
• rejeitam o calor que não foi usado para um reservatório chamado

fonte fria;

• funcionam por ciclos.

As máquinas térmicas e outros dispositivos que funcionam por ciclos utilizam normalmente um fluido para receber e ceder calor ao qual se dá o nome de fluido de trabalho. O trabalho líquido do sistema é simplesmente a diferença de trabalho da fonte quente e da fonte fria:

(1)

onde: Wt é trabalho líquido ou total da máquina térmica; W₂ é o trabalho da fonte quente; W₁ é o trabalho da fonte fria.

O trabalho pode ser definido a partir das trocas de calor:

(2)

onde Q₂ e Q₁ são respectivamente o calor cedido da fonte quente e o calor recebido pela fonte fria.

. ...

Máquinas Térmicas e Revolução Industrial

A Revolução Industrial está diretamente relacionada com a Física e Química das Máquinas Térmicas. Foi a utilização do calor fornecido na queima de determinados combustíveis, que contribuiu de maneira decisiva nos processos industriais.

Uma máquina térmica é uma máquina que tem como objetivo tranformar calor (proveniente da queima do carvão, por exemplo) em trabalho (movimento de uma turbina, por exemplo). As máquinas térmicas, além de serem utilizadas em fabricas, foram muito utilizadas na época da revolução industrial para a retirada da água de minas.