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OS MOTORES EM

ENGENHARIA MECÂNICA

MOTORES INVULGARES

OS MOTORES EM ENGENHARIA MECÂNICA – MOTORES INVULGARES ANO LETIVO 2014/2015 3 DE NOVEMBRO 2014

PROJETO FEUP 1

Os Motores em Engenharia Mecânica

Motores Invulgares

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA MECÂNICA

Coordenadores gerais: Armando Sousa & Manuel Firmino

Coordenador de curso: Teresa Duarte

Supervisor: Teresa Duarte Monitor: José Sarilho

Ano letivo 2014/2015 3 Novembro de 2014

Turma 1M06, Equipa 1M06_03

Ana Francisca Carvalho Alves – [email protected]

André Filipe Coutinho Faria – [email protected]

Daniel Amadeu Ribeiro Correia – [email protected]

Flávio André Teixeira Vilhena – [email protected]

Francisco Manuel Correia Barreto – [email protected]

Marta Fonseca Couto – [email protected]

mailto:[email protected]











PROJETO FEUP 2

Resumo

Nos dias de hoje há variadíssimos tipos de motores, uma vez que motor é tudo aquilo que

produz movimento!

Se se restringir aos motores em engenharia mecânica, e de acordo com o Dictionary of

Mechanical Engineering, um motor é uma máquina que utiliza energia para fazer trabalho,

na maior parte das vezes convertendo energia térmica em trabalho mecânico (produz

movimento) (Nayler 1996).

Por sua vez, existem muitos tipos de motores relacionados com engenharia mecânica, mas

neste trabalho falar-se-á de motores invulgares: de combustão, tanto interna como

externa, e de um motor elétrico.

O relatório centra-se no funcionamento de cinco motores em particular:

Wankel

O que distingue o motor Wankel dos típicos motores a pistão é o seu movimento rotativo

sobre um único eixo. Como todo o processo ocorre numa única câmara oval tanto o

tamanho do motor como a sua simplicidade são vantagens significativas em relação ao

motor a pistão.

Então, porque é que não se utiliza atualmente este tipo de motor?

Altas emissões de gases poluentes;

Fraco isolamento das diferentes câmaras leva a uma redução na eficiência do motor.

Radial rotativo

O motor radial rotativo difere dos restantes motores de combustão, pelo facto de ser o

motor o elemento rotativo e não a cambota. Foi bastante utilizado no início da aviação, mas

acabou por entrar em desuso devido às limitações causadas pelo efeito giroscópico deste.

Stirling (Combustão Externa)

Este tipo de motor é o único referido neste trabalho que funciona a combustão externa. Ele

usa a propriedade dos gases de se conseguirem expandir e comprimirem segundo

diferenças de temperatura, fazendo o gás dentro do motor aumentar e diminuir a sua

pressão, fazendo com que o pistão se mova para a frente e para trás, transformando este

movimento em energia rotativa na cambota.


PROJETO FEUP 3

Motor Gigante

Wärtsilä 14RT-flex 96C é um motor turbo diesel de dois tempos que foi concebido para

navios gigantes. Pesa cerca de 2300 toneladas e é capaz de produzir 109 000 cavalos. As

suas dimensões são impressionantes, tem 13,5 metros de altura e 26,59 metros de

comprimento.

Micro Motor

Este motor nasceu de um desafio lançado: “Fazer um motor elétrico mais pequeno que uma

cabeça de um alfinete”. William McLellan aceitou este desafio, em 1960, e construiu um

motor com aproximadamente 256mm3, com 250μg e capaz de produzir 1/1000 cavalos.

Este relatório é realizado no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, que tem como

objetivo o desenvolvimento das capacidades de trabalho em equipa, assim como uma

melhor integração na faculdade.

Palavras-Chave

Motores; Mecânica; Combustão Interna; Combustão Externa; Wankel; Stirling; Radial

Rotativo; Micro Motor; Motor Elétrico; Motor Gigante


PROJETO FEUP 4

Índice 1. Introdução ................................................................................................................................... 5

2. Motores ....................................................................................................................................... 6

3. Tipos de Motor ............................................................................................................................ 7

3.1. Motor Wankel ..................................................................................................................... 7

3.2. Motor Radial Rotativo ....................................................................................................... 10

3.3. Motor Stirling (Combustão Externa) ................................................................................. 12

4.4. Motor “Gigante”................................................................................................................ 16

4.5. Micro Motor ...................................................................................................................... 20

5. Conclusões................................................................................................................................. 21

6. Referências Bibliográficas ......................................................................................................... 22

Lista de Figuras Figura 1 - Motor Wankel ......................................................................................................... 7

Figura 2 - Características do motor Wankel (Renesis) ........................................................... 8

Figura 3 - Ciclo de Quatro Tempos no Motor Wankel............................................................ 9

Figura 4 - Motor Radial Rotativo .......................................................................................... 10

Figura 5 - Comparação entre Motores ................................................................................. 11

Figura 6 - Ciclo de Funcionamento do Motor Radial ............................................................ 11

Figura 7 - Robert Stirling ....................................................................................................... 12

Figura 8 - Motor Stirling ........................................................................................................ 12

Figura 9 – Fases do Ciclo Stirling .......................................................................................... 13

Figura 10 - Navio Emma Maersk ........................................................................................... 16

Figura 11 – Pistão (esquerda) e Cambota (direita)............................................................... 17

Figura 12 - Esquema do Motor ............................................................................................. 17

Figura 13 - Motor Gigante .................................................................................................... 18

Figura 14 - William McLellan (esquerda) mostra pela primeira vez o micro motor a Richard

Feynman (direita) ................................................................................................................. 20

Figura 15 - Micro Motor ao lado da cabeça de um alfinete ................................................. 20

Figura 16 - Micro Motor desmontado nos diferentes componentes .................................. 20


PROJETO FEUP 5

1. Introdução

Este relatório realizado no âmbito do Projeto FEUP tem como tema “Motores em

Engenharia Mecânica”.

A escolha do tema foi bastante apropriada, visto que é direcionado para alunos do

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica. Este tema aprofunda um pouco o

conhecimento sobre motores que pode vir a ser útil no futuro.

Dentro deste vasto tema, escolher um subtema foi uma tarefa difícil. Difícil pelo simples

facto de haver tanto para falar e de ser preciso restringir a um subtema em particular. Foi

escolhido, então, o subtema “Motores Invulgares”, por serem diferentes dos motores que

habitualmente se ouve falar. Neste relatório aborda-se não só motores de combustão

interna, mas também externa e um motor elétrico.

O relatório, dentro deste subtema, centra-se em cinco motores em particular; três que são

bastante interessantes por não serem tão conhecidos e serem diferentes, quer em estética,

quer em funcionamento, e os outros dois por serem extremos um do outro, isto é, um

motor gigante e um micro motor em termos de tamanho.

Com este trabalho espera-se partilhar com os outros alunos, e não só, informação que pode

ajudar e contribuir para o futuro enquanto estudantes e futuros engenheiros.


PROJETO FEUP 6

2. Motores

Se por alguns instantes fechasse os olhos e imaginasse a vida do Homem há umas dezenas

de séculos atrás, iria-se deparar com todo um mundo pobre em tecnologia, um mundo onde

eram escassos os meios de transporte e para fazer uma viagem que agora se faz em meras

horas, eram precisos meses, até mesmo anos!

Os primeiros motores existentes foram engenhos que usavam a força do homem e de

animais de tração como fonte de energia. Os moinhos também funcionavam com a força

do vento e da água. No entanto, os motores relacionados com a engenharia mecânica é que

permitiram todo este desenvolvimento nos meios de transporte e não só.

Em 1760 quando James Watt aperfeiçoou a máquina a vapor deu-se em Inglaterra o que se

chama de Revolução Industrial, isto é, houve um desenvolvimento das máquinas e a

indústria passou a ficar mais mecanizada e a produzir em grande escala! Esta evolução da

produção originou um aumento na área dos transportes, uma vez que se tinha de

transportar os produtos para outros locais num curto período de tempo. Então, assinalou-

se um grande marco na história dos motores, pois foi a partir do motor a vapor que se

assistiu a grandes transformações e evoluções dos mesmos (Fernandes 2014).

Outro grande marco na história dos motores teve origem quando Rudolf Diesel inventou,

em 1893, um motor de combustão interna, que atualmente funciona com óleo diesel, mas

que antigamente usava, como combustível, óleo vegetal (salaodocarro.com 2014).

Afinal o que é isto de motores em engenharia mecânica? De acordo com o Dictionary of

Mechanical Engineering um motor é uma máquina que utiliza energia para fazer trabalho,

na maior parte das vezes convertendo energia térmica em trabalho mecânico (produz

movimento) (Nayler 1996).

Os motores de combustão podem ser de dois tipos: motores de combustão interna e

motores de combustão externa. Os primeiros, tal como o próprio nome indica, funcionam

devido à queima do combustível numa câmara interior do motor. Os segundos em vez de

fazerem a queima do combustível no interior, fazem-no numa estrutura externa.

Os motores elétricos transformam a energia elétrica em energia mecânica, funcionam

através da interação entre vários campos eletromagnéticos.


PROJETO FEUP 7

3. Tipos de Motor

Nesta parte do relatório vai ser explicado o funcionamento de cinco motores em particular:

Wankel; Radial Rotativo; Stirling (Combustão Externa); um Motor Gigante e um Micro

Motor.

3.1. Motor Wankel

Wankel construiu o motor rotativo por volta de

1924 e obteve a sua primeira patente em 1933.

Durante a década de 40 dedicou-se a melhorar o

seu projeto e também houve um esforço em geral

no desenvolvimento de motores rotativos nas

décadas de 1950 e 1960.

O motor Wankel (figura 1) é um motor de

combustão interna onde um rotor gira numa

câmara de combustão criando o mesmo ciclo que o

de um pistão. A popularidade deste motor naquela

época é explicada pelo facto de este ter sido

bastante inovador, usando o movimento rotativo

para substituir os pistões.

Eram particularmente interessantes por

funcionarem de um modo suave e silencioso,

devido à sua simplicidade e a um reduzido número

de peças, comparados com os motores a pistão. (Wikipédia 2014a)

3.1.1. Vantagens

Uma grande vantagem deste motor é o número de partes que o constituem. Normalmente

só duas partes se encontram em movimento - o rotor e o eixo, comparadas às 40 partes

num motor a pistão. Também, devido à sua geometria, a velocidade do rotor é cerca de um

terço a velocidade do eixo. Poucas partes e um movimento mais lento significa uma menor

hipótese de falha, uma maior fiabilidade e uma manutenção mais fácil.

Figura 1 - Motor Wankel (Softeis 2003)


PROJETO FEUP 8

Como o motor é feito de ferro fundido e o rotor de alumínio, mesmo em sobreaquecimento

este continua a funcionar. Em comparação com o motor a pistão, que é afetado pela descida

súbita da pressão do óleo ou pelo fraco aquecimento ou arrefecimento, o motor Wankel é

quase imune a este tipo de falhas. (John 2008a)

3.1.2. Desvantagens

Este motor tem dois problemas principais: o seu alto nível de poluição e a selagem do

motor. Como a mistura final é altamente rica em monóxido de carbono e outros gases

pesados o seu nível de poluição é muito alto. Mas o seu maior problema é a selagem das 3

diferentes câmaras do motor. Mesmo com o uso de anéis de metal para separar as câmaras

existem fugas devido às diferentes taxas de expansão dos materiais. Isto gera uma redução

na eficácia do motor afetando, assim, o seu tempo “vida”.

No geral estes problemas levam o motor Wankel a não ser muito popular, e como são

construídas poucas peças estas tendem a ter preços mais elevados. Assim o motor Wankel

foi perdendo popularidade e acabou por “morrer”. (John 2008b)

3.1.3. O Último Motor Wankel

O último motor Wankel, que se conheça, a ser produzido foi o motor Renesis da Mazda,

que equipa o sucessor do RX-7, o RX-8.

Volume 1308 cm³

Taxa de compressão 10:1

Cavalos de potência 238

Rotações por minuto 8500 Figura 2 - Características do motor Wankel (Renesis)

Nenhum motor de aspiração convencional com a mesma capacidade volumétrica,

conseguiria obter os mesmos resultados. Mas apesar disso o motor ainda precisava de

aperfeiçoamentos. O consumo e emissões ainda eram altos em relação aos seus

concorrentes o que levou à Mazda a interromper sua venda em junho de 2012. (Silva 2013)

(Silva 2013) adaptado


PROJETO FEUP 9

3.1.4. Ciclo de 4 tempos (Figura 3)

Admissão – Nesta face a mistura de ar e combustível entram na câmara aumentando o seu

tamanho.

Compressão – O movimento do rotor origina uma diminuição no volume da câmara

comprimindo assim a mistura.

Explosão – A única vela de ignição do motor produz uma centelha criando uma explosão.

São os gases resultantes dessa explosão que produzem a força para mover o rotor.

Escape – Por fim, a mistura queimada é expulsa para fora da câmara de exaustão.

(Nice 2001a)

Figura 3 - Ciclo de Quatro Tempos no Motor Wankel (Oyster 2014)


PROJETO FEUP 10

3.2. Motor Radial Rotativo

Um motor radial é um motor cujos pistões se encontram

dispostos radialmente em torno da cambota, num

motor radial convencional, o movimento dos pistões

origina a rotação da cambota, enquanto num motor

radial rotativo (figura 4) a cambota permanece imóvel e

o resto do motor gira, ou seja, os pistões e o bloco do

motor. Este tipo de motor, atualmente, não é muito

utilizado, no entanto no início da aviação, antes e

durante a primeira guerra mundial, foi um dos principais

motores utilizados em aviões (Aircraft Engine Historical

Society).

Os motivos para a sua utilização foram as baixas vibrações produzidas por este, quando

comparado com outros tipos de motor da sua época, ser compacto em termos de

comprimento e, devido à sua natureza rotativa, ter boa capacidade de arrefecimento e não

necessitar de um volante, o que se traduz num motor mais leve, apesar disto ter

desvantagens em termos de estar limitado a baixas rotações por minuto devido à força

centrifuga inerente ao motor, tem um alto consumo de óleo de ricínio utilizado na

lubrificação deste, o efeito giroscópico causado pelo motor dificulta a manobrabilidade do

avião onde este se encontra instalado e o sistema de escape não é fechado (Taylor 1971).

Assim sendo, destacam-se os motores Gnome fabricados e desenvolvidos por Laurent e

Louis Seguin da Société des Moteurs Gnome em França, pela forma como eram maquinados

e construídos. Os motores não tinham carburador, a mistura entre ar, combustível, e

lubrificante era feita no interior da cambota oca, através de válvulas diferentes controladas

pelo piloto, como resultado da força centrífuga do motor a mistura era distribuída pelos

cilindros. Esta forma de distribuição impedia ao piloto de um avião controlar aceleração

deste sendo obrigado a ligar e desligar a ignição do motor para regular a velocidade

deste(Taylor 1971, Aircraft Engine Historical Society). Normalmente motores radiais

rotativos eram arrefecidos a ar e funcionavam a quatro tempos, usando o ciclo de Otto

(Wikipédia 2014b).

Figura 4 - Motor Radial Rotativo (Richter 2004)


PROJETO FEUP 11

(Taylor 1971) adaptado

Motor Ano Disposição Peso (kg) Potência (kW)

Gnome 1909 Radial Rotativo 75 37

Renault 1908 V 110 26

Curtiss OX- 5 1910 V 145 67

Figura 5 - Comparação entre Motores

Figura 6 - Ciclo de Funcionamento do Motor Radial (co. 1917)


PROJETO FEUP 12

3.3. Motor Stirling (Combustão Externa)

3.3.1. História

A 27 de Setembro de 1816, Robert Stirling criou o Motor de Ar

Quente, hoje em dia conhecido como o Motor Stirling ou Motor

de Combustão Externa. Naquela altura, era normal os motores

que funcionavam a vapor explodirem e causarem acidentes,

devido a problemas de manutenção e qualidade dos materiais,

e foi isto que inspirou Stirling a imaginar um motor sem caldeira

submetido a altas pressões.

Este motor tem um princípio de funcionamento simples, uma

vez que a combustão é externa e o principal fluído usado é o ar.

No entanto, foi o seu irmão, James Stirling, quem industrializou

o motor, utilizando na fábrica onde trabalhava.

Mesmo resolvendo alguns problemas do motor a vapor, este manteve-se mais popular, até

que, em 1938, uma empresa investiu neste motor adaptando-o para a indústria automóvel,

e foi desenvolvido a partir dessa época e até aos dias de hoje. (Gras 2008)

3.3.2. Funcionamento

O Motor Stirling é constituído essencialmente por um cilindro

com gás e um pistão que vai converter a energia mecânica. É

de referir que o gás utilizado tem sempre a mesma

quantidade, e que a fonte de energia é feita pelo exterior do

cilindro, daí ser chamado de motor de Combustão Externa, a

por isso não há combustão nem explosão dentro do cilindro

deste motor (Lawson 2005).

Este tipo de motor funciona Segundo o Ciclo Stirling, que é

baseado na propriedade dos gases de expandirem e comprimirem segundo diferenças de

temperatura, que diz que se um gás com volume fixo é aquecido, este vai aumentar a sua

pressão, e se é arrefecido vai diminui-la. Assim, o aquecimento e arrefecimento repetido

do gás que se encontra no cilindro vão fazer com que o pistão se mova para a frente e para

trás, transformando este movimento em energia rotativa na cambota (Lawson 2005).

Figura 7 - Robert Stirling

Figura 8 - Motor Stirling

Peter Lynn, 2012

Mini Steam, Boehm Stirling-Technik


PROJETO FEUP 13

Para melhor explicar o funcionamento do ciclo em questão, vamos considerar uma

configuração específica deste tipo de motor, a configuração alfa. Esta configuração fala de

um fluido, como um gás, distribuído por dois cilindros, um quente e um frio, que têm cada

um pistão ligado à mesma cambota. No entanto, e apesar de estarem ligados à mesma

cambota, o movimento de cada cilindro está desfasado cerca de 90º com o outro cilindro.

Vamos chamar ao cilindro que está perto da fonte de calor cilindro (1) e ao cilindro que está

perto da fonte de arrefecimento cilindro (2) (Leon-Rovira and Moreno-Lehmann 2009).

O funcionamento do motor está dividido em quatro etapas ou fases, sendo estas:

1ª Fase - Como maior parte do fluido está em contacto com a fonte de calor, o

fluido expandiu e fez com que o pistão do cilindro (1) se deslocasse para a

esquerda, até ao fim do cilindro, e é esta a parte do ciclo Stirling que faz maior

parte do trabalho, ou seja, que extrai mais energia do gás.

2ª Fase - No início desta etapa o gás está no seu volume máximo, e o momento da

cambota faz com que o pistão do cilindro (1) se desloque de novo para a direita,

empurrando o pistão do cilindro (2) para cima, diminuindo a temperatura do fluido

e a sua pressão, e é nesta etapa que é produzida

3ª Fase - Como quase todo o fluido está agora no cilindro (2), este vai começar a

ser comprimido, reduzindo ainda mais a pressão, e obrigando o pistão do cilindro

(2) a avançar novamente, empurrando o fluido de novo para a cilindro (1).

4ª Fase - O fluido foi de volta para o cilindro (1), onde vai ser novamente aquecido

e iniciar um novo ciclo, repetindo-se isto indefinidamente.

(Nice 2001b)

Figura 9 – Fases do Ciclo Stirling (Leon-Rovira and Moreno-Lehmann 2009)


PROJETO FEUP 14

3.3.3. Vantagens e Desvantagens

Este tipo de motor, como todos os outros, tens aspetos positivos e negativos. Começando

pelos aspetos positivos, podemos referir:

1. É silencioso: Como não há explosão neste tipo de motor, ao contrário do motor de

combustão interna, ele pode ser bastante silencioso e, para além disso, tem um

design que lhe permite causar poucas vibrações.

2. Tem manutenção fácil: A tecnologia utilizada neste tipo de motor é simples, o que

faz com que seja fiável e fácil de reparar.

3. Tem longevidade superior: mais uma vez devido à sua simplicidade, este motor

pode durar muito mais tempo em comparação com outros tipos de motores.

4. Tem bom rendimento: Como o motor tem o fluído confinado a um espaço fechado

e utiliza fontes de calor como fonte de energia, acaba por ser bastante eficiente e

aproveita bem o seu “combustível”.

5. É ecológico: Para fonte de calor pode ser usada uma enorme variedade de

materiais, sendo possível utilizar até mesmo a luz solar, fazendo este motor amigo

do ambiente.

(Gras 2008)

No entanto, existem também, e infelizmente, algumas desvantagens, entre as quais:

1. O preço: Apesar da sua simplicidade, o Motor Stirling é bastante caro, pois não é

muito comum e por isso não é feito em grande quantidade, não conseguindo assim

baixar o preço. Assim, e havendo outros tipos de motores mais baratos, este não

irá ser tão usado.

2. A anonimidade: Como há pouca divulgação deste motor, acaba por não ser

também muito utilizado.

3. Problemas de vedação: Para ter pressões mais altas, para um melhor rendimento

do motor, é necessário que a vedação dos cilindros seja boa, e isto é muito difícil

de se conseguir.

4. Demora a começar a trabalhar: Para se pôr este motor a trabalhar, é necessário que

a fonte de calor esteja bem quente, e, para isso, é preciso algum tempo.

(Woodford 2012)


PROJETO FEUP 15

3.3.4 Aplicações

Como foi referido anteriormente, o Motor Stirling não é muito conhecido, e é por isso

curioso como é que há tantas possíveis aplicações para ele. Assim, podemos destacar:

Investigação e estudo: Este tipo de motor é alvo de estudo por parte de

universidades, por exemplo, para melhor ser compreendido o processo de

transferência de energia como calor, entre outros.

Exploração espacial: este motor é usado em satélites devido às diferenças de

temperatura que são melhor conseguidas no espaço, conseguindo também assim

um melhor rendimento.

Domínio criogénico: Este motor é utilizado para produzir baixas temperaturas num

ambiente industrial, e é por isso utilizado para manter amostras a temperaturas

controladas.

Automóveis: Entre 1940 e 1980, a empresa Philips tentou adaptar este motor para

ser utilizado em automóveis.

Passatempos. Este tipo de motor é muito comum em modelos de pequena escala

de diferentes veículos.

Entre outros.

(Gras 2008)


PROJETO FEUP 16

4.3. Motor “Gigante”

Wärtsilä 14RT-flex 96C

É um motor turbo diesel de dois tempos fabricado pela empresa finlandesa Wärtsilä e foi

lançado em setembro de 2006 a bordo do navio Emma Maersk (figura 10). Os motores

marinhos têm tradicionalmente, 12 cilindros e era necessária mais potência, por isso, foi

produzida a maior versão deste motor com 14 cilindros. É capaz de produzir 80080 KW de

potência. Pesa umas incríveis 2300 toneladas. Foi concebido para navios gigantes de 180

mil toneladas. Produz 109 000 cavalos de potência.

A versão de 14 cilindros é o maior motor de combustão interna e é bastante eficiente. Os

cilindros consomem em plena carga cerca de 160 gramas de diesel num ciclo. É um motor

lento com uma velocidade nominal de rotação de 92 a 102 rpm (rotações por minuto)

devido ao seu tamanho e peso.

A cambota (figura 11 à direita) é semelhante à dos automóveis mas com 300 toneladas.

Cada um dos cilindros consome cerca de 1820 litros e é capaz de produzir cerca de 5700

KW de energia. Estes têm 96 centímetros de diâmetro, com curso dos pistões (figura 11 à

esquerda) de 2,5 metros.

Figura 10 - Navio Emma Maersk (Souza 2007)


PROJETO FEUP 17

Este motor tem uma particularidade em relação aos motores dos automóveis. A cabeça da

biela não está diretamente ligada ao pistão, mas sim a uma articulação. Desta forma, as

forças do conjugado mecânico não são transmitidas às camisas dos cilindros. Os pistões

movem-se continuamente na vertical, ao contrário dos motores automotivos, em que os

pistões exercem forças laterais que desgastam as paredes dos cilindros com o passar do

tempo. Esse desgaste designa-se por ovalização, ou seja, o desgaste dos cilindros de modo

a ficarem com uma forma oval.

Figura 12 - Esquema do Motor

Figura 11 – Pistão (esquerda) e Cambota (direita)

(Enginnering 2013)

(Kaushik 2013)


PROJETO FEUP 18

Uma característica importante da primeira instalação do navio-14RT flex96C é o sistema de

recuperação de calor de alta eficiência. Contem um turbogerador de 9860 KW para

aproveitar o calor dos gases do escape. Contribui para grande economia no consumo de

combustível e redução das emissões de gases de escape.

Este calor residual da unidade de recuperação de alta eficiência pode fornecer uma

potência elétrica de até cerca de 12% da potência do motor principal. A eletricidade gerada

é fornecida ao quadro principal do navio e ajuda na propulsão de navios.

A Wärtsilä 14RT-flex96C (figura 13) é, sem dúvida, um dos deslumbramentos da engenharia

moderna. Tem 13,5 metros de altura e 26,59 metros de comprimento.

Figura 13 - Motor Gigante

O projeto é baseado no motor RTA96C mais velho, mas a tecnologia common rail (sistema

de injeção direta de combustível diesel sob alta-pressão em motores de combustão interna)

revolucionário acabou com o eixo de comando tradicional, engrenagem de cadeia, bombas

de combustível e atuadores hidráulicos. O resultado é um melhor desempenho a baixas

rotações por minuto, menor consumo de combustível e menores emissões nocivas, através

de injeção controlada eletronicamente, em conjunto com o controlo do volume de

combustível injetado. Tem uma alta eficiência térmica, que excede os 50%, ou seja, 50% do

calor libertado pela queima de combustível é convertido em energia. Apesar de toda esta

eficiência este motor consome 6284 litros de combustível por hora.

Existem mais de 300 motores RT-flex96C e RTA96C.

(Energy Library 2008, Wärtsilä 2006, 2008, Cláudio , Enginnering 2013, Kaushik 2013)

(Kaushik 2013)


PROJETO FEUP 19

Dados Técnicos:

Princípio de funcionamento - Motor de ignição por compressão (baseado em ciclo Diesel),

turbo alimentado, de dois tempos

Configuração - Em linha 14 pistões

Diâmetro de pistão - 965 mm

Curso de pistão - 2500 mm

Deslocamento do motor - 1820 litros por cilindro

Velocidade média dos pistões - 8,5 m/s (30,6 km/h)

Velocidade do motor – 92 a 102 rotações por minuto

Pressão média efetiva - 1,96 MPa a plena carga, 1,37 MPa em máxima eficiência

Potência máxima - 6030 kW por pistão

Densidade de potência - 29.6 a 34.8 kW por tonelada

Massa de combustível consumida por ciclo num pistão - 160 g a plena carga

(Energy Library 2008)


PROJETO FEUP 20

4.4. Micro Motor

Este pode não ser o mais pequeno motor que o

mundo já viu, mas certamente foi um dos pioneiros

nesta categoria, tendo até marcado a sua presença

no Livro de Recordes do Guinness de 1965

(Technology 2011).

O motor aqui apresentado foi um motor que nasceu

de um desafio lançado, em 1959, por Richard

Feynman (figura 14), no qual ele oferecia mil dólares

a quem conseguisse fazer um motor elétrico com

1/64 polegadas cúbicas (in3, aproximadamente 256

mm3). Este desafio foi aceite por William McLellan

(figura 14), em 1960 (Technology 2011).

McLellan construiu um motor elétrico de corrente alternada (AC), um motor que era capaz

de transformar a energia elétrica em energia mecânica. Apesar de normalmente a

construção deste tipo de motores ser simples, este era constituído por 13 partes (figura 15)

e continha fios elétricos mais pequenos que um fio de cabelo humano. Devido ao reduzido

tamanho o motor foi construído com a ajuda de um microscópio e um palito (Technology ,

Pease 2004).

O resultado de todo este minucioso trabalho foi um motor elétrico com 1/64 polegadas

cubicas (in3, aproximadamente 256 mm3), tal como tinha sido proposto por Feynman, com

um peso de 250 microgramas (µg) capaz de produzir 1/1000 cavalos (figura16) (Technology,

2011).

Figura 14 - William McLellan (esquerda) mostra pela primeira vez o micro motor a Richard Feynman (direita)

Figura 16 - Micro Motor desmontado nos diferentes componentes

Figura 15 - Micro Motor ao lado da cabeça de um alfinete

(Technology 1960c)

(Technology 1960a) (Technology 1960b)


PROJETO FEUP 21

5. Conclusões

Com a realização deste relatório foi adquirido conhecimento sobre o funcionamento de

alguns motores, dos principais marcos na história destes, das diferenças entre motores de

combustão interna, externa e motores elétricos, etc.

Os motores explorados ao longo do relatório ligam-se entre si por terem a mesma função:

produzir movimento; mas também por serem invulgares, na medida em que não são tão

conhecidos.

Este projeto foi importante, uma vez que foi adquirido conhecimento numa área que

poderá ser muito útil para o futuro de todos os membros do grupo na Engenharia Mecânica.

Este relatório foi realizado no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, que conseguiu

fomentar o trabalho em equipa, a comunicação e uma melhor integração no ambiente

FEUP.


PROJETO FEUP 22

6. Referências Bibliográficas

Aircraft Engine Historical Society, Inc. "Gnome." Accessed 14/10/2014.

http://www.enginehistory.org/rotaries.shtml.

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