A história dos motores térmicos

A história dos motores térmicos

Os motores térmicos são, na verdade, uma associação de conhecimentos de diversas áreas da engenharia. Ninguém partiu diretamente para o invento de um motor, e sim, aproveitou os conhecimentos já adquiridos com o passar dos anos, tanto no que diz respeito às teorias operativas, quanto aos componentes básicos.  Por volta de 200 a.C., o filósofo  de  Alexandria,  HERON,  criou  um  motor  a vapor, ao qual deu o nome de ‘EOLÍPILA’, que consistia de uma esfera colocada entre duas barras, e capaz de movimento giratório livre.  A esfera possuía um jogo de canos, pelos quais se introduzia o vapor de água produzido em caldeira à parte. Os canos conduziam o vapor a dois tubos de bico recurvado, situados na superfície exterior da esfera. O vapor, ao sair por esses bicos, produzia uma reação e a esfera girava em sentido oposto ao da saída do vapor. O mesmo filósofo, Heron, produziu um dispositivo destinado a abrir e fechar as portas de um templo, sendo considerado, também, um motor a vapor. Aproximadamente 150 anos a.C., os ferreiros já utilizavam um sistema de pistão e cilindro para bombear ‘AR’ nas forjas. Julgamos que essas experiências realizadas no passado, cerca de 200 anos a.C. veio à inspirar os engenheiros e pesquisadores dos séculos  XVIII  ao  século XX, levando-os a atingirem as evoluções e desenvolvimentos necessários para os motores térmicos do início do século XX. Vejamos, cronologicamente, a evolução dos motores térmicos, desde as primei- ras experiências, antes de Cristo, até as evoluções do século XX.

OS PRIMÓRDIOS DOS MOTORES TÉRMICOS 200 a.C. - Heron desenvolve o mais rudimentar dos motores térmicos a vapor, é o Eolípila,    o  mesmo  filósofo  desenvolve  um  dispositivo  a  vapor, capaz de abrir e  fechar  as  pesadas  portas  dos antigos templos religiosos. 150 a.C. - Utilização de um sistema de pistão  e  cilindro para bombear “AR” nas forjas dos ferreiros. 1.601 - Giovanni Battista della Porta publicou  um  tratado de pneumática.  Ali, descreveu uma máquina a vapor bem semelhante ao eolípila de Heron, mas com  alguns aperfeiçoamentos.   EOLÍPILA A primeira máquina a vapor do mundo.

1.680 - MÁQUINA A VAPOR DE BOMBEAR ÁGUA 1.677 - Abbé de Hautefeuile procurou bombear água através da combustão de pólvora. 1.679 - Denis Papin, físico francês, inventou a válvula de segurança; e por obra de J. T. Desaguliers, aplicou essa válvula ao motor a vapor. Aplicou, igualmente, um condensador de vapor, que aumentou o rendimento em trabalho. 1.680 - Cristian Huygens e Denis Papin desenvolveram engenhos similares ao de Abbé J. Hautefeuile, porém baseados na força motriz do vapor.

1.698 - PRIMEIRO MOTOR A VAPOR BEM SUCEDIDO   Thomas Savery, engenheiro militar inglês, produziu o primeiro motor a vapor comercialmente bem sucedido, tomando por base o trabalho de pneumática publicado pelo italiano Giovanni Battista della Porta.   Funcionamento:    A pressão do vapor da caldeira faz  com  que  a  água  do recipiente de vapor suba pelo cano de recalque. Fechando a torneira de vapor  e  a  de  água,  o  vapor  no recipiente condensa-se e forma um vácuo que succiona a água para cima pelo cano de sucção.  O ciclo é então repetido. A  máquina  ilustrada  tem  dois recepientes, interligados ao mesmo cano de sucção.

1.705 - O MOTOR DE NEWCOMEN É CONSTRUIDO   Thomas Newcomen produz um motor baseado nas inovações de Papin e Desaguliers.   Funcionamento:  o vapor empurra o pistão para cima,  e um jato de água fria condensa o vapor, formando vácuo no interior do cilindro,  a  pressão   atmosférica    empurra  o pistão para baixo, que por sua vez aciona os elementos de bombeamento,  o ciclo se repete, e assim a água é bombeada.

1.768 - JAMES WATT DESENVOLVE A SUA MÁQUINA A VAPOR após ter recebido a incumbência de reparar a máquina de Newcomen, a qual pertencia a coleção de aparelhos científicos da Universidade de Glasgow em 1764, deu-se conta da enorme quantidade de vapor consumida; resolveu então, veri- ficar a causa do consumo excessivo e a possibilidade de corrigir  tal  inconveniente. Estudou a máquiana detalhadamente e aprofundou os estudos acerca do vapor, inclusive sua densidade,  pressão, temperatura e condensação. Tornando-se conhecedor de todos esses elementos, mais a fundo, Watt compreendeu haver a possibilidade de evitar o desperdício de combustível, se o cilindro fosse mantido quente o tempo todo, e a água fria penetrasse em um recipiente separado.

1.803 - NASCE A PRIMEIRA LOCOMOTIVA A VAPOR Richard Trevithick, engenheiro inglês, construiu e fez funcionar a primeira locomotiva a vapor do mundo, utilizada no País de Gales em uma mina de carvão.   Seu engenho era composto por: 4 rodas motrizes, com diâmetro de 1,40m, uma caldeira de 1,85m de comprimento e um   conduto   de   retorno   que   fazia  a chaminé ficar  diretamente sobre  a  porta da fornalha. A  locomotiva   tinha   um   só  cilindro de cerca de  20cm   de   diâmetro   e   1,40m  de comprimento.

INICIA-SE O DESENVOLVIMENTO 1.765 - James Watt dedica-se ao estudo científico da aplicação do motor a vapor em veículos, seguido por Francis Moore e William Murdock. 1.794 - Robert Street obtém a patente de um motor de combustão interna, composto por um cilindro de potência e outro para bombeamento, conectados nos extremos de uma haste. O fundo do cilindro de potência deveria ser aquecido por chama. Tal motor nunca foi construído. 1.801 - Philipe Lebon sugeriu acertadamente que nesse tipo de motor a carga fosse comprimida antes de queimar, mas não construiu o engenho idealizado. 1.820 - W. Cecil desenvolve um motor que trabalha com mistura de ar e hidrogênio. Este foi realmente o primeiro motor a trabalhar com sucesso. 1.824 - Sadi Carnot publicou o panfleto ‘Reflexões sobre a Força Motriz do Calor’, onde expunha a teoria fundamental do motor comum de combustão interna e do motor Diesel. Mas ele também não aplicou sua teoria.

CONTINUAM AS PESQUISAS E INOVAÇÕES 1.826 - Gurney construiu o primeiro gerador de vapor de tubos de água, com dispositivo externo de circulação. 1.828 - Nevelle patenteou os geradores de tubos de fumaça. 1.842 - Alfred Drake desenvolve um motor que usava gás e uma ignição de tubo incandescente e valia-se diretamente da força da explosão para acionar o pistão. 1.850 - Os italianos Eugênio Barsanti e Felice Matteucei realizaram experiências com um motor que usava a explosão de uma mistura de Ar e Gás inflamável em dois cilindros e trabalhava em um ciclo de três cursos, sem compressão. Um motor semelhante a esse foi apresentado na Exposição Nacional de Florença, em 1.861.

1.854 - VEÍCULO DE VIRGÍNIO BORDINO Motor bicilíndrico horizontal, com gerador de vapor de eixo vertical. Utilizava o carvão coque como combustível. Transmissão por bielas e direção comandada pelo quadrilátero articulado de Ackermann. •Desenvolvia 8 km/h com um consumo de 30 kg de carvão por quilômetro.

NASCE A TEORIA DOS QUATRO TEMPOS 1.859 - Etienne Lenoir patenteia, na França, seu motor a gás inflamável, que apresentava pouca diferença do modelo italiano de Barsanti e Matteucci. Obteve, contudo, maior êxito comercial, tendo sido utilizado na mecanização de algumas ferramentas da pequena indústria. 1.860 - Lenoir constrói um motor de 12 HP, funcionando a gás e com um rendimento de 4,65%. Tal motor era de dois ciclos e seu funcionamento baseado nas experiências de Street. 1.862 - Alphonse Beau de Rochas expõem suas teorias sobre o motor de ciclo a quatro tempos, onde havia acrescido o tempo de compressão, tendo sido construído experimentalmente em 1.872. Nikolaus August Otto construiu também um modelo de motor a gás em Colônia.

O MOMENTO DE ABERTURA DA VÁLVULA DE ADMISSÃO É ANTECIPADO   1.873 - Christian Teithmann transforma um motor atmosférico de pistão em motor de quatro tempos, com compressão, que produzia 3/4 de CV a 200 rpm. Ele obtinha uma estratificação parcial da carga no cilindro, deixando na câmara parte dos gases queimados e antecipando a entrada da nova dose de mistura em relação ao ponto morto superior. 1.876 - Nikolaus August Otto apresenta em uma exposição, o primeiro motor de grande velocidade, funcionando em um ciclo de quatro tempos, segundo teorias expostas por Beau de Rochas.  O motor era munido de um regulador para limite de velocidade máxima.  Seu  sucesso  conferiu   à   seu   fabricante    a    marca    de   35.000   unidades comercializadas em todo o mundo, como ferramenta nas pequenas fábricas, acabando por ser conhecido como motor de ciclo Otto.

E AS NOVIDADES CONTINUAM 1.878 - D. Clark inventa, nos Estados Unidos, o motor a gasolina de ciclo a dois tempos, que mais tarde foi aperfeiçoado por Day. 1.884 - Charles Parson inventa a turbina a vapor, invenção do sistema de injeção de óleo combustível sob pressão, Lenoir inventa a bóia para a regulagem de nível em um carburador embrionário. •1.885 - Karl Benz fabrica um veículo com motor monocilíndrico, a quatro tempos:                 3/4 HP a 250 rpm,                 Combustível - benzina,                 Sistema de Ignição elétrica,                 Arrefecimento por radiador, e circulação de água.

GOTTLIEB DAIMLER REVOLUCIONA   1.885 - Invenção das bombas de injeção para motores a querosene. •1.886 - Daimler revoluciona o recém criado mundo automobilístico                 com seu novo motor a cumbustão interna:                   - 4 tempos com alto rendimento,                   - Vapor de petróleo como combustível,                   - 1 CV  por 40 kg de peso,                   - Regime entre 800 e 1.000 rpm. 1.886 - Karl Benz patenteia um carburador de superfície. 1.888 - Surgimento dos injetores de mola para óleos combustíveis. 1.892 - Rudolf Diesel patenteia um motor de combustão interna isotérmica.

SURGE O MOTOR DE IGNIÇÃO ESPONTÃNEA   1.893 - Rudolf Diesel produz um motor capaz de inflamar o combustível espontaneamente. Considerava um processo de combustão isobárica (pressão constante). Este motor atingiu tamanho êxito que ficou conhecido pelo nome de seu idealizador - Diesel.

1.896 - NOVIDADES EM PARIS   A indústria fundada pelso irmãos MORS apre- senta seu veículo com algumas novidades:     - Motor de quatro cilindros em ‘V’ a 45º     - Refrigeração mista;                 ar para os cilindros,                 água para os cabeçotes.      - Válvulas de admissão automáticas.      - Válvulas de escapamento comandadas.      - Ignição por disjuntor. (sistema patenteado por Émile Mors.)

AS INVENÇÕES MAIS EXPRESSIVAS DO FINAL DO SÉCULO XIX AO INÍCIO DO SÉCULO XX   1.898 - Robert Bosch idealiza e desenvolve o sistema rotativo de ignição elétrica. 1.899 - Enrico Bernardi inventa o carburador a jato de gasolina pulverizada e com cuba de bóia para o combustível, empregado nos motores monocilíndricos. 1.903 - Fernand Forest e Ilheln Maybach desenvolvem o mesmo tipo de carburador para motores pluricilindricos. 1.912 - A Robert Bosch Company, da Alemanha, iniciou o desenvolvimento da injeção de combustível em motores a gasolina. Os primeiros sistemas desenvolvidos eram aplicados apenas na aviação.

SURGE  UM  MOTOR  REVOLUCIONÁRIO   1.954 - Após 30 anos de pesquisas, Félix Wankel, com o apoio do Centro de Pesquisas da N. S. U., constrói seu motor de êmbolo rotativo.   O modelo experimental apresenta resultados  surpreendentes:     Volume externo de 125 cm3,     Peso total de 11 kg,     30 CV de potência   Nove anos depois surge o primeiro veículo com esse tipo de propulsão.

OS PRIMEIROS MOTORES DE ALTO RENDIMENTO   A aviação militar, desde a primeira guerra mundial, foi a primeira beneficiada com os avanços tecnológicos dos motores. Motor aeronáutico Fiat  AS 6. 24 cilindros em ‘V’ , 50.000 cc - 3.200 CV sobrealimentado. Duplo eixo comando de válvulas no cabeçote. Quatro válvulas por cilindro. Tomada de força no centro do virabrequim. Record de velocidade para hidroaviões em 1.934 - 709,209 km/h.