Pesquise e responda. Por que misturas muito pobres produzem o superaquecimento do motor Otto?
Passo 1
O enunciado quer saber: “Por que misturas muito pobres (muito ar e pouco combustível) fazem o motor Otto superaquecer?”
Conteúdo: termodinâmica de motores a combustão, conceito de mistura ar–combustível, calor de vaporização, velocidade de chama e troca de calor com as paredes.
O que vamos precisar:
Conteúdo: termodinâmica de motores a combustão, conceito de mistura ar–combustível, calor de vaporização, velocidade de chama e troca de calor com as paredes.
O que vamos precisar:
- Entender o que é mistura pobre (λ>1).
- Saber que a evaporação do combustível retira calor do conjunto.
- Conhecer como a velocidade de queima afeta a transferência de calor para o bloco.
Passo 2
Mistura pobre significa que a razão ar/combustível é maior que a estequiométrica (λ>1), ou seja, chega muito ar e pouca gasolina.
Teoria da vaporização:
Quando o combustível líquido entra no cilindro, ele precisa evaporar antes de queimar. Cada grama de combustível que evapora “rouba” uma certa quantidade de calor do ar e das paredes do cilindro (calor latente).
Fórmula (apenas para ilustrar):
Teoria da vaporização:
Quando o combustível líquido entra no cilindro, ele precisa evaporar antes de queimar. Cada grama de combustível que evapora “rouba” uma certa quantidade de calor do ar e das paredes do cilindro (calor latente).
Fórmula (apenas para ilustrar):
onde
é o calor de vaporização.
Se a mistura fica muito pobre, diminui, logo
cai e sobra mais calor dentro do cilindro, fazendo as paredes e o cabeçote esquentarem mais.
Se a mistura fica muito pobre,
Passo 3
Velocidade de chama mais lenta
Em misturas pobres a chama se propaga devagar, pois falta combustível para manter a reação rápida. Isso faz com que o tempo de combustão se estique e boa parte do calor liberado fique “batendo” nas paredes e na câmara por mais tempo antes de sair pelo escapamento.
Resultado: maior transferência de calor para as partes metálicas (camisa d’água, cabeçote).
Em misturas pobres a chama se propaga devagar, pois falta combustível para manter a reação rápida. Isso faz com que o tempo de combustão se estique e boa parte do calor liberado fique “batendo” nas paredes e na câmara por mais tempo antes de sair pelo escapamento.
Resultado: maior transferência de calor para as partes metálicas (camisa d’água, cabeçote).
Passo 4
Outros efeitos secundários
- Depósitos de carbono: queima incompleta em regimes extremos gera resíduos que isolam termicamente as paredes, reduzindo a troca de calor com o líquido de arrefecimento.
- Temperatura dos gases de exaustão sobe, aquece válvulas e sede de válvulas, piorando a dissipação geral de calor.
Resposta
Misturas muito pobres provocam superaquecimento porque:
- Cai o resfriamento pela evaporação (menos combustível → menos calor latente).
- A chama anda mais devagar e deixa os gases quentes em contato com as paredes por mais tempo.
- Depósitos e gases de escape mais quentes isolam e sobrecarregam o sistema de arrefecimento.
Tudo isso faz o bloco e o cabeçote absorverem mais calor do que conseguem dissipar, levando ao superaquecimento.