Capítulo 2 Caracterização do motor e da instalação experimental
2.1 Génese do novo motor de pistões opostos
Na génese do novo motor alternativo de combustão interna de pistões opostos de quatro tempos de ignição por faísca estiveram algumas ideias inspiradoras que procuraram responder aos obstáculos que pareciam inultrapassáveis, que aqui se expõem. Apresentam-se também os diversos requisitos iniciais que delimitaram o projeto e os dois motores de pistões opostos que inspiraram a criação do novo motor alternativo de pistões opostos desenvolvido neste trabalho. As Ideias inspiradoras
No início dos trabalhos do presente estudo de desenvolvimento de um motor de pistões opostos vislumbraram-se dois grandes obstáculos:
- o primeiro está relacionado com as restrições impostas às emissões dos motores de combustão interna e à propensão dos motores de pistões opostos para ultrapassarem significativamente os limites legais em vigor, que conduziram, durante algum tempo, a um menor interesse no seu desenvolvimento Pirault e Flint, (2009) e
- o segundo encontra-se relacionado com a atual crise económica e os tempos de austeridade impostos pela conjuntura internacional.
Mas por outro lado havia motivos para prosseguir pois estes motores de pistões opostos foram utilizados com sucesso em quase todos os campos de aplicação, civil e militar onde estabeleceram recordes de consumo e de potência específica, que ainda hoje passados tantos anos, continuam difíceis de igualar apesar do inegável progresso neste domínio Brójo et al. (2010).
Os dois grandes obstáculos passaram a ser encarados como desafios, por isso pretendeu-se conceber um motor que por um lado possa ser compatível com as técnicas de tratamento de efluentes gasosos e por outro, procurar que o desenvolvimento do motor deste trabalho realizado em tempos de austeridade, se faça com parcos recursos materiais e possa trabalhar com mais do que um combustível caso seja necessário.
Os requisitos
No princípio deste trabalho foram definidos alguns requisitos a que se procurou responder com o desenvolvimento do novo motor de pistões opostos. Entre os requisitos iniciais destacam-se os seguintes:
- construir um motor experimental monocilíndrico de pistões opostos de baixo custo; - a tecnologia não precisa de ser de ponta pois o objetivo passa por mostrar a viabilidade do
motor;
- possibilidade de funcionar com mais que um combustível;
- compatibilidade com sistemas de tratamento de efluentes gasosos amplamente divulgados; - de preferência devia ser um motor leve e compacto para poder ser utilizado em algumas aplicações aeronáuticas em substituição dos motores boxer que predominam o mercado até aos 8 kW de potência;
- o ciclo de funcionamento podia ser de dois tempos ou de quatro tempos; - o tipo de ignição podia ser de ignição por faísca ou por compressão; - devia ser eficiente, com baixo consumo de combustível e baixas emissões; - devia ser fiável, com boa durabilidade e fácil manutenção;
- devia ter um baixo custo de manutenção;
- devia ter capacidade para produzir grande potência em relação ao seu peso.
O novo OPE desenvolvido no presente trabalho procurou responder à maior parte dos requisitos aqui apresentados. No entanto, a opção por um motor com ciclo de funcionamento de 4 tempos em detrimento de um de 2 tempos torna-o mais pesado e menos compacto do que seria desejável para uma aplicação aeronáutica, mas durante a II Guerra Mundial a grande maioria dos motores de pistões era de quatro tempos, Fernandes (2008), e em termos de potência específica foram alcançados valores que ainda hoje é difícil suplantar.
Os precursores do novo OPE
Os motores de pistões opostos que estiveram na génese do novo motor alternativo de pistões opostos de 4 tempos de ignição por faísca, e que mais impacto tiveram no seu desenvolvimento foram o motor de Gobron Brillié de quatro tempos de ignição por faísca, usado com sucesso em automóveis no início do seculo XX e o motor Junkers Jumo 205 de dois tempos de ignição por compressão, que foi possivelmente o mais bem-sucedido motor de pistões opostos usado em aeronáutica até ao final da segunda grande Guerra, em aplicações civis e militares. Este motor inspirou durante a década de 30, 40 e mesmo 50 do século XX o desenvolvimento deste tipo de motores de ambos os lados do Atlântico desde a antiga União Soviética aos Estados Unidos da América, para quase todo o tipo de aplicações.
O motor Gobron-Brillié (OPE SI4S) serviu de fonte de inspiração para o ciclo de funcionamento e para a forma como estão dispostos os diversos componentes mecânicos em torno do cilindro e da câmara de combustão, tais como as válvulas e a vela de ignição, enquanto o motor Junkers Jumo 205 (OPE CI2S) influenciou a arquitetura do motor e o modo como se fez a sincronização e transmissão de potência entre as duas cambotas.
Súmula da génese do motor
Após a fase inicial de pesquisa ponderou-se então a hipótese de construir um motor de pistões opostos com duas cambotas, no entanto considerou-se mais pertinente optar por um motor SI a 4 tempos em detrimento de um motor CI a funcionar segundo o ciclo de 2 tempos, por três razões:
1. De certa forma, esta é uma área pioneira, pois verificou-se que há menos estudos para os motores de pistões opostos de quatro tempos que para os de dois tempos. Mesmo nos motores de dois tempos, a maioria dos estudos incide sobretudo nos motores de ignição por compressão.
2. Possibilidade de trabalhar com mais que um combustível.
3. E por último a compatibilidade dos motores de ciclo Otto, com os catalisadores de 3 vias em trabalhos futuros.
Pelas razões expostas optou-se por um motor de ignição por faísca que pudesse funcionar de origem com mais que um combustível, com o menor custo possível, a funcionar segundo o ciclo de quatro tempos, compatível com o uso de catalisador caso se justifique a sua utilização. Para além disso considerou-se a possibilidade de desenvolver a construção de um motor de pistões opostos a partir de outro já existente, reduzindo-se assim o custo de fabrico, Santos (2011). A escolha recaiu sobre um motor com uma geometria algo antiquada com válvulas laterais que podia funcionar a gasolina ou a petróleo, da marca Robin America, Inc. modelo EY15, de uma motobomba de rega, ver figura 52, muito popular entre os agricultores da região da Beira Interior.
Figura 52 Imagem exterior e representação esquemática do motor. Robin (2001)