No início do ciclo, uma válvula na parte superior do cilindro se abre e admite uma carga de gás em combustão e ar, que é aprisionada pelo fechamento da válvula e se expande. No final do curso, a carga entra em contato com uma parte do cilindro refrigerada por água ou ar e é resfriada, causando uma queda súbita na pressão suficiente para sugar o pistão, que está aberto em direção à manivela, retornando ao início do ciclo. A válvula abre-se novamente a tempo de o pistão expelir os gases queimados antes que o próximo ciclo comece.
É classificada como uma máquina térmica de ciclo aberto e combustão externa.[1] Por suas características, também é chamado de "lambe chama" (flame licker),[2] "motor de chama" (flame engine), "dançarino de chama" (flame dancer) [3] e "comedor de fogo".[4]
História
Alguns dos primeiros motores a gás trabalhavam de acordo com o princípio do "vácuo" ou "atmosférico" de maneira similar ao motor a vapor de Newcomen. Uma mistura de gás e ar é sugada para dentro do cilindro e ignitada; a mistura expande-se e parte dela sai pela válvula de escape; a válvula então se fecha, a mistura resfria e contrai, e a pressão atmosférica empurra o pistão para dentro. Esses motores eram muito ineficientes e foram substituídos por motores de ciclo de Otto.
Motor a vácuo
Diagrama PV do motor a vácuo: 1. Exaustão 2. sucção 3. vácuo 4. sucção
Neste, o vácuo parcial é criado por uma bomba externa. Tais motores eram comumente usados para movimentar plataformas giratórias ferroviárias no Reino Unido, usando vácuo criado por um injetor de freio a vácuo de uma locomotiva a vapor. O princípio de funcionamento é semelhante a um motor a vapor. Em ambos os casos, a energia é extraída de uma diferença de pressão.[6]
Pequenos motores a vácuo também foram usados para operar limpadores de pára-brisa em automóveis. Neste caso, os motores eram alimentados por vácuo múltiplo. Esse arranjo não foi muito satisfatório porque, caso o acelerador estivesse aberto, os limpadores perderiam velocidade, ou até pararariam. Os automóveis modernos usam limpadores elétricos. No entanto, os automóveis atuais ainda usam um tipo motor de vácuo, o freio a vácuo. Os freios são operados por um sistema hidráulico, mas eles usam um "motor de vácuo" para amplificar a força fornecida pelo motorista. Pequenos motores a vácuo também foram usados a partir do final da década de 1960 para controlar servomecanismos como travas de portas,[7] controles de aquecedores[8] abertura de faróis escamoteáveis,[9] etc. Também são usados no funcionamento de instrumentos musicais automáticos (como pianolas).[5]
É possível afirmar que a revolução industrial global surgiu por causa de um "motor a vácuo", porque todos os primeiros motores a vapor, especialmente dos pioneiros dos motores, Matthew Boulton e James Watt, operavam com vapor em pressão quase atmosférica. Um motor a vácuo para demonstração pode ser facilmente construído usando um volante, peças de encanamento e alguns outros componentes simples.[10]
Um sistema de vácuo pode ser usado para transmissão de energia, embora a potência máxima que pode ser transmitida por um motor a vácuo seja menor que um motor pneumático. Existe uma pressão ótima para a operação de um sistema de transmissão de energia a vácuo, de aproximadamente 0,4 bar. Embora menos eficiente que a pneumática, ela pode ser perfeitamente funcional. Por exemplo, um tubo de 22 mm (7/8 ") no vácuo pode transmitir tanta energia em 0,4 bar quanto um tubo de 6 mm (1/4") em 8 bar. Tal sistema era eficiente o bastante para que a empresa Boulton & Watt usasse a transmissão de energia a vácuo em sua fábrica. O principal duto de vácuo da fábrica era chamado de spirit pipe.[11]
Processo termodinâmico ideal
Ao contrário do motor de ciclo de Otto, o motor a vácuo conta com uma fonte de calor constante fornecida pela queima externa de combustível.[1] Como mencionado anteriormente, uma válvula permite uma entrada de calor no pistão. Estimando que o calor em é constante no espaço de volume controlado, a equação do gás ideal PV = nRT implica um aumento na pressão no cilindro do pistão. Depois que a válvula fecha, o pistão passa por um processo adiabático durante o curso para baixo. Uma vez que o pistão atinge o fundo de seu curso (equivalente o "ponto morto inferior"), a câmara é resfriada pelo ar ou pela água, e o resultante força a pressão no pistão a diminuir. O sistema então sofre outra compressão adiabática do gás na câmara, que é subsequentemente liberada pela válvula no topo do curso do cilindro, enquanto simultaneamente permite que o novo gás aquecido entre na câmara.
Um dos principais problemas que esse mecanismo encontrou durante o desenvolvimento, foi que a eficiência desse modelo era extremamente baixa em aplicações reais. Como a fonte de calor não está contida em uma área específica, apenas uma pequena parte do combustível em potencial será consumido para alimentar o motor. Como a eficiência do motor é definida pela relação entre a quantidade de trabalho realizado e a energia potencial no combustível consumido, pode-se observar que, no motor a vácuo, apenas uma pequena quantidade do combustível em combustão está sendo usada para alimentar o motor. O resto da energia do combustível é perdido para a atmosfera circundante.
↑YouTube - Cool flame dancer engine running on butane! Ernest Benton. Publicado em 26 de out de 2017, (em inglês) Acessado em 26/08/2018.
↑YouTube - Motor Comedor de Fogo. Jesus batista de oliveira. Publicado em 12 de jul de 2013. Acessado em 26/08/2018.
↑ abPianola.com - The Air Motor. (em inglês) Acessado em 26/08/2018.
↑O motor é semelhante a um motor a vapor, não idêntico, já que os motores a vapor operam a partir do vapor quente, que também contém entalpia na forma de calor. Adicionado em 26/08/2018.
↑Green Garage WP - Mercedes Benz Vacuum Door Lock. (em inglês) Acessado em 26/08/2018.
↑Lancia Montecarlo - Lancia Scorpion Tecnhnical Tips. (em inglês) Acessado em 26/08/2018.
Exploding Disk Cannons, Slimemobiles, and 32 Other Projects for Saturday Science. Autor: Neil A. Downie. JHU Press, 2006, (em inglês) ISBN 9780801885075 Adicionado em 26/08/2018.
YouTube - A story about a vacuum engine (flame licker). Hartmutbehrendt. Publicado em 22 de jan de 2009, (em inglês) e (em alemão) Acessado em 26/08/2018.
YouTube - Veja como funciona o motor comedor de fogo ou seria um Stirling!! - Flammenfresser engine, vacumm. Manual do Motor Stirling - Leandro Wagner. Publicado em 7 de ago de 2018. Acessado em 26/08/2018.
