PROPOSAL FOR PREPARING TEACHING MATERIAL FOR THE STUDY OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES: A STUDY IN THE MECHANICAL ENGINEERING COURSE
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10206678
Cleideval Taveira Oliveira1
Luã Wallace Farias Carvalho Cavalcante2
RESUMO
Trata-se de produção científica cuja temática é o conhecimento sobre motores de combustão interna. Tal conhecimento destes se faz necessário para a compreensão e importância de combustíveis renováveis no mercado e as consequências dos altos níveis de poluição. A disciplina é essencial para os estudantes, uma vez que fornece conhecimentos sobre o funcionamento e desempenho dos motores de combustão interna, amplamente utilizados na indústria. No entanto, é necessário complementar a abordagem teórica com atividades práticas, a fim de proporcionar uma formação mais completa e eficiente. O material didático é capaz de proporcionar uma compreensão sólida e prática dos motores a combustão interna, capacitando os alunos a aplicar esse conhecimento em suas carreiras. O objetivo do estudo foi de propor um material didático voltado para a prática laboratorial da disciplina de Motores de Combustão Interna do curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Metropolitana. A metodologia consiste em realizar uma revisão bibliográfica para identificar os conceitos, técnicas e metodologias relacionados à prática laboratorial em Motores de Combustão Interna. Em seguida, foram identificadas as necessidades e dificuldades dos professores por meio de entrevistas, questionários e observações. Conclui-se que a proposta deste material didático proporcionou uma melhor assimilação dos conceitos teóricos pelos alunos, visando enriquecer a experiência dos alunos por meio de atividades práticas e promover uma formação mais completa no campo da Engenharia Mecânica.
Palavras-chave: Evolução. Material didático. Motores de combustão interna. Prática laboratorial.
ABSTRACT
This is a scientific production whose theme is knowledge about internal combustion engines. Such knowledge is necessary to understand and understand the importance of renewable fuels in the market and the consequences of high levels of pollution. The subject is essential for students, as it provides knowledge about the operation and performance of internal combustion engines, widely used in industry. However, it is necessary to complement the theoretical approach with practical activities, in order to provide more complete and efficient training. The teaching material is capable of providing a solid and practical understanding of internal combustion engines, enabling students to apply this knowledge in their careers. The objective of the study was to propose teaching material aimed at laboratory practice in the Internal Combustion Engines discipline of the Mechanical Engineering course at Faculdade Metropolitana. The methodology consists of carrying out a literature review to identify the concepts, techniques and methodologies related to laboratory practice in Internal Combustion Engines. Then, the teachers’ needs and difficulties were identified through interviews, questionnaires and observations. It is concluded that the proposal for this teaching material provided a better assimilation of theoretical concepts by students, aiming to enrich students’ experience through practical activities and promote a more complete training in the field of Mechanical Engineering.
Keywords: Evolution. Courseware. Internal combustion engines. Laboratory practice.
1. INTRODUÇÃO
A presente produção é artigo científico cuja temática aborda sobre a compreensão e entendimento acerca da estrutura e funcionamento de motores à combustão interna, bem como a proposta de criação de um material didático para alunos do curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Metropolitana de Porto Velho.
No curso de Engenharia Mecânica, a disciplina de Motores de Combustão Interna desempenha um papel fundamental na formação dos acadêmicos, fornecendo conhecimentos teóricos e práticos sobre o funcionamento e o desempenho desses motores. No entanto, tem sido observado que a falta de material didático adequado para a prática laboratorial nessa disciplina tem sido um desafio para os docentes e discentes.
Dessa forma, a ausência de um material didático específico e bem estruturado compromete o engajamento dos estudantes nas atividades práticas e limita sua compreensão dos conceitos teóricos na prática. Além disso, a falta de roteiros detalhados de experimentação, seleção de experimentos relevantes e demonstração de procedimentos de segurança dificultam a realização efetiva das práticas laboratoriais (DAMIS, 2012).
Diante desse cenário, surge a necessidade de desenvolver uma proposta de material didático voltado para a prática laboratorial da disciplina de Motores de Combustão Interna, a fim de proporcionar aos acadêmicos de Engenharia Mecânica uma experiência enriquecedora e efetiva de aprendizado prático.
Mediante as diretrizes curriculares dos cursos de engenharia, a formação dos acadêmicos deve ser baseada na realização de experimentos e na análise dos resultados, portanto, o uso de atividades práticas é essencial. Os discentes de engenharia também para os autores Uhlmann e Mendes (2016), devem se esforçar para aprimorar suas habilidades de criatividade, inovação e desenvolvimento humano, a fim de serem capazes de lidar com problemas cotidianos que não estão documentados em livros e não possuem fórmulas concretas para suas soluções.
Nesse contexto, esse material tem como objetivo proporcionar aos alunos uma experiência hands-on, permitindo que eles coloquem em prática os conhecimentos teóricos adquiridos em sala de aula. Além disso, o material busca estimular o pensamento crítico, o trabalho em equipe e o desenvolvimento de habilidades técnicas relacionadas à operação e análise de motores de combustão interna.
O problema de pesquisa abordado neste estudo diz respeito à falta de material didático adequado para a prática laboratorial da disciplina de Motores de Combustão Interna no curso de Engenharia Mecânica. A ausência desses recursos didáticos específicos para essa área do conhecimento pode dificultar o processo de aprendizagem dos estudantes, comprometendo o desenvolvimento de habilidades práticas, a compreensão dos conceitos teóricos relacionados aos motores de combustão interna, falta de aulas práticas em laboratórios e falta de visitas técnicas.
Em relação à pergunta norteadora: a proposta de um material didático para o estudo dos motores de combustão interna auxilia os alunos e docentes, é efetivo para a compreensão dos conceitos desse material didático no curso de engenharia mecânica?
Diante desse contexto, o objetivo deste estudo é proporum material didático voltado para a prática laboratorial da disciplina de Motores de Combustão Interna do curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Metropolitana.
A prática laboratorial oferece aos acadêmicos a oportunidade de aplicar na prática os conhecimentos teóricos adquiridos em sala de aula., permitindo o desenvolvimento de habilidades práticas, como o manuseio de ferramentas, o diagnóstico de problemas, a interpretação de resultados e a realização de experimentos. Portanto, essas habilidades são cruciais para a formação de engenheiros mecânicos competentes e preparados para enfrentar os desafios do mercado de trabalho.
A realização dessa temática, que envolve a proposta de um material didático voltado para a prática laboratorial da disciplina de Motores de Combustão Interna do curso de Engenharia Mecânica, é justificada pelos seguintes motivos, melhoria da qualidade do ensino, a introdução de um material didático voltado para a prática laboratorial proporciona uma abordagem mais concreta e aplicada aos conceitos teóricos da disciplina. Isso contribui para uma melhor compreensão dos conteúdos por parte dos estudantes e possibilita um aprendizado mais significativo e duradouro.
A proposta de material didático voltado para a prática laboratorial visa estimular o desenvolvimento de habilidades técnicas específicas, como o manuseio de instrumentos de medição, a análise de resultados experimentais e a resolução de problemas práticos. Desse modo, essas habilidades são essenciais para a formação de engenheiros competentes e capacitados para enfrentar os desafios da área.
O estudo tem como relevância acadêmica pois contribui para a produção científica na área de engenharia mecânica, ao desenvolver e documentar novas abordagens e metodologias de ensino, os resultados obtidos podem ser compartilhados em conferências, workshops e publicações científicas, enriquecendo o conhecimento na área e fomentando o avanço acadêmico.
Com isso, apontamos que a proposta de material didático irá abranger diferentes aspectos, como a seleção de experimentos relevantes, a elaboração de roteiros de práticas, a disponibilização de equipamentos e materiais necessários, e a orientação adequada para a realização das atividades. Além disso, serão considerados aspectos de segurança e o alinhamento com os objetivos pedagógicos da disciplina.
Com esse estudo, pretende-se focar na utilização desse material didático contribuindo significativamente para o aprendizado dos discentes, tornando as aulas práticas mais dinâmicas, estimulantes e eficientes. Além disso, espera-se que os acadêmicos desenvolvam habilidades experimentais, aprofundem seu entendimento sobre os motores de combustão interna e se preparem melhor para os desafios enfrentados na área de Engenharia Mecânica.
Logo, ao oferecer um material didático adequado e de qualidade para a prática laboratorial da disciplina de Motores de Combustão Interna, espera-se promover uma formação mais sólida e qualificada aos acadêmicos de Engenharia Mecânica, preparando-os para enfrentar os desafios da indústria automotiva e de outros setores relacionados.
2. METODOLOGIA
A metodologia empregada foi a descritiva de caráter descritivo e exploratório. Segundo Sousa, et al. (2007) a pesquisa exploratória adota estratégia sistemática com vias de gerar e refinar o conhecimento quantificando relações entre variáveis. A adoção desse modelo qualitativo objetiva compreender as questões que envolvem o processo de proposta de elaboração de material didático para estudo da disciplina de motores a combustão interna no curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Metropolitana.
Já a revisão bibliográfica é um método que proporciona a síntese de conhecimento e a incorporação da aplicabilidade de resultados de estudos significativos na prática. Determinando o conhecimento atual sobre uma temática específica, já que é conduzida de modo a identificar, analisar e sintetizar resultados de estudos independentes sobre o mesmo assunto (SOUZA, et al. 2010).
Desta forma, a metodologia empregada para a realização dos objetivos do trabalho foi a pesquisa exploratória com análises bibliográficas, através da consulta a diferentes fontes, como leis, livros, artigos e periódicos. De abordagem qualitativa descrevendo a complexidade do problema e a interação de variáveis, com intuito de gerar conhecimento para elaboração do texto científico, como trabalho de conclusão de curso, através do método indutivo que corresponde à extração discursiva do conhecimento a partir de premissas gerais aplicáveis a hipóteses concretas.
A seleção das literaturas foi ampla, não se restringindo a trabalhos realizados no Brasil, foram utilizados como critérios de inclusão os trabalhos publicados no período de 2000 a 2023, sendo excluídos os materiais publicados fora do período considerado e aqueles que não corroboravam com a temática proposta.
Para elaboração do presente estudo foi realizada consulta às indicações formuladas pelo Ministério da Ciência e Tecnologia, Ministério da Educação, livros científicos e busca direcionada pelos descritores “Evolução. Material didático. Motores de combustão interna. Prática laboratorial.” que apontaram ocorrências na Scientific Electronic Library Online (SCIELO), Google Acadêmico, Ministério da Ciência e Tecnologia, Ministério da Educação E Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Foram apreciados 25 estudos, dos quais foram excluídos: duplicatas, textos indisponíveis, artigos não relacionados ao tema, teses e dissertações, além de textos excluídos pelo título e leitura de resumo, dentre esses estudos “13” foram selecionadas de acordo com a relevância dos dados para o estudo proposto.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na fundamentação podemos observar vários inventores que contribuirão para consolidar as bases de consulta de outros que viam após eles. É de grande importância que o leitor possa ter o mesmo sentimento ao finalizar a leitura desse trabalho que tem por objetivo consolidar um arquivo para pesquisa rápido e dinâmico para podemos consultar com facilidade os dados necessários para outros projetos.
3.1. Motores: histórico
A maioria dos motores a combustão interna são baseados neste ciclo, sendo aplicado para a fabricação de motores mais eficientes e menos poluentes do que os demais tipos motores a combustão interna, mesmo quando apresentando maior complexidade, peso e volume, quando em comparação como outros tipos de motores mas de mesma potência (TILMANN, 2013).
Os primeiros relatos de utilização de motores de combustão se dão no desenvolvimento da pólvora, com a invenção das armas de fogo, usou-se pólvora para movimentar um pistão dentro de um cilindro. Alguns documentos históricos relatam que Leonardo da Vinci já propôs um sistema de elevação através do fogo. Usando os conceitos do passado por volta do século XVI, Christian Huygens um físico e inventor de origem holandesa foi o idealizador do primeiro motor a pólvora (PIMENTA, 2019).
No mesmo tempo um certo ajudante chamado Denis Papin de origem francesa propôs o funcionamento das maquinas a vapor. Que logo evolui exponencialmente com Thomas Savery um engenheiro militar inglês que se destacou com seus trabalhos sobre vapor. Outro também chamado de Thomas Newcomen um curioso que utilizando os conceitos de Savery melhorou o conceito e funcionamento das maquinas de vapor aplicando em suas maquinas (CORREIA, 2012).
E, em último e mais conhecido popularmente James Watt um matemático e engenheiro escocês, que destacou-se principalmente com os melhoramentos dos motores a vapor, que constitui o passo fundamental para a Revolução Industrial, uma curiosidade é que com essas descobertas, foi adotado que a unidade de potência do Sistema Internacional de Unidades, seria denominada watt (W).
Assim a máquina a vapor proporcionou a Revolução Industrial do século XVIII. Henry Hood, em 1759 propôs a utilização de ar quente ao invés de vapor, mas somente George Caley um engenheiro inglês efetivou e executou a ideia em seus planadores, pioneiro para a época e na aeronáutica. Com essas evoluções de substituição de vapor por ar quente, alguns motores de combustão externa destacaram-se logo em seguida, como os do inventor Robert Stirling em 1816, onde o combustível era queimado fora dos cilindros (PIMENTA, 2019).
Os motores stirling conhecidos até hoje tinham um melhor rendimento por operarem com pressões mais elevadas dos que os motores de vapor. Deram-se as primeiras utilizações do motor a combustão em meados dos anos de 1850 onde uma dupla de italianos chamados Eugenio Barsanti e Felice Matteucci patenteou o primeiro motor de combustão baseado na expansão dos gases devido sua queima e aumento de temperatura, mas no mesmo período contemporâneo outros físicos e cientistas desenvolviam motores similares (TILMANN, 2013).
Por volta dos anos de 1860, Joseph Etienne Lenoir de origem belga, utilizou o conceito dos irmãos italianos para criar um motor com 2 tempos de atuação, que já usava um gás explosivo com uma vela de ignição acoplado.
3.2. Motores à Combustão Interna
Pode-se se dizer que os motores a combustão foram responsáveis por enormes avanços da sociedade. O título acima tem por objetivo dar a entender que os motores deram o início aos desenvolvimentos da quantidade de automóveis e meios de movimentações que conhecemos hoje na sociedade. O início de tudo foi baseado em muito estudo, onde muitos cientistas e inventores dedicaram suas vidas em construir algo melhor para a sociedade (CORREIA, 2012).
Os motores a combustão têm uma influência no desenvolvimento tecnológico da sociedade. Temos relatos que já usava o princípio de funcionamento na mesma época do surgimento das armas de fogo, pois a energia térmica da explosão transformava-se em trabalho. Já Leonardo da Vinci utilizava o fogo para elevar objetos. O tempo foi avançando e juntamente a tecnologia, por volta dos anos de 1870 um engenheiro chamado Nicolaus Otto determinou o ciclo teórico conhecido como Otto (PIMENTA, 2019).
O motor de dois tempos é um tipo de motor de combustão interna no qual ocorrem as etapas de admissão, compressão, expansão e exaustão de gases a cada volta do eixo. Existe uma grande variedade de tipos de motores de dois tempos. Devido a sua simplicidade e baixo peso, trata-se de um motor popular em aplicações de baixa potência, tais como motosserras, motocicletas e geradores elétricos portáteis. Por outro lado, são fabricados motores dois tempos de grande porte, tal como o maior motor de combustão interna do mundo, o Wärstsilä-Sulzer RT-flex96C, diesel, naval (TILMANN, 2013).
O ciclo Otto tem por base de funcionamento um ciclo de quatro tempos conhecido como admissão, compressão, explosão e escape, esse ciclo segue os mesmos princípios dos motores de combustão interna que tem por resumo formar a mistura de dois elementos dentro de uma câmara de combustão. O motor tem a função de admitir ou absorver ar da atmosfera, que é comprimida juntamente com o combustível dentro da câmara de combustão, com auxílio de um cabo de vela gerando a centelha para realizar a inflamação da mistura gerando uma explosão e consequentemente um deslocamento de massa empurrando um pistão para baixo assim gerando uma força de torque causando o movimento rotativo (CORREIA, 2012).
Para iniciar os conhecimentos em motores a combustão, devemos primeiramente conhecer suas partes físicas principais. Com esses conhecimentos podemos entender melhor o funcionamento do motor. Um motor é constituído de algumas partes principais que são responsáveis no fornecimento das condições favoráveis para que o processo de transformação da energia se realize de forma eficaz e continua (TILMANN, 2013).
Na imagem abaixo podemos ver um motor V8, que significa que são 8 pistões dispostos em linha de 4 formando um “V”.
Figura 1 – Bloco de Motor V8
Fonte: Silva, 2017
Os componentes se dividem em dois grandes grupos: Grupos fixos: são as partes não moveis do motor, como por exemplo, bloco do motor, cabeçote e cárter; Grupos móveis: são as partes moveis do motor, as mais conhecidas são os pistões e êmbolos, as camisas, as bielas, arvore de manivelas ou virabrequins. O bloco de motor é uma peça fundida em ferro ou alumínio que aloja cilindros onde são colocados os pistões e bem como os virabrequins (PIMENTA, 2019).
O cabeçote é fabricado em ferro fundido, para os veículos antigos, e ligas leves de alumínio, para a maioria dos veículos. Ao ser instalado no bloco, o cabeçote forma a câmara de combustão em cada cilindro do motor. Dependendo da marca e do tipo, o motor funciona com um ou mais cabeçotes, instalados na posição vertical ou inclinada (PORTO, 2018).
O cabeçote serve de fixação para as velas de ignição, guias de válvulas, válvulas e mancais de apoio do conjunto dos balancins ou comando de válvulas. A face inferior do cabeçote deve ser rigorosamente plana para que a vedação da mistura seja a mais perfeita possível. O cabeçote tem, ainda, cavidades para formar as câmaras de combustão em conjunto com os cilindros. Essas câmaras de combustão precisam ser hermeticamente fechadas para não haver perda de compressão. É por isso que existe uma junta de vedação, instalada entre o cabeçote e o bloco (TILMANN, 2013).
A junta do cabeçote tem as funções de vedação entre o bloco e o cabeçote, vedação de um cilindro para o outro, vedação dos dutos de óleo e água. A junta tradicional é fabricada de amianto e recebe reforços metálicos para resistir a altas temperaturas e pressões causadas pela combustão da mistura. Toda vez que o cabeçote for removido, a junta deverá ser substituída. Nos motores novos, esta junta tradicional foi substituída por uma junta toda metálica para vedar os aumentos de compressão nestes motores e, também, proporcionar um menor consumo de lubrificante, devido ao melhor nível de acabamento das superfícies do bloco e do cabeçote (PORTO, 2018).
Quanto mais pistões, mais potente é o motor. O bloco do motor ainda tem a função de acomodar o cabeçote e o cárter. O cabeçote é fixado através de uma junta com parafusos de fixação roscados. O bloco ainda possui câmaras de lubrificação e arrefecimento. Dentro do bloco de motor, as partes mais importantes são os pistões, bielas e o virabrequim (CORREIA, 2012).
Os pistões têm funções importantíssimas no funcionamento do motor, eles são responsáveis pela expansão e compressão dos gases, tem o formato aproximadamente cilíndrico e geralmente é feito de alumínio, tendo sua cabeça reta nos motores de ciclo Otto.
A figura abaixo, demonstra a estrutura de um pistão de motor à combustão interna.
Figura 2 – Pistão de motor a combustão
Fonte: Moraes, 2018
Os pistões são cercados com anéis que tem a função de vedação e lubrificação, o mesmo é interligado a bielas através de um pino central.
As bielas têm a função de ligar o pistão ao virabrequim, sua composição é de aço forjado. As bielas são divididas em três partes: cabeça, corpo e pé. A cabeça fica ligado com o pistão através do pino e o pé ligado ao virabrequim através de um material antifricção chamado de bronzina (PORTO, 2018).
Figura 3 – Biela de motor a combustão
Fonte: Santos, 2019
Os virabrequins também são chamados de arvore de manivelas, ele é composto de aço forjado ou fundido e desempenha umas das principais funções dentro do bloco do motor; São formados por dois tipos de mancais: “excêntricos” e “de centro” A parte excêntrica são ligadas nas bielas, tem a função de transformar a energia gerada da “queima” do combustível em torque (CORREIA, 2012).
A parte de centro, é a parte da sustentação do eixo no bloco do motor. Os virabrequins são feitos de aços nobres pois exigem extrema dureza para realização de suas tarefas e seu processo de usinagem é complexo e restrito em tolerância. Todas suas partes são retificadas cilindricamente em máquinas automatizadas (PORTO, 2018).
Figura 4 – Virabrequim
Fonte: Almeida, 2016
O cárter é a parte inferior do bloco do motor. Ele tem a função de proteger os componentes inferiores e servindo para armazenagem do óleo lubrificante. Os cárteres geralmente são constituídos de ferro ou alumínio fundido. Nele fica acoplado o virabrequim e a bomba de óleo.
Em suas extremidades frequentemente tem garras destinadas a fixação do motor e suas paredes suportam os mancais do virabrequim. Sua união é feita com uma junta que um material apropriado para gerar total vedação que evite vazamentos em razão do aquecimento e da dilatação do material (CORREIA, 2012).
O cabeçote tem a função de tampar os cilindros, formando a câmara de combustão na parte superior do bloco do motor. Nele, ocorrem altas pressões por conta do pistão que comprime a mistura, no caso do ciclo Otto, ou o ar, no caso dos motores de ciclo Diesel. Geralmente, possui orifícios com roscas onde são fixadas as velas de ignição ou os bicos injetores e alojadas as válvulas de admissão e escape ou descarga. A união do bloco com o cabeçote, em razão da total vedação, requer uma junta de amianto revestida de metal. Os motores refrigerados a água usam cabeçotes de ferro fundido ou ligas de alumínio, quando há necessidade de redução de peso ou para melhorar a condução de calor, uma vez que impedem a formação de pontos quentes nas paredes internas do cabeçote (PORTO, 2018).
O cabeçote também controla a passagem de ar e combustível para dentro do cilindro, sempre acoplado com parafusos e uma junta para vedação entre o cabeçote o bloco do motor. Seu material geralmente é composto com o mesmo material do bloco do motor (PORTO, 2018).
Dentro do cabeçote ficam as válvulas de admissão e escape. O movimento do comando de válvulas é feito através do virabrequim que é acoplado em engrenagens e correias dentadas. Ainda no cabeçote é onde acontece as altas pressões geradas pelos pistões que comprimem a mistura de ar combustível no caso de motores Otto (PORTO, 2018).
Os cabeçotes geralmente são uns dos elementos mais suscetíveis a problemas no projeto. Geralmente apresentam problemas estruturais, fluxo de calor, escoamento de fluido e entre outros.
3.3. Motor Diesel de 4 tempos
Motores de combustão interna são classificados quanto ao tipo de funcionamento, sendo eles os de ciclo Otto e ciclo Diesel. O funcionamento destes se baseia no conjunto de transformações que ocorrem no interior dos cilindros, da admissão até o escape (PORTO, 2018).
Sobre a descoberta dos ciclos “o ciclo OTTO foi descrito por Nikolaus A. Otto (1876) e o ciclo Diesel por Rudolf Diesel (1983) ” (VARELLA, 2010, pág. 04). Os dois ciclos podem ser de dois ou quatro cursos do pistão. Dois cursos é o tempo de o motor completar dois cursos do pistão, logo o motor é chamado de dois tempos. E o mesmo vale para o motor de quatro tempos (VARELLA, 2010).
Primeiro curso: Admissão – O pistão se desloca do ponto morto superior (PMS) ao ponto morto inferior (PMI), nesta etapa a válvula de admissão está aberta e ocorre a admissão de ar no interior do cilindro (TILLMANN, 2013).
Segundo curso: Compressão – O pistão se desloca do ponto morto inferior (PMI) ao ponto morto superior (PMS), nesta etapa as válvulas de admissão e de escape estão fechadas e ocorre a compressão do ar, que resulta no aumento da temperatura. No término do processo de compressão, ocorre a injeção de combustível pelo bico injetor. Logo após a injeção de combustível, ocorre a inflamação deste devido o contato com o ar, dando início a combustão (TILLMANN, 2013).
Terceiro curso: Expansão – O pistão de desloca do ponto morto superior (PMS) ao ponto morto inferior (PMI), neste ocorre à expansão da mistura injetada anteriormente e as válvulas de admissão e escape encontram-se fechadas. No decorrer deste processo o pistão é acionado devido à expansão dos gases resultantes da combustão, transformando a energia térmica em energia mecânica, sendo o único curso que transforma energia e armazena parte dela, utilizando-a nos outros cursos (TILLMANN, 2013).
Quarto curso: Escape – O pistão se desloca do ponto morto inferior (PMI) ao ponto morto superior (PMS), neste ocorre à abertura da válvula de escape onde o deslocamento do pistão até o PMS expulsa os resíduos da combustão, dando início a um novo processo (TILLMANN, 2013).
3.3.1. Combustíveis para motor Diesel
Para utilizar um combustível em um motor de combustão interna, é preciso que a característica do combustível esteja de acordo com o ciclo que irá operar. Os combustíveis utilizados em motor diesel são o óleo diesel, biodiesel e álcool. Contudo, o óleo diesel é o mais utilizado (BRUNETTI, 2010).
O Diesel consumido no Brasil recebe adição de cerca de 5 a ± 0,5% de biodiesel conforme a lei federal de 2010, definido pelo regulamento da Agência Nacional do Petróleo – ANP (MARTINS, 2006).
Uma propriedade importante que deve ser considerada para avaliação da qualidade do combustível para motores Diesel, é a viscosidade, na qual se determina como será o escoamento no ciclo do motor. No caso do motor Diesel, fluidos com alta viscosidade podem prejudicar a combustão (ROSA, 2014).
A quantidade de cetano presente no combustível mede a qualidade de ignição do óleo diesel direta na partida do motor e nas emissões. Esta quantidade é a propriedade de um combustível que descreve como este entrará em autoignição, que está relacionada com a fragmentação das moléculas, que para motores Diesel é importante, devido ao fato de que quanto maior a facilidade de fragmentação de moléculas mais intensa será a combustão do combustível. Este processo chama-se cetanagem (MARTINS, 2006).
Outro ponto importante para análise de combustíveis para motores dieses é o teor de enxofre, que está presente em todos os derivados do petróleo. Este, está diretamente relacionado a emissão de particulados e ocorrências de corrosão no motor, além de ser um dos principais causadores da chuva ácida (BRUNETTI, 2012).
3.4. Material Didático
É considerado material didático todo o material que tem por objetivo apoiar a atividade pedagógica, de modo que o seu conteúdo esteja relacionado à transmissão do conhecimento de forma sistematizada e de acordo com o planejamento pedagógico.
A esse propósito, Zabala (1998) define material didático como sendo: todos aqueles instrumentos que proporcionam aos educadores referências e critérios para tomar decisões, tanto no planejamento como na intervenção direta no processo ensino/aprendizagem e em sua avaliação.
As aulas, a postura dos professores e os materiais didáticos, muitas vezes, não correspondem às necessidades dos alunos e, a partir desses fatos, surgem todos os problemas que são tão comuns em nossas escolas: indisciplina, evasão, repetência, desinteresse, entre outros. A abordagem Transdisciplinar pode ser um meio eficaz para promover a formação plena do educando, por apontar para uma pedagogia não autoritária nem discriminatória. No entanto, vale ressaltar a importância da apropriação do conhecimento, por meio de uma fundamentação teórica consistente, que leve professor e aluno a articular, juntos, os saberes em sua totalidade e complexidade.
3.4.1. Didaticidade para ensino da prática laboratorial da disciplina de Motores de Combustão Interna do curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Metropolitana
O material didático que propomos servirá de suporte para a construção do conhecimento estabelecendo uma relação de diálogo entre o docente e o acadêmico com a efetiva participação de todos.
Como forma de garantir o processo de eisno aprendizagem, o material didático deverá ser abordado por 3 ferramentas: E-book, apostila e lousa digital.
A primeira ferramenta a ser utilizada será o My Ebook que permite tanto a criação como a edição de ebooks e está repleta de recursos e elementos para incluir complementos ao seu livro como vídeos, imagens, áudios e outros. Porém, como você já deve estar imaginando, esses ebooks e seus recursos só funcionam dentro da plataforma online.
Abaixo uma interface da plataforma acima citada.
Figura 5 – Interface da My Ebook
Fonte: Myebook, 2023.
A segunda ferramenta poderá ser uma apostila física (convencional) que servirá de suporte para os alunos do curso de Engenharia Mecânica da FIMCA, tendo como base a obra do professor Francisco Brunetti, conforme disposto abaixo.
Figura 6 – Proposta de apostila
Fonte: Brunetti, 2012.
A postila física será desenvolvida através de ferramentas como Microsoft Word, Google Docs ou outros processadores de texto podem ser utilizados para escrever o conteúdo teórico, abordar os conceitos e fornecer informações detalhadas sobre os motores de combustão interna.
O material didático abrangerá os principais tópicos relacionados aos motores de combustão interna, incluindo ciclos de combustão, sistemas de combustível, sistemas de arrefecimento e lubrificação, entre outros. O conteúdo será organizado de forma estruturada, seguindo uma sequência lógica permitindo aos acadêmicos compreender e aplicar os conceitos progressivamente.
A terceira ferramenta será a lousa digital. Uma lousa digital interativa poderá possibilitar ao aluno todo o universo de informação da internet para dentro da sala de aula, mantendo os acadêmicos motivados e fascinados, dando condições para que o professor possa cumprir a missão de formar os acadêmicos mais bem informados e mais seguros na hora de buscarem conhecimento.
Figura 7 – Loousa digital
Fonte: Projeto Delta, 2023.
Para desenvolver o processo de ensino-aprendizagem será utilizado programas como Microsoft PowerPoint, Google Slides ou Prezi para criar apresentações de slides, essas ferramentas permitiram incluir texto, imagens, gráficos e vídeos para explicar os princípios e conceitos relacionados aos motores de combustão interna.
Na parte laboratorial, foi desenvolvido softwares específicos de simulação e modelagem de motores de combustão interna, como o AVL Fire, o GT-Power ou o Ricardo WAVE, essa ferramenta foi utilizada para permitir a simulação do comportamento dos motores, analisar o desempenho e realizar experimentos virtuais para uma compreensão mais aprofundada.
Através desses materias didáticos foi possível avaliar as reais necessidades de melhorias, possibilitando então a criação de roteiros para as aulas práticas a fim de se utilizar do melhor modo os Mock Ups disponíveis, de melhoria no meio de entendimento do estudo em questão.
Com os roteiros e os equipamentos necessários para a prática, tais como o laboratório com scanner automotivo, multímetro, osciloscópio, ferramentas manuais e o Mock Up, é possível fazer as medições no multímetro, leituras no scanner automotivo, em cada momento do motor, tais como quando se desliga algum componente (sensor ou atuador). Essa prática é acompanhada e orientada por um técnico ou professor responsável para que não se tenha nenhum acidente ou dano durante a execução.
Tal roteiro é direcionado para o fenômeno especifico a ser estudado, de modo a levar os acadêmicos a interagirem de modo ativo com a situação problema, o que tende a utilizar mais sentidos, prestar mais atenção, assimilando assim mais detalhes e entendo melhor o conteúdo em questão.
4. CONCLUSÃO
Diante das análises das informações coletadas o trabalhou alcançou seu resultado ao apontar que o moto de combustão interna evolui substancialmente ao longo dos anos em inúmeros aspectos. A evolução mais significativa diz respeito a emissão de poluente, com reduções memoráveis do principal poluente, sendo que o moto está se aproximando do seu limite, de maneira que torna mais complexa a missão de reduzir a emissão de poluente. O torque e a potência também foram aspectos que evoluíram bastante, aprimorando o rendimento dos motores graças a tecnologia o crescimento da mesma, com ênfase para a eletrônica.
O crescimento da eletrônica nos controles do motor foi essencial, permitindo a elaboração de sensor, atuador e central cada vez mais célere, o que foi primordial para o aprimoramento da tecnologia como também para o desenvolvimento de tecnologias novas. Os turbocompressores são de longe a inovação que mais elevou o torque e potência do motor. Outra inovação que também se destaca são os comandos variáveis que estão cada vez mais sendo utilizados pelas indústrias, ensejando inúmeros benefícios para os motores, aprimorando, consumo, torque, potência e emissão. Mesmo que as evoluções do motor terem auxiliado no aprimoramento do consumo do veículo, notase que o peso do veículo possui influência significativa nesse aspecto. As indústrias podem pensar em investir mais na diminuição do peso dos veículos de maneira global provocando dessa maneira reduções no consumo de forma mais eficiente. Sugere como tema para trabalhos futuro o estudo da importância do óleo lubrificante e suas características para a manutenção e aumento da vida útil das máquinas
A proposta de elaboração de material didático para o estudo de motores a combustão interna representa uma abordagem inovadora e altamente benéfica para o ensino e a aprendizagem dessa área fundamental da engenharia mecânica. Ao considerar a conclusão deste projeto, é evidente que essa iniciativa tem o potencial de trazer uma série de vantagens significativas para o processo educacional e para os estudantes.
O material didático proposto oferecerá aos acadêmicos uma ferramenta valiosa para melhorar a qualidade do ensino, fornecendo um recurso estruturado e abrangente que pode complementar as aulas presenciais ou ser usado de forma independente em cursos online. Com recursos visuais, animações e exercícios interativos, o material tem o potencial de cativar e envolver os alunos de maneira mais eficaz. Isso pode tornar o processo de aprendizado mais estimulante e interessante.
Os acadêmicos podem utilizar os recursos de avaliação incorporados ao material para monitorar o progresso dos alunos e identificar áreas que exigem atenção adicional. A natureza dinâmica da tecnologia de motores a combustão interna torna essencial a atualização periódica do material, assim os acadêmicos podem contribuir para manter o conteúdo relevante e atualizado com as últimas tendências e avanços.
REFERÊNCIAS
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1 Discente do Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Metropolitana.
2 Discente do Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Metropolitana.
3 Docente.