Princípios da combustão

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Princípios da combustão
Você conhecerá os principais componentes do ar e dos combustíveis, as características das misturas ar-
combustível e da combustão para motores Otto e Diesel e o cálculo da energia liberada em uma reação
química, identificando a dissociação e reações elementares de combustão em função da temperatura, e as
características da turbulência.
Prof. Gustavo Simão Rodrigues
1. Itens iniciais
Propósito
Os motores de combustão interna são máquinas térmicas que transformam energia química em energia
mecânica. O entendimento dos processos de combustão que ocorrem na câmara de combustão para os
diversos combustíveis empregados é de suma importância para o melhor aproveitamento da energia liberada
e, consequentemente, o melhor rendimento do motor para que seja produzida mais potência para o veículo
com o mínimo consumo de combustível.
Objetivos
Identificar os principais componentes do ar e dos combustíveis e o cálculo das quantidades de 
substâncias em uma reação química estequiométrica.
Reconhecer as características das misturas ar-combustível, bem como os produtos da combustão.
Reconhecer as características da combustão para motores Otto e Diesel.
Calcular a energia liberada em uma reação química e o entendimento da dissociação e das reações 
elementares de combustão em função da temperatura e das características da turbulência.
Introdução
Olá! Antes de começarmos, assista ao vídeo e compreenda os princípios da combustão, que serão tratados ao
longo deste conteúdo.
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1. Composição do ar e dos combustíveis, estequiometria
Estequiometria da mistura ar-combustível
A composição do ar e dos combustíveis e a estequiometria
Confira no vídeo os principais componentes do ar e dos combustíveis e calcule as quantidades de substâncias
em uma reação química estequiométrica.
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Composição do ar e dos combustíveis
Confira neste vídeo a composição do ar e de alguns combustíveis, como a gasolina, o álcool e o óleo diesel.
Entenda, também, os conceitos de octanagem, de cetanagem e de volatilidade.
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A indústria do petróleo teve início em meados no século XIX, com o uso de querosene e do gás natural para
iluminação. Ainda no fim do século XIX, o aumento pela demanda de transporte motorizado gerou
repentinamente uma necessidade de maior produção de gasolina, consolidando a indústria petrolífera no
cenário mundial.
Saiba mais
A gasolina era inicialmente composta por destilados leves de petróleo, apresentando baixa resistência à
detonação. Entretanto, ao adicionar álcoois etílicos e metílicos, foi verificada uma redução eficiente
desse problema. A demanda gerada pelos países em conflito na Segunda Guerra Mundial implicou vários
novos processos para refinar o petróleo, bem como a criação de diversos catalisadores, impulsionando
também a indústria petroquímica. 
Depois que aconteceram os dois choques no preço do petróleo, em 1973 e em 1979, iniciou-se uma corrida
mundial por combustíveis alternativos. Entretanto, somente o Brasil e a Nova Zelândia adotaram em larga
escala combustíveis alternativos.
Desde 1935, o álcool etílico é adicionado à gasolina em proporções de 5%. Entretanto, a partir de 1980,
passou-se a adicionar de 20% a 22% e, nos dias atuais, esse percentual chega a 25%, dependendo da
variação de produção do álcool.
Gasolina
É composta por misturas de várias naftas produzidas por meio do processamento do petróleo. Nafta é um dos
produtos obtidos pela destilação do petróleo. Além da nafta, são produzidos gás combustível, gás liquefeito
de petróleo, querosene e diesel. As naftas podem ser definidas como hidrocarbonetos de 4 a 12 átomos de
carbono. Além do mais, as naftas podem ser leves ou pesadas. A nafta leve é empregada para a obtenção de
gasolina. A nafta pesada pode ser utilizada para produção de diesel ou aguarrás, dependendo da temperatura
e do processo de destilação.
Octanagem
Também conhecido como número de octano, é uma propriedade que mede a capacidade da mistura ar-
combustível em resistir à autoignição, que provoca a detonação, fenômeno que se refere à combustão
espontânea do combustível, sendo totalmente indesejada. A estrutura química dos hidrocarbonetos que
compõem o combustível influencia fortemente no acontecimento da detonação.
Álcoois
Os principais tipos de álcoois para uso automotivo são: 
Metanol
Etanol
Álcool terc-butílico
Mistura acetona-butanol-etanol
O metanol (CH3OH) é obtido de gás de síntese de monóxido de carbono com hidrogênio, gás natural
(correspondendo a aproximadamente 95% da produção no mundo), carvão, ou como antigamente, a partir de
madeira. O metanol não é usado como combustível em larga escala por causa de sua toxidade e a legislação
brasileira, dessa forma, veta seu uso.
O etanol (C2H5OH) é obtido por meio da fermentação natural de açúcares (álcool de primeira geração) ou pela
hidrólise enzimática da celulose (álcool de segunda geração). Infelizmente, é o único oxigenado permitido pela
legislação brasileira.
Óleo diesel
O uso de óleo diesel possui sua aplicação em diversas áreas além da automotiva, como na agricultura, nos
setores ferroviário, marítimo etc. Para o uso veicular, a variação do diesel também é bastante grande em
função dos critérios de cada país. No Brasil, é o combustível mais utilizado, sendo o setor rodoviário o que
mais consome em função da matriz de transporte brasileira ser prioritariamente rodoviária.
A todo óleo diesel comercializado no Brasil é adicionada uma fração de biodiesel desde 2008. Antes dessa
data a porcentagem era facultativa. Na prática, desde 2021, esse percentual é fixado em 10% por questões
políticas. Todavia, existe uma previsão de aumento desse percentual para os próximos anos. Veja!
Previsão de aumento desse percentual para os próximos anos.
As diferentes frações do óleo diesel possuem entre 10 e 30 átomos de carbono. Assim como na gasolina, as
características do diesel são estabelecidas de acordo com as porcentagens de seus componentes. Duas
propriedades do diesel não afetam o desempenho do veículo: número de cetano ou cetanagem e volatilidade.
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Cetanagem
Assim como a octanagem na gasolina, o diesel possui a cetanagem ou número de cetano (NC) que mede a
qualidade da ignição do óleo diesel e influencia diretamente na partida do motor, no funcionamento de
maneira geral e na geração de emissões. 
A cetanagem é uma propriedade do óleo diesel que representa como será sua autoignição.
Quando uma mistura ar-combustível está a uma temperatura suficientemente alta, essa mistura pode entrar
em autoignição sem a presença de uma ignição externa, como a centelha, por exemplo. A fragmentação das
moléculas do combustível relaciona-se com a autoignição. Nos motores que funcionam com óleo diesel, a
maior fragmentação das moléculas é interessante, pois aumenta a combustão do óleo diesel injetado. A
cetanagem aumenta a tendência à fragmentação, diferentemente da octanagem, que retarda a fragmentação.
Volatilidade
Está diretamente ligada à forma com que os compostos leves e pesados são distribuídos no diesel e indica o
quanto o diesel vaporiza.
Ar atmosférico
É composto de 20,9476% oxigênio e o restante considerado gases inertes, ou seja, gases que não reagem
quimicamente com o seu ambiente, totalizados junto ao percentual do nitrogênio. Na prática, considera-se o
ar composto por 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio.
Estequiometria
Confira neste vídeo o conceito da estequiometria das reações químicas e o cálculo das quantidades de
substâncias em uma reação química estequiométrica.
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Estequiometria é definida como a quantidade das substâncias existentes em uma reação química. Ou seja, em
uma reação química existem os reagentes e os produtos e a quantidade de matéria não pode ser diferenteentre os reagentes e os produtos. 
Em uma mistura ar-combustível, na qual combustível é dado por e o ar é uma mistura de de
oxigênio e de nitrogênio, temos que, em uma reação estequiométrica, os produtos são gás carbônico 
, água e nitrogênio . Confira na equação!
Como podemos observar, todos os elementos do ar e combustível (C, H, O e N) estão presentes na mesma
quantidade dos produtos. Com os pesos atômicos dos componentes:
A razão ar-combustível é dada por:
Para o etanol anidro, o desenvolvimento será:
E a razão ar-combustível é dada por:
Verificando o aprendizado
Questão 1
A indústria petrolífera é uma das propulsoras da economia no mundo todo, sendo o petróleo uma das mais
importantes fontes de energia. A indústria de petróleo se constitui de várias atividades que se integram ao
longo da cadeia produtiva. A seguir, são apresentados alguns combustíveis. Preencha as lacunas com P
quando o combustível for derivado do petróleo e NP, quando o combustível não for derivado.
 
( ) Gasolina
( ) Óleo diesel
( ) Metanol
( ) Nafta
( ) Hidrocarbonetos
 
A sequência correta do preenchimento é
A
P – P – P – P – P.
B
NP – NP – NP – NP – NP.
C
P – NP – NP – P – P.
D
P – NP – P – P – P.
E
P – P – NP – P – P.
A alternativa E está correta.
O metanol é obtido de gás de síntese de monóxido de carbono com hidrogênio, gás natural
(correspondendo a aproximadamente 95% da produção no mundo), carvão, ou, como antigamente, a partir
de madeira.
Questão 2
Estequiometria vem do grego stoikheion e metriā. O termo "estequiométrico" é usado com frequência em
termodinâmica para referir-se à "mistura perfeita" de um combustível e o ar. Seja a combustão do metanol 
 abaixo:
 
 
Sabendo que se trata de uma reação estequiométrica, caso sejam usados 7 mols de metanol, quantos mols de
água serão produzidos?
A
1 mol
B
1,5 mols
C
3,5 mols
D
7 mols
E
14 mols
A alternativa E está correta.
A reação estequiométrica da combustão completa do metanol é
Ou seja, para 1 mol de são produzidos 2 mols de . Logo, para 7 mols de são
produzidos 14 mols de .
2. Misturas pobres, ricas, produtos da combustão
Tipos de misturas ar-combustível e os produtos da
combustão
Assista ao vídeo e confira as características dos tipos de misturas ar-combustível e os produtos da
combustão.
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Os tipos de misturas ar-combustível
Assista ao vídeo e aprenda a diferenciar as misturas pobres, econômicas, de máxima potência e ricas.
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Mistura pobre
A razão ar-combustível é dada pela razão entre a massa de ar e a massa de combustível que participam da
combustão na câmara de combustão do motor. No entanto, não somente a composição média da quantidade
de ar e combustível terá influência no comportamento da combustão, mas também o vapor de combustível
homogeneizado no ar. 
Sendo assim, pode-se ter uma mistura que apresenta menos combustível que o ideal de acordo com a
estequiometria, e que ainda assim mantém o motor funcionando estavelmente. Dá-se a essa condição a
denominação de mistura pobre. O motor ainda frio não proporciona uma vaporização do combustível e implica
características de mistura pobre, mesmo que em média a quantidade de combustível não seja menor que a
estequiométrica.
Atenção
Uma característica da mistura pobre é a chama excessivamente lenta, mantendo-se durante grande
parte do curso de expansão e com possibilidade de se manter até o início do tempo de admissão. Isso
gera um aquecimento além do normal na câmara de combustão, o que causa o retorno da chama (back
fire). Esse fenômeno é característico pelos barulhos de explosão no escapamento do veículo,
ocasionando uma instabilidade do motor, não permitindo uma rotação constante de saída, apesar de
fixar a posição do acelerador e a carga no eixo. 
A mistura pobre não é uma condição desejável para o motor e apresenta várias desvantagens, mas é uma
condição limite de funcionamento abaixo do qual o motor não pode trabalhar.
O fator lambda é definido como o quociente entre a razão ar-combustível real e a razão ar-combustível
estequiométrica. Confira!
Mistura econômica
Trata-se de uma mistura com um pouco de excesso de ar quando comparado com a relação estequiométrica,
ou seja, mistura levemente pobre. O motor funcionando com essa mistura implica um consumo específico
mínimo bem como gera uma emissão de monóxido de carbono reduzida.
Mistura de máxima potência
É uma mistura que apresenta um pouco mais de combustível, de tal forma que todo o ar que está presente na
câmara de combustão será queimado. Nessa condição, em uma posição do acelerador e determinada rotação,
é produzida a máxima potência. Com a mistura de máxima potência, a quantidade de emissão de monóxido de
carbono é maior.
Mistura rica
Com o motor funcionando nessa condição há excesso de combustível. Essa grande quantidade de
combustível faz com que a propagação da chama seja mais difícil. A grande vaporização sem que haja
combustão por falta de ar e, consequentemente, sem entrar em combustão, reflete em uma redução da
temperatura da câmara de combustão, o que provoca a extinção da chama. 
Da mesma forma que na mistura pobre, a rotação de saída do motor apresenta uma variação apesar de
manter a carga no eixo e a posição do acelerador. Aumentar ainda mais a quantidade de combustível além do
limite de mistura rica pode causar o não funcionamento do motor, o que é conhecido popularmente como
motor afogado.
Produtos da combustão
Confira neste vídeo os tipos de misturas ar-combustível e os usos dos produtos da combustão.
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O fluido ativo do motor pode conter, além do ar e do combustível, gases residuais da combustão e umidade.
Obviamente, o tipo de combustível empregado influencia nas propriedades termodinâmicas da mistura.
Para a determinação dos produtos da combustão, considera-se que os gases presentes na câmara
de combustão são: uma mistura de ar, combustível e gases residuais e uma mistura de gases
queimados.
Para quantificar os elementos envolvidos nos processos de um motor de combustão interna, parte-se do
pressuposto de que a composição molar mínima do combustível é dada por , sendo a razão de
hidrogênio por carbono, a razão de oxigênio por carbono e a razão de nitrogênio por carbono. A
equação química que representa a combustão do combustível com o oxigênio presente no ar é dada por:
Em que é a relação entre as quantidades de oxigênio e nitrogênio, que normalmente é de oxigênio e 
 de nitrogênio, ou seja, é o número de mols do elemento produzido pela combustão de
um mol do combustível com uma razão de equivalência entre o combustível e o . 
Essa razão de equivalência é dada pelas razões entre as massas de combustível e ar tanto para a mistura
fresca (real) quanto na relação estequiométrica, veja!
Passando para o primeiro componente da equação, temos que:
Com sendo:
E com sendo o número de mols de cada elemento por mol de oxigênio . Em função da razão de
equivalência , podemos ter 3 condições:
Misturas pobres ou estequiométricas – mais oxigênio que a reação estequiométrica, logo,
monóxido de carbono e hidrogênio com quantidades desprezíveis. Dessa forma, os produtos da
reação, nesse caso, são:
Tabela: Gustavo Simão Rodrigues
Misturas ricas – menos oxigênio que na reação estequiométrica, logo, a quantidade de
oxigênio nos produtos é desprezível.
Nas misturas ricas, podemos considerar que:
• 
• 
• 
Definindo a quantidade de monóxido de carbono proveniente da transformação de dióxido de carbono, ,
como , obtemos as quantidades dos produtos da combustão a seguir:
Tabela: Gustavo Simão Rodrigues
Definindo a constante como:
Substituindo as quantidades dos elementos apresentados na tabela acima, chegamos a:
Essa é uma equação do segundo grau para . Definindo-se as constantes:
Dessa forma, obtemos:
Resolvendo essa equação, determina-se onúmero de mols de monóxido de carbono.
Verificando o aprendizado
Questão 1
Durante o funcionamento do motor a combustão interna, estão presentes no interior do cilindro gases
residuais da combustão e umidade, além do ar e do combustível. Sobre as substâncias apresentadas como
produto da reação de combustão, são apresentadas algumas.
 
I - Monóxido de carbono – dióxido de carbono - enxofre
II - Dióxido de carbono – água - nitrogênio
III - Monóxido de carbono – água - enxofre
A
Apenas na alternativa I temos produtos da combustão.
B
Apenas na alternativa II temos produtos da combustão.
C
Apenas na alternativa III temos produtos da combustão.
D
Apenas nas alternativas I e II temos produtos da combustão.
E
Apenas nas alternativas I e III temos produtos da combustão.
A alternativa D está correta.
A equação química que representa a combustão do combustível com o oxigênio presente no ar é dada por
Portanto, o enxofre (S) não está presente nos produtos da combustão.
Questão 2
O tipo de mistura ar-combustível que está presente no interior do cilindro do motor impactará diretamente no
comportamento e desempenho do veículo. A proporção entre o ar e o combustível deve ser dosada para o fim
desejado. O efeito de explosão na saída do escapamento, em alguns casos labaredas, ocorre em função de
qual tipo de mistura?
A
Mistura pobre
B
Mistura econômica
C
Mistura ideal
D
Mistura de máxima potência
E
Mistura rica
A alternativa A está correta.
Uma característica da mistura pobre é a chama excessivamente lenta, mantendo-se durante grande parte
do curso de expansão e com possibilidade de se manter até o início do tempo de admissão. Isso gera um
aquecimento além do normal na câmara de combustão, o que causa o retorno da chama (back fire). Esse
fenômeno é característico pelos barulhos de explosão no escapamento do veículo.
3. Combustão para motores Otto e para motores Diesel
Conceitos da combustão para motores Otto e Diesel
Confira no vídeo os conceitos da combustão para motores Otto e Diesel.
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Combustão nos motores Otto
Confira no vídeo os principais conceitos da combustão para motores ciclo Otto com carburador ou injeção de
combustível no coletor de admissão.
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Nos motores ciclo Otto com carburador ou injeção de combustível no coletor de admissão, a mistura ar-
combustível entra no cilindro no tempo de admissão, sendo então comprimida no tempo de compressão.
Nessa etapa, ocorre a vaporização e homogeneização do combustível com o ar (no caso de combustível em
estado líquido, como gasolina e etanol). 
Já nos motores ciclo Otto com injeção direta de combustível, o encontro do combustível com o ar dá-se
diretamente no interior do cilindro do motor e, de acordo com o tipo de mistura, o momento de injeção pode
ser feito ou no tempo de admissão ou no tempo de compressão. Os tipos de mistura podem ser mistura
homogênea ou mistura estratificada.
Atenção
A estratégia de mistura homogênea consiste em injetar o combustível na fase de admissão e a entrada
do fluxo de ar no cilindro contribui para a pulverização do combustível e torna a mistura mais uniforme,
gerando uma nuvem de mistura ar-combustível homogênea por toda a câmara de combustão. 
Na mistura estratificada, durante a fase de admissão, temos somente ar e nenhum combustível na câmara de
combustão e a injeção de combustível ocorre na fase de compressão, isto é, o pistão comprime o ar sem
combustível, e na etapa de compressão, ocorre a injeção de combustível. Isso gera uma nuvem de mistura ar-
combustível concentrada na região próxima à vela de ignição, o que permite uma explosão com uma
quantidade de combustível menor. Essa estratégia consome menos combustível que a mistura homogênea.
Em ambos os casos exemplificados, a faísca ocorre quando o pistão está próximo ao ponto morto superior,
que inicia as reações de combustão e, em um primeiro momento, ocupam um pequeno volume ao redor da
vela, com um aumento de temperatura bastante localizado e um aumento de pressão ínfimo.
Nos instantes seguintes, a combustão se propaga e, com a concentração dos produtos da combustão em
níveis maiores, o calor é liberado de forma alta o suficiente para que as reações de oxidação em cadeia sejam
propagadas, ou seja, ocorre a propagação da chama.
Comentário
Em um primeiro momento da combustão não ocorre nenhum aumento de pressão, sendo essa etapa
fundamental de reações preliminares denominada “retardamento químico da combustão” ou “atraso de
ignição”. Essa fase caracteriza-se também por queimar de 1% a 10% do combustível presente no cilindro
e esse tempo de atraso de ignição é um dos motivos pelos quais ocorre o avanço da faísca em relação
ao ponto morto superior. 
Uma vez ocorrido o retardamento químico da combustão, a oxidação é propagada na câmara por meio de uma
frente de chama; por trás dela são deixados gases queimados e, à frente, a mistura ainda não queimada.
Veja na imagem como a frente de chama é propagada, tendo seu início na vela de ignição. A fase seguinte da
combustão é chamada “combustão normal”, sendo finalizada quando a frente de chama chega às paredes da
câmara de combustão.
Combustão no ciclo de Otto.
Com o intuito de tornar mínimo o trabalho negativo, deseja-se que a pressão máxima gerada pela combustão
ocorra quando o pistão já se encontre no tempo de expansão, porém, ainda bastante próximo do ponto morto
superior. Como apresentado, a combustão não acontece de maneira instantânea, requerendo certo tempo que
inclui o atraso de ignição, a combustão normal com a propagação da chama e a extinção da chama.
Dessa forma, é fundamental que a combustão inicie em um tempo relativamente anterior, de modo que o pico
de pressão seja em um ponto ótimo, motivo este que torna necessário o avanço da ignição da vela em relação
ao ponto morto superior.
Observe a seguir a imagem que mostra o diagrama de pressão em função do ângulo da árvore de manivelas 
, onde se observa o retardamento da combustão e a propagação da chama.
Diagrama de pressão.
A derivada da pressão em relação ao ângulo da árvore de manivelas é denominada gradiente de
pressão e simboliza de maneira indireta a velocidade da combustão.
De forma qualitativa, as áreas desse gráfico indicam o trabalho realizado. O tempo de compressão é negativo
e o tempo de expansão é positivo. Nota-se que, durante o ciclo de combustão, tanto o trabalho de
compressão quanto de expansão é compensado, de forma que o trabalho útil é dado pelo excesso de área
proveniente da combustão.
Combustão nos motores Diesel
Confira neste vídeo os conceitos da combustão para motores Diesel, destacando aspectos ligados à ignição
(autoignição) e a injeção do combustível. Veja ainda a relação gráfica entre a taxa de liberação de calor e o
ângulo da árvore de manivelas.
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Os motores que funcionam com ciclo Diesel apresentam a ignição ocorrendo por autoignição, quando o
combustível injetado entra em contato com ar quente proveniente da compressão realizada pelo pistão.
Comentário
A injeção do combustível é feita um pouco antes do tempo desejado para a combustão, quando o pistão
está próximo ao ponto morto superior. Por meio de pequenos furos no bico injetor, é feita a injeção do
combustível líquido na câmara de combustão em alta velocidade, ocorrendo a vaporização do
combustível à medida que este se mistura com o ar em altas pressões e temperatura. 
Devido à compressão, o ar está acima da temperatura de autoignição do combustível e, por causa disso, o
combustível entra em combustão assim que encontra o ar poucos instantes depois do início da injeção. Esse
tempo entre o momento que inicia a injeção de combustível e que efetivamente inicia a combustão é
denominado atraso de ignição ou atraso de combustão. 
Essa combustão inicial desenvolve uma repentina liberação de energia provocando um aumentode pressão e
temperatura no interior do cilindro. Esse aumento de pressão e temperatura provoca uma diminuição no atraso
de ignição para o restante do combustível injetado, que sofre uma queima com uma taxa controlada pela
mistura entre o ar e o combustível.
A seguir, veja como a pressão no interior da câmara se comporta, além da abertura do injetor e da taxa de
liberação de calor em função do ângulo do virabrequim de um motor ciclo Diesel. A abertura do injetor indica o
tempo para o qual é feita a injeção do combustível e a taxa de liberação de calor representa a taxa de
consumo do combustível. 
Ângulo da árvore de manivelas (graus).
A primeira região, em cinza claro, é o início da combustão, que se caracteriza por ter o ponto máximo
da taxa de liberação de calor.
A região seguinte é a combustão controlada, apresentando uma uniformidade na queima do
combustível, como observado pela curva da taxa de liberação de calor.
Assim como nos motores ciclo Otto, nos motores ciclo Diesel o espaço de tempo entre o início da injeção e o
início da combustão de fato é composto por dois processos: um retardamento físico e um retardamento
químico. Esses dois somados representam o retardamento total onde ocorre a injeção do combustível sem
que ocorra um aumento de pressão e temperatura no interior do cilindro.
Caso o retardamento seja prolongado por um tempo além do esperado, ocorre um acúmulo do combustível
injetado na camada que, ao entrar em combustão, causa um aumento muito acentuado da pressão.
Verificando o aprendizado
Questão 1
Os motores ciclo Otto podem admitir somente ar, no caso dos motores de injeção direta, ou a mistura ar-
combustível, nos motores carburados ou com injeção de combustível no coletor de admissão. Nos motores de
injeção direta, pode ser empregada uma estratégia de mistura em que o combustível é injetado ao final do
tempo de compressão, permitindo que ocorra a combustão com uma quantidade menor de combustível e,
consequentemente, menor consumo. O nome dessa mistura é
A
mistura homogênea.
B
mistura heterogênea.
C
• 
• 
mistura estratificada.
D
mistura ideal.
E
mistura mínima.
A alternativa C está correta.
A mistura estratificada é formada na fase de compressão, isto é, o pistão comprime o ar sem combustível e,
na etapa de compressão, ocorre a injeção de combustível. Isso gera uma nuvem de mistura ar-combustível
concentrada na região próxima à vela de ignição, o que permite uma explosão com uma quantidade de
combustível menor. Essa estratégia consome menos combustível que a mistura homogênea.
Questão 2
Os motores que funcionam com ciclo Diesel apresentam a ignição ocorrendo por autoignição, quando o
combustível injetado entra em contato com ar quente proveniente da compressão realizada pelo pistão. Assim
como nos motores ciclo Otto, nos motores ciclo Diesel o espaço de tempo entre o início da injeção e o início
da combustão de fato é composto por dois processos: um retardamento físico e um retardamento químico.
Caso esse retardamento seja demasiadamente grande, isso pode ocasionar a
A
extinção da chama.
B
redução brusca da pressão.
C
aumento brusco da pressão.
D
queda brusca da temperatura.
E
aumento brusco da temperatura.
A alternativa C está correta.
Assim como nos motores ciclo Otto, nos motores ciclo Diesel o espaço de tempo entre o início da injeção e
o início da combustão de fato é composto por dois processos: um retardamento físico e um retardamento
químico. Esses dois somados representam o retardamento total em que ocorre a injeção do combustível
sem que ocorra um aumento de pressão e temperatura no interior do cilindro.
Caso o retardamento seja prolongado por um tempo além do esperado, ocorre um acúmulo do combustível
injetado na camada que, ao entrar em combustão, causa um aumento muito acentuado da pressão.
4. Energia liberada, temperatura de combustão e turbulência
Energia liberada, temperatura de combustão e turbulência
Confira neste vídeo os cálculos da energia liberada em uma reação química, identificando a dissociação e
reações elementares de combustão em função da temperatura e das características da turbulência.
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Reações de combustão: energia liberada, temperatura e
dissociação
Energia liberada
Durante a reação de combustão ocorre uma liberação de energia conhecida como variação da entalpia ( 
, ou seja, a diferença da energia dos produtos da reação e a energia dos reagentes :
Quando a variação da entalpia é positiva , temos que a energia do produto (ou produtos) da reação
é mais alta que a energia do reagente (ou reagentes). Essa reação é denominada endotérmica, isto é, ela
absorve calor (energia) do meio ambiente.
Quando a variação da entalpia é negativa ( , temos que a energia do produto (ou produtos) da
reação é mais baixa que a energia do reagente (ou reagentes). Essa reação é denominada exotérmica, isto é,
ela rejeita calor (energia) para o meio ambiente, como na combustão da gasolina, por exemplo.
Para o cálculo da variação da entalpia, é necessário utilizar a entalpia de formação , que é o calor
liberado ou absorvido na reação de formação de 1,0 mol de determinada substância a partir de seus
elementos constituintes, que são as substâncias simples, no estado padrão. 
A tabela a seguir exemplifica a entalpia de formação para o etanol , gasolina , dióxido de
carbono e água . Ressaltando que as substâncias simples em sua forma mais estável possuem
valor zero da entalpia de formação, por convenção. Dessa forma, a entalpia de formação do oxigênio é
zero. Confira!
Composto Entalpia de formação 
-277,69
-201,50
-393,51
-285,83
Composto Entalpia de formação 
0
Tabela: Gustavo Simão Rodrigues
Para a combustão do etanol, temos que:
Energia dos produtos da reação .
Energia dos reagentes da reação .
Variação da entalpia é dada por .
Para a combustão da gasolina, temos que:
Energia dos produtos da reação .
Energia dos reagentes da reação .
A variação da entalpia é dada por mol.
Reações elementares de combustão e sua temperatura
A dissociação (ou perda do equilíbrio químico) refere-se à desintegração dos gases queimados em alta
temperatura. É um processo reversível e aumenta com a temperatura. Durante a dissociação, uma quantidade
considerável de calor é absorvida e esse calor será liberado quando os elementos se recombinarem à medida
que a temperatura cair. 
Assim, o efeito geral da dissociação é a supressão de uma parte do batimento durante o período de
combustão e sua liberação à medida que a expansão prossegue, uma condição que é realmente idêntica aos
efeitos produzidos pela mudança no calor específico. 
No entanto, o efeito da dissociação é muito menor do que a mudança de calor específico. A dissociação, em
geral, diminui a temperatura e, consequentemente, as pressões no início do curso. Isso causa perda de
potência e eficiência. A dissociação ocorre principalmente do dióxido de carbono em monóxido de carbono e
oxigênio.
A dissociação do inicia entre uma temperatura de aproximadamente e e atinge 
de .
Uma parte muito pequena de água também sofre dissociação, veja!
A dissociação é mais severa na mistura quimicamente correta. Se a mistura for mais fraca, ela fornece
temperaturas mais baixas do que as necessárias para a dissociação, enquanto se a mistura for mais rica,
durante a combustão a dissociação distribuirá e , ambos dos quais suprimem a dissociação de 
.
Importância da turbulência
Turbulência consiste em vórtices aleatoriamente dispersos de tamanhos diferentes que se sobrepõem no ar,
ou na corrente de fluxo de mistura de ar e gasolina. Esses vórtices, que são carregados junto com a corrente
de fluxo, representam pequenas quebras irregulares que assumem um movimento espiral concêntrico.
À medida que os vórtices giram, eles entram em contato com os vórtices adjacentes, causando interação de
cisalhamento viscoso. Isso acelera rapidamente a taxa de transferência de calor e aumenta a mistura de
combustível como ar.
A quantidade de atividade de vórtice, ou seja, a formação de novos vórtices e a desintegração de
outros, aumenta o fluxo turbulento com o aumento da velocidade do motor.
A turbulência desempenha um papel muito importante no fenômeno da combustão em motores de combustão
interna. A velocidade da chama é muito baixa em ambientes não turbulentos e um movimento turbulento da
mistura intensifica os processos de transferência de calor e a mistura das porções queimadas e não
queimadas na frente de chama (difusão). Esses dois fatores fazem a velocidade da chama turbulenta
aumentar praticamente na proporção da velocidade turbulenta. 
A turbulência da mistura é devida à admissão da mistura ar-combustível através de seções comparativamente
estreitas do tubo de admissão, válvula etc., no curso de sucção. A turbulência pode ser aumentada no final do
curso de compressão por um projeto adequado da câmara de combustão que envolve a geometria da cabeça
do cilindro e da coroa do pistão. O grau de turbulência aumenta diretamente com a velocidade do pistão e os
efeitos da turbulência podem ser resumidos da seguinte forma:
A turbulência acelera a ação química pela mistura de combustível e oxigênio. Assim, misturas pobres
podem ser queimadas.
O aumento da velocidade da chama devido à turbulência reduz o tempo de combustão e, portanto,
minimiza a tendência à detonação.
A turbulência aumenta o fluxo de calor para a parede do cilindro e, no limite, a turbulência excessiva
pode extinguir a chama.
A turbulência excessiva resulta no aumento de pressão mais rápido (embora a pressão máxima possa
ser reduzida) e o aumento de alta pressão faz com que o virabrequim e o resto do motor vibrem com
alta periodicidade em funcionamento irregular e ruidoso do motor.
Vale destacar que a câmara de combustão nos motores diesel se encontra no pistão e possui a geometria
especialmente projetada para gerar a turbulência do combustível injetado.
Verificando o aprendizado
Questão 1
Durante uma reação química pode ocorrer uma liberação de energia ou uma absorção de energia. No primeiro
caso, trata-se de uma reação exotérmica e no segundo caso, endotérmica. Para calcular a quantidade de
energia liberada ou absorvida em uma reação química, utiliza-se
A
1. 
2. 
3. 
4. 
a variação de entropia.
B
a variação de entalpia.
C
a variação de energia cinética.
D
a variação de energia potencial.
E
a variação de energia iônica.
A alternativa B está correta.
Durante a reação de combustão ocorre uma liberação de energia conhecida como variação da entalpia 
, ou seja, a diferença da energia dos produtos da reação e a energia dos reagentes :
Quando a variação da entalpia é positiva , temos que a energia do produto (ou produtos) da
reação é mais alta que a energia do reagente (ou reagentes). Essa reação é denominada endotérmica, isto
é, ela absorve calor (energia) do meio ambiente.
Questão 2
Determinada substância química, após sofrer combustão, apresenta na reação química uma variação de
entalpia de -3201,4 kJ/mol. Pode-se afirmar que
A
se trata de uma reação endotérmica.
B
se trata de uma reação exotérmica.
C
oxigênio é um dos produtos da reação.
D
durante a reação ocorre absorção de calor.
E
a energia de formação do oxigênio é menor que -3201,4 kJ/mol.
A alternativa B está correta.
O valor negativo da variação de entalpia indica uma reação exotérmica, ou seja, uma reação que apresenta
liberação de calor. A energia de formação do oxigênio é zero.
5. Conclusão
Considerações finais
Como vimos, existem diversos tipos de combustíveis com suas composições características. Também vimos
que a composição do ar atmosférico é de 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio.
Identificamos também as diversas classificações de mistura ar-combustível, ou seja, a proporção de ar e
combustível na reação de combustão, a saber: mistura pobre, econômica, de máxima potência e mistura rica.
Cada tipo de mistura apresenta uma característica e um efeito na combustão e no funcionamento do motor.
Analisamos as principais características da combustão dos motores ciclo Otto e dos motores ciclo Diesel.
Identificamos as características dos atrasos químico e físico e os fenômenos da combustão desde o início da
ignição, passando pela combustão normal e a extinção da chama.
Por fim, aprendemos a calcular a energia liberada em uma combustão por meio da variação de entalpia.
Aprendemos também como ocorre a dissociação na combustão e como a temperatura de combustão afeta a
dissociação dos componentes. Finalmente, vimos a importância da turbulência da mistura ar-combustível na
combustão e suas vantagens e desvantagens, caso haja turbulência excessiva.
Podcast
Ouça um resumo dos principais conceitos sobre os princípios da combustão, onde falaremos sobre as
reações químicas, como podemos identificar os principais componentes e como calcular a energia
liberada neste processo.
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Approximate relationships for the thermodynamic properties of hydrocarbon-air combustion products.
Combustion. Science and Technology, vol. 15, p. 1-10., de Martin e Heywood (1977).
IJER editorial: The future of the internal combustion engine. International Journal of Engine Research. v.
21, n. 1, p. 3-10, de He Reitz (2019) e outros autores
Referências
BASSHUYSEN, R. V. Internal Combustion Engine Handbook ‒ Basics, Components, Systems, and Perspectives,
SAE R-345 SAE, 2004.
 
BOSCH. Automotive Handbook. 6. ed. NY: Wiley, s.d.
 
BRUNETTI, F. Motores de Combustão Interna ̶ Vol. 1. São Paulo: Blucher, 2018.
 
• 
• 
BRUNETTI, F. Motores de Combustão Interna ̶ Vol. 2. São Paulo: Blucher, 2018.
 
RAJPUT, R. K. Internal combustion engines. New Delhi: Laxmi Publications, 2005.
 
SIMÊNCIO, E. C. A. Motores de combustão interna. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2019.
 
TAYLOR, C. Internal Combustion Engine in Theory and Practice. 2. ed. [S.l.]: MIT Press, 1985.
 
TAYLOR, C. Análise dos Motores de Combustão Interna. São Paulo: Edgard Blucher, 1995. 2 vol.
	Princípios da combustão
	1. Itens iniciais
	Propósito
	Objetivos
	Introdução
	Conteúdo interativo
	1. Composição do ar e dos combustíveis, estequiometria
	Estequiometria da mistura ar-combustível
	A composição do ar e dos combustíveis e a estequiometria
	Conteúdo interativo
	Composição do ar e dos combustíveis
	Conteúdo interativo
	Saiba mais
	Gasolina
	Octanagem
	Álcoois
	Óleo diesel
	Cetanagem
	Volatilidade
	Ar atmosférico
	Estequiometria
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	2. Misturas pobres, ricas, produtos da combustão
	Tipos de misturas ar-combustível e os produtos da combustão
	Conteúdo interativo
	Os tipos de misturas ar-combustível
	Conteúdo interativo
	Mistura pobre
	Atenção
	Mistura econômica
	Mistura de máxima potência
	Mistura rica
	Produtos da combustão
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	3. Combustão para motores Otto e para motores Diesel
	Conceitos da combustão para motores Otto e Diesel
	Conteúdo interativo
	Combustão nos motores Otto
	Conteúdo interativo
	Atenção
	Comentário
	Combustão nos motores Diesel
	Conteúdo interativo
	Comentário
	Verificando o aprendizado
	4. Energia liberada, temperatura de combustão e turbulência
	Energia liberada, temperatura de combustão e turbulência
	Conteúdo interativo
	Reações de combustão: energia liberada, temperatura e dissociação
	Energia liberada
	Reações elementares de combustão e sua temperatura
	Importância da turbulência
	Verificando o aprendizado
	5. Conclusão
	Considerações finais
	Podcast
	Conteúdo interativo
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	Referências