Saímos para procurar cogumelos e encontramos uma roçadeira. Estava atrás de um castanheiro, com mato agarrado no cabeçote e cara de quem já tinha brigado com todos os antigos donos. Um de nós chamou aquilo de dragão com cabo. Outro perguntou onde colocava o feijão. Nossa formação em mecânica estava um espetáculo.
Deixamos a máquina desligada e procuramos a plaqueta e o manual. Equipamento abandonado precisa de avaliação, não de uma puxada na corda para ver no que dá. Mas o achado já tinha dado partida numa pergunta: como diabos um líquido consegue fazer um pedaço de ferro girar?
Mais tarde, fomos parar em volta da mesa, com pão, vinho e um desenho do motor entre as migalhas. A roçadeira ficou de lado. Nós começamos aquela filosofia de fim de tarde em que a gente explica o universo sem conseguir achar os próprios óculos. Só que dessa vez queríamos entender de verdade. Chega de falar «combustão» com voz de especialista e continuar viajando na maionese.
Como um motor a gasolina transforma combustível em movimento?
Um motor a gasolina transforma parte da energia química do combustível em movimento. A gasolina se mistura ao ar e uma faísca acende essa mistura dentro de um cilindro. A combustão aumenta a temperatura e a pressão dos gases, que empurram um pistão. Uma biela transmite esse esforço ao virabrequim e faz o eixo girar. Depois, os gases queimados saem e uma nova carga entra para repetir o ciclo.
O caminho inteiro está aí: energia química, gases quentes, empurrão, giro. A faísca dá a largada. A maior parte da energia vem da reação do combustível com o oxigênio do ar. A vela pode usar a cartola de maestrina, mas quem banca a orquestra é a gasolina.
Vale acertar uma palavra. Embora muita gente diga «motor a explosão», num motor a gasolina convencional buscamos uma combustão rápida e controlada, com uma chama se espalhando pela mistura. A detonação descontrolada é outra história e pode danificar o motor. Nós também sabemos diferenciar uma festa boa de uma cozinha indo pelos ares.
Cinco peças para parar de olhar o motor com cara de cogumelo
O cilindro é o espaço por onde o pistão se move. O cabeçote do motor fecha esse espaço por cima. O pistão sobe e desce lá dentro, com anéis que ajudam a vedar a passagem dos gases. Se a pressão escapasse livremente pelos lados, o empurrão perderia força. Cabeçote do motor e cabeçote de corte da roçadeira têm nomes parecidos, mas são peças bem diferentes.
Embaixo estão a biela, uma barra articulada, e o virabrequim, um eixo com um ponto de ligação afastado do centro. Esse detalhe faz toda a diferença. A biela aplica força nesse ponto deslocado e produz rotação, assim como pisar no pedal faz a pedivela da bicicleta girar. Empurrar bem no centro do eixo não daria essa alavanca.
A gasolina também não entra num jato grosso, feito alguém tentando apagar uma churrasqueira. Num motor carburado, o carburador dosa o combustível e o dispersa no ar. Em outros motores, injetores fazem esse serviço. O que acaba queimando é combustível vaporizado misturado com oxigênio. Preparar bem essa mistura faz parte do trabalho.
Foi aí que começou a cair a ficha: o motor precisa encher um espaço, comprimir o que entrou, queimar na hora certa e mandar os restos embora. A engenharia está em repetir essa sequência um monte de vezes sem que as peças resolvam pedir demissão.
Quem dá o primeiro empurrão e quem segura o embalo
Antes da primeira combustão, alguém precisa movimentar o mecanismo. Em muitas roçadeiras, a corda de partida faz o virabrequim girar. Num carro, normalmente um motor elétrico de partida faz isso. A partir daí, as combustões fornecem energia para continuar.
O volante de inércia, uma massa que gira junto com o mecanismo, guarda parte da energia de cada empurrão e a devolve entre as combustões. Assim, o motor consegue continuar girando enquanto comprime a próxima mistura. O volante não cria energia. Ele distribui essa energia ao longo do tempo. Queríamos um desses para administrar nossa disposição de lavar louça.
A faísca também não aparece por educação. Um sistema de ignição produz alta tensão na vela. Muitas máquinas pequenas usam ímãs no volante e uma bobina, sem precisar de bateria. Num motor carburado comum, o acelerador abre uma borboleta que deixa entrar mais ar e mistura. Com isso, pode ser queimado mais combustível e o motor pode produzir mais força. A rotação final depende também da carga que ele precisa movimentar.
Quatro tempos: o pistão vai e volta com serviço marcado
Um tempo é um percurso do pistão de cima para baixo ou de baixo para cima. Não é um segundo, um cilindro ou uma marcha. Vamos começar com um motor a gasolina de quatro tempos simples, com carburador ou injeção na admissão. Nele, as válvulas funcionam como portas, e o comando de válvulas coordena a abertura dessas portas.
- Admissão, o pistão desce. A válvula de entrada se abre. O espaço dentro do cilindro aumenta, e a diferença de pressão permite a entrada da mistura de ar e gasolina. A válvula de escape fica fechada.
- Compressão, o pistão sobe. As duas válvulas estão fechadas. A mesma carga fica presa num volume menor, aumentando a pressão e a temperatura. Perto do fim desse percurso, a vela solta a faísca, normalmente um pouco antes de o pistão chegar ao ponto mais alto, porque a combustão leva algum tempo.
- Expansão, o pistão desce. Os gases quentes exercem pressão e empurram. As válvulas permanecem fechadas durante a parte principal desse percurso. É esse empurrão que fornece trabalho ao virabrequim.
- Escape, o pistão sobe. A válvula de saída se abre e o pistão expulsa gases queimados, preparando o cilindro para uma nova admissão.
Quatro percursos do pistão exigem duas voltas do virabrequim. Cada cilindro tem um tempo de expansão a cada duas voltas. Em motores com vários cilindros, os empurrões são distribuídos. Nosso desenho simplifica os momentos de abertura das válvulas. Num motor real, elas podem abrir antes, fechar depois e ficar abertas ao mesmo tempo durante um breve intervalo.
Um de nós levantou o copo: «Então são três percursos preparando o rolê e um dando o empurrão?» Isso mesmo. Até o trabalho mecânico precisa que alguém ponha a mesa. A explicação da fabricante Briggs & Stratton permite acompanhar esses quatro movimentos.
Só que a nossa roçadeira é de dois tempos
O manual entregou o segredo: um motor de dois tempos clássico. Muitas roçadeiras usam essa solução, embora também existam modelos de quatro tempos. Continuamos precisando de admissão, compressão, combustão e escape. Só que essas etapas se sobrepõem para completar o ciclo em uma única volta do virabrequim. O pistão sobe uma vez e desce uma vez. Há uma expansão por volta, o que não significa automaticamente o dobro da potência.
O truque acontece acima e abaixo do pistão. Quando sobe, ele comprime a mistura que ficou presa no cilindro. Ao mesmo tempo, aumenta o espaço no cárter, a câmara inferior onde gira o virabrequim, permitindo a entrada de mistura fresca. Perto do ponto mais alto, a vela solta a faísca.
Quando desce, o pistão recebe o empurrão da combustão e comprime a carga fresca no cárter. Mais abaixo, descobre primeiro a abertura de escape e depois os canais de transferência. Os gases queimados começam a sair, enquanto a mistura do cárter passa para o cilindro e ajuda a expulsá-los. Essas aberturas são chamadas de janelas. O próprio pistão cobre e descobre as janelas. Nosso desenho mostra uma versão simples com uma válvula de palhetas na admissão do cárter.
O cárter está funcionando como uma bomba. O mesmo pistão trabalha dos dois lados. Demoramos uma tarde para sacar a real, e o danado consegue repetir isso milhares de vezes por minuto.
O óleo, o mato e aquele barulho todo
Nesse dois tempos, o óleo adequado vai misturado ao combustível, lubrifica componentes internos e acaba sendo queimado. A proporção correta vem do manual. Um quatro tempos convencional costuma ter óleo separado, mas existem motores de quatro tempos lubrificados por mistura, como mostra este sistema da STIHL. Contar os tempos não basta para decidir o que colocar no tanque.
O giro chega ao cabeçote de corte pela transmissão. Em muitas roçadeiras, uma embreagem centrífuga acopla o motor ao eixo quando a rotação aumenta. Esse eixo leva o movimento pelo tubo e, dependendo do projeto, engrenagens o transmitem ao cabeçote. O mato recebe o resultado dessa cadeia inteira.
O motor também produz calor. Parte da energia sai com os gases de escape, outra é dissipada pela refrigeração e pelos atritos. Em muitas máquinas pequenas, aletas e ar em movimento ajudam a resfriar o conjunto. Nem toda a energia do combustível vira trabalho útil. Barulho não é unidade de eficiência, por mais que algum entendido de churrasco jure o contrário.
Qual é a diferença entre um motor a gasolina e um motor diesel?
A principal diferença está na maneira de iniciar a combustão. Num motor a gasolina convencional, uma vela acende a mistura de ar e combustível. Um diesel comprime ar sem combustível até aquecê-lo bastante e depois injeta óleo diesel, que se inflama nesse ar quente sem uma faísca de vela. Ambos podem funcionar com quatro tempos. O combustível usado e o número de tempos são características diferentes.
A compressão aquece o ar porque o pistão realiza trabalho sobre ele. O motor diesel aproveita esse calor para iniciar a combustão quando o combustível é injetado. As velas aquecedoras presentes em muitos motores diesel ajudam especialmente na partida a frio e no aquecimento. Elas não produzem uma faísca a cada ciclo. O Departamento de Energia dos Estados Unidos e a documentação dos sistemas de aquecimento da Bosch explicam esses princípios.
| Comparação | Gasolina convencional | Diesel convencional |
|---|---|---|
| Início da combustão | Faísca de uma vela | Combustível injetado em ar muito quente pela compressão |
| Preparação da carga | Ar e combustível se misturam antes da ignição | Primeiro o ar é comprimido, depois o combustível é injetado |
| Alimentação | Carburador ou injeção, inclusive direta no cilindro | Injeção no ar comprimido |
| Ciclo | Pode ser de dois ou quatro tempos | Também existem motores diesel de dois e quatro tempos |
Outra pegadinha: ter injetor não transforma um motor em diesel. Existem motores a gasolina com injeção direta que continuam usando velas de ignição. E gasolina e diesel não são intercambiáveis. Suas propriedades e os sistemas preparados para queimá-los são diferentes.
Na gasolina, a octanagem mede a resistência a uma autoignição indesejada. Não é uma quantidade de «força» engarrafada. Gasolina de maior octanagem não garante mais potência em qualquer motor. A EIA explica o significado desse número. Motores diesel costumam aproveitar bem o combustível graças ao projeto e às condições de funcionamento, mas comparar consumo exige olhar os motores e os usos concretos.
Um brinde porque agora entendemos o rolê
Voltamos ao desenho. Ar e combustível. Compressão. Faísca, ou ar quente o suficiente no diesel. Gases que empurram, biela que transmite e virabrequim que gira. No quatro tempos, duas voltas por ciclo. No nosso dois tempos, uma. Agora conseguíamos acompanhar o caminho sem nos esconder atrás de palavras complicadas.
O vinho passou de mão em mão e alguém disse que um motor era fogo que tinha aprendido a dar voltas. Gostamos da frase. Depois olhamos os anéis, as válvulas e os canais. Aquele fogo tinha uma equipe inteira organizando a festa.
Foi parecido com o que sentimos diante das auroras boreais: entender o mecanismo aumentou o encantamento. E lá estávamos nós outra vez, perdendo a noção do tempo ao criar, entre desenhos, perguntas e migalhas. A roçadeira continuou sem pegar. Nós saímos de lá acesos.
