Motores Combustao Interna e Seus Sistemas

A manuteno da limpeza peridica e o abastecimento total, mantendo o

reservatrio sempre cheio, evita a suco de impurezas menos densas pre-

sentes na superfcie do lquido e a entrada de vapor de gua ou umidade

presente no ar ambiente, que condensado durante a noite quando ocorrem

menores temperaturas.

Filtros de combustvel so dotados de elementos filtrantes descartveis e devem reter o mximo possvel de impurezas, sem obstruir nem oferecer

resistncia ao fluxo. Dependendo do tipo de motor, para melhorar a eficincia

na filtragem, utilizam-se dois filtros em srie, mostrados na Figura 4.17.

Figura 4.17: Esquema de funcionamento dos filtros de combustveisFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

4.3.2 Bomba de alimentao de combustvelNormalmente, so utilizadas bombas de mbolo na funo de bomba de

alimentao de combustvel. A bomba de alimentao est diretamente aco-

plada bomba injetora, a qual tambm acionada pelo excntrico do eixo

de cames. Sua funo consiste em aspirar o combustvel do reservatrio e

transport-lo atravs de um filtro at a bomba injetora.

Motores de Combusto Interna e seus Sistemase-Tec Brasil 66

Figura 4.18: Esquema de funcionamento da bomba de alimentao de combustvelFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

4.3.3 Bomba injetoraA bomba injetora tambm um conjunto mecnico complexo cuja funo

injetar o combustvel no momento e na quantidade exatos para o funciona-

mento do motor em qualquer rotao ou carga de trabalho. Os tipos mais

usuais de bombas injetoras, em funo das especificaes operacionais dos

motores, podem ser bomba injetora em linha, apresentada na Figura 4.19, as

quais possuem um elemento de bombeamento formado de um cilindro e um

pisto para cada cilindro do motor. O curso do pisto no varivel. Por isso,

para que seja possvel a modificao do volume de injeo do combustvel,

so usinadas bordas de controle nos pistes da bomba. O curso desejado

obtido atravs da regulagem realizada por uma haste mvel.

Figura 4.19: Bomba injetora em linhaFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

Para saber mais sobre bomba injetora, acesse:http://www.omecanico.com.br/modules/revista.php?recid=35

e-Tec BrasilAula 4 - Sistemas complementares dos motores 67

A quantidade requerida de combustvel em altas rotaes no compatvel

com o tempo de injeo. Para que a quantidade exata seja entregue, a inje-

o se inicia adiantada a fim de dar tempo suficiente para formar a mistura

ar-combustvel. Por esse motivo que so adotados avanos automticos.

O dispositivo de avano automtico um conjunto que permite avanar o

ponto de inspeo quando o motor atinge alto giro, compensando o atraso

da queima. Para fazer essa variao, ele aproveita a fora centrfuga criada

por dois pesos montados na engrenagem de acionamento da bomba injetora

ou acoplamento de avano.

Montado na parte frontal da bomba injetora no eixo excntrico ou na rvore

de comando do motor, movido pela engrenagem da rvore de manivelas

(virabrequim), o avano automtico dotado de contrapesos que atuam por

intermdio da fora centrfuga de modo gradual, dependendo da rotao em

que se encontra o motor, sendo que o maior ngulo de avano alando

geralmente na mxima rotao do motor.

Os contrapesos (1) vencem a fora das molas que transmitem o movimento

angular para o eixo torcional (2), apresentado na Figura 4.20 que, por con-

seguinte, o move no sentido contrrio de giro da rvore de comando, pro-

porcionando o avano necessrio.

Figura 4.20: Dispositivo de avano automticoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006


Figura 4.21: Bomba injetora acoplada ao motor motor 6 cilindrosFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

As bombas injetoras rotativas, Figura 4.22, caracterizam-se por possuir apenas

um elemento de bombeamento para todos os cilindros. A elevao de ressaltos

na parte inferior do disco de comando da bomba rola sobre os roletes do

anel, provocando o movimento do curso. Uma srie de componentes de

adequao e regulagem automtica permite o processamento mecnico de

outras informaes para o controle do dbito, avano, regulagem de rotao

e partida.

As bombas rotativas ou distribuidoras so bombas que tm requerimentos de

tolerncia e especificao estritas demais para que seja possvel se obterem

as caractersticas de injeo desejadas.

O desenho, o conceito e a aparncia so totalmente diferentes das conhecidas

bombas em linha. Isso ocorre, principalmente, porque utiliza somente um

pisto para os diversos cilindros do motor e, atravs de um s orifcio, faz o

controle da injeo em cada cilindro. So aplicadas aos motores menores,

at 4 cilindros.


Figura 4.22: Bomba distribuidora rotativaFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

O conjunto de pistes movido por um eixo excntrico que acionado pelo

motor. O retorno dos pistes se d por meio de molas. Os ressaltos do eixo

excntrico se movem contra a fora das molas, forando o movimento ascen-

dente dos pistes-bomba. Desse modo, ocorre a elevao de presso dentro da

tubulao de combustvel, fazendo com que vena a presso do combustvel

e vena a fora da mola de ajuste da presso de abertura dos bicos injetores,

pulverizando ou atomizando o combustvel dentro da cmara de combusto.

4.3.4 Tubulao de alta pressoOs tubos de alta presso so calibrados para conduzir o combustvel da bomba

injetora aos bicos injetores. Esses tubos apresentam paredes espessas para

suportar as altas presses promovidas pelo sistema de injeo.

Figura 4.23: Detalhe da posio da tubulao de alta presso motor Diesel 6 cilindrosFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006


4.3.5 Combusto em motores e estequiometriaDe maneira geral, define-se combusto como uma reao qumica entre

duas substncias chamadas combustvel e comburente, que ocorre em alta

velocidade e alta temperatura, onde se d uma intensa liberao de calor

com a emisso simultnea de luz, na maioria das vezes, dependendo, entre

outros fatores, do tipo de combustvel. Normalmente, o comburente utilizado

o oxignio do ar atmosfrico.

Na prtica, costuma-se fazer distino entre duas formas bsicas de reao

de combusto. Diz-se que a combusto completa quando o combustvel

queima em sua totalidade, ou seja, os reagentes so levados ao seu grau de

oxidao mxima durante a formao de um produto final.

Nos motores de combusto interna, a diferena fundamental entre a Ignio

por Centelha (ICE) e a Ignio por Compresso (ICO) no faz referncia sobre

o tipo de combusto que ocorre e sobre como esse processo idealizado nos

ciclos Otto e Diesel respectivamente.

O processo de combusto no ocorre em um volume constante (Otto) e nem

presso constante (Diesel). A diferena entre os dois processos de combusto

que os motores com ignio por centelha normalmente possuem seus rea-

gentes pr-misturados, enquanto nas mquinas de ignio por compresso,

os reagentes so misturados j na combusto.

Com a combusto de reagentes pr-misturados, a mistura ar/combustvel

deve ser sempre estequiomtrica (quimicamente correta) para uma ignio e

combusto correta. Para o controle da potncia de sada dos motores ICE

regulada reduzindo-se a massa de combustvel e/ou ar na cmara, reduzindo

a eficincia do ciclo. Ao contrrio, para motores ICO, onde ocorre a injeo

do combustvel, a mistura somente estequiomtrica na frente de chama.

A sada de potncia pode, ento, ser controlada pela variao do controle

da quantidade de combustvel injetado. Isso colabora para economia de

combustvel superior.

estequiometriaA estequiometria nos permite calcular a quantidade exata de reagentes que preciso para se obter uma determinada quantidade de produto em uma reao qumica. Ao realizar uma reao qumica difcil obter no produto a mesma quantidade presente nos reagentes, ou seja, o rendimento terico maior que o rendimento real.http://www.brasilescola.com/quimica/estequiometria.htm

Sistema de ignio por centelha acesse:http://www.jaguariunajeepclube.com/Donwnloads/esquema%20bobina%20bosch.doc

Sistema de ignio por compresso acesse:http://www.eduloureiro.com.br/index_arquivos/MTAula2.pdf


Figura 4.24: Ao do bico injetorFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

A combusto nos motores de ciclo Diesel, ocorre pelo processo de injeo,

onde o gs de combusto aspirado ou induzido sob presso comprimido

a elevadas temperaturas (500 a 600C) que promove a autoignio. A com-

busto no ocorre de maneira uniforme. A injeo acontece durante o des-

locamento do pisto ao PMS, no tempo de compresso. A uniformidade ou

uma melhor condio de combusto somente acontece quando a mistura

entre o combustvel e o ar se apresenta em quantidades e temperaturas ideais.

O ponto crtico mais importante a formao da mistura mediante a injeo

do combustvel diretamente antes e durante a autoignio e combusto na

carga de ar fortemente comprimida. Nas relaes de injeo, o elemento

injetor a pea pela qual o combustvel chega at a cmara de combusto.

Com pequenos orifcios calibrados, pulveriza ou atomiza o combustvel para

facilitar o processo de combusto. A direo e o ngulo formado pelos jatos

so determinados pela posio dos orifcios do injetor.

Nas Figuras 4.25 e 4.26, apresentam-se os tipos de bico injetor com suas

peculiaridades.


Figura 4.25: Bicos injetores de duplo estgioFonte: MWM International, 2009

Figura 4.26: Bico injetor convencionalFonte: MWM International, 2009


4.3.6 Injeo direta Sistema Common Rail CRSAs crescentes exigncias de reduo de consumo de combustvel, tendo em

vista menores ndices de poluio e funcionamento mais silencioso dos moto-

res Diesel, no so garantidos nos processos de injeo mecnica. No sistema

de injeo eletrnica, a gerao de presso e a injeo de combustvel so

separadas, o que signifi ca que a bomba gera a alta presso que est disponvel

para todos os injetores atravs de um tubo distribuidor comum. Essa presso

pode ser controlada independentemente da rotao do motor. A presso do

combustvel, incio e fi m da injeo, so precisamente calculados pela unidade

de comando a partir de informaes obtidas dos diversos sensores instalados

no motor, o que proporciona excelente desempenho, baixo rudo e mnima

emisso de gases poluentes.

A injeo direta Common Rail (CRS) comparada injeo direta mecnica convencional um mtodo mais moderno. O combustvel armazenado

num acumulador, chamado Rail, sob alta presso de combustvel. Assim, a presso de injeo j est pronta, disposio, ao iniciar a injeo. Alm

disso, a injeo efetuada de forma seletiva por cilindro e pode ser livremente

confi gurada perfeio, tambm visando a pr-injeo.

Figura 4.27: Sistema Common Rail de injeoFonte: Santos, 2009

As vantagens mais importantes da injeo eletrnica Common Rail so relativas ao rudo de funcionamento do motor. Devido pr-injeo, menos dura do

que na injeo tradicional, e o rendimento nitidamente mais alto que na

injeo em antecmara (injeo indireta). Com isso, produz-se tambm uma

maior rentabilidade, assim como uma carga menor de material poluente no

meio ambiente.


Motores Diesel com sistemas Common Rail satisfazem as normas de emisso dos gases de escape atualmente em vigor e tm, tambm, o potencial para

satisfazer normas futuras.

Esse sistema possui, comparativamente, poucas peas mveis, porque todos

os processos de comando e regulao ocorrem de forma eletrnica. Isso

prolonga a vida til do sistema.

Figura 4.28: Sistema de injeo BoschFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

Figura 4.29: Circuito de combustvel CRSFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006


Os motores com gerenciamento eletrnico visam, sobretudo, alcanar nveis

menores de emisso de poluentes, atendendo s leis nacionais e internacionais

de preservao ambiental; mecnica mais simples, aliando os benefcios da

nova tecnologia de controle de injeo, com reduo de custos.

Os motores com gerenciamento eletrnico funcionam com um sistema de

alimentao de combustvel controlado eletronicamente.

O mecanismo bsico de injeo conhecido como sistema bomba-tubo-bico

e consiste numa unidade injetora por cilindro, interligada ao bico injetor,

atravs de uma pequena tubulao de alta presso (Figura 4.30). Os elemen-

tos alojados na unidade injetora-injetor, cmaras de presso, descarga de

combustvel, vlvula de controle de vazo e eletrom de acionamento so

responsveis pelo aumento da presso e controle do volume de injeo de

combustvel que conduzido ao bico e distribudo, de forma atomizada, na

cmara de combusto.

Figura 4.30: Unidade injetora de combustvelFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

4.3.7 Tecnologia tricombustvelA tecnologia flex fuel, que permite um motor operar com dois tipos de com-bustvel (lcool e gasolina), equipa grande parte dos veculos brasileiros lan-

ados recentemente. Entretanto, nova tecnologia est surgindo: o sistema

tricombustvel que associa o conceito flex fuel ao gs natural veicular (GNV).

A principal vantagem do sistema tricombustvel sua versatilidade: pode-se

escolher pelo uso de trs combustveis diferentes. Outro ponto importante

GNV Gs Natural Veicular.

Combustvel alternativo para veculos que em relao

gasolina pode proporcionar economia de at 60%. Muito

utilizado em frotas de txi, vans, caminhonetes, etc.

http://www.gnvdobrasil.com.br/faq.html


est na economia proporcionada pelo sistema a gs. Motores movidos a gs

gasta, por quilmetro rodado, 60% a menos do que um a gasolina e 45% a

menos do que um a lcool.

Diferentemente do flex fuel, que possibilita a mistura de dois combustveis, o sistema tricombustvel pode funcionar de quatro formas: alimentado s por

gs natural, s por lcool, s por gasolina ou por uma mistura de lcool/gaso-

lina. o condutor quem escolhe o tipo de combustvel: a partir de uma tecla

no painel, ele faz a opo por um dois sistemas (gs ou gasolina/lcool).

Outra vantagem do sistema tricombustvel est em sua maior autonomia em

relao aos sistemas atuais. Por estar equipado com dois tanques de combus-

tvel, um para gs e outro para lcool/gasolina, ele permite que o automvel

rode uma distncia maior, sem que haja necessidade de abastecimento. Alm

disso, em caso de o gs acabar, o sistema faz automaticamente a mudana

para a alimentao lcool/combustvel passando a funcionar como um

veculo flex fuel normal. O contrrio tambm acontece: se o combustvel lquido acabar, o gs natural acionado.

A perda de rendimento da gasolina para o gs natural veicular se explica,

principalmente, pela incompatibilidade entre taxa de compresso e octanagem

dos dois combustveis. Se aplicar turbocompressor no motor a turbina, con-

segue-se quase anular esse problema de perda de potncia, porm encarece

o produto. Alm disso, o sistema tricombustvel avaliado tem como um dos

seus principais benefcios potencializar a diminuio de emisso de poluentes

na atmosfera pois quando comparado gasolina, o GNV apresenta menor

emisso de hidrocarbonetos (HC), monxido de carbono (CO) e xidos de

nitrognio (NO), alm de reduzir a emisso de dixido de carbono (CO2)

responsvel pelo efeito estufa em aproximadamente 25%.

4.4 Sistema de arrefecimentoO Sistema de arrefecimento tem por objetivo impedir que os elementos

mecnicos do motor atinjam uma temperatura muito elevada ao contato

com os gases da combusto, ou seja, controlar a temperatura ideal dentro

da faixa de operao do motor.

Os processos de transmisso de calor ocorrem em funo das leis da termodin-mica, cincia a qual define as transformaes do calor e do trabalho mecnico e o estudo das leis s quais obedecem os gases durante suas evolues desde

sua entrada no cilindro at sua sada para a atmosfera. Especificamente no

Tecnologia tricombustvel acesse:http://www.webmotors.com.br/wmpublicador/Tecnologia_Conteudo.vxlpub?hnid=33451

termodinmicaA termodinmica estuda as relaes entre calor e trabalho e as propriedades das substncias que interagem nestas relaes.http://pcc261.pcc.usp.br/Termodin%C3%A2mica%2009-02%20internet.pdf


caso dos motores de combusto interna, os gases so comprimidos, queima-

dos, dilatados e expandidos sob o efeito da temperatura ou de um trabalho

mecnico.

Para os motores ditos trmicos que transformam a energia calorfica dos

combustveis ou carburantes em energia mecnica absorvida pela rvore de

manivelas, esta transformao obtida pela mudana de estado, vaporizao;

de volume, compresso; de temperatura, combusto. Para tanto, os processos

de transmisso de calor podem ser:

a) Conduo o processo de transferncia de calor por meio de movi-mento molecular atravs dos slidos e dos fluidos em repouso. Esse o

mecanismo pelo qual o calor flui atravs da estrutura do motor.

Figura 4.31: Transmisso de calor por conduoFonte: http://www.eduloureiro.com.br/index_arquivos/taula1.pdf

Onde: T1 e T2 gradiente de temperatura

q taxa de transferncia de calor

b) Radiao o processo de transmisso de calor atravs do espao. Ele tem lugar no apenas no vcuo, mas, tambm, atravs de slidos e flui-

dos transparentes aos comprimentos de onda na faixa espectral visvel e

infravermelha. Uma pequena parte do calor transmitido para as paredes

dos cilindros pelos gases quentes flui por esse processo.


Figura 4.32: Transmisso de calor por radiaoFonte: http://www.eduloureiro.com.br/index_arquivos/taula1.pdf

Onde: T1 e T2 gradiente de temperatura

c) Conveco o processo de transmisso de calor atravs dos fluidos em movimento, e entre um fluido e uma superfcie slida com movimen-

to relativo. Esse tipo de transmisso de calor envolve a conduo e o

movimento do fluido.

Conveco natural a expresso usada quando o movimento do fluido

se d devido s diferenas de densidade em um campo gravitacional.

Conveco forada a expresso usada para indicar o processo de

transmisso de calor entre o fluido e uma superfcie slida com movi-

mento relativo, quando ele provocado por foras que no decorrem

da gravidade. A maior quantidade de calor que flui entre o fluido de

trabalho e as peas do motor, e entre estas e o fluido de refrigerao

transmitida por este processo.

Figura 4.33: Transmisso de calor por convecoFonte: http://www.eduloureiro.com.br/index_arquivos/taula1.pdf


Onde: TS e T gradiente de temperatura

q taxa de transferncia de calor

A manuteno da temperatura ideal de trabalho evita o desgaste, detonao

da mistura. As folgas adequadas e a viscosidade do lubrificante so respon-sabilidade do sistema de refrigerao.

A perda de calor do sistema durante os cursos de compresso e expanso

contribui para reduo em potncia e eficincia, at cerca de 10% da potncia

e da eficincia do ciclo equivalente de ar/combustvel.

Um motor moderno, em geral, aproveita aproximadamente 30% da energia

do combustvel para seu movimento. Os demais 70% so eliminados pelo

calor. Esses valores podem variar em funo de o motor apresentar uma verso

equipada ou no com turboalimentador e ar ps-arrefecido. Na Figura 4.34

apresentamos o circuito do sistema de arrefecimento de um motor.

Figura 4.34: Circuito do sistema de arrefecimento do motorFonte: MWM International, 2009

Alm do calor transmitido do fluido de trabalho durante os cursos de com-

presso e expanso, uma parcela pondervel transmitida para a estrutura do

cilindro e, consequentemente, para o meio refrigerante, durante o processo

viscosidadeA viscosidade de um fluido basicamente uma medida de

quanto ela gruda. A gua um fluido com pequena viscosidade. Coisas como xampoo ou xaropes

possuem densidades maiores. A viscosidade tambm depende

da temperatura. O leo de um motor, por exemplo, muito

menos viscoso a temperaturas mais altas do que quando o

motor est frio.http://www.if.ufrj.br/teaching/

fis2/hidrodinamica/viscosidade.html


de descarga, alm do atrito provocado pelo pisto que tambm constitui uma

fonte de fluxo de calor. Assim, o fluxo total de calor no sistema de refrigerao

muito maior do que o fluxo de calor dos gases durante o ciclo de trabalho.

O sistema de arrefecimento o responsvel pela troca de calor do motor

com o meio ambiente, regulando sua temperatura de trabalho, conforme a

Figura 4.35. O calor transmitido ao fluido de arrefecimento que circula no

bloco e cabeote do motor e, posteriormente, dissipado para o ambiente ao

passar pelo radiador.

Um bom sistema de arrefecimento garante trabalho motor na faixa ideal de

funcionamento, permitindo maior vida aos componentes internos e reduzindo

consumo de combustvel.

O processo de refrigerao envolve o fluxo de calor dos gases, sempre que

a temperatura destes excede da parede do cilindro. O atrito gerado pelas

partes mveis do motor tambm uma fonte geradora do fluxo de calor

para as diversas partes do motor. O atrito mecnico eleva a temperatura do

lubrificante e das partes envolvidas, resultando em fluxo de calor para as

partes vizinhas ao resfriador e de l para o fluido refrigerante.

As perdas de calor, direta e por atrito, reduzem a potncia disponvel e a

eficincia do motor. O estudo das perdas de calor no motor importante

no apenas do ponto de vista da eficincia, mas tambm para o projeto do

sistema de refrigerao e, talvez, por uma razo ainda mais forte como o

entendimento do efeito do fluxo de calor sobre as temperaturas de operao

dos componentes do motor.

Os motores de combusto transformam em trabalho til, somente uma

pequena parte (35%) da energia total liberada pela queima do combustvel

(Figura 4.35).

Os gases quentes da combusto aquecem, principalmente, o bloco do motor e

saem em parte sem ser aproveitados pelo coletor de escapamento. O excesso

de calor gerado pela queima do combustvel no interior do motor levado

para o radiador pelo lquido do sistema de arrefecimento.

O sistema de arrefecimento tem como funo garantir que a temperatura de

servio no interior do motor nunca ultrapasse um valor predeterminado, a fim

de evitar o superaquecimento das peas e dos lubrificantes.


Figura 4.35: Esquema do balano trmico de um motor DieselFonte: Barger et al., 1966

4.4.1 Tipos de subsistemas de refrigeraoExistem dois tipos comuns de subsistemas de arrefecimento: o arrefecimento

a ar e o arrefecimento a gua: bombeia-se um agente refrigerador lquido

atravs do circuito de arrefecimento do bloco do motor. Existem alguns moto-

res com arrefecimento direto ou arrefecimento forado a ar. Nesses motores,

o calor expelido diretamente do motor pelo ar que o circunda. Se, por

algum motivo, acontecer uma falha no sistema de arrefecimento do motor,

ocorrer um superaquecimento e, com isso, as peas do motor se dilataro

excessivamente, causando vrios tipos de anomalias, principalmente o des-

gaste excessivo com maior rapidez.

Sabemos que os elementos naturais, ar e gua, so excelentes dissipadores

de calor e que com mecanismos simples e econmicos esses elementos con-

seguem trocar o calor com o meio exterior com facilidade.

4.4.1.1 Arrefecimento a arEsse mtodo apresenta uma grande simplicidade de execuo e de manu-

teno. Os cilindros do motor (s vezes, tambm, o crter) possuem aletas

que aumentam a superfcie de contato com o ar, permitindo melhor troca

de calor com o meio.


Nos sistemas de ventilao natural, o deslocamento do veculo que provoca

a circulao de ar em volta dos cilindros, como nas motocicletas, por exemplo.

A eficcia da refrigerao depende, portanto, da velocidade de deslocamento

do veculo, ser suficiente para velocidades normais e altas, porm, insuficiente

quando o veiculo estiver parado ou a plena potncia.

Os sistemas de ventilao forada so compostos por um ventilador ou por

uma turbina acionada pelo motor. Essa soluo necessria sempre que os

cilindros do motor localizam-se no interior do veculo. O ar recalcado pelo

ventilador conduzido por tubulaes at s proximidades dos cilindros e

dos cabeotes. Em seguida, o ar sai para a atmosfera.

A ventilao forada permite uma refrigerao suficiente em todas as condies

de funcionamento do motor. Contudo, em condies climticas desfavorveis

(frio), a ventilao excessiva, e a refrigerao tende a levar o motor a funcionar

a uma temperatura muito baixa. Corrige-se esse defeito pelo emprego de um

obturador que limita a quantidade de ar aspirado. Este obturador pode ser

acionado por um comando manual ou por um dispositivo termosttico situado

na corrente de ar quente que sai do motor.

O comando por termostato automtico, sendo colocado de modo a ser

atingido pelo ar quente que vem dos cilindros. O calor provoca a dilatao

do termostato que, por um comando mecnico, abre o obturador situado

entrada do ventilador.

Para controlar a temperatura de funcionamento de um motor de refrigerao

a ar, coloca-se um termostato sobre o crter ou no leo de lubrificao.

De um modo geral, a refrigerao a ar faz com que o motor funcione a tempe-

raturas muito variveis. A ajustagem dos pistes, segmentos e vlvulas exige

folgas de dilatao suficientes e um leo lubrificante de excelente qualidade.


Figura 4.36: Refrigerao a ar nos motoresFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

4.4.1.2 Arrefecimento a guaA gua utilizada como condutor de calor entre o motor e o ar atmosfrico.

O forte calor especfi co da gua permite obter uma excelente refrigerao

pelo simples contato com o exterior dos cilindros e do cabeote. Desse fato,

resulta uma maior estabilizao da temperatura do motor e, consequente-

mente, condies de funcionamento mais regulares.

O arrefecimento a gua compreende os seguintes elementos bsicos:

Bomba centrfuga de baixa presso e alta vazo que recalca a gua do

radiador para o bloco do motor.

Vlvula termosttica que atua como um dispositivo automtico que per-

mite normalizar rapidamente a temperatura do motor e a estabilizao

ideal de funcionamento do motor.

Radiador cujo elemento de refrigerao tem a forma de um favo, tubular

ou com tiras; a parte superior do radiador possui sempre uma sada de

segurana chamada registro. Essa sada limita a presso na circulao

quando, por aquecimento, o volume do lquido aumenta.


Ventilador, que se destina a provocar uma intensa circulao de ar atra-

vs do elemento de refrigerao do radiador.

Cmara de gua em volta dos cilindros, dos assentos das vlvulas e dos

cabeotes. Essa cmara possui na sua parte inferior uma entrada de gua

fria e na parte superior uma sada de gua quente; frequentemente, colo-

ca-se um bujo de esvaziamento no local mais baixo da cmara de gua.

Costuma-se colocar o ventilador e a bomba (Figura 4.37) sobre o mesmo eixo,

a meia altura do sistema de refrigerao. Portanto, a bomba atua apenas

como acelerador de circulao.

Figura 4.37: Detalhe da bomba dgua do motorFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

A tendncia natural de circulao da gua chamada de efeito termossifo,

ocorre naturalmente. Quando aquecida, fica mais leve e por si s procura o

ponto mais alto do motor, subindo do bloco para o cabeote, e em seguida,

para o radiador (trocador de calor) por meio das mangueiras.

A bomba dgua responsvel pelo auxlio nesta circulao de gua em todo

o sistema de arrefecimento do motor. Seu acionamento realizado pela rvore

de manivelas por intermdio de correia ou engrenagens.


4.4.1.3 Sistema de circulao forada por bombaA circulao por bomba mais rpida, resultando numa menor diferena de

temperatura nas extremidades do radiador e menos riscos de congelamento

no inverno. Contudo, quando se aciona o motor, a gua fria entra imediata-

mente em circulao, e o aquecimento do motor mais lento.

Figura 4.38: Esquema do arrefecimento por termossifoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

A utilizao, nesse caso, de um termostato ou de vlvula termosttica, freia

e at interrompe a circulao de gua, se a sua temperatura no for superior

a 80C. O termostato , frequentemente, completado por uma passagem

auxiliar que, no caso de estar fechado, permite que a gua que sai do motor

volte ao bloco de cilindros sem ter que passar pelo radiador. Assim, o aque-

cimento do motor acelerado.

Em um motor de combusto interna, a refrigerao a gua mantm uma

temperatura de funcionamento mais regular que a refrigerao a ar. A tem-

peratura das paredes do cilindro no ultrapassa a 120C.

4.4.2 Vlvula termostticaA vlvula termosttica um dispositivo automtico, que tem a funo de

normalizar rapidamente a temperatura do motor e permitir a sua estabilizao

ideal durante todo o tempo de funcionamento, independentemente da carga

do motor ou de fatores externos.


Quando a gua do arrefecimento est fria, a vlvula termosttica impede sua

circulao pela colmeia do radiador, permitindo somente sua circulao pelo

interior do bloco e cabeote do motor atravs da passagem de derivao para

a bomba dgua, conforme apresenta a Figura 4.39.

Figura 4.39: Esquema de funcionamento da vlvula termosttica fechadaFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

Antes, porm, de a gua de arrefecimento atingir a temperatura ideal, a

vlvula termosttica permanece semiaberta, permitindo a passagem da gua

para o radiador e, ao mesmo tempo, diretamente para o bloco atravs da

passagem de derivao para a bomba dgua, evitando-se dessa forma que

acontea um choque trmico no bloco do motor.

Atingida a temperatura normal de funcionamento para o motor, a vlvula

termosttica abre a passagem para o radiador e fecha a passagem de derivao

para a bomba dgua (Figura 4.40). Esta abertura se processa gradativamente,

bem como o fechamento da derivao, evitando com isso variaes bruscas

de temperatura.

Figura 4.40: Esquema de funcionamento da vlvula termosttica aberta Fonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

Para saber mais sobre a funo da vlvula termosttica, acesse:http://www.clubedodiesel.com.br/?p=593


Verifi cao de funcionamento o procedimento de ensaio das condies funcionais da vlvula termosttica consiste em submet-la a banho com gua

aquecida, observando-se que para diferentes valores de temperatura a vlvula

abre ou fecha seu registro, conforme mostra a Figura 4.41.

Figura 4.41: Esquema de verifi cao do funcionamento da vlvula termostticaFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

4.4.3 Radiador o reservatrio do fl uido de arrefecimento, composto de aletas, conhecidas

por colmias, que formam uma grande superfcie de dissipao do calor

(Figura 4.42).

Figura 4.42: Radiador e seus componentesFonte: MWM International, 2009

Outros elementos importantes do subsistema de arrefecimento o tanque

de expanso que atua como um reservatrio incorporado ao sistema de


arrefecimento cuja finalidade de receber o volume de gua proveniente da

expanso pelo aquecimento e de reintegrar este fluido ao sistema, quando

da contrao do volume pelo seu resfriamento. A tampa do radiador, a qual

tem a funo de pressurizar a gua do sistema de arrefecimento para:

Retardar o ponto de ebulio (ponto de fervura).

Reduzir as perdas pela evaporao.

Evitar o fenmeno da cavitao.

A tampa do radiador possui dois elementos de vlvulas. Um maior e outro

menor: o maior limita a presso formada pelo aquecimento da gua, e o

menor localizado no centro da tampa, limita a depresso que se forma com

o esfriamento da gua (exemplo: uma parada prolongada do motor aps um

perodo de funcionamento).

Figura 4.43: Tampa do radiadorFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

As Figuras 4.44 e 4.45 apresentam o esquema de circulao do fluido de

arrefecimento nas condies de temperatura do motor e os elementos fun-

cionais que operam o sistema nas duas tarefas as quais a vlvula termosttica

se prope.

1 tarefa inicia-se com o funcionamento do motor, quando a vlvula ter-

mosttica encontra-se fechada, na condio de motor frio.

2 tarefa quando a vlvula termosttica encontra-se aberta, promovendo a

refrigerao do motor em operao.


Figura 4.44: Movimento do fl uido refrigerante com motor frioFonte: MWM International, 2009

Figura 4.45: Movimento do fl uido refrigerante com motor quenteFonte: MWM International, 2009

4.4.4 Ventilador um componente importante que faz parte do radiador. Sua atuao

de manter o fl uxo de ar em forma espiral, forando a passagem desse ar

impulsionado pelas ps atravs das aletas do radiador, acelerando o processo

de troca de calor. O acionamento pode ser atravs de polia e correia com

sincronismo do virabrequim ou motor eltrico independente.


Figura 4.46: Ventilador Fonte: MWM International, 2009

4.4.5 AnticongelantesPara evitar que no inverno a gua congele, junta-se a ela lcool ou glicerina

pura. O lcool dilui-se facilmente; a mistura permanece homognea, mas

como o lcool se evapora mais facilmente que a gua, deve-se verificar a sua

proporo periodicamente.

A resistncia ao frio depende da quantidade de lcool ou de glicerina que se

adiciona gua.

O acionamento de um motor cuja temperatura est baixa, prxima de 0C,

apresenta certas dificuldades e alguns perigos. Se no houver lubrificao,

o metal mais frgil poder sofrer, sob o efeito de choques, um comeo de

ruptura pelo atrito frio (molas de vlvulas, etc.).

4.5 Sistema de lubrificaoAs peas mveis do motor submetidas ao atrito geram calor e desgastes,

necessitando continuamente de lubrificantes entre as superfcies de contato.

O calor e desgaste gerados provocam temperaturas elevadas que podem

fundir as peas uma nas outras.

A primeira funo dos lubrificantes, os leos minerais ou sintticos, o de

lubrificar esses componentes, ou seja, manter uma pelcula de leo lubrifi-

cante entre essas peas para dissipar o calor, vedar, limpar, reduzir o rudo

do motor e remover as partculas geradas pelo desgaste nos locais de atrito,

mantendo-as em suspenso.


Figura 4.47: Esquema de circulao do leo lubrificanteFonte: MWM International, 2009

Em funo das exigncias dos leos lubrificantes, bem como seus incremen-

tos determina-se o perodo de troca, pois cada vez mais so utilizados leos

sintticos ou semissintticos e de aditivao.

Os aditivos so classificados de acordo com as funes que desempenham:

Antioxidantes agem quimicamente com o oxignio, evitando a oxi-dao dos metais.

Detergentes reduzem a formao de placas e depsitos.

Dispersantes impedem a aglomerao de borras.

Viscosidades maiores proporcionam menor sensibilidade s mudanas de temperatura.

Inibidores da corroso ou anticorrosivos reduzem o desenvolvi-mento de substncias cidas.

Antiespumantes reduzem a espessura das bolhas de espuma, elimi-nando-as.

Modificadores de frico ou antidesgastantes formam uma cama-da de proteo nas superfcies metlicas.


O sistema de lubrifi cao composto por uma bomba que succiona o leo

do reservatrio, pelo crter, atravs do elemento pescador que o bombeia

para a galeria principal do motor. Em motores turboalimentados, o leo

passa pelo trocador de calor onde resfriado e direcionado aos fi ltros. Aps

a passagem pelos elementos fi ltrantes encaminhado s demais partes do

motor: mancais, cabeote, balancins, etc.

Figura 4.48: Esquema de lubrifi cao do motorFonte: MWM International, 2009

A bomba de leo do motor faz circular sob presso o leo lubrifi cante,

levando-o para todos os pontos que requerem lubrifi cao, atravs de galerias

existentes no bloco e cabeote do motor. Os cilindros so lubrifi cados pelo

leo que extravasa dos colos das bielas e mancais. As hastes das vlvulas, as

articulaes esfricas das varetas de acionamento dos balancins, os tuchos,

as engrenagens da distribuio tambm so lubrifi cados pelo leo vazado

dos mancais, os quais so lubrifi cados sob presso.

O sistema de lubrifi cao insere o lubrifi cante entre as partes metlicas mveis

do motor, para diminuir o atrito e dilataes excessivas entre elas.


Figura 4.49: Galerias do leo lubrifi canteFonte: Fram, 2003

A lubrifi cao protege os componentes contra corroso e melhora a vedao

entre os pistes e os cilindros, alm de refrigerar as superfcies em contato.

Todo leo destinado lubrifi cao do motor forado a passar por um

sistema de fi ltragem no qual so retidas as partculas existentes. Em casos

de obstruo do elemento fi ltrante do tipo cartucho de papel especial, uma

vlvula de segurana intercalada no circuito abre-se e permite a passagem do

leo para lubrifi car o motor, porm com leo no fi ltrado.

Figura 4.50: Esquema de funcionamento do fi ltro de leo lubrifi canteFonte: Fram, 2003


Figura 4.51: Diagrama bsico de lubrifi caoFonte: Fram, 2003

O fi ltro de leo posicionado aps a sada da bomba de leo, para que as

impurezas sejam retidas pelo elemento fi ltrante antes da passagem do leo

lubrifi cante para o motor.

4.5.1 Composio dos fi ltros do leo lubrifi canteO fi ltro do leo constitudo de carcaa e papel especial. A carcaa fabricada

em chapa de ao, oferecendo grande resistncia a presses internas.

J o papel especial tratado, resinado, corrugado e plissado homogenea-

mente, proporcionando alta efi cincia na reteno dos contaminantes e baixa

restrio ao fl uxo do leo.

Figura 4.52: Detalhe do elemento fi ltranteFonte: Fram, 2003

Os fi ltros lubrifi cantes devem atender s funes de reter todos os conta-

minantes que possam causar danos ao perfeito funcionamento do motor,

mantendo as caractersticas de estrutura do leo, uniformidade de circulao

e efi cincia no perodo de uso pelo motor e oferecendo proteo mxima

para os motores.


Os contaminantes contidos no sistema de lubrifi cao, principalmente os

abrasivos (metais), provenientes do atrito das partes mveis do motor e da

decomposio qumica que permanecem em suspenso no leo lubrifi cante

e do carbono resultante da queima do combustvel que causa o desgaste

prematuro, reduzindo a vida til do motor.

4.5.2 Trocador de calorO trocador de calor ou intercambiador de calor um dispositivo que permite

manter o leo lubrifi cante na temperatura ideal de trabalho, independente-

mente da carga do motor ou de fatores externos. Fluindo por um sistema de

canais em contato com o circuito de gua do sistema de arrefecimento, o

leo lubrifi cante aquecido rapidamente nas partidas e arrefecido durante

o servio contnuo.

Figura 4.53: Esquema de arrefecimento do leo lubrifi canteFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

4.5.3 Sistemas de lubrifi cao tradicionaisOs sistemas de lubrifi cao tradicionais admitem as seguintes caractersticas

inerentes ao seu projeto:

a) Salpico a bomba de leo alimenta as cubas colocadas perto da passa-gem de cada biela; estas so munidas de uma colher (pescador) que apa-

nha o leo que passa pela cuba; por inrcia, o leo penetra em seguida

na biela e lubrifi ca o moente. Os mancais so diretamente alimentados

por tubos que saem do coletor principal. Com a lubrifi cao por salpico,

a presso fornecida pela bomba pouco elevada, de 0,1 a 0,4 kg/cm. O

manmetro graduado em metros de coluna de gua (1 a 4 mca). Para

facilitar a lubrifi cao, bielas e mancais devem possuir grandes ranhuras

de circulao.

Para saber mais sobretrocador de calor, acesse:

http://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema074/trocador/

index.htm


b) Presso o virabrequim possui condutos especiais. O leo chega aos mancais sob presso, e da canalizado at aos moentes para lubrificar

as bielas. Os mancais e as bielas no possuem ranhuras de lubrificao,

exceto algumas cmaras de leo curtas que no desembocam no exterior.

A presso de lubrificao de 1 a 3 kg/cm. Essa presso impulsiona o

leo como uma cunha entre as superfcies a lubrificar, realizando o atrito

fluido. Frequentemente, a cabea da biela munida de um pequeno

orifcio dirigido ao cilindro e destinado a lubrificar o pisto. Em alguns

casos, uma canalizao ao longo da biela permite, igualmente, assegurar

uma melhor lubrificao do eixo do pisto.

c) Projeo esta disposio compreende a lubrificao sob presso de todos os mancais e a lubrificao das bielas por um jato de leo. Cada

biela tem uma colher. A rotao contra o jato intensifica a penetrao de

leo no interior da biela. Por outro lado, o jato de leo sobre toda a cabe-

a da biela favorece a sua refrigerao. A presso de lubrificao de 1

a 3 kg/cm. Nos motores de pouca cilindrada, a lubrificao por projeo

simplificada. O virabrequim aciona uma roda munida de palhetas. Esta

roda est semissubmersa no leo do crter e sua orientao faz com que

ela projete o leo diretamente sobre a biela e no cilindro.

d) Mistura o leo misturado com o combustvel e penetra no motor proporcionalmente ao seu consumo. Esse sistema de lubrificao no

apropriado aos motores a 2 tempos que funcionam com pr-compresso

no crter. A proporo do lubrificante em relao ao combustvel , ge-

ralmente, de 5%. Uma quantidade mais elevada leva a um entupimento

das cmaras de exploso e de escape, assim como a um empobrecimen-

to da carburao.

e) Crter seco neste sistema de lubrificao, o leo contido num reser-vatrio independente. Uma bomba leva o leo do reservatrio ao motor,

introduzindo-o com presso nos elementos a lubrificar. Uma segunda

bomba, chamada bomba de retorno, aspira o leo que tende a acumu-

lar-se no fundo do crter e remete-o ao reservatrio.

Seja qual for o sistema, a lubrificao dos cilindros assegurada, unicamente,

pelo leo projetado pelas bielas em rotao. Quando se pe o motor frio em

funcionamento, o leo circula com dificuldade, e a lubrificao dos cilindros

insuficiente, por isso justifica o aquecimento do motor em baixa rotao. Em

motores de lubrificao sob presso, no circula nenhum leo nos primeiros


minutos de funcionamento. O salpico e a projeo efetuam com maior rapidez

essa lubrifi cao dos cilindros.

Alm das questes relativas lubrifi cao, a circulao de leo deve garantir

a refrigerao das bielas e do virabrequim. Partindo do reservatrio com

aproximadamente 50C, o leo, em aquecimento pleno do motor, atinge de

80 a 120C quando passa pelas bielas.

Em motores novos ou ajustados, as folgas esto no seu mnimo. O leo circula

com mais difi culdade e, portanto, refrigera mal as peas, havendo maior risco

de gripagem ou de fuso do metal antifrico por falta de lubrifi cao.

Figura 4.54: Esquema de lubrifi cao dos motoresFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

4.5.4 Atritos no sistema de lubrifi caoQuando duas superfcies de contato se deslocam uma em relao outra,

ocorre o fenmeno de atrito que pode ser classifi cado segundo trs tipos:

Atrito seco em que as superfcies esto em contato sem a interposio de lubrifi cante.

Atrito mido em que uma pequena pelcula de lubrifi cante favorece a frico sem impedir que as superfcies entrem em contato pela crista das

suas rugosidades.

Pesquise mais sobre sistema de lubrifi cao dos motores de combusto interna, acessando

o material complementar no seguinte link:

http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/varella/Downloads/IT154_motores_e_tratores/

motores/apresenta/sistema%20de%20lubrifi cacao.pdf

Assista ao vdeo Sistema de Lubrifi cao de Motores Diesel

em:http://www.youtube.com/

watch?v=Oiv3lxUuZys

http://carros.hsw.uol.com.br/motores-de-carros2.htm


Atrito lquido em que a pelcula de lubrificante contnua e homog-nea, impedindo, assim, que as duas superfcies entrem em contato.

Todas as peas em movimento de um motor de combusto interna devem

ser lubrificadas de modo a permitirem um atrito lquido (desgaste mnimo).

Contudo, na prtica, no exatamente este o resultado que se alcana. Sob

a presso das peas, o leo expulso, a pelcula desgasta-se e as superfcies

entram em contato acontecendo o atrito mido.

A passagem do atrito lquido ao atrito mido tanto mais fcil quanto maiores

forem as presses e as temperaturas e quanto pior for a qualidade do leo

lubrificante.

4.5.5 leos lubrificantesOs leos destinados lubrificao dos motores de combusto interna devem

possuir certo nmero de qualidades perfeitamente determinadas.

Os leos lubrificantes dos motores podem ser constitudos de uma base

mineral ou sinttica com a adio de aditivos. Sob o ponto de vista prtico,

eles so caracterizados principalmente pela sua viscosidade, seu ponto de

combusto e seu ponto de congelamento.

A viscosidade caracteriza as particularidades de escoamento do leo. Pode-se

medir por diferentes mtodos, fazendo parte de cada um deles um sistema de

unidades. O mtodo Engler o mais comumente utilizado. O escoamento de

certa quantidade de leo por um orifcio de pequeno dimetro comparado

ao escoamento de uma mesma quantidade de gua. A relao dos tempos

de escoamento obtida em graus Engler, relativa viscosidade do leo. Por

exemplo, um escoamento seis vezes mais lento que o da gua designado

por 6 Engler.

Pode-se exprimir a viscosidade por centistock (1/100 de stock). a viscosi-

dade fsica absoluta do lubrificante, isto , a resistncia real do deslocamento

das suas molculas, umas em relao s outras. Determina-se a viscosidade

medindo a fora necessria para fazer deslocar de 1 cm, no seio do lubrifi-

cante, uma superfcie de 1 cm, velocidade de 1 cm/seg. Para fazer essa

medida, usa-se, tambm, a massa especfica do lubrificante utilizado.

Esse mtodo de medio da viscosidade pode ser utilizado para todos os

lubrificantes, desde os leos mais lquidos s graxas mais consistentes.


A viscosidade de um leo modifica-se com a temperatura. Quanto mais quente

est o leo, menor a viscosidade.

A principal qualidade de um leo deve ser a de que a sua viscosidade seja

ainda suficiente para assegurar um atrito lquido a temperaturas de funcio-

namento das peas do motor de 80 a 150C. Com um leo de qualidade

inferior, a viscosidade diminui a tal ponto, que o motor s trabalha a atritos

midos (desgaste rpido).

O ponto de combusto a temperatura em que o leo emite vapores susce-

tveis de serem inflamados. Ele deve ser o mais elevado possvel, de modo a

evitar as fugas por vaporizao ao contato com as partes inferiores do pisto

do motor quente. A temperatura de combusto , geralmente, superior a

220C para os leos finos e ultrapassa 250C para os leos espessos.

O ponto de congelamento a temperatura em que o leo no escorre mais

de uma proveta quando esta inclinada. O ponto de congelamento deve ser

o mais baixo possvel, de modo a facilitar que o motor entre em movimento

depois de tempo prolongado sob temperaturas muito baixas.

As diferentes estruturas moleculares dos leos lhe do algumas qualidades

particulares que influenciam o seu comportamento no motor. A qualidade de

aderir a superfcies metlicas denominada de adesividade. Essa qualidade favorece a formao de uma pelcula lubrificante e se mantm contnua,

mesmo em presena de cargas fortes. Em alguns casos, a adesividade e a

viscosidade so paralelas.

A uma viscosidade mais elevada corresponde uma maior adesividade. Mas, a

uma viscosidade igual, a adesividade pode ser diferente, conforme a estrutura

molecular de cada lubrificante.

De modo geral, os leos destinados aos motores de combusto interna so

de origem mineral. Esses leos possuem uma grande estabilidade qumica,

contudo, o seu poder lubrificante diminui rapidamente acima dos 120C. O

uso de leos lubrificantes de origem vegetal, principalmente extrado do rcino

(mamona), assegura melhor lubrificao a temperaturas elevadas, mas a sua

estabilidade qumica pequena, dando origem ao aparecimento de cidos

orgnicos no aconselhveis s partes internas do motor.

adesividadePropriedade que um corpo tem

de aderir a outro.http://www.dicio.com.br/

adesividade/


Atualmente, adicionam-se elementos qumicos apropriados, como os aditivos,

que podem melhorar a qualidade dos leos no momento da sua utilizao.

Os aditivos podem ser diretamente adicionados ao leo na sua fabricao.

Nesse caso, recebem o nome de leos aditivos, designados comumente por

leos HD (Heavy Duty). Os leos HD so vendidos no mercado sob diversas designaes, dependendo da proporo de aditivos que eles contm.

O aperfeioamento progressivo dos leos minerais destinados aos motores de

combusto interna deu origem ao aparecimento de leos de todas as estaes

ou de multiviscosos. Esses leos so, em geral, formados por vrios leos de

base com estruturas moleculares diferentes, aos quais foram adicionados os

aditivos habituais dos leos HD.

4.5.6 Classificao geral dos leosPor muito tempo os leos foram classificados apenas sob o aspecto da sua

viscosidade, medida temperatura de 50C (323 K). O Quadro 4.1 especifica

as designaes, os grupos S.A.E. (Society of Automotive Engineering) e as viscosidades correspondentes.

Quadro 4.1: Classificao geral dos leos lubrificantes

Designaes GrupoViscosidade mdia a 323 K

graus Engler graus centistock

Muito fluidoS.A.E. 5 2.0 a 2.3 12 a 15

S.A.E. 10 2.3 a 3.3 15 a 24

FluidoS.A.E. 20 3.3 a 6.6 24 a 50

S.A.E. 30 6.6 a 9.7 50 a 74

ViscosoS.A.E. 40 9.7 a 14.0 74 a 107

S.A.E. 50 14.0 a 21.0 107 a 160

Fonte: Rahde

Atualmente, tende-se classificar os leos conforme o gnero de trabalho

exigido do motor, isto , conforme a espcie de servio a que este subme-

tido, conforme se observa na Figura 4.55, que corresponde ao sistema de

classificao de tipos de leos.


Figura 4.55: Sistema de classifi cao de tipos de leosFonte: MWM International, 2009

4.5.7 Particularidades dos leos aditivosComo a composio dos leos aditivos varia conforme o fabricante funda-

mental no misturar leos HD de provenincias diferentes, a fi m de evitar o

comprometimento de sua estabilidade.

Por outro lado, o poder detergente confere ao leo uma propriedade de

penetrao muito grande. Essa propriedade faz com que seja mais difcil

efetuar a vedao do motor e provoca mais facilmente a subida de leo

nas cmaras de combusto, o que pode resultar num pequeno aumento de

consumo de lubrifi cante.

Em um motor usado, a introduo de leo aditivo origina a dissoluo dos

depsitos. Os elementos mveis e, em particular, os anis de compresso tra-

balham mais livremente. Desse fato resulta uma melhoria da compresso e da

potncia, mas frequentemente a marcha do motor um pouco mais ruidosa.

A introduo de um leo aditivo altamente detergente em um motor que

anteriormente j funcionou com leo comum apresenta certos riscos. O

leo aditivo provoca o desprendimento dos depsitos de carvo internos.

Esses depsitos, de volume aprecivel, no se dissolvem totalmente no leo,

acumulando-se no fundo do crter, nos fi ltros e nos condutos de lubrifi cao

onde sua presena pode criar graves incidentes.

4.5.8 leos multiviscososOs leos multiviscosos abrangem uma categoria de lubrifi cantes atuais que

apresentam uma pequena variao de viscosidade em relao s variaes da

sua temperatura. A frio, por exemplo, um leo multiviscoso possui a mesma


viscosidade de leos comuns S.A.E. 10, enquanto a quente, sua viscosidade

idntica a dos leos grupo S.A.E. 30. Obtm-se essa caracterstica por meio

de uma mistura apropriada de vrios leos de base.

Os leos multiviscosos asseguram uma lubrificao correta em todas as con-

dies de funcionamento do motor e independem das condies climticas.

So munidos de aditivos habituais dos leos H.D. e requerem as mesmas

precaues quanto a sua utilizao. As vantagens principais que apresentam

so as de assegurar excelentes condies para partida a frio, uma lubrificao

imediata no momento do acionamento, conservando um poder lubrificante

a alta temperatura.

4.6 Sistema eltricoO sistema eltrico dos motores composto pela bateria que se comporta

como um acumulador de energia eltrica, considerada o principal elemento

desse sistema; motor de partida ou arranque, o componente que tem a

funo de iniciar o movimento do motor; alternador, que transforma parte da

energia produzida pelo motor em energia eltrica para atender demanda de

consumo dos dispositivos eltricos consumidores e manter a carga da bateria;

cabos condutores, que interligam eletricamente os componentes do sistema

eltrico; quadro de fusveis, que se caracteriza por garantir que cargas eltricas

excessivas no danifiquem os componentes e acessrios consumidores; dispo-

sitivos eltricos consumidores, que possuem funes mltiplas (dependendo

da aplicao podem ser enquadrados como sensores eletrnicos que atuam,

principalmente, como variadores de potncia, registradores de consumo,

monitores de funes: presso, temperatura, ajustes, etc., como tambm,

dizem respeito aos faris, lanternas, buzina, sinalizadores, controladores e

monitoramento eletrnicos).

Saiba mais sobre motor de partida, acessando:http://www.bosch.com.br/br/autopecas/produtos/eletrica/mot_partida.htm


Figura 4.56: BateriaFonte: Bosch, 2010

4.6.1 Sistema de partida dos motores de combusto internaNo momento do acionamento da chave, a bateria emite sinal ao motor de

partida ou motor de arranque. Um pinho na extremidade do motor de

partida desliza sobre a cremalheira do volante do motor, iniciando-se o fun-

cionamento do motor. Atravs de polias e correia o motor faz funcionar o

gerador (alternador) que, por sua vez, mantm a carga da bateria estvel.

Figura 4.57: Esquema da rede eltrica do motorFonte: Bosch, 2010


4.6.2 Motor do ciclo Otto ignio por centelhaPara obter a centelha de ignio no momento exato em que dever ocorrer a

combusto da mistura ar mais combustvel, os motores de ciclo Otto dispem

de um sistema de ignio composto por:

Bateria que transforma energia qumica em energia eltrica e armaze-na a energia eltrica gerada pelo alternador.

Chave de ignio interrompe ou no a passagem da corrente eltrica para a bobina.

Bobina de ignio possui um circuito primrio e um secundria que, a partir de uma baixa tenso, geralmente 12 V, induz uma alta tenso, da

ordem de 20.000 V, que ser distribuda para as velas de ignio.

Distribuidor recebe a alta tenso da bobina e a distribui atravs do motor para os cilindros (velas de ignio).

Vela de ignio emite a centelha eltrica na cabea do pisto no mo-mento da combusto.

Ignio eltrica transforma a corrente contnua (CC) em corrente al-ternada (CA).

Figura 4.58: Esquema de distribuio de energia ao motorFonte: Bosch, 2010


4.6.3 Motor do ciclo Diesel ignio por compressoO motor do ciclo Diesel se diferencia dos demais pelo simples fato de no

apresentar vela de ignio e distribuidor de energia, o que reduz significati-

vamente o uso do acionamento eltrico. Entretanto, os demais componentes

so importantes e necessrios para o bom funcionamento do motor.

ResumoEstudamos nesta aula a identificao dos principais sistemas complementares:

ar, arrefecimento, lubrificao, combustvel e eltrico que auxiliam no pro-

cesso de funcionamento, especificamente como auxiliares na transformao

da energia contida nos combustveis em energia mecnica nos motores de

combusto interna.

Atividades de aprendizagem1. Qual o dispositivo automtico pertencente ao sistema de arrefecimento,

que tem a funo de normalizar rapidamente a temperatura do motor?

2. Qual a funo do tanque de expanso no sistema de arrefecimento do motor?

3. No que consiste o mecanismo bsico de injeo bomba-tubo-bico?

4. O que diferencia um filtro a banho de leo de um filtro seco utilizado nos motores?

5. Qual a funo da bomba injetora nos motores de ciclo Diesel?


e-Tec Brasil

Objetivos

Compreender os processos que regem os ciclos termodinmicos

atravs do ciclo de Carnot.

Identificar os motores segundo o ciclo de funcionamento Otto e

Diesel.

Compreender as fases dos tempos de funcionamento dos motores

e o processo de combusto.

5.1 Ciclos termodinmicosO funcionamento dos motores de combusto interna se realiza em ciclos

denominados ciclos termodinmicos, no qual se distinguem quatro fases ou

quatros tempos: admisso, compresso, exploso/expanso e escape.

Conceitualmente, ciclo uma srie de processos que ocorrem quando um

determinado sistema se desloca originalmente de um estado inicial para

retornar ao estado original. Nesses processos, os elementos fundamentais que

caracterizam um ciclo termodinmico de uma mquina trmica so: substncia

de trabalho, fonte de calor, fonte fria e mquina trmica.

5.1.1 Ciclo de CarnotPara entender melhor os ciclos de funcionamento de uma mquina trmica,

apresentaremos, de forma resumida, o ciclo terico desenvolvido pelo francs

Nicholas Carnot ciclo de Carnot. Em 1823, Carnot publicou uma brochura

intitulada Reflexes sobre a potncia motriz do fogo. Enunciava a, um

ciclo ideal que, partindo da transformao de gases perfeitos, deveria ter

um rendimento de, aproximadamente, 72% nunca atingido por um motor

trmico real.

O ciclo de Carnot se compe das fases mostradas na Figura 5.1:

Expanso isotrmica 1 a 2.

Aula 5 Princpio de funcionamento dos motores de combusto interna

e-Tec BrasilAula 5 - Princpio de funcionamento dos motores de combusto interna 107

Expanso adiabtica 2 a 3.

Compresso isotrmica 3 a 4.

Compresso adiabtica 4 a 1.

O ciclo de Carnot no pode ser objeto de nenhuma realizao na prtica.

Pode ser descrito, teoricamente, da seguinte maneira:

Primeira fase expanso isotrmica o cilindro deve ser resfriado du-rante a expanso isotrmica. Esse mesmo cilindro exige aquecimento

para tornar a temperatura constante.

Segunda fase expanso adiabtica continuando o repouso, faz-se cessar o reaquecimento do cilindro para que essa fase se efetue sem

troca de calor com o cilindro, e que a massa gasosa retome o volume e a

presso que possua no incio da primeira fase.

Terceira fase compresso isotrmica uma massa gasosa introdu-zida no cilindro e, depois comprimida pelo pisto temperatura constan-

te. O cilindro esfriado durante essa fase.

Quarta fase compresso adiabtica interrompido o resfriamento do cilindro, continua-se a compresso rapidamente, de modo que nenhuma

troca de calor tenha lugar entre o gs e o cilindro.

Figura 5.1: Diagrama do ciclo de Carnot presso e volumeFonte: Adaptado de Van Wylen, 1994


O rendimento (n1) de um ciclo de Carnot depende somente das temperaturas

nas quais o calor fornecido ou rejeitado:

Onde: n1 rendimento

TL temperatura baixa

TH temperatura alta

O rendimento tambm pode ser expresso pela relao de presso (Rps) ou taxa

de compresso (Rvs), durante os processos isoentrpicos da seguinte forma:

Taxa de presso isoentrpica:

Onde: Rps relao de presso

P1, P2, P3 e P4 presso

T3 temperatura baixa

T2 temperatura alta

k constante

Taxa de compresso isoentrpica:

Onde: Rvs taxa de compresso

V1, V2, V3 e V4 volume

k constante

Portanto, o rendimento (nt):


5.2 Classificao dos motores segundo o ciclo termodinmicoPara a abordagem sobre a classificao, segundo os sistemas que consideram

os ciclos termodinmicos, conveniente lembrar que, termodinmica a

cincia que define as transformaes do calor e do trabalho mecnico e o

estudo das leis s quais obedecem os gases durante suas evolues desde

sua entrada no cilindro at sua sada para a atmosfera.

Nos motores de combusto interna, os gases so comprimidos, queimados,

dilatados e expandidos sob o efeito da temperatura ou de um trabalho mec-

nico. Se indispensvel se conhecer profundamente a termodinmica para

construo dos motores, so tambm necessrios conhecimentos elementares

para se compreender o seu funcionamento.

Assim, segundo os ciclos termodinmicos, podemos classificar os motores

em: ciclo Otto e ciclo Diesel.

Motores de ciclo Otto motores de combusto interna com ignio por centelha, utilizando como combustveis: gasolina, gs ou lcool.

O convencional motor a gasolina um motor de combusto interna no qual

uma mistura ar + combustvel admitida num cilindro e comprimida pelo

pisto ou mbolo, aps inflamada por uma centelha eltrica provocada pela

vela de ignio.

Motores de ciclo Diesel motores de combusto interna com ignio por compresso, utilizando como combustveis: diesel, biodiesel e suas misturas.

O motor Diesel um motor de combusto interna no qual o ar admitido no

cilindro comprimido pelo pisto ou mbolo, atingindo devido compresso,

uma temperatura de 500 a 700C. Uma vez injetado ou atomizado o com-

bustvel, a mistura inflama-se espontaneamente, graas ao calor resultante

da compresso do ar.

5.3 Processo de combusto nos motoresPara que haja uma combusto perfeita, necessrio dosar trs elementos fundamentais, o chamado tringulo do fogo: o ar, o calor e o combustvel.

combustoOu queima, uma reao

qumica exotrmica entre uma substncia, o combustvel e um

gs, o comburente, geralmente o oxignio, para liberar calor e luz. Durante a reao de combusto so formados diversos produtos resultantes da combinao dos

tomos dos reagentes.http://www.damec.ct.utfpr.

edu.br/motores/downloads/GCapitulo%20VI.pdf\

Para saber mais sobre ciclos termodinmicos, ciclo Otto e

ciclo Diesel, acesse:http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/

segunda_lei/segunda_lei.html


A combusto ou queima um processo qumico que exige a presena desses

trs componentes que, ao se combinarem na proporo adequada dentro do

motor, promovem a exploso.

Figura 5.2: Tringulo do fogoFonte: CTISM

O tempo que leva para que a mescla ar + combustvel entre em combusto cha-

mado de atraso de combusto e dura aproximadamente 1 milissegundos (ms).

Em alguns casos, existem condies que o atraso pode durar mais tempo, at

2 milissegundos (ms), isso devido a ():

Baixa temperatura de funcionamento do motor.

Bicos injetores no atomizando perfeitamente.

Ponto de incio de injeo ajustado muito avanado.

M qualidade do combustvel.

Problemas mecnicos, especficos para o tipo de motor.

Como consequncia do maior tempo de atraso de combusto, h o rudo de

combusto chamado de batida de pino, rudo metlico gerado por frentes

de chamas distintas dentro da cmara de combusto.

Outro fator que influencia o atraso de combusto a presso de compres-

so no interior da cmara de combusto. Quanto maior a presso, menor

o atraso de combusto, conforme mostra a Figura 5.3, a seguir: o efeito da

temperatura (C) versus nveis de presso (bar).

Para saber mais sobre atrasode combusto, acesse:http://www.damec.ct.utfpr.edu.br/motores/downloads/GCapitulo%20VI.pdf


Figura 5.3: Tempo de combustoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

Nos motores de ciclo Otto, a mistura ar + combustvel realizada antecipa-damente a sua entrada no cilindro por um elemento misturador, carburador

ou, mais recentemente, pelo dosador eletrnico de combustvel.

Nos motores de ciclo Diesel, h somente admisso do ar pelo sistema de captao do ar atravs dos fi ltros que deve preencher a cmara de combusto.

A forma da cmara de combusto, o posicionamento do bico injetor e o ngulo

de injeo determinam o processo de formao da mescla ar + combustvel.

Quanto ao formato da cmara de combusto, esta pode ser dividida em, pelo

menos, dois tipos que garante o sistema de injeo: injeo direta e injeo

indireta.

Injeo direta a combusto se d diretamente sobre a cmara de combus-to da qual o pisto faz parte (Figura 5.4).

Figura 5.4: Detalhes do tipo de injeo direta sobre os pistesFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

Injeo indireta a combusto tem incio no interior da pr-cmara expan-dindo-se para cmara de combusto principal no topo do pisto como mostra

as Figuras 5.5 e 5.6.

Para saber como funcionam os motores de injeo direta,

acesse:http://frisontech.com.br/

artigos-em-portugues/44-como-funcionam-os-motores-de-

injecao-direta.html


Figura 5.5: Injeo indireta pr-cmara com turbilhonamentoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

Figura 5.6: Injeo indireta pr-cmara com pr-aquecimentoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

5.4 Fases ou tempos de funcionamento dos motores alternativosPara a compreenso do funcionamento necessrio familiarizar-se com alguns

termos:

PMS ponto morto superior posio do mbolo mais prxima parte superior do bloco.

PMI ponto morto inferior posio do mbolo mais prxima ao vira-brequim ou rvore de manivelas (ADM).

Cmara de compresso volume que fi ca no cilindro depois que o mbolo atinge seu ponto mximo (PMS), tambm chamada de cmara

de combusto.

Curso do pisto espao linear percorrido pelo pisto ou mbolo do PMI ao PMS e vice-versa.


Tempo motor corresponde a um curso do pisto/mbolo (180 graus) ou meia volta do virabrequim ou rvore de manivelas ADM.

As fases que caracterizam o ciclo dos motores so as mesmas em qualquer

motor alternativo de mbolos e seguem os seguintes passos:

Introduz-se o ar ou a mistura ar + combustvel no cilindro.

Comprime-se o ar ou a mistura ar + combustvel, consumindo trabalho

(deve ser fornecido pelo sistema).

Queima ou combusto da mistura.

Ocorre a expanso dos gases resultantes da combusto, gerando traba-

lho para o sistema.

Ocorre a expulso dos gases.

Nos motores alternativos de pistes, as fases dos ciclos mecnicos podem se

completar de duas maneiras:

a) Motor de quatro tempos.

b) Motor de dois tempos.

No primeiro tempo, com o pisto em movimento descendente (0 180), d-se a admisso que se verifica, na maioria dos casos, por aspirao auto-

mtica da mistura ar + combustvel (ciclo Otto), ou apenas ar (ciclo Diesel).

Na maioria dos motores Diesel modernos, uma ventoinha (turbocompressor)

empurra a carga de ar para dentro do cilindro.

No segundo tempo, ocorre a compresso, com o pisto em movimento

ascendente (180 360). Pouco antes do pisto completar o curso, ocorre a ignio por meio de dispositivo adequado: velas de ignio (ciclo Otto), ou

a auto ignio (ciclo Diesel).

No terceiro tempo, com o pisto em movimento descendente (360 540), temos a ignio com a expanso dos gases e transferncia de energia ao

pisto, tambm chamado tempo motor.

Para saber mais sobre motor a dois e quatro tempos, acesse:

http://www.rcmasters.com.br/files/motores2e4tempos.pdf


No quarto tempo, o pisto, em movimento ascendente (540 720), empurra os gases de escape para a atmosfera.

Durante os quatro tempos, ou duas rotaes do virabrequim, transmitiu-se

trabalho ao pisto s uma vez.

Para a realizao dos tempos, necessrio que haja um sincronismo entre

alguns elementos mveis dependentes no motor, como as vlvulas de admis-

so e de escapamento.

O sincronismo entre os tempos e as vlvulas, abrindo e fechando nos momen-

tos exatos, garante o bom funcionamento do motor. Nesse caso, a rvore de

comando de vlvulas ou eixo de cames, responsvel pela abertura e fecha-

mento das vlvulas, gira a meia rotao do motor, completando uma volta a

cada ciclo de quatro tempos.

ResumoEstudamos nesta aula o comportamento dos motores baseados nos ciclos ter-

modinmicos, especificamente no ciclo de Carnot, que nos permite classificar

os ciclos Otto e Diesel, bem como identificar as fases de funcionamento dos

motores de combusto.

Atividades de aprendizagem1. Marque a alternativa verdadeira (V) ou falsa (F).

(__ ) Os motores podem ser classificados segundo o ciclo termodinmico em

ciclo Otto e ciclo Diesel.

(___) Motores Otto utilizam gasolina, lcool e biodiesel como combustvel.

(___) Os motores Diesel possuem ignio de exploso pela compresso dos

gases de admisso em altas temperaturas.

(___) O motor convencional a gasolina um motor de combusto interna

no qual a mistura ar e gasolina, aps ser comprimida, inflamada por

uma centelha eltrica.


(___) Nos motores Diesel no h mistura; o ar admitido e comprimido antes

da exploso.

(___) Nos motores Diesel a mistura ar + combustvel injetada em uma cmara

de combusto, no necessitando de centelha eltrica para inflamar a

mistura.

(___) Nos motores alternativos de mbolos, o tempo correspondente ao de

expanso, aps a combusto, considerado o responsvel por gerar

trabalho pelo sistema.

(___) Quanto ao formato, a cmara de combusto pode ser dividida: em

injeo direta, injeo indireta e injeo inversa.

(___) Nos motores de combusto interna, dois tempos so correspondentes

produo de energia e dois so passivos, absorvem energia produzida.

(___) Os motores do ciclo Diesel, inicialmente, aspiram e comprimem o ar de

admisso.


e-Tec Brasil

Objetivos

Conhecer e identificar os processos de funcionamento dos motores,

considerando os tempos e ciclos termodinmicos.

6.1 Motor de 2 tempos mecnicosOs motores deste tipo combinam em dois cursos do mbolo as funes dos

motores de quatro tempos. Assim, h um curso motor para cada volta do vira-

brequim. Normalmente esses motores no tm vlvulas, eliminando-se o uso

de tuchos, hastes e outros mecanismos, ou seja, todo o aparato do comando

de vlvulas. O crter, que possui dimenses reduzidas, recebe a mistura ar +

combustvel e o leo de lubrificao. Este deve ser cuidadosamente fechado,

pois nele se d a pr compresso da mistura, conforme mostrado na Figura 6.1.

Figura 6.1: Funcionamento motor 2 tempos ciclo OttoFonte: Mahle, 2007

Aula 6 Processos de funcionamento dos motores de combusto interna

e-Tec BrasilAula 6 - Processos de funcionamento dos motores de combusto interna 117

6.1.1 Ciclo Otto etanol, gasolina ou GNV6.1.1.1 1 tempo admisso e compressoO mbolo, ou pisto, dirige-se ao PMS, comprimindo a mistura ar + com-

bustvel. As janelas de escape e carga so fechadas, abrindo-se a janela de

admisso. Com o movimento do mbolo, gera-se uma presso baixa dentro

do crter e, assim, por diferena de presso, admite-se uma nova mistura

ar + combustvel + leo lubrificante, que ser utilizada no prximo ciclo. O

virabrequim d meia volta (180) fechando o ciclo.

Pouco antes de atingir o PMS, ocorre a centelha, provocando a combusto da

mistura e gerando uma fora sobre o pisto. Inicia-se, ento, o prximo ciclo.

6.1.1.2 2 tempo combusto e escapeConsiderado com curso de trabalho, iniciando a combusto no PMS, por meio

de uma centelha, o mbolo forado at o PMI. Durante o curso, o mbolo

passa na janela de descarga dando vazo aos gases da combusto. Ao mesmo

tempo, o mbolo abre a janela de carga, permitindo que uma nova mistura ar

+ combustvel + leo lubrificante entre no cilindro preparando-o para o novo

ciclo e forando os gases provenientes da combusto para fora (lavagem). O

virabrequim, neste primeiro tempo, d meia volta (180).

6.1.2 Ciclo Diesel diesel ou biodiesel

Figura 6.2: Funcionamento do motor 2 tempos ciclo DieselFonte: Mahle, 2007

e-Tec Brasil 118 Motores de Combusto Interna e seus Sistemas

Os motores Diesel, de dois tempos, tm funcionamento semelhante ao motor

de dois tempos a gasolina ou a lcool. Porm, admitem apenas ar puro, geral-

mente forado no interior do cilindro por um compressor de baixa presso

(volumtrico). Possui tambm, um sistema de lubrificao forada idntica

dos motores de quatro tempos.

6.2 Motor de 4 tempos mecnicos6.2.1 Ciclo Otto etanol, gasolina ou GNVO primeiro tempo, denominado admisso, definido pelo movimento do

pisto do PMS para o PMI. Neste instante, a vlvula de admisso se abre, e a

mistura de ar e combustvel vaporizada e aspirada para o interior do cilindro

(Figura 6.3). O virabrequim efetua meia volta (180).

Figura 6.3: 1 tempo admissoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

A compresso ocorre quando a vlvula de admisso se fecha. medida que o

pisto se desloca para o PMS, comprime a mistura de combustvel e ar (Figura

6.4). O virabrequim executa outra meia volta, completando a primeira volta

completa (360).


Figura 6.4: 2 tempo compressoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

O tempo de combusto ocorre pouco antes de o pisto atingir o PMS. O

sistema de ignio transmite corrente eltrica a vela, fazendo saltar uma

centelha entre os eletrodos, o que provoca logo a infl amao da mistura que

se encontra fortemente comprimida. Os gases em expanso resultantes da

combusto, foram o pisto do PMS para o PMI (Figura 6.5). O virabrequim

efetua outra meia volta (540).

Figura 6.5: 3 tempo combusto/expansoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

O escape o tempo decorrido aps a queima da mistura e a expanso dos

gases. o momento em que a vlvula de escape se abre. Os gases queimados

so forados para fora do cilindro, quando o pisto se movimenta do PMI para

o PMS (Figura 6.6). O virabrequim executa outra meia-volta, completando a

segunda volta completa (720).


Figura 6.6: 4 tempo escapeFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

Uma vez que o pisto realiza quatro tempos admisso, compresso, com-

busto e escape o nome tcnico dessa operao ciclo de quatro tempos.

importante salientar que, nos motores de quatro tempos, somente no tempo

de combusto que se produz energia mecnica; os outros trs tempos so passivos, isto , absorvem energia.

6.2.1.1 Temperatura e presso no fi nal da compressoA temperatura, no fi nal da compresso, uma funo da taxa de compresso

e da temperatura de admisso (Figura 6.7).

Figura 6.7: Temperatura no fi nal da compressoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

A presso, no fi nal da compresso uma funo da taxa de compresso e

da presso de admisso (Figura 6.8).


Figura 6.8: Presso no final da compressoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

Motores que utilizam o ciclo Otto necessitam de um sistema de ignio.

Esse sistema composto pela bateria que alimenta a voltagem induzida pela

bobina. A bobina um dispositivo capaz de elevar a voltagem eltrica recebida

da bateria para alimentar as velas de ignio.

As velas so dispositivos que promovem as fascas e estas, pelas altas tenses

a que so submetidas, inflamam a mistura comprimida no cilindro. As velas de

ignio, tambm, devem resistir s mudanas bruscas de temperatura e presso,

alta voltagem, vibrao mecnica e corroso qumica dos gases da combusto.

A Figura 6.9 mostra o esquema de ligao das velas de ignio com o sistema

eltrico do motor.

Figura 6.9: Esquema eltrico de ligao das velas do motor ciclo OttoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006


6.2.2 Ciclo Diesel diesel ou biodieselRudolf Diesel, em 1897, utilizando um j melhorado monocilndrico (com dime-

tro de 250 mm, curso de 400 mm e consumo especfi co de 247 g de combustvel

por cavalo e por hora), desenvolve um motor de 20 hp a 172 rpm e rendimento

trmico de 26,2% (os motores a gasolina rendiam 20% e os a vapor 10%).

O motor Diesel desenvolvido, trabalhando a quatro tempos, possui, basica-

mente, duas grandes diferenas de um motor 4 tempos a gasolina:

a) O motor aspira e comprime apenas ar.

b) Um sistema de injeo dosa, distribui e atomiza o combustvel em direo dos cilindros. O combustvel se infl ama ao entrar em contato com o ar forte-

mente aquecido pela compresso, promovendo altas taxas de compresso.

Admisso nesse tempo, o mbolo se movimenta do PMS at o PMI. Com a vlvula de admisso aberta, ocorre a aspirao somente de ar no interior do

cilindro (Figura 6.10a). Diferencia-se do ciclo Otto no qual ocorre a aspirao

da mistura ar-combustvel. A rvore de manivelas gira de 0 a 180.

Compresso com as duas vlvulas fechadas, o mbolo se desloca do PMI at o PMS, ocorrendo, ento, a compresso do ar (Figura 6.10b) (diferencia-se

do ciclo Otto pelas altas presses de compresso atingidas). Nesse tempo, a

rvore de manivelas gira mais 180, de 180 a 360, completando 1 volta.

Figura 6.10: Tempos do motor de ciclo Diesel (a) admisso e (b) compressoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006


Exploso/expanso quando o mbolo est em sua posio mxima (PMS), o bico injetor pulveriza, fina e fortemente, um certo volume de combustvel

no interior da cmara de combusto (Figura 6.11a). Nesse momento, o ar

est a uma temperatura de 500 a 700C e a alta presso, o diesel, injetado

nessas condies, faz com que ocorra a autoignio, impulsionando o mbolo

a PMI, fazendo com que a biela transmita a fora rvore de manivela que

gira de 360 a 540. Nesse tempo, ocorre a realizao de trabalho mecnico.

Escape nesse tempo, com a vlvula de escape aberta, os gases queimados so expelidos para fora do cilindro pelo movimento do mbolo do PMI ao

PMS (Figura 6.11b), pelo giro de 540 a 720, encerrando-se assim, o ciclo.

Figura 6.11: Tempos de um motor de ciclo Diesel (a) exploso/expanso e (b) escapeFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006


Figura 6.12: Grfico de presses em um motor ciclo Diesel de dois tempos com vlvula de admisso no cabeote e fendas de exausto por fluxo contnuoFonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

Onde: SO fendas de exausto abertas

SS fendas fechadas

AO SO expanso dos gases de combusto AS SS carga posterior (s vezes alta presso) EB incio da injeo

EE fim da injeo

Valores mdios para os pontos de distribuio:

AO = 70C antes do PMI

AS = 30C depois do PMI

SO = 40C antes do PMI

SS = 40C depois do PMI

6.3 Ciclo mistoNo ciclo Otto, o processo de combusto ocorre a volume constante, enquanto

no ciclo Diesel, o processo ocorre a presso constante. No entanto, na prtica,

esses dois ciclos no representam o ciclo de funcionamento real do motor.

No ciclo Otto, a combusto a volume constante pressupe uma combusto

instantnea.


O ciclo misto, representado pela Figura 6.13, um compromisso entre ambos

os ciclos. o que melhor descreve a operao dos motores Diesel de alta

rotao. Nesse ciclo a combusto ocorre em duas fases: com parte do calor

sendo fornecida a volume constante e o restante sendo fornecido presso

constante.

Figura 6.13: Diagramas do ciclo mistoFonte: Reis et al., 2005

A expresso (Equao 6.1) para o rendimento trmico do ciclo :

Onde: r = V1/V2

a = V3/V2

b = P2/P2

k = = cp/cv

O rendimento trmico do ciclo misto um valor intermedirio entre o rendi-

mento trmico do ciclo Diesel e o do ciclo Otto.

A Equao 6.1 a mais geral. No caso, se o valor de b = 1, a Equao 6.1

corresponde ao valor do rendimento para um ciclo Diesel; se a = 1, a Equao

6.1 corresponde ao valor do rendimento para um ciclo Otto.


Os diagramas mostram bem que esses dois ciclos se assemelham no plano

prtico. Na realidade, o motor a gasolina no completamente de presso

varivel e de volume constante, mas se aproxima do ciclo misto, porque a

exploso dos gases apenas uma combusto rpida, mas no instantnea.

Quadro 6.1: Comparao entre os motores de ciclo Otto e ciclo Diesel

Ciclo Otto Ciclo Diesel

Admisso de combustvel Carburao/injeo Injeo

Alterao da rotao Mistura ar/combustvel Combustvel

Ignio Fonte externa Autoignio

Taxa de compresso6 a 9 gasolina9 a 14 lcool

14 a 22

Tipo de combustvel Leves Pesados

Fonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006

ResumoNesta aula, verificou-se os processos de funcionamento dos motores consi-

derando os ciclos termodinmicos: ciclo Otto, que utiliza como combustvel

etanol, gasolina ou GNV e, ciclo Diesel, que tem como combustvel o diesel ou

biodiesel. Estes podem ser de 2 ou 4 tempos mecnicos. Os tempos podem

ser classificados como admisso, compresso, combusto e escapamento,

completando o ciclo de funcionamento.

Atividades de aprendizagem1. Diferencie um motor de 2 tempos de um de 4 tempos para ciclo Otto.

2. Como ocorre o processo de ignio nos motores de ciclo Diesel?

3. Como ocorre o processo de ignio nos motores de ciclo Otto?

4. Qual a funo do carburador nos motores de ciclo Otto?

5. Por que os motores do ciclo Diesel no podem operar somente com etanol?

Para saber mais sobre o princpio de funcionamento dos motores de combusto, acesse:http://felisbertonneto.blogspot.com/2009/09/principio-de-func ionamento-dos-motores.html


e-Tec Brasil

Objetivos

Familiarizar-se com noes e conceitos preliminares das grandezas

fsicas que explicam o comportamento mecnico e suas unidades

de medidas.

Reconhecer diferentes instrumentos de medio utilizados na aferio

dos padres de preciso dimensionais.

Determinar as principais caractersticas tcnicas de desempenho

dos motores.

Relacionar as caractersticas tcnicas com o processo de transformao

de energia que ocorre nos motores de combusto.

7.1 Noes preliminares de mecnicaO desempenho dos motores est relacionado ao processo de transformao

de energia dos combustveis em energia mecnica e s especificaes tcnicas

de projetos inerentes a cada modelo de motor, os quais possuem parmetros

especficos como: potncia, torque, consumo de combustvel e rendimento.

As caractersticas que melhor definem o desempenho dos motores de com-

busto podem ser entendidas pelas grandezas fsicas que esto diretamente

ligadas aos parmetros mecnicos, bem como o ferramental dispon

Motores Combustao Interna e Seus Sistemas

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