sexta-feira, 2 de outubro de 2009

Componentes dos Motores Endotérmicos - Parte II

Chamando Atenção:

No artigo passado, foi possível observamos alguns componentes que integram os motores endotérmicos. A nossa intenção é darmos continuidade a esse processo de aprendizagem, enfatizando outros elementos de estudo deste maravilhoso do mundo da tecnologia automotiva.

Prezados alunos, percebam que apesar da complexidade do funcionamento, dos vários nomes de componentes e das grandes relações de torque e potência; os motores endotérmicos ao serem estudados detalhadamente no tocante aos seus subsistemas ou subáreas, tornam-se muito mais fácil de serem mensurados e classificados.
Então, vamos de imediato aprender novos conceitos e funcionamento de novos componentes. Venham comigo:


Motor de Automóvel Lamborghini Gallardo - oito pistões.

Cabeçote:

Num motor de combustão interna, cabeça do motor é a tampa de fechamento da parte superior do bloco de cilindros e consiste numa plataforma perfeitamente usinada (fresa) de modo ajustar-se ao bloco metal a fim de oferecer resistência as explosões. Atualmente a Cabeça do motor é a parte superior da câmara de combustão e onde se localizam as velas e as válvulas de admissão e exaustão.

Além de facilitar a manutenção do motor, a cabeça do motor é a chave para o bom desempenho, por determinar o formato da câmara de combustão, a passagem dos gases de admissão e exaustão, o funcionamento das válvulas e seu comando. Pode se elaborar um motor totalmente diferente em desempenho apenas alterando o cabeçote.

Usualmente é manufaturada no mesmo material do restante do bloco, ferro fundido ou, em motores de alto desempenho, ligas de alumínio. Como o restante do bloco, contém dutos separados para passagem de lubrificante e água da refrigeração.

Cabeçote de oito válvulas

Válvulas:

A válvula de um motor de combustão interna é um dispositivo que visa permitir ou bloquear a entrada ou a saída de gases dos cilindros do motor.

A válvula é constituída por uma cabeça em forma de disco(1), fixa a uma haste cilíndrica (2). A haste desliza dentro de uma guia (7) constituída por metal que provoque reduzida fricção( por. ex. ferro fundido, bronze).

O topo da haste está em contacto mecânico com um impulsor (4) que, accionado pelo excêntrico(5) da árvore de cames, provoca a sua abertura e a consequente entrada ou saída dos gases do motor.

Uma mola (3) assegura que a válvula regressa à sua posição de fecho mal deixe de haver pressão mecânica para a sua abertura. Em alguns motores este regresso da válvula à sua posição de repouso sobre o assento, também chamado "sede", da válvula (6) é conseguido por comandos pneumáticos e não mecânicos.




Cilindrada:

A cilindrada ou volume de deslocamento do motor é definido como o volume varrido pelo deslocamento de uma peça móvel numa câmara hermeticamente fechada durante um movimento unitário. Este conceito aplica-se em diferentes tipos de bombas e motores.

O movimento unitário corresponde a uma ida e volta no caso de um dispositivo linear como um pistão, ou a uma rotação no caso de um dispositivo giratório.

No caso específico dos motores de combustão interna, a cilindrada é o volume varrido por um pistão dentro de um cilindro entre o ponto morto superior (PMS) e o ponto morto inferior (PMI), por conseguinte para uma ida e volta. Exemplo: Um motor de automóvel com uma cilindrada de 2 litros (realmente 2 l/rotação) aspira e expira dois litros de gás por cada volta do virabrequim. Quando o virabrequim faz uma volta, todos os pistões fizeram uma ida e volta. Em duas voltas do virabrequim são aspirados dois litros de gás combustível e expirados outros dois litros de gases de escape, quatro litros no total.


A vermelho o volume correspondente à cilindrada,
durante um ciclo completo de um motor de quatro
cilindros a quatro tempos.

Cálculo da Cilindrada:

O cálculo da cilindrada parte de dois dados normalmente conhecidos num motor a pistões: o diâmetro e o curso. A partir da fórmula da área do circulo em função do raio obtém-se a mesma em função do diâmetro:

S = \pi \times  R^2 = \pi \times \frac {D^2}{4}\,

Para determinar o volume do cilindro percorrido pelo pistão, também chamado volume deslocado ou cilindrada unitária, basta multiplicar a área do pistão pelo respectivo curso(C).

VD_{Volume Deslocado}  = (\pi \times \frac {D^2}{4}) \times C

A cilindrada do motor resulta do produto da cilindrada unitária pelo número de cilindros do motor(N)

V_{cilindrada}  = N \times ((\pi \times \frac {D^2}{4}) \times C)

Ex: Motor de seis cilindros com diâmetro x curso de 84,0mm x 89,6mm (8,4cm x 8,96cm):


V_{cilindrada}  = 6 \times ((\pi \times \frac {84^2}{4}) \times 89,6)=2979cm3

quinta-feira, 1 de outubro de 2009

Componentes dos Motores Endotérmicos - Parte I

A Construção:

Os mecanismos dos motores ditam os processos pelos quais passam os fluidos, determinando as características dos ciclos. Mas, mesmo operando em ciclos temodinâmicos semelhantes, motores de combustão interna podem ter mecanismos e formas construtivas extremamente diversas.

O Motor Alternativo:

Máquinas alternativas possuem elementos que realizam movimentos repetitivos de translação. Nestes motores, o principais destes elementos são os pistões, cujo movimento altera o volume das câmaras de combustão, hora comprimindo os gases, hora sendo movimentado pelos gases.

Motores alternativos dividem-se pelo número de tempos em que completa uma sequência de processos. Neste caso, tempo é o percurso de um pistão, do ponto morto inferior ao ponto morto superior, o que equivale à meia volta da árvore de manivelas.


Os Principais Componentes:

O motor pode ser dividido em partes fixas e móveis. Partes fixas são as partes que não entram em movimento, quando o motor é colocado em funcionamento, em relação aos outros componetes do motor, por exemplo: bloco, cárter e cabeçote. Partes móveis são caracterizadas pelas partes que se movimentam quando o motor entra em funcionamento, tais como, árvore de manivelas, pistão, biela e comando de válvulas.

O Pistão:

O pistão ou êmbolo de um motor é uma peça cilíndrica normalmente feita de alumínio ou liga de alumínio, que se move longitudinalmente no interior do cilindro dos motores de explosão.

O pistão tem a forma de um copo cilíndrico invertido sendo a superfície direccionada para a câmara de combustão denominada fundo ou cabeça do pistão. A parte média, é normalmente chamada de corpo, onde existem dois orifícios circulares alojar o eixo do pistão que o une à biela. A parte mais afastada da cabeça é denominada a calça do pistão.

Os dois orifícios circulares que possui na parte média são reforçados e opostos e destinam-se a possibilitar a sua fixação ao pé da biela através de um eixo em aço conhecido como pino do pistão, eixo do êmbolo ou passador. Para que este eixo não se desloque pelos orifícios desgastando e deteriorando o cilindro do motor, é mantido em posição dentro do pistão através de retentores adequados(aneis travas) ou revestido de um material que não danifique a superfície do cilindro durante o movimento do pistão. Devido à fixação pistão-biela que oscila transversalmente ao motor, o pino do pistão tem um orientação longitudinal face ao motor, ou seja paralela à cambota(virabrequim).


A Biela:

Uma biela é toda a peça de uma máquina que serve para transmitir ou transformar o movimento rectilíneo alternativo em circular contínuo. Um exemplo de biela no interior de um motor de automóvel é a peça que liga o êmbolo (pistão) à cambota. A cabeça (a parte mais larga) é apertada à cambota por meio de parafusos e a extremidade oposta é trancada pela cavilha do êmbolo, no interior da sua saia. Enquanto esta extremidade se desloca para cima e para baixo (solidária com o movimento do pistão), a cabeça descreve um movimento circular. Não tem, portanto, qualquer mecanismo de atenuação do esticão do pistão aquando da explosão ou combustão, pelo que o movimento brusco seria transmitido directamente da cambota para o eixo com esta, por sua vez, sofrendo as consequências da explosão - vibrações. Esta função é assegurada pelos moentes de apoio da cambota e pelo volante do motor.

Algumas bielas dispõem de uma cabeça com ligação oblíqua, facilitando o acesso durante a montagem e desmontagem do motor.

A Biela é usinada geralmente na seguinte ordem:

1-Usinagem de desbaste dos olhais: A peça chega à essa operação no material bruto. Com uma retifica, desbasta-se a medida da espessura do olhal maior e menor

2-Separação de capa e corpo: Com uma serra separa-se o corpo da capa da peça

3-Brochamento: Com uma brochadeira, desbasta-se as áreas internas do olhal maior

4-Usinagem dos furos: Nessa operação usina-se os furos da capa e do corpo, inclusive o furo de desbaste do olhal menor. Também são fresados os topos da capa e é usinada a rosca que irá fixar capa e corpo novamente

5-Acabamento das faces de contato de capa e corpo: Com uma retífica usina-se em acabamento as faces de contato da capa e do corpo, para que não se formem faces irregulares que acabariam por prejudicar a usinagem nas operações seguintes

6-Junção da capa e corpo: Com uma apertadeira pneumatica, junta-se a capa e o corpo para que sejam usinados em conjunto novamente. Capa e corpo se separam novamente durante a montagem no motor

7-Usinagem de acabamento do olhal maior: Com uma retífica usina-se a medida final, com o acabamento final da espessura do olhal maior

8-Usinagem de desbaste interno dos olhais: Com uma mandriladora, mais uma vez desbasta-se a medida interna dos olhais.

9-Usinagem das chavetas de encaixe da bronzina: Com uma fresadora são usinadas as chavetas de encaixe das bronzinas

10-Brunimento doas olhais: Com uma brunidora, é dado o acabamento dos olhais

11-Lavagem: Com uma lavadora de peças, elimina-se os cavacos, borras e resíduos de óleo da peça

12-Inspeção final: Com auxilio de computadores de alta precisão, as peças são inspecionadas para verificação das medidas finais. Após isso as peças serão montadas no motor.

O Virabrequim:

A cambota ou veio de manivelas (virabrequim, eixo de manivelas ou árvore de manivelas no Brasil) é a componente do motor para onde é transferida a força da explosão ou combustão do carburante por meio da cabeça da biela (que, por sua vez, se liga com o êmbolo), transformando a expansão de gás em energia mecânica.

Na extremidade anterior da cambota encontra-se uma roldana responsável por fazer girar vários dispositivos como por exemplo, bomba da direção hidráulica, bomba do ar-condicionado,bomba de água etc. Na outra extremidade encontra-se o volante do motor, que liga à caixa de velocidades — cuja força-motriz será transmitida ou não, consoante a pressão da embreagem.

Os esticões provocados pela explosão ou combustão são suavizados pela inércia do volante motor e pelos apoios. Muitas vezes, ao realizar tuning num automóvel opta-se por reduzir ligeiramente o peso do volante motor, conseguindo assim obter uma maior aceleração. No entanto, esta alteração tem a desvantagem de aumentar as vibrações produzidas pelo motor.

quarta-feira, 30 de setembro de 2009

Motor Diesel


Aspectos Históricos:

A criação do primeiro modelo do motor a diesel que funcionou de forma eficiente data do dia 10 de agosto de 1893. Foi criado por Rudolf Diesel, em Augsburg, Alemanha, e por isso recebeu este nome. Alguns anos depois, o motor foi apresentado oficialmente na Feira Mundial de Paris, França, em 1898. O combustível então utilizado era o óleo de amendoim, um tipo de biocombustível obtido pelo processo de transesterificação.

Rudolf Diesel

Os primeiros motores tipo diesel eram de injeção indireta. Tais motores eram alimentados por petróleo filtrado, óleos vegetais e até mesmo por óleos de peixe.

Entre 1911 e 1912, Rudolf Diesel fez a seguinte afirmação:
“O motor a diesel pode ser alimentado por óleos vegetais, e ajudará no desenvolvimento agrário dos países que vierem a utiliza-lo... O uso de óleos vegetais como combustível pode parecer insignificante hoje em dia. Mas com o tempo irão se tornar tão importante quanto o petróleo e o carvão são atualmente.”

Um dos primeiros usos do óleo vegetal transesterificado foi o abastecimento de veículos pesados na África do Sul, antes da Segunda Guerra Mundial. O processo chamou a atenção de pesquisadores norte-americanos durante a década de 40, quando buscavam uma maneira mais rápida de produzir glicerina para alimentar, bombas, no período de guerra.

Após a morte de Rudolf Diesel, a indústria do petróleo criou um tipo de óleo que denominou de "Óleo Diesel" que, por ser mais barato que os demais combustíveis, passou a ser largamente utilizado. Foi esquecido, desta forma, o princípio básico que levou à sua invenção, ou seja, um motor que funcionasse com óleo vegetal e que pudesse ajudar de forma substancial no desenvolvimento da agricultura dos diferentes países. A abundância de petróleo aliada aos baixos custos dos seus derivados fez com que o uso dos óleos vegetais caísse no esquecimento. Mas os conflitos entre países e o efeito estufa foram elementos que marcaram de forma definitiva a consciência do Desenvolvimento Auto-sustentável pelos ambientalistas. Dessa maneira, a fixação do homem no campo e o aumento do consumo de combustíveis fósseis fez com que houvesse, mais uma vez, a preocupação com a produção de óleo vegetal para ser utilizado em motores.

Ciclo Termodinâmico:

Para explicar o funcionamento de um motor Diesel, é preciso conhecer algumas características termodinâmicas referentes à teoria de máquinas térmicas, mais concretamente aos ciclos térmicos. O ciclo Diesel representa, em teoria, o funcionamento do motor com o mesmo nome. A realidade não difere muito deste modelo teórico, mas devido a variados factores, o ciclo térmico não passa mesmo disso. Na prática, o funcionamento possui algumas diferenças.

Para o ciclo teórico, estão representadas nas figuras, as evoluções consoante as propriedades analisadas. A figura 1 mostra a evolução segundo a pressão e o volume específico, a figura 2, a relação entre a temperatura e a entropia. .

Em ambos os casos, a evolução é:

  • 12 : Compressão isentrópica → W1,2
  • 23 : Fornecimento de calor a pressão constante (isobárico) →q2,3
  • 34 : Expansão isentrópica → W3,4
  • 41 : Cedência de calor a volume constante → q4,1

Trabalho de ciclo: Wciclo = W1,2 + W3,4

 \eta = \left(\frac{W_{ciclo}}{q_{2,3}}\right)

Funcionamento Mecânico:

Na maioria das aplicações, os motores Diesel funcionam a quatro tempos. O ciclo inicia-se com o êmbolo no Ponto Morto Superior (PMS). A válvula de admissão está aberta e o êmbolo ao descer aspira o ar para dentro do cilindro.

O êmbolo atinge o Ponto Morto Inferior (PMI) e inicia-se então a compressão. A temperatura do ar dentro do cilindro aumenta substancialmente devido à diminuição do volume.

Pouco antes do PMS o combustível começa a ser pulverizado pelo ejector em finas gotículas, misturando-se com o ar quente até que se dá a combustão. A combustão é controlada pela taxa de injecção de combustível, ou seja, pela quantidade de combustível que é injectado. O combustível começa a ser injectado um pouco antes do PMS devido ao facto de atingir a quantidade suficiente para uma perfeita mistura (ar + combustível)e consequentemente uma boa combustão.

A expansão começa após o PMS do êmbolo com a mistura (ar + combustível) na proporção certa para a combustão espontânea, onde o combustível continua a ser pulverizado até momentos antes do PMI.

O ciclo termina com a fase de escape, onde o embolo retorna ao PMS, o que faz com que os gases de combustão sejam expulsos do cilindro, retomando assim o ciclo.

No caso dos motores a dois tempos, o ciclo é completado a cada volta, a admissão não é feita por válvulas mas sim por janelas.