MCI-3

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UNIDADE 3
GENERALIDADES
3.1 – INTRODUÇÃO
3.2 – DEFINIÇÕES
3.3 – CÁLCULOS SIMPLES PARA OS MOTORES EM LINHA
3.4 – CONSIDERAÇÕES SOBRE OS MOTORES EM “V”
3.5 – OBTENÇÃO PRÁTICA DA ORDEM DE QUEIMA
3.6 – EXERCÍCIOS PROPOSTOS
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UNIDADE 3
ÂNGULOS DE CALAGEM E ORDEM DE QUEIMA
3.1 – INTRODUÇÃO
	Nesta unidade de ensino, você vai aprender algo mais sobre o eixo de manivelas. Perceberá a íntima relação entre a calagem de suas manivelas e a seqüência das combustões no interior dos cilindros do motor.
	Na linguagem dos operadores e manutentores de máquinas, a expressão “calar uma peça” significa colocá-la na posição ou condição adequada. É muito comum, por exemplo, você ouvir o mecânico dizer que vai fazer a calagem da bomba injetora. Nesse caso, o que ele quer dizer é que vai instalar corretamente a bomba no motor, ou seja: vai observar todas as recomendações técnicas contidas no manual do fabricante. No nosso estudo, a calagem das manivelas refere-se à posição em que as manivelas são dispostas no eixo, segundo um determinado intervalo angular.
	Entre outros fatores, o ângulo de calagem das manivelas pode ser determinado, levando-se em conta o número de cilindros e o número de tempos do motor. Por causa da estreita relação do ângulo de calagem com a ordem de queima do motor, julgamos oportuno estudá-las simultaneamente.
3.2 – DEFINIÇÕES
	Ângulo de calagem das manivelas: é o ângulo formado pelos planos de simetria longitudinal de duas manivelas consecutivas, levando-se em conta a ordem de queima e o sentido de rotação do motor.
	Ordem de queima: é a seqüência com que as combustões ocorrem nos cilindros do motor. Ela deve ser o mais salteada possível, para permitir uma boa distribuição de esforços ao longo do eixo de manivelas. Por convenção, começa sempre do cilindro número 1.
	A calagem angular das manivelas e a ordem de queima do motor são fatores de relevante importância para o seu funcionamento, estando intimamente ligadas à distribuição equilibrada da potência e à continuidade dos esforços transmitidos pelo motor ao seu utilizador. A palavra utilizador, aqui, significa a máquina ou dispositivo que o motor aciona. A bordo dos navios, os principais utilizadores dos motores Diesel são: os geradores de energia elétrica e o conjunto propulsor formado pelo eixo transmissor e o hélice.
3.3 – CÁLCULOS SIMPLES PARA OS MOTORES EM LINHA
	Na determinação do ângulo de calagem dos motores em linha, você utilizará a seguinte fórmula:
	
PARA FACILITAR O SEU APRENDIZADO, FAREMOS ALGUNS PROBLEMAS ABORDANDO SIMULTANEAMENTE O ÂNGULO DE CALAGEM, A ORDEM DE QUEIMA E O TRAÇADO SIMPLIFICADO DO EIXO DE MANIVELAS.
EXERCÍCIO RESOLVIDO:
Problema I
Determine o ângulo de calagem, a ordem de queima e o traçado simplificado do eixo de manivelas de um motor Diesel de 2 tempos com 2 cilindros em linha.
 Solução:
 
 Você pode ver, portanto, que o ângulo de calagem das manivelas é de 180o. Conforme é apresentado na figura 3.1 (a), a manivela referente ao cilindro 2 está disposta a 180o da do cilindro 1. Assim, a ordem de queima só poderá ser 1-2, ou seja: a queima ocorrerá no cilindro 1, e, somente após o eixo de manivelas girar 180º acontecerá a queima no cilindro 2. Em outras palavras, enquanto o êmbolo do cilindro 1 estiver no PMS, no final da compressão, o êmbolo do cilindro 2 estará no PMI, iniciando a compressão. O traçado simplificado do eixo ficará conforme a figura 3.1 (b). 
CASO VOCÊ TENHA COMPREENDIDO O PROBLEMA PROPOSTO, SIGA EM FRENTE. PORÉM, SE ALGUMA DÚVIDA SURGIU, LEMBRE-SE SEMPRE DE RELER, TENTANDO TIRÁ-LA.
Então vamos a outro problema:
Problema II
Determine o ângulo de calagem, a ordem de queima e o traçado simplificado do eixo de manivelas para um motor de 4 tempos com 2 cilindros em linha.
Solução:
Para o referido motor, o ângulo entre as manivelas e o traçado do eixo estarão em conformidade com as figuras 3.2 (a) e 3.2 (b). Mas preste bem atenção! 
Como a manivela do cilindro 2 está rigorosamente disposta atrás da do cilindro 1, você poderia supor equivocadamente que os dois cilindros queimam ao mesmo tempo. Isso nunca acontece! Lembre-se também de que agora estamos tratando de um motor de 4 tempos; ou seja: considerando o êmbolo do cilindro 1 no seu PMS no final da compressão, o êmbolo do cilindro 2 estará também no seu PMS, porém no final da descarga. Assim, a queima no cilindro 2 só poderá ocorrer após o eixo de manivelas girar 360o depois da queima no cilindro 1. Isso nos dará, logicamente, a mesma ordem de queima 1-2 do motor de 2 tempos estudado anteriormente. Lembre-se ainda de que partimos do princípio de que o êmbolo do cilindro 1 encontra-se no final da compressão. Ora, para chegar aí, ele teve que realizar dois cursos: o de aspiração e o de compressão, o que corresponde aos outros 360o de giro do eixo de manivelas.
Pelo exposto até agora, é importante que você perceba que qualquer que seja o número de cilindros do motor:
a) 	só poderá haver queima em um cilindro de cada vez;
b) 	com o aumento do número de cilindros, diminui o intervalo angular entre as queimas; 
c) 	no caso dos motores de 2 tempos, haverá queima em “todos” os seus cilindros a cada 360o de giro do eixo de manivelas;
d) no caso dos motores de 4 tempos, haverá queima em “todos” os seus cilindros a cada 720o de giro do eixo de manivelas.
Vamos a outro problema?
EXERCÍCIO RESOLVIDO:
Problema III
Determine o ângulo de calagem, a ordem de queima e o traçado do eixo de manivelas para um motor de 2 tempos com 3 cilindros em linha.
Solução: 
Nesse caso, as manivelas estariam dispostas a 120o uma da outra, como mostra a figura 3.3 (a); a ordem de queima seria 1-2-3, e o eixo de manivelas apresentaria a configuração ou traçado mostrado na figura 3.3 (b).
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Entretanto, para possibilitar uma melhor distribuição de esforços ao longo do eixo de manivelas, a ordem de queima acima pode ser melhorada. Assim, sem alterar o ângulo de calagem, é preferível posicionar a manivela do cilindro 3 a 120o da do cilindro 1, e a do cilindro 2 a 120o da do cilindro 3 como mostra a figura 3.3 (a). Isso resulta na ordem de queima 1-3-2, que é bem melhor do que a anterior. Mas atenção! Repare que o traçado do eixo de manivelas também muda como mostra a figura 3.4 (b).
Com o problema que acabamos de resolver, você percebeu que, como o motor é de 2 tempos e a ordem de queima é 1-3-2, quando o êmbolo do cilindro 1 estiver no PMS no final da compressão,
o êmbolo do cilindro 2 estará quase terminando a fase de admissão e
o êmbolo do cilindro 3 estará praticamente iniciando a fase de compressão.
NÃO É UM BOM RACIOCÍNIO ?
Já vimos que a partir de 3 cilindros começa a haver uma certa flexibilidade com relação ao posicionamento das manivelas. No problema seguinte, você verá que é possível obter várias ordens de queima diferentes para uma determinada disposição dada às manivelas. 
Vamos a ele?
EXERCÍCIO RESOLVIDO:
 Problema IV
Sabendo que o ângulo de calagem é de 120o, determine todas as ordens de queima possíveis para um motor de 4 tempos com 6 cilindros em linha, cujas manivelas foram dispostas conforme se apresentam na figura 3.5 (a). 
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Solução:
São possíveis quatro ordens de queima para o caso:
1-2-3-6-5-4
1-2-4-6-5-3
1-5-3-6-2-4
1-5-4-6-2-3
Repare que das quatro possibilidades a mais salteada, e portanto, a melhor, é a terceira, 1-5-3-6-2-4. Para o caso, o traçado do eixo assumirá a forma da figura 3.5(b). 
OBSERVAÇÃO IMPORTANTE:
	
VOCÊ JÁ REPAROU QUE PARA UM MESMO ÂNGULO DE CALAGEM, DEPENDENDO DA DISPOSIÇÃO DADA ÀS MANIVELAS NO EIXO, PODEM SER OBTIDAS VÁRIAS ORDENS DE QUEIMA? POIS É. SERÁ QUE AÍ, ENTRE OUTROS FATORES, A EXPERIÊNCIA NÃO CONTA COMO UM FATOR SIGNIFICATIVO NOS PROJETOS DOS MOTORES ?
	Para terminar esta série de exercícios, observe a figura 3.6, que é a de um grande motor propulsor de 2 tempos, com 12 cilindros, que gira no sentido indicadopela seta. 
Aplicando a fórmula, você comprovará que o ângulo de calagem é de 30º e a única ordem de queima possível para a disposição que foi dada às manivelas é: 1-12-5-7-3-11-4-9-2-10-6-8.
VOCÊ CONSEGUIU ENTENDER?
Então vamos em frente, pois o que estamos estudando está ficando cada vez mais interessante, não é mesmo?
3.4 - CONSIDERAÇÕES SOBRE OS MOTORES EM “V”
	Já vimos que um motor com cilindros em “V” é formado por dois blocos de cilindros em linha, dispostos entre si sob um ângulo normalmente igual ou menor que 90o . Esse ângulo é denominado “ângulo de bancada”. A fórmula que utilizamos para determinar o ângulo de calagem das manivelas dos motores em linha será agora utilizada na determinação dos ângulos de bancada dos motores em “V”, bastando para isso substituirmos o termo Ac por Ab, como indicado abaixo:
Vamos resolver o problema abaixo? 
Problema V
Determine os ângulos de bancada para os motores em “V” de 4 tempos com:
a) 8 cilindros
 b) 12 cilindros
c) 16 cilindros
 Solução:
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Tenha atenção em relação às seguintes observações:
Se normalmente em cada pino de manivela de um motor em “V” articulam duas conectoras, então o intervalo angular de uma queima para outra será igual à metade do ângulo de bancada. Certo?
Se existem motores em “V” de 4 tempos com 4 cilindros, é claro que eles têm que fugir a essa teoria do ângulo de bancada, já que tal ângulo não poderia ser igual a 180o , uma vez que esse ângulo é de motores de cilindros “opostos” e não de cilindros em “V”. Certo?
Estudando e aprendendo um pouco mais ...
Analise a medida adotada pela FORD para o motor Taunus de 4 tempos, com 4 cilindros em “V “, mostrado na figura 3.7, cujo ângulo de bancada adotado foi o de 60º. 
Nesse motor os cilindros 1 e 3 estão na bancada da esquerda e os cilindros 2 e 4 estão na da direita. O eixo de manivelas, ao invés de 2, possui 4 pinos ( um para cada conectora), deslocados de modo a compensar o ângulo de 60o entre as bancadas. Desta maneira, os êmbolos dos cilindros 1 e 4 atingem o PMS ao mesmo tempo em que os êmbolos dos cilindros 2 e 3 atingem o PMI. Esse arranjo permite obter praticamente as mesma condições de funcionamento de um motor de 4 tempos com 4 cilindros em linha, utilizando a ordem de queima 1-3-4-2.
GOSTOU DA IDÉIA DOS ENGENHEIROS ?
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Agora, você precisa saber que os fabricantes de motores adotam às vezes diferentes sistemas de numeração de cilindros. Esses sistemas, por si sós, permitem uma grande variedade de ordens de queima, como pode ser observado na figura 3.8.
3.5 – OBTENÇÃO PRÁTICA DA ORDEM DE QUEIMA
Estamos quase no fim da unidade de ensino 3.0. Acreditamos que o estudo construtivo que você fez até agora sobre ângulo de calagem e ordem de queima servirá, de fato, como uma base sólida para a compreensão dos assuntos que serão abordados na unidade seguinte. Mas, para terminar de forma bem expressiva esta unidade, não poderíamos deixar de explicar a você algumas maneiras práticas de obter a ordem de queima de um dado motor, no caso de ela não vir gravada no bloco do motor.
OPÇÃO A: Uma maneira bastante simples é você observar a seqüência com que as compressões ocorrem nos cilindros, que na realidade é a mesma da ordem de queima, porque toda queima acontece sempre no final da compressão. Veja como é simples: basta você girar ( manualmente, ou com leves toques na chave que liga o motor de arranque) e colocar o êmbolo do cilindro 1 no final da fase de compressão. Isso você perceberá facilmente num motor de 4 tempos, quando tanto a válvula de admissão quanto a de descarga do referido cilindro estiverem completamente fechadas. Anote então o número 1. Em seguida, continue girando lentamente o motor no seu sentido normal de rotação, anote o número do próximo cilindro onde se repetir a situação do cilindro 1 (válvulas de admissão e de descarga fechadas). Continuando o giro lento, você localizará o próximo cilindro e assim sucessivamente, até que você descubra o último deles na ordem de queima. Como se trata de um motor de 4 tempos, você encontrará a ordem de queima em apenas duas voltas do eixo de manivelas. Não é fácil ? Pois esta maneira é ainda mais simples quando se trata de um motor de dois tempos com válvula de descarga na cabeça. Que tal pensar um pouco sobre isso?
OPÇÃO B: Uma outra maneira de obter a ordem de queima é pela seqüência do centelhamento ( motor de explosão). Para isso, basta você retirar os cabos das velas, desatarraxar todas elas do cabeçote e tornar a conectar os cabos nas mesmas fora dos cilindros, sem trocar as posições das velas e dos cabos. Aí é só girar bem devagar o motor pela chave de ignição e anotar os números dos cilindros na seqüência com que as centelhas saltam entre os eletrodos das velas. 
OPÇÃO C: Sempre partindo da condição inicial do êmbolo do cilindro 1 no início da compressão, uma outra maneira é tirar as velas ou os injetores e fechar os respectivos orifícios com umas rolhas, girar lentamente o motor e anotar a seqüência dos estampidos.
Há ainda várias outras maneiras...
VOCÊ ACHA QUE ESTAS POSSIBILIDADES ESTÃO CLARAS E FÁCEIS? 
ENTÃO, AVALIE O QUE VOCÊ APRENDEU.
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3.6 – EXERCÍCIOS PROPOSTOS
I - Escreva certo ou errado no espaço ao lado de cada item.
(__________) 	Ordem de queima é a seqüência com que as combustões ocorrem nos cilindros do motor.
(__________) Nos motores de vários cilindros, as queimas podem ocorrer ao mesmo tempo em mais de um cilindro.
(__________) Os fabricantes de motores podem adotar diferentes tipos de sistemas de numeração de cilindros.
(__________) As ordens de queima dos motores começam e terminam pelo cilindro número 1. 
(__________) 	O ângulo de calagem das manivelas de um motor de 2 tempos com 12 cilindros em linha vale 30o . 
(__________) 	Quanto maior o ângulo de calagem, maior é o número de cilindros do motor.
(__________) 	A ordem de queima não pode ser diferente entre motores de 2 e de 4 tempos com 2 cilindros em linha.
(__________) Nem sempre o ângulo de bancada obedece à teoria.
(__________) Há várias maneiras de se determinar na prática a ordem de queima de um motor. 
(__________) 	Uma boa ordem de queima deve ser o mais salteada possível.
II – Assinale a única alternativa correta em cada item.
Quando se fala em “calar” uma peça, deve-se entender que ela deve ser:
mal instalada.
instalada silenciosamente.
instalada corretamente.
retirada do motor.
Entre os vários utilizadores de motores Diesel, a bordo encontramos o gerador de:
água doce.
energia elétrica.
vapor.
função.
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O ângulo de calagem de um motor de 4 tempos com 4 cilindros em linha vale:
45o
90o
120o
180o
A ordem de queima dos motores de pequeno porte costuma vir gravada no:
volante.
cárter.
bloco.
eixo de manivelas.
O ângulo de bancada de um motor de 4 tempos com 8 cilindros em “V” pode ser igual a:
 10o
 90o
180o
360o
 
Fig. 3.2 – Ângulo entre as manivelas e o traçado do eixo 
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Onde:
Ac = ângulo de calagem
Nt = número de tempos
Nc = número de cilindros
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Fig. 3.3 – Disposição das manivelas e ordem de queima
Fig. 3.4
Fig. 3.7 – Motor de 4 tempos, com 4 cilindros em V.
Fig. 3.8 – Sistema de numeração de cilindros
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Fig. 3.6 – Motor propulsor de 2 tempos com 12 cilindros
Fig. 3.1 – Ângulo de calagem das manivelas
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