UNIDADE III – SISTEMAS COMPLEMENTARES DOS MOTORES

Prévia do material em texto

�PAGE �
� SHAPE \* MERGEFORMAT ����
�Laboratório de Mecanização Agrícola - Lama
UNIDADE III – SISTEMAS COMPLEMENTARES DOS MOTORES
3.1 Sistema de Válvulas
Uma válvula pode ser definida como a peça destinada a regular uma passagem. O funcionamento de um motor de combustão interna exige a admissão, a retenção e o escapamento do material trabalhado, onde tudo é executado por meio de válvulas, cuja operação adequada é essencial seja para o bom desempenho do motor, seja para a economia de combustível. 
Sendo assim, é necessário de um sistema de válvulas um conjunto de mecanismos que tem por função controlar a entrada e saída do fluxo de gases entre a câmara do cilindro e o exterior. Como já foi visto anteriormente, um motor de dois tempos não necessita de um sistema de válvulas, pois a admissão e a exaustão se verificam através de aberturas, denominadas janelas.
Os motores de 4 tempos possuem no mínimo duas válvulas por cilindro, onde ambas abrem-se para dentro da câmara de combustão, sob ação de um mecanismo de comando, e fecham-se por meio de uma mola:
válvula de admissão: através da qual o ar é admitido no cilindro (Ciclo Diesel) ou ar+combustível (Ciclo Otto);
válvula de escape: pela qual saem os gases queimados, para o coletor de escape.
A constituição das válvulas de admissão e escape é diferente, pois ambas desempenham funções distintas.
3.1.1 – Constituição
A válvula propriamente dita, consta de 3 partes principais que são cabeça, haste e pé.
A cabeça é a parte da válvula mais avantajada em dimensão, e tem a função de obstrução de entrada e saída de gases da câmara de combustão. Pode ser de vários formatos, conforme requerimento de projeto, conforme mostra a figura 1.
Figura 1 – Formatos de cabeça de válvula
Na cabeça distinguem-se regiões importantes, como a margem e a face, cujo formato é em bizel. A face deve apoiar-se no cabeçote do motor em uma superfície denominada de assento, o qual pode ser removível, e cujo contato resulta no fechamento da passagem. Uma mola de razoável pressão, presa à válvula por meio de uma trava, exerce pressão da face da válvula contra o assento, evitando vazamentos durante os tempos de compressão e expansão. O ângulo de assento é normalmente de 30° a 45°. A figura 2 mostra a face e a margem.
Figura 2 – Componentes de uma válvula
Pode-se concluir que o assento das válvulas cumpre duas funções: vedação e dissipação de calor. Para vedação, é preferível um assento com área menor de contato, pois com uma determinada pressão de mola e uma área menor, consegue-se uma força de vedação maior. Este é o caso da válvula de admissão, onde sua área de contato é a menor possível, reduzindo seu tamanho. Para o escapamento, porém, é desejável um assento maior para ter-se uma maior superfície de condução de calor, sendo assim a válvula de escape na maioria das vezes maior que a válvula de admissão.
3.1.2 – Tipos de Sistema
Como comentado, para uma válvula cumprir sua função ela necessita abrir e fechar em tempos pré-determinados. Para que isso ocorra, ela é assessorada por um conjunto de peças que compõem o sistema de válvulas. A figura 3 mostra os principais componentes de um sistema de válvulas.
Figura 3 – Componentes de um sistema de válvulas
Existem dois tipos de sistemas de válvulas, que são:
Sistema direto
Sistema indireto
O sistema direto é pouco usado em motores agrícolas, sendo mais usado em automóveis. Nesse, as válvulas são situadas ao lado do cilindro, sobre o bloco, e a ação mecânica da árvore de comando de válvulas é exercida diretamente sobre o pé da válvula, através do tucho. Esse sistema pode ser visualizado na figura 4.
Figura 4 – Sistema de válvulas do tipo direto
O sistema direto tem como vantagens:
menor quantidade de peças para desgaste;
construção mais simples;
funcionamento mais silencioso.
Suas desvantagens são:
acesso mais difícil para regulagens e reparos;
o arrefecimento não é uniforme.
No sistema de válvulas indireto, conforme a figura 3, as válvulas localizam-se no cabeçote. A árvore de comando de válvulas (1), através do excêntrico (2), aciona o tucho (3) que está em contato direto com uma vareta (4). Esta vareta aciona o balancim (5), o qual se encontra em contato com o pé da válvula (6) no outro extremo. A figura 5 mostra esse tipo de sistema.
			Figura 5 – Sistema de válvulas do tipo indireto
Algumas vantagens do sistema indireto são:
as válvulas são removíveis com o cabeçote, facilitando reparos;
fácil acesso para regulagens;
o arrefecimento se dá de maneira mais uniforme.
As desvantagens são:
construção mais complexa;
maior número de peças a desgastar;
mais barulhento.
3.1.3 – Disposição das Válvulas
A disposição das válvulas no cabeçote ou no bloco é realizada baseada na distância das válvulas de admissão com relação ao conduto de admissão. Normalmente, um tubo ramifica-se em vários outros tubos os quais levarão o ar até as válvulas. É desejável que se mantenham as válvulas de admissão tão próximas que permitam a utilização de tubos curtos para um menor atrito. Um exemplo pode ser observado na figura 6.
	Figura 6 – Arranjo de válvulas no cabeçote
3.1.4 – Funcionamento do Sistema
Nos motores de quatro tempos a realização de ciclo, em cada cilindro, é feita após duas voltas completas da árvore de manivelas. Cada uma das válvulas de um cilindro abre-se apenas uma vez durante o clico, o que significa que enquanto a árvore de manivelas descreve 720° de giro, a árvore do comando de válvulas descreverá apenas 360°. Portanto, a velocidade angular da árvore de comando de válvulas é exatamente a metade da árvore de manivelas.
O número de dentes da engrenagem da árvore de comando de válvulas é exatamente o dobro da correspondente à árvore de manivelas. Essas engrenagens possuem marcas de referência que, por ocasião da desmontagem do motor, facilitam sua posterior montagem. Em alguns casos esta transmissão de velocidade é realizada por correntes. A transmissão por engrenagens pode ser observada na figura 3.
3.1.5 – Sincronismo do Sistema
À primeira vista, poderia parecer razoável que a abertura e o fechamento de uma válvula devessem ocorrem quando atingisse o PMS ou PMI. Todavia isso não é verdadeiro, uma vez que o momento de abertura ou fechamento das válvulas é determinado, sob condições experimentais, de forma a resultar numa maior eficiência do motor. 
- Período de abertura da válvula de admissão
A válvula de admissão abre-se antes que o êmbolo atinja o PMS, durante o tempo de escape do ciclo anterior. Isto se dá para que o fluxo de ar de admissão auxilie a expulsão dos gases queimados do último ciclo. No se acesso ao cilindro, o fluxo de ar não tem tempo suficiente para encher completamente o volume deslocado pelo êmbolo. Por essa razão, a válvula de admissão permanece aberta até depois do PMI, permitindo que o ar continue a entrar no cilindro, devido a sua inércia.
- Período que ambas as válvulas permanecem fechadas
Este período corresponde ao tempo de compressão e ao tempo de expansão.
- Período de abertura da válvula de escape
A válvula de escape abre-se antes do êmbolo ter atingido o PMI e fecha-se depois dele ter ultrapassado o PMS. A abertura antes do PMI contribui para uma melhor exaustão dos gases queimados, devido à pressão de expansão ainda remanescente. O fechamento após o PMS se prende à melhor lavagem do cilindro, como referido anteriormente.
3.2 Sistema de Alimentação
3.2.1 – Sistema de Alimentação de Combustível para Motores Ciclo Diesel
3.2.1.1 – Princípios Gerais
Atualmente o moderno motor Diesel, difere pouco dos motores ciclo Otto, externamente, no entanto três significativas diferenças nos princípios de funcionamento são importantes:
a ignição (combustão) da carga de combustível e de ar, resulta da alta temperatura do ar comprimido e não de uma centelha elétrica;
o combustível é injetadodiretamente no cilindro, ao invés de ser regulado através de um carburador;
a carga de ar nos cilindros é aproximadamente constante e não regulada por uma válvula borboleta, como é o caso do motor de ignição por centelha.
3.2.1.2 – Constituição Geral do Sistema
O sistema geralmente é constituído de um tanque de combustível, um pré-filtro, uma bomba alimentadora, um sistema de filtros, uma bomba injetora e bicos injetores.
A bomba alimentadora tem a função de enviar o combustível sob pressão aos filtros. Em motores mais antigos, o combustível chega aos filtros por gravidade. Logo após o combustível chegar à bomba injetora, esta, por sua vez, dosa-o e o envia sob alta pressão aos bicos injetores, localizados no cabeçote do motor. Entre a bomba injetora e os porta-injetores, o combustível é conduzido através de tubos de alta pressão. Os filtros, a bomba injetora e os bicos apresentam retorno de combustível, que é conduzido ao tanque através dos tubos de retorno. No caso de sistema por gravidade, a bomba alimentadora é substituída por uma bomba manual, utilizada apenas para se efetuar a “sangria” do sistema (retirada de bolhas de ar).
a) Sedimentador
O sedimentador é um filtro grosseiro que, como o nome diz, tem a função de fazer com que o combustível passe por ele e por sedimentação deposite as partículas mais grosseiras, bem como a água no fundo de seu reservatório.
				Figura 7 – Sedimentador
Se o trator for usado com freqüência, deve-se fazer uma manutenção diária, a qual consiste em abrir o registro na parte inferior do sedimentador e deixar escorrer por alguns segundos. A figura 7 mostra um sedimentador.
b) Bomba Alimentadora
Também denominada bomba de transferência, tem por função suprir os filtros e, principalmente, a bomba injetora, com diesel sob uma certa pressão. Apenas alguns motores estacionários utilizam alimentação por gravidade.
Existem três tipos de bombas alimentadoras:
sistema de cilindro e êmbolo;
sistema de palhetas;
sistema de diafragma.
As mais tradicionais são as bombas de cilindro e êmbolo. O êmbolo dentro do cilindro cria o vácuo necessário, na câmara de aspiração, para permitir a entrada do combustível e, posteriormente pressioná-lo à bomba injetora.
A bomba com sistema de palhetas tem funcionamento semelhante com o motor rotativo, onde em uma entrada existe vácuo e na saída existe uma pressão criada pelas palhetas que empurra o diesel para a bomba injetora. Geralmente esta bomba de transferência é usada em conjunto com a bomba injetora rotativa.
A bomba de diafragma funciona quando durante o funcionamento do motor, o ressalto da árvore de comando move um braço basculante que transmite o movimento ao diafragma. Este movimento é descendente e provoca o vácuo na câmara, aspirando combustível do tanque através de uma válvula de entrada. À medida que a árvore de ressaltos continua girando, esta libera o braço basculante que volta à posição inicial, empurrando o combustível para fora da câmara através de uma válvula de saída.
c) Filtro de Combustível
Sabe-se que para um adequado funcionamento do motor e para prolongar a vida útil dos componentes do sistema de injeção, o combustível utilizado por este deve ser o mais limpo possível. Nos tratores agrícolas, dadas as suas condições de operação, é grande a probabilidade da presença de poeira, de resíduos vegetais, de água de condensação, etc.
Os filtros se localizam entre o tanque e a bomba injetora, ou entre as bombas alimentadora e injetora. Geralmente os tratores agrícolas possuem dois filtros em série, isto é, o combustível é filtrado duas vezes. O elemento filtrante é constituído por um cartucho de feltro ou papel tratado, conforme a figura 8.
			Figura 8 – Filtro de combustível
d) Bomba Injetora
Existem vários tipos de bomba injetora que são:
bomba de unidade completa;
bomba de duas unidades.
com um êmbolo para cada cilindro;
com um êmbolo mestre;
bomba rotativa.
d.1) Bomba de unidade completa
Este tipo encerra a bomba propriamente dita e o bico pulverizador em uma só unidade.
Neste sistema, o êmbolo da bomba é acionado por meio de um eixo com ressaltos que atua sobre um tucho, o qual está ligado a uma haste que empurra um sistema de balancim que possui em sua extremidade um bico injetor. O mecanismo de dosagem é semelhante à bomba de duas unidades com êmbolos individuais.
d.2) Bomba com duas unidades
São consideradas bombas com duas unidades aquelas que possuem a unidade bombeadora separada dos pulverizadores, existindo entre ambos um sistema de tubos de alta pressão.
Bomba de êmbolos individuais:
Neste tipo, o conjunto denominado bomba injetora possui em seu interior tantos êmbolos quantos são os cilindros do motor.
Na figura 9, observa-se que o combustível é admitido na câmara de compressão do êmbolo pela entrada de combustível, à baixa pressão (+ ou - 1 kgf cm-2), quando o êmbolo está na sua posição inferior. O êmbolo é ligado a um eixo com ressaltos que o empurra para cima, fazendo com que o combustível seja injetado até o bico injetor, já que esse é um fluído incompressível.
A quantidade de combustível é controlada por uma cremalheira que se encontra ligada ao acelerador em uma das extremidades e a uma engrenagem na outra. Esta engrenagem é fixa ao êmbolo da bomba injetora e, conforme o giro do êmbolo provocado pela cremalheira, um rebaixo em espiral do êmbolo se põe em contado com a linha de retorno, diferenciando a quantidade de combustível que irá para os injetores.
Figura 9 – Esquema de funcionamento do sistema dosador de combustível
Bomba Rotativa
A bomba rotativa possui um só elemento de bombeamento associado a um mecanismo divisor de fluxo, visando distribuir o combustível aos vários bicos injetores dos cilindros dos motores.
O rotor apresenta, numa das extremidades, dois êmbolos radialmente contidos num mesmo cilindro transversal, cuja parte central abre-se numa galeria axial ao longo do rotor. Os êmbolos são comandados por um anel com ressaltos, o qual possui tantos ressaltos quantos forem os cilindros do motor.
Numa certa posição do rotor, este possui um orifício que se combina com um outro orifício da carcaça envolvente, estator, permitindo a entrada de diesel no interior da bomba. Continuando a girar o rotor, fecha-se a abertura de admissão comentada para abrir-se outro orifício de saída, sendo este ligado direto com um bico injetor de um determinado cilindro. No espaço entre entrada e saída de combustível no interior da bomba, os êmbolos são forçados um contra o outro através dos ressaltos, criando uma pressão no combustível.
No rotor existem tantos orifícios quantos são os cilindros do motor, sendo que na carcaça existe apenas um orifício. A figura 10 mostra o funcionamento de uma bomba rotativa.
		Figura 10 – Princípio de funcionamento de uma bomba injetora rotativa
e) Bicos Injetores
Os bicos injetores têm por finalidade introduzir o diesel na câmara de combustão do cilindro onde o ar já está comprimido e há uma temperatura ideal para a explosão. O bico injetor deve atomizar o combustível, fazendo assim uma pulverização do mesmo na câmara de combustão.
Os bicos injetores são formados por uma parte externa denominada corpo, e uma interna denominada agulha, as quais são ajustadas de tal forma que devem ser consideradas como uma peça única.
A agulha é pressionada ao corpo do injetor através de uma mola, vedando assim a saída de combustível para a câmara de combustão. Desta maneira, o injetor abre-se somente quando a pressão do combustível enviado pela bomba injetora vencer a pressão da mola. Após a injeção e conseqüente queda de pressão, a agulha através da ação da mola volta a vedar a saída de combustível para a câmara de combustão.
Os bicos injetores geralmente são de dois tipos, os bicos de furos e os de pinos. A figura 11 mostra os dois tipos comentados. Os bicos de pinos esses possuem várias divisões quanto à forma de jato.Figura 11 – Tipos de bicos injetores
3.2.2 – Sistema de alimentação de ar para motores de Ciclo Diesel
A alimentação de ar no ciclo Diesel tem sua importância quanto à limpeza que o ar deve apresentar para adentrar na câmara de combustão. Para filtrá-lo, existem dois tipos principais de sistemas de filtragem, que são o filtro de banho de óleo e com filtro seco.
a) Filtro de Banho de óleo
É um tipo de filtro, como mostrado na figura 12, usado nos tratores mais antigos, onde a eficiência não ultrapassa os 90%. O seu funcionamento consiste na passagem do ar através da cuba com óleo, passando depois pelos elementos filtrantes, os quais, com a ajuda das gotas de óleo, filtram as impurezas contidas no ar.
		 Figura 12 – Filtro de ar tipo banho de óleo
A manutenção desse tipo de filtro consiste em verificação do nível de óleo da cuba e do elemento filtrante móvel com querosene ou diesel. Observação: não é interessante utilizar lubrificante usado na cuba.
b) Filtro Seco
Este tipo de filtro atinge 99,9% de eficiência, sendo assim usado em todos os tratores agrícolas nacionais atuais. A figura 13 mostra o filtro em estudo.
			Figura 13 – Filtro de ar tipo seco
Este processo de limpeza consiste no uso de dois filtros, um primário de papel poroso, que permite limpeza e um filtro principal, de feltro, que não permite limpeza, onde sua troca deve respeitar manual do fabricante (geralmente 1000 horas ou 1 ano de uso).
Quanto à manutenção do filtro primário, esta deve acontecer somente quando o indicador de restrição (figura 14) mostrar por uma tarja vermelha ou sinal luminoso no painel de comandos que existe grande dificuldade na passagem do ar. Antes disso, não se recomenda realizar a limpeza, pois as partículas de pó retidas no filtro ajudam na limpeza do ar.
			Figura 14 – Indicador de restrição à passagem de ar
Observando a necessidade de limpeza no filtro primário, deve-se substituí-lo por outro limpo e realizar a limpeza deste longe do local de trabalho. A limpeza do filtro consiste nos seguintes passos:
bater com a palma da mão, girando-o ao mesmo tempo, até eliminar a poeira mais grossa, conforme a figura 15;
			Figura 15 – Pré-limpeza do filtro de ar tipo seco
aplicar jatos de ar comprimido no elemento filtrante, no sentido de dentro para fora, (não exceder a pressão de 5 kgf cm-2 ou 70 lb pol-2), como mostra a figura 16.;
			Figura 16 – Passagem de ar para limpeza do filtro de ar seco
introduzir uma lâmpada ou lanterna no interior do elemento, em ambiente escuro, para observar se há presença de furos (Figura 17).
Figura 17 – Verificação de furos no filtro de ar tipo seco
Em alguns tratores nacionais existe uma válvula de descarga de pó, a qual deve ser acionada diariamente, conforme mostra a figura 18.
Figura 18 – Acionamento de válvula de descarga do filtro de ar
Referências 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de Norma 5:12.01.009 – Tratores Agrícolas, terminologia e classificação. Rio de Janeiro: ABNT. 1988. 19p.
BARGER, E. L.; LIJEDAHL, J.; CARLETON, W.M.; McKIBEN, E.G. Tratores e seus motores. Rio de Janeiro: Edgar Blucher. 1996. 389p.
COBRA, A. P. Mecânica, Máquinas e Motores. Piracicaba: Centro Acadêmico “Luiz de Queiroz”. 1985. 179p. Apostila de aula.
GADANHA JUNIOR, C. D.; MOLIN, J. P. e COELHO, J. L. D. Tratores, Como Escolher o Modelo Certo. Guia Rural Abril. São Paulo, SP. p.15-56, julho, 1992.
MIALHE, L. G. Máquinas Motoras na Agricultura. São Paulo: EDUSP, 1980. v.I e II.
MIALHE, L. G. Manual de Mecanização Agrícola. São Paulo: Ceres, 1974. 617p.
OBERT, E. F. Motores de Combustão Interna. 2 ed. Porto Alegre: Globo, 1971. 617p.
SENAI. Mecânico Diesel. Curitiba: Regional Paraná. 250p. Apostila de aula.
SILVEIRA, G. M. Os Cuidados Com o Trator.
CABEÇA
MARGEM
� EMBED PBrush ���
� EMBED PBrush ���
FACE
HASTE
ASSENTO REMOVÍVEL
5
4
6
2
1
7
8
3
� EMBED Word.Document.8 \s ���
�PAGE �
�PAGE �1�
_1221815714/ole-[42, 4D, E6, 1D, 02, 00, 00, 00]
_1221815894/ole-[42, 4D, D6, 76, 03, 00, 00, 00]
_1219238420.unknown
_1212390193/ole-[42, 4D, E6, 89, 07, 00, 00, 00]
_1212382188/ole-[42, 4D, 86, 1F, 03, 00, 00, 00]
_1212381489.doc