Cap 3 Motores

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Máquinas e Mecanização Agrícola IFMG – Campus Bambuí 
Professor Diogo Santos Campos 
3. MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA 
 Os motores de combustão interna são máquinas capazes de transformar 
a energia calorífica do combustível em energia possível de ser utilizada 
diretamente. São chamados de combustão interna porque o combustível (ex: 
diesel, gasolina ou álcool) é queimado internamente. Essa queima ocorre 
dentro de uma câmara de combustão liberando calor, água, monóxido e dióxido 
de carbono. 
2)( COCOÁguaCalorarOxigêniolCombustíve +++=+ 
Histórico: 
• 1862: ALPHONS BEAU DE ROCHAS, idealizou o 1º motor a explosão. 
• 1872: NICHOLAS OTTO, construiu o 1º motor a explosão. 
• 1893: RUDOLF DIESEL, idealizou, projetou e construiu o 1º motor a diesel, 
chamado de motor a combustão ou compressão (na época o combustível 
utilizado foi óleo de amendoim) 
 
3.1. Classificação dos motores de combustão interna (MCI) 
 
a) Quanto ao combustível: 
Diesel combustão, compressão (ciclo diesel). 
Gasolina 
Álcool 
Querosene Explosão (ciclo otto) 
Gás Natural 
GLP 
 
b) Quanto ao ciclo de funcionamento: 
2 tempos 
4 tempos 
 
Conceitos: 
• Tempo: É o giro de 180º do eixo virabrequim do motor (1/2 volta). 
• 2 tempos: 1 volta do EVB. Este motor executa as 4 fases em 360º. 
• 4 tempos: 2 voltas do EVB. Este motor executa as 4 fases em 720º. 
 
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3.1.1. Motores de quatro tempos 
Um ciclo de trabalho estende-se por duas rotações da árvore de 
manivelas, ou seja, quatro cursos do pistão. 
• No primeiro tempo, com o pistão em movimento descendente, dá-se a 
admissão, que se verifica, na maioria dos casos, por aspiração 
automática da mistura ar-combustível (nos motores Otto), ou apenas ar 
(motor Diesel). Na maioria dos motores Diesel modernos, uma ventoinha 
empurra a carga de ar para o cilindro (turbocompressão). 
• No segundo tempo, ocorre a compressão, com o pistão em movimento 
ascendente. Pouco antes de o pistão completar o curso, ocorre a ignição 
por meio de dispositivo adequado (no motor Otto), ou a auto-ignição (no 
motor Diesel). 
• No terceiro tempo, com o pistão em movimento descendente, temos a 
ignição, com a expansão dos gases e transferência de energia ao pistão 
(tempo motor). 
• No quarto tempo, o pistão em movimento ascendente, empurra os gases 
de escape para a atmosfera. 
 
Fases do motor: 
• Admissão; 
• Compressão; 
• Expansão; e 
• Escape. 
 
 
3.1.2. Motores de dois tempos 
O ciclo motor abrange apenas uma rotação da árvore de manivelas, ou 
seja, dois cursos do pistão. A admissão e a expansão ocorrem ao mesmo 
tempo, assim como o escape e a compressão. 
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A mistura explode e empurra o êmbolo para baixo, uma nova mistura 
combustível-ar entra no cárter pela janela de admissão. O êmbolo empurra a 
mistura nova para a janela de transferência e começa a abrir a janela de 
escape. 
A janela de transferência é aberta, passando a mistura para a parte 
superior do cilindro o que ajuda a expulsar os gases. O êmbolo sobe, fechando 
a janela de escape e comprimindo a mistura. Um pouco antes de atingir sua 
posição mais alta, ocorre a ignição. O calor gerado faz com que ocorra a 
expansão dos gases e transferência de energia ao pistão. 
 
 
Expansão / Admissão 
 
Escape / Compressão 
 
Outras definições: 
• Ciclo: Série de transformações termodinâmicas que ocorrem dentro do 
cilindro. 
• Curso: É o deslocamento do motor dentro do cilindro do ponto morto 
superior (PMS) ao ponto morto inferior (PMI) e vice-versa. 
 
OBS: O calor gerado com a queima do combustível é convertido em energia 
mecânica por meio de um mecanismo constituído de êmbolo, biela e árvore de 
manivelas (eixo virabrequim). O movimento alternativo (vai e vem) do êmbolo 
ou pistão dentro do cilindro é transformado em movimento rotativo com a biela 
e a manivela. Os tratores possuem motores de um ou mais cilindros. O embolo 
é montado sobre a biela, que é ligada a arvore de manivelas (a.d.m.). 
 
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Pino do pistão
(êmbolo) 
3.2. Orgãos do motor 
• Órgãos principais; 
• Órgãos complementares (sistemas, ...); e 
• Órgãos acessórios. 
 
3.2.1. Órgãos Principais: 
a) Tampão ou cabeçote: Parte superior do motor. Local onde estão as 
válvulas, passagens de ar, água, óleo e câmara de combustão. 
b) Bloco: Parte central do motor. Local onde estão os cilindros, os pistões e o 
EVB. 
c) Cárter: Parte inferior do motor. Nos motores de 4 tempos é depósito do óleo 
lubrificante. 
d) Cilindro: Serve de guia do pistão que se desloca dentro dele. 
 
 
Bloco, junta e cabeçote 
Pistão, anéis e biela 
 
e) Pistão e anéis: 
Pistão: Trabalham num movimento retilíneo dentro do cilindro, admitindo ar 
(ciclo diesel) ou ar mais combustível (ciclo otto) e fazendo a descarga dos 
gases. 
Anéis de segmento: 2 tipos (vedação e lubrificação). 
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f) Biela: Transforma o movimento retilíneo do pistão em movimento circular 
do EVB. 
g) Eixo Virabrequim (EVB): Responsável pelo movimento rotativo do motor 
que chega às rodas de tração. 
h) Válvulas: de admissão (de ar ou ar mais combustível) 
de descarga (de gases) 
i) Eixo comando de válvulas: Eixo ligado ao eixo virabrequim por uma 
correia dentada (relação 2:1 – EVB : ECV). Comanda todo movimento 
relativo das válvulas. 
 
j) Volante do motor: Regula a variação da velocidade do motor. 
 
Volante, árvore de manivelas, biela e êmbolo de um motor de 2 cilindros 
 
3.2.2. Órgãos complementares 
a) Sistema de alimentação: É todo o caminho percorrido pelo combustível do 
tanque até o motor. 
a.1) Motor a explosão (ciclo otto): Tanque, filtro, bomba alimentadora, 
injeção eletrônica ou carburador, tubulações e purificação de ar (filtro). 
a.2) Motor a compressão (combustão ou ciclo diesel): Tanque, copo 
de sedimentação, bomba alimentadora, filtro(s), bomba injetora, tubulação de 
alta pressão, bico injetores e tubulação de retorno. 
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b) Sistema de lubrificação: Cárter (motores de quatro tempos), bomba, filtro 
e tubulações. 
c) Sistema de arrefecimento (ou refrigeração): Radiador, bomba, 
tubulações, camisa do cilindro, ventilador, termostato e válvula termostática. 
OBS: b e c: < atrito, < aquecimento, < ruído. 
d) Sistema elétrico (ignição): 
d.1) Motor a explosão (ciclo otto): Bateria, amperímetro, chave, 
bobina, ignição eletrônica, distribuidor, cabos e velas. 
d.2) Motor a combustão (ciclo diesel): Apresenta somente os 
componentes abaixo: 
Bateria, motor de arranque (partida), gerador (dínamo ou alternador), regulador 
de voltagem e aparelhos e aparelhos consumidores (esses componentes 
também fazem parte do ciclo otto). 
 
3.2.3. Órgãos acessórios 
a) Turbina; 
b) Intercooler; 
c) Catalizador; 
d) Silencioso. 
 
3.3. Motores multicilindricosMotores multicilíndricos são aqueles que possuem dois ou mais cilindros 
com uma árvore de manivelas comum a todos os cilindros. Desta maneira 
ocorre um funcionamento mais uniforme do motor alternando os diversos 
movimentos de expansão do êmbolo. 
Geralmente os tratores agrícolas usam motores diesel de quatro tempos. 
Nos motores de quatro tempos, os êmbolos dos cilindros 1 e 4 se movem em 
um sentido e os 2 e 3 no sentido contrário. A seqüência mais comum de 
ocorrência do tempo de combustão é 1-3-4-2, mas raramente também pode ser 
1-2-4-3. Na figura e no quadro a seguir é ilustrada a seqüência de ocorrência 
do tempo de combustão 1-3-4-2. 
 
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Posição do 
EVB Cilindro 1 Cilindro 2 Cilindro 3 Cilindro 4 
1a meia 
volta COMBUSTÃO Escape Compressão Admissão 
2a meia 
volta Escape Admissão COMBUSTÃO Compressão 
3a meia 
volta Admissão Compressão Escape COMBUSTÃO
4a meia 
volta Compressão COMBUSTÃO Admissão Escape 
 
 Por este quadro, pode-se observar que ocorrem duas combustões a 
cada volta. 
 
3.4. Cilindrada, taxa de compressão, potência e tomada de força 
3.4.1. Cilindrada 
 Cilindrada de um motor é a soma das cilindradas de cada cilindro. 
Cilindrada de um cilindro é o volume ou espaço que o pistão se desloca do 
PMS ao PMI. É geralmente expresso em centímetros cúbicos (cc) ou em litros 
(l). Ex: um motor de 2,0 litros = 2.000 cc. 
 Quando o pistão chega ao PMS, ainda sobra um pequeno espaço que 
ocupado pelo ar. Esse espaço pode ficar na cabeça do pistão ou em uma 
pequena câmara ao lado do cilindro. 
 
3.4.2. Taxa de compressão 
 É a relação entre a cilindrada e o volume ocupado pelo ar quando o 
pistão chega no PMS. Ela pode ser indicada com uma relação 16:1, por 
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exemplo. Nos motores do ciclo Otto essa taxa varia de 6:1 a 12:1, enquanto 
que nos motores do ciclo diesel ela pode variar de 16:1 a 20:1. 
 
3.4.3. Potência 
 A potência é o trabalho realizado em uma unidade de tempo. Ela pode 
ser medida em Cavalos-Vapor (cv), Horse-Power (HP) ou em kilowatt (kW). Por 
definição, 1 HP é a potência necessária para elevar a altura de um pé, em um 
segundo, uma carga de 550 libras e 1 CV é a potência necessária para elevar a 
altura de um metro, em um segundo, uma carga de 75 quilogramas. A potência 
varia muito com a velocidade do motor, e quanto maior a rotação por minuto 
que o motor pode alcançar, maior será a potência que poderá fornecer. 
 
Conversão de Unidades de Potência 
• 1 kW = 1,341022 HP 
• 1HP = 0,7456999 kW 
• 1 cv = 1,013 HP 
• 1 HP = 0,987 cv 
 
Exercícios 
Transforme para cv as seguintes potências: 
• 1 HP; 
• 1,7 kW; 
• 13 HP; 
• 95 kW. 
Transforme para HP as seguintes potências: 
• 1 cv; 
• 3,7 kW; 
• 180 cv; 
• 315 kW. 
 
 
 
 
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3.4.4. Tomada de força 
Em alguns tratores, é colocado um eixo na saída da caixa de câmbio, 
onde se pode acoplar outras máquinas. Esse eixo é denominado Tomada de 
Força. 
 
3.5. Sistemas de arrefecimento dos motores 
 A medida que os metais se aquecem, sua resistência mecânica diminui 
e quando a temperatura fica muito alta, os metais começam a ficar pastosos, e 
tendem-se a colarem uns nos outros (fundição). A combustão nos motores 
produz temperaturas máximas compreendidas entre 1.700 e 2.500º C. 
Para evitar o superaquecimento dos motores, existem os sistemas de 
arrefecimento ou de refrigeração. O sistema de refrigeração é projetado para 
manter a temperatura das diversas partes do motor dentro dos limites 
permissíveis. Basicamente a refrigeração consiste em transmitir certa 
quantidade de calor resultante da combustão ao fluído refrigerante, que em 
geral é a água ou o ar. 
 
Temperaturas Máximas Admissíveis 
Partes do Motor Temperatura ºC 
Paredes do cilindro 150 – 200 
Êmbolo 300 
Paredes câmara de combustão 250 
Válvulas de escape 700 a 750 
 
Basicamente existem dois tipos de sistemas de arrefecimento, são eles: 
a) Sistemas de refrigeração com ar e água 
b) Sistemas de refrigeração com ar 
Nos tratores, geralmente é usado o sistema de refrigeração com ar e 
água. 
 
3.5.1. Sistemas de refrigeração com ar e água 
 Neste sistema, a água circula em volta do cilindro, retirando calor do 
motor e posteriormente se comunica com um trocador de calor denominado 
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radiador. Os sistemas de arrefecimento são montados para que a temperatura 
fique em torno de 87 a 105ºC. 
 A circulação da água dentro dos motores pode ser feita de duas 
maneiras: por termossifão ou por circulação forçada. Nos tratores agrícolas são 
mais usados os sistemas de circulação forçada. 
 
 
1- Radiador; 
2- Bomba d’água; 
3- Galeria de refrigeração; 
4- Ventoinha; 
5- Válvula termostática; 
6- Termômetro. 
 
 
Funcionamento: O líquido de arrefecimento circula sob pressão por todas as 
partes internas das galerias de água do motor. A bomba d’água é responsável 
pela circulação da água por todo este circuito. Normalmente a bomba é do tipo 
rotativo, que geralmente é acionada pelo motor através da correia. O líquido de 
arrefecimento em seu percurso passa por diversos canais dentro do bloco 
motor, cabeçote, mangueiras efetuando assim a troca de calor. Porém 
enquanto a temperatura desse motor for baixa (motor frio), este circuito de 
circulação permanecerá fechado até que o motor atinja a temperatura ideal de 
funcionamento, e a partir deste instante a válvula termostática iniciará o 
processo de troca do líquido de arrefecimento. 
 
3.6. Sistemas de lubrificação dos motores 
 Corpos metálicos ao se deslizarem um sobre o outro, se aquecem e 
tendem a soldar-se (“gripamento”). A lubrificação do motor tem como principal 
objetivo impedir o “gripamento”, diminuir o trabalho perdido por atrito e reduzir o 
desgaste das partes móveis. O objetivo principal é conseguido, interpondo-se 
uma película de lubrificante entre as superfícies deslizantes. 
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CORPO 1
CORPO 2
CORPO 1
CORPO 2
Fluido
 
 
 3.6.1. Lubrificação renovável 
 É o tipo de lubrificação usada nos motores de dois tempos do ciclo Otto. 
O lubrificante é adicionado ao combustível em proporções convenientes. 
 
 3.6.2. Lubrificação por depósito 
 Neste sistema, o óleo lubrificante é depositado na parte inferior do motor 
denominada Carter. Esse tipo de lubrificação pode ser feito por respingo 
(salpique) ou por circulação forçada. 
 A lubrificação por respingo é feita com uso de um “pescador” na parte 
inferior da biela. Por ser muito deficiente, esse sistema atualmente não é muito 
usado. 
 O sistema de lubrificação por circulação forçada constituí-se 
basicamente dos seguintes componentes: pescador de óleo, bomba de óleo, 
válvula reguladora de pressão, filtro de óleo e galerias do sistema de 
lubrificação. 
O óleo contido no cárter do motor é aspirado pela bomba de óleo, 
através do pescador existenteno cárter. Uma vez aspirado, a bomba envia o 
óleo, sob pressão, para o filtro de óleo. Uma vez filtrado, o óleo é enviado, 
através das galerias (canalículos), para os mancais das árvores de manivelas e 
comando, bem como para o comando, tuchos, varetas, balancins e 
engrenagens da distribuição. As bielas costumam ser furadas e o óleo é 
direcionado até o pino do êmbolo. 
O tipo mais comum de filtro é o de papel impregnado de resina. Esse 
filtro não pode ser usado mais de uma vez, devendo ser substituído após um 
número predeterminado de horas de trabalho do motor. 
 
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1- Bomba injetora; 
2- Pistão; 
3- Válvula; 
4- Balancim; 
5- Haste do tucho; 
6- Tucho; 
7- Turbo alimentador; 
8- Árvore de manivelas; 
9- Eixo de comando de 
válvulas; 
10- Resfriador de óleo; 
11- Filtro óleo; 
12- Bomba de óleo; 
13- Tubo de sucção 
(pescador); 
14- Carter; 
15- 16- 17- Válvulas 
Diagrama de funcionamento do sistema de lubrificação do motores de quatro 
tempos 
 
3.7. Sistemas de alimentação dos motores diesel 
 O sistema de injeção tem como função, introduzir o combustível no 
cilindro, de maneira a promover uma combustão mais regular e eficaz possível. 
 
Esquema geral de alimentação diesel 
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3.7.1. Alimentação por injeção de combustível 
A alimentação dos motores diesel é realizada pelo sistema de injeção de 
combustível e realiza as seguintes operações: 
• Retirada do óleo diesel do tanque de combustível; 
• Filtragem desse óleo; 
• Envio do óleo filtrado a bomba injetora; 
• Dosagem e envio do óleo sob alta pressão a cada injetor; 
• Injeção do óleo na forma de jato finamente pulverizado no cilindro no 
momento e quantidade exata. 
A bomba alimentadora é uma bomba que aspira o combustível do 
tanque e o envia sob pressão através do filtro de combustível para dentro da 
câmara de aspiração de bomba injetora. A bomba alimentadora é acionada 
pelo eixo da bomba injetora. Como parte da bomba alimentadora, temos a 
bomba manual que servirá para bombear o óleo para o sistema sempre que 
após desmontagem da bomba injetora houver necessidade de preencher o 
sistema com óleo diesel e proceder sangria do mesmo. 
 
Bomba alimentadora 
 
3.7.2. Bomba Injetora 
 A injeção do combustível Diesel é controlada por uma bomba de 
pequenos pistões. Ela é a unidade responsável em dosar o óleo diesel na 
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quantidade exata e enviá-o ao correspondente cilindro do motor no momento 
exato para seu bom funcionamento e desempenho. 
Na maioria dos motores Diesel, utiliza-se uma bomba em linha dotada 
de um pistão para cada cilindro e acionada por uma árvore de cames que 
impulsiona o combustível quando o êmbolo do motor (pistão) atinge o ponto de 
início de injeção, no final do tempo de compressão. Os cilindros são providos 
de tampa e válvula. 
Há ainda aqueles que utilizam bombas rotativas, que distribuem o 
combustível para os cilindros num processo semelhante ao do distribuidor de 
corrente para as velas, utilizado nos motores de automóveis. 
As bombas injetoras, rotativas ou em linha, para que funcionem, são 
instaladas no motor sincronizadas com os movimentos da árvore de manivelas. 
Ao processo de instalação da bomba injetora no motor dá-se o nome de 
calagem da bomba. 
 
 
Bomba injetora em linha 
 
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Os cilindros da bomba injetora possuem uma janela para entrada do 
combustível. Com o embolo na posição inferior, o diesel é admitido no cilindro. 
Quando o embolo sobe, a janela de entrada de combustível é fechada e é 
iniciado o processo de compressão do combustível no cilindro. Quando é 
atingida a pressão de injeção, o combustível sai pela válvula da tampa da 
bomba e é encaminhado para a tubulação dos bicos injetores. 
A quantidade de diesel injetado é controlada por uma ranhura vertical 
existente no embolo, conectada a outra de ranhura de forma helicoidal. A 
injeção é iniciada quando o embolo sobe e fecha a janela de admissão e 
termina quando a parte helicoidal da ranhura passa pela janela de saída. 
Assim, a quantidade de diesel injetada é determinada pela distância do bordo 
superior do embolo e a linha helicoidal da ranhura do mesmo. 
 
 
Sistema dosificador da bomba injetora de cilindros individuais 
 
O pistão da bomba injetora tem dois movimentos: um alternativo, ou de 
vai e vem, e outro giratório. O giro do embolo determina a quantidade de 
combustível injetado. O giro do embolo é feito pelo mecanismo de cremalheira. 
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O movimento de cremalheira (para trás e para frente) é acionado por um cabo 
ligado ao acelerador do trator. 
 
3.7.3. Bicos injetores ou pulverizadores 
 O combustível fornecido pela bomba injetora sob alta pressão é levado 
pela tubulação de alta pressão para os bicos injetores. Os bicos possuem a 
função de injetar o combustível finamente pulverizado, na câmara de 
combustão. 
Os bicos mais utilizados nos motores dos tratores agrícolas são os bicos 
fechados operados hidraulicamente. Nesses bicos, a injeção se inicia quando a 
pressão do combustível for suficiente para vencer a mola da agulha do injetor e 
termina quando a pressão do combustível (não injetado) é desviado para a 
tubulação de retorno. 
 
Conjunto do bico injetor 
 
3.8. Sistema de alimentação de ar 
A quantidade de ar admitida por um motor de combustão interna dos 
tratores agrícolas depende principalmente do regime, cilindrada e tipo de motor 
(atmosférico ou sobrealimentado). 
A utilização dos equipamentos agrícolas aumenta significativamente a 
concentração de poeira no ar e conseqüentemente os riscos de deterioração 
do motor. Assim, é necessário cuidados com os sistemas de limpeza do ar. 
O sistema de alimentação de ar dos motores atmosféricos (aspiração 
natural) é constituído por: 
• filtros de ar; 
• coletor de admissão. 
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3.8.1. Filtros de ar 
Nos motores de ciclo Diesel os filtros de ar podem ser de cartucho 
(secos) ou em banho de óleo, sendo estes normalmente precedidos de um pré-
filtro centrífugo. 
 
 
Pré-filtro 
Os pré-filtros permitem, por centrifugação, reter as poeiras de maior 
dimensão, que obstruiriam rapidamente os filtros principais; as poeiras 
depositam-se numa cuba, geralmente em vidro, donde são facilmente retiradas. 
 
1 – Tampa 
2 – Grampos 
3 – Taça 
4 – Poeiras 
5 – Palhetas 
6 – Entrada de ar 
7 – Saída do ar 
 
Os pré-filtros têm palhetas em torno do tubo de aspiração, que conferem 
ao ar uma trajetória circular, que faz com que seja centrifugado, o que permite 
a deposição das partículas de maior dimensão; a eficácia do pré-filtro depende 
da velocidade do ar, ou seja, do débito aspirado. 
 
Filtros de ar em banhode óleo 
Os filtros de ar em banho de óleo apresentam um tubo de aspiração, 
precedido por um pré-filtro, que conduz o ar para uma taça com óleo onde as 
impurezas se precipitam. Depois de liberto das poeiras de maior dimensão no 
pré-filtro, o ar é conduzido através de uma rede de filtração, colocada em torno 
do tubo de aspiração, que retém as partículas ainda existentes, e só depois 
chega ao coletor de admissão. 
 
Vantagens: 
• Fácil manutenção; 
• Duração praticamente ilimitada (baixo custo). 
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Desvantagens: 
• Baixo nível de filtração; 
• Impossibilidade de serem utilizados em motores sobrealimentados, pois 
o óleo pode ser aspirado; 
• Ter que ser montado na vertical; 
• O tractor não poder trabalhar em zonas inclinadas, pois o óleo pode ser 
aspirado e queimado sem controle. 
 
 
1- Pré-filro 
2- Entrada de ar 
3- Saída do ar filtrado 
4- Elementos filtrantes 
5- Membranas filtrantes 
6- Marca do nível de óleo 
7- Tampa de óleo 
 
Filtros de cartucho 
Os filtros de cartucho são o tipo de filtros mais utilizados nos motores de 
ciclo Diesel, pois são eficazes mesmo em atmosferas carregadas de poeiras. 
Estes filtros são constituídos por uma caixa cilíndrica fabricada em chapa de 
aço e um elemento de filtro de papel constituído por duas armaduras metálicas 
perfuradas, no meio das quais se encontra o elemento filtrante. Nos topos 
existem duas chapas circulares, tendo uma delas um orifício circular para 
deixar passar o ar. 
O papel filtrante, que é constituído por um conjunto de fibras de celulose 
com 4 - 10 µm de diâmetro. A filtração é assegurada pela densa malha formada 
pelas fibras do papel. 
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A entrada do ar nesses filtros é feita pela periferia do elemento filtrante, 
saindo por um tubo central. 
 
 
1- Junta 
2- Armadura interior 
3- Elemento de filtro de papel 
4- Armadura exterior 
5- Tampa 
 
A manutenção destes elementos é feita utilizando uma corrente de ar, de 
intensidade moderada e no sentido de dentro para fora, contrário ao sentido do 
deslocamento do ar aspirado. Deve-se proceder a sua substituição quando já 
não for possível limpá-lo convenientemente da forma descrita. 
Os filtros de ar do tipo seco podem estar equipados com um pré-filtro, 
que tem o mesmo objetivo dos anteriormente apresentados.