Artigo Científico - COMPARAÇÃO DO NÍVEL GLOBAL DE VIBRAÇÃO NUM MOTOR CICLO DIESEL MONOCILÍNDRICO UTILIZANDO BIODIESEL B100 E DIESEL

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A Engenharia transformando ideias em soluções inteligentes 
Anais do 2° COEN - Congresso de Engenharias - Universidade Federal de São João del-Rei - MG 
Anais do XII CONEMI - Congresso Nacional de Engenharia Mecânica e Industrial 
COMPARAÇÃO DO NÍVEL GLOBAL DE VIBRAÇÃO NUM MOTOR CICLO 
DIESEL MONOCILÍNDRICO UTILIZANDO BIODIESEL B100 E DIESEL. 
Felipe Cardoso de Carvalho
 (1)
 (carvalhofelipe.mec@gmail.com), Rafaela Bastos Campos 
(1)
 
(rafaelacampos@live.com), José Antônio da Silva 
(2)
 (jant@ufsj.edu.br), 
Jorge N. Brito 
(1)
 (brito@ufsj.edu.br), Leandro Ferreira Monteiro 
(2)
 (leandromonteiro@ufsj.edu.br). 
 
(1)
Univ. Fed. São João del Rei (UFSJ), DEMEC, Praça Frei Orlando, 170, 36307-352, SJDR, MG, Brasil 
(2)
Univ. Fed. São João del Rei (UFSJ), DCTEF, Praça Frei Orlando, 170, 36307-352, SJDR, MG, Brasil 
 
RESUMO: A intensa procura por produtos menos nocivo ao meio ambiente vem ganhando mercado 
e repercutindo em diversos setores como, por exemplo, o automobilístico. O biodiesel vem ganhando 
cada vez mais atenção dos pesquisadores devido à preocupação com o aquecimento global. Uma 
segunda vertente de pensamento é devido às vantagens da utilização do composto seja em misturas 
com o diesel ou puro. À medida que se desvenda as propriedades do biodiesel melhor ele vem se 
posicionando frente ao óleo diesel em relação a poluição. Assim a produção e a experimentação do 
composto tornam-se essencial para que se conheçam as propriedades do biodiesel com o reflexo no 
diesel. Neste trabalho apresenta-se, de forma experimental, a comparação entre os níveis de vibração 
global na direção radial (vertical e horizontal) e axial, de um motor diesel monocilíndrico do ciclo 
diesel. Os sinais forma coletados através de acelerômetros instalados no motor utilizando uma 
plataforma integrada de monitoramento "online" SKF IMx. Os resultados mostram que os níveis 
obtidos no biodiesel B100 são similares ao do diesel, tanto na câmara de combustão quanto nos 
componentes mecânicos. 
 
PALAVRAS-CHAVE: Biodiesel, Diesel, Combustão, Motor Diesel, Análise de Vibração. 
 
 
COMPARISON OF GLOBAL VIBRATION IN MOTOR CYCLE DIESEL SINGLE 
CYLINDER USING BIODIESEL B100 AND DIESEL. 
 
ABSTRACT: The intense demand for products that are less harmful to the environment and have 
been gaining market repercussions in various industries such as the automobile. Biodiesel have been 
gaining more attention from researchers because of concern over global warming. A second strand of 
thought is due to the benefits of using compost is blended with diesel or pure. As he unravels the 
properties of biodiesel best he is positioning itself against the diesel. Thus the production and testing 
of the compound becomes essential to know the properties of biodiesel with diesel in the reflection. In 
this work we present, experimentally, the comparison between the overall vibration levels in the 
radial direction (vertical and horizontal) and axial, single cylinder diesel engine of a diesel cycle. The 
signals collected by means of accelerometers installed in the engine using an integrated platform 
monitoring "online" SKF IMx. The results show that levels obtained in the B100 biodiesel are similar 
to diesel, both the combustion chamber and in the mechanical components. 
 
KEYWORDS: Biodiesel, Diesel, Combustion, Diesel Engine, Vibration Analysis. 
 
2° COEN - UFSJ 
XII CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
A procura por inovações tecnológicas para a substituição de produtos nocivos ao meio 
ambiente por fontes limpas está atrelada com a escassez cada vez mais eminente das reservas 
de petróleo. Com as altas no preço do petróleo tornando-se altamente viável a busca por 
fontes energéticas provenientes de recursos renováveis. 
O Brasil é um país em que 56% de toda mercadoria transportada dentro do país é feita 
através de rotas rodoviárias e em âmbito global o aumento incessante da frota mundial de 
veículos automotores tem grande responsabilidade nos níveis crescentes de poluição. Isso se 
deve à emissão de gases poluentes resultantes da queima de combustíveis fósseis, como o 
óleo diesel. 
Neste contexto global o biodiesel vem ganhando cada vez mais destaque entre os 
pesquisadores devido à preocupação com o aquecimento global. Uma segunda vertente de 
pensamento é devido às vantagens da utilização do composto seja em misturas com o diesel 
ou puro. À medida que se desvenda as propriedades do biodiesel melhor ele vem se 
posicionando frente ao óleo diesel. 
"A questão ambiental vista de forma localizada através da qualidade das emissões dos 
motores e de forma de mudanças climáticas globais através da redução das emissões de CO2 
e, por consequência, na redução do efeito estufa, constitui a verdadeira força motriz para a 
produção e consumo dos combustíveis limpos oriundos da biomassa, especialmente, no caso 
do motor diesel, o biodiesel". (PARENTE 2003). 
A utilização de óleos vegetais para produção de diesel, deixada de lado no início do 
século passado pela abundância do petróleo e de seu baixo custo, volta à tona novamente. O 
chamado biodiesel traz consigo a esperança de um combustível menos poluente, pela sua 
origem, e de rendimento igual ou superior ao diesel de petróleo, e que possa, atendendo a 
esses requisitos, substituí-lo gradativamente em suas aplicações. 
Segundo Gerges (2005) há pouco conhecimento sobre o comportamento dinâmico do 
biodiesel em pleno funcionamento em motores de combustão interna. Portanto o trabalho foca 
na análise de vibração, especificamente no nível global, uma vez que as vibrações totais 
proveniente do motor podem ser divididas basicamente em dois grandes grupos: vibração 
devido ao processo de combustão e vibração devido às forças mecânicas. 
 Neste trabalho será focada a vibração devido ao processo de combustão em um motor 
de combustão interna monocilíndrico do ciclo diesel quatro tempos. Foi realizado uma 
comparação entre os níveis de vibração utilizando combustível Diesel puro e Biodiesel B100 
originário da soja. 
 
 
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XII CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
 
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2. DIESEL E BIODIESEL 
 
O diesel é combustível derivado do petróleo e constituído basicamente por 
hidrocarbonetos. O óleo diesel é um composto formado principalmente por átomos de 
carbono, hidrogênio e em baixas concentrações por enxofre, nitrogênio e oxigênio. É 
selecionado de acordo com as características de ignição e de escoamento adequadas ao 
funcionamento dos motores diesel. 
Segundo Obregón (2004), o biodiesel é o combustível renovável derivado de óleos 
vegetais, como girassol, mamona, soja, babaçu e demais oleaginosas, ou de gorduras animais, 
usado em motores a diesel, em percentual de concentração de mistura com o diesel. Produzido 
através de um processo químico que remove a glicerina do óleo. 
 De acordo com a legislação brasileira o biocombustível é derivado de biomassa 
renovável para uso em motores a combustão interna com ignição por compressão. Também 
pode ser em conformidade com o regulamento para geração de outro tipo de energia, que 
possa substituir, parcial ou totalmente, os combustíveis deorigem fóssil. 
 Biodiesel é o nome de um combustível alternativo de queima limpa, produzido de 
recursos domésticos, renováveis. O biodiesel não contém petróleo, mas pode ser adicionado a 
ele formando uma mistura. Pode ser usado em um motor de ignição a compressão (diesel) 
sem necessidade de modificação. O biodiesel é simples de ser usado, biodegradável, não 
tóxico e essencialmente livre de compostos sulfurados e aromáticos. 
 O Biodiesel é fabricado através de um processo químico chamado transesterificação 
onde a glicerina é separada da gordura ou do óleo vegetal. O processo gera dois produtos, 
ésteres e glicerina, Neto (2002). 
 
3. VIBRAÇÕES 
A vibração é uma resposta repetitiva, periódica ou oscilatória de um sistema mecânico. 
A taxa dos ciclos de vibração é chamada de "frequência". Movimentos repetitivos que são um 
tanto limpa e regular, e que ocorrem em frequências relativamente baixas, são comumente 
chamados de oscilações, enquanto qualquer movimento repetitivo, mesmo em altas 
frequências, com amplitudes baixas, ter um comportamento irregular e aleatório cai na classe 
geral de vibração, Santana (2010). 
Vibrações ocorrem em um sistema de engenharia e pode ser representante de seu livre 
comportamento dinâmico natural ou podem ser forçadas através de alguma forma de 
excitação, as quais podem ser geradas pelo próprio sistema ou ser transmitida de uma fonte 
externa. 
 
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XII CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
 
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Quando a frequência da excitação coincide com a do movimento natural, o sistema irá 
responder de forma mais vigorosa, com aumento de amplitude esta condição é conhecida 
como ressonância, e a frequência associada, e chamada de frequência de ressonância. 
 
3.1. Análise de vibração 
"Atualmente na indústria, de todos os parâmetros que podem ser medidos não 
invasoramente, o que contém mais informação é a assinatura por Vibração". (ART 
CRAWFORT, 1992). 
A vibração é frequentemente um processo destrutivo, ocasionando falhas nos 
elementos de máquinas por fadiga. O movimento vibratório de uma máquina é o resultado das 
forças dinâmicas que a excitam. Essa vibração se propaga por todas as partes da máquina, 
bem como para as estruturas interligadas a ela. Geralmente uma máquina vibra em várias 
frequências e amplitudes correspondentes. Os efeitos de uma vibração severa são o desgaste e 
a fadiga, que certamente são responsáveis por quebras definitivas dos equipamentos. 
Segundo Brito (2002) toda máquina apresenta um determinado nível de ruído e 
vibração devido à operação e a fontes externas. Porém, uma parcela destas vibrações é 
causada por pequenos defeitos mecânicos ou excitações secundárias perturbadoras, que atuam 
na qualidade do desempenho da máquina. Qualquer acréscimo no nível de vibração de uma 
máquina é o primeiro sinal de agravamento de um defeito: desalinhamento, empenamento do 
eixo, desgaste do rolamento etc. O fato de que os sinais de vibração de uma máquina trazem 
informações relacionadas com o seu funcionamento, indica a saúde da máquina e a decisão 
sobre uma intervenção ou não nesta máquina. Este acréscimo no nível de vibração está 
relacionado com o estudo do nível global de vibração do motor monocilíndrico, um dos 
objetivos desta pesquisa. 
Cada máquina apresenta uma forma característica de vibração, em aspecto e nível. 
Porém, máquinas do mesmo tipo apresentam variações no comportamento dinâmico. Isso se 
deve às variações de ajustes, tolerâncias e, principalmente, defeitos. Cada elemento de 
máquina induz uma excitação própria, gerando uma perturbação específica. Geralmente, no 
caso de motores monocilíndricos esses elementos são mancais, engrenagens, biela, eixos, 
lubrificante etc. 
O comportamento dinâmico da máquina é uma composição das perturbações de todos 
os componentes, defeitos e excitações oriundas dos movimentos. Dessa forma, uma criteriosa 
medida das vibrações poderá indicar as principais causas (quais elementos ou defeitos) estão 
excitando a máquina. Portanto, em uma máquina as vibrações se dão em várias frequências 
devido às várias excitações. O movimento em um ponto qualquer será a superposição de 
várias harmônicas. 
 
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XII CONEMI 
São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
 
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3.2. Vibração em motores a combustão interna 
 
Segundo Rao (2000), as vibrações provenientes do motor podem ser divididas, 
basicamente, em vibração devido ao processo de combustão e vibração devido às forças 
mecânicas. 
De acordo com Stoeterau (2004), motores de combustão interna, por sua natureza, 
estão sujeitos a condições extremamente desfavoráveis, tais como: pressões e temperatura 
elevadas, lubrificação deficitária nas partes com movimento relativo, regimes de trabalhos 
variáveis, entre outras. 
Independentemente de serem motores combustão interna de 2 ou 4 tempos, 
automotivos, estacionários ou para aplicações diversas, as condições que afetam o 
desempenho desses motores é a mesma. 
 
3.3. Vibrações devido ao processo de combustão. 
 
No processo de combustão as vibrações são geradas devido às altas temperaturas e 
pressão no interior da câmara de combustão, provocada pela adição de calor no cilindro, no 
caso do ciclo diesel pela compressão do ar. O tipo de combustível utilizado tem influência 
direta estabelecendo características particulares para esse tipo de vibração. 
"Normalmente nos motores a diesel, devido sua elevada taxa de compressão, as 
vibrações são mais intensas em relação nos motores do ciclo OTTO". (GERGES, 2005). 
 
4. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Os testes experimentais foram realizados em uma bancada didática, Figura 1. 
 
 
FIGURA 1. Bancada experimental. 
 
FIGURA 2. IMX da SKF. 
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A bancada didática é constituída de um motor de combustão interna monocilíndrico 
diesel, HP 4 polos, 3600 RPM e por um freio (dinamômetro a água) [1]. 
Os sinais de vibração foram coletados sistema de monitoramento online IMX-SKF, 
Figura 2. Os sinais de vibração são adquiridos por três acelerômetros piezoelétrico, modelo 
SKF CMSS2200, sensibilidade de 100 mV nas posições: axial [2], horizontal [3] e vertical 
[4]. Os sinais de vibração são transferidos para o computador através do software 
@ptitude Analyst Human Machine Interface que tem várias opções, dentre elas: Análise 
Temporal do Sinal, Análise dos Espectros de Vibração (FFT) e Análise de Envelope. 
Durante os testes foi verificada a influência dos combustíveis Biodiesel B100 
(derivado da Soja) e Diesel, através do nível global de vibração do motor monocilíndrico. O 
objetivo era verificar se o nível de vibração gerado pelo Biodiesel é maior, menor ou próximo 
dos níveis gerados pelo combustível Diesel, complementando as informações já existentes 
com relação ao composto limpo. 
Agrupando os dados montou-se um banco de dados comos níveis globais de vibração 
nos sentidos vertical e horizontal em três diferentes níveis de rotação: 1500 RPM, 2000 RPM 
e 3000 RPM. A variação e controle da rotação são feita através de válvula de carga existente 
no dinamômetro. 
 
5. RESULTADOS 
 
Efetuada a coleta os dados analisados e plotados em gráficos no Excel. Constatou-se 
que o nível de vibração global, tanto do Biodiesel B100 quanto do Diesel, permaneceram 
similares na direção vertical FIGURA 3. 
 
 
FIGURA 3. Vibração Vertical. 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1500 2000 3000
m
m
/s
 
Diesel
Biodiesel
RPM 
 
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Já os sinais de vibrações coletados nas direções horizontal (FIGURA 4) e axial 
(FIGURA 5), apresentaram redução do nível de vibração global em 3% e 18,55% 
respectivamente quando comparado ao Diesel fóssil, que aparentemente esta associada ao 
menor pode calorifico do Biodiesel B100. 
 
 
FIGURA 4. Vibração horizontal. 
 
 
FIGURA 5. Vibração axial. 
 
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
O biodiesel é menos energético se comparado ao diesel mineral, pois não contém 
hidrocarbonetos aromáticos, elementos que conferem alto poder calorífico ao diesel. 
14,5
15
15,5
16
16,5
17
17,5
18
18,5
1500 2000 3000
m
m
/s
 
Diesel
Biodiesel
RPM 
0
5
10
15
20
25
1500 2000 3000
m
m
/s
 
Diesel
Biodiesel
RPM 
 
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Entretanto, o biodiesel possui ésteres alquílicos com diferentes níveis de saturação, o que leva 
ao fato de o biodiesel ter menor poder calorífico. 
Conforme mostrado na Figura 3, os sinais de vibração coletados na vertical, com a 
utilização do Biodiesel B100 em motor do ciclo diesel, aparentemente não fornecem grandes 
perturbações no processo da combustão. 
Os resultados mostrados nas Figuras 4 e 5 são provenientes de vibrações oriundas dos 
componentes do motor diesel tais como biela, virabrequim além da combustão propriamente 
dita, entre outros gerados por esforços laterais. 
Verificou-se que no geral o nível de vibração nos motores abastecidos com diesel é 
maior que nos motores abastecidos com biodiesel B100, aproximadamente 9%. Isso se deve 
ao fato de que quando o motor trabalha com diesel a biela fica mais inclinada em função do 
maior avanço do pistão o que faz aumentar as forças laterais. 
 
7. REFERÊNCIAS 
 
ART CRAWFOR. 1992 "Simplified Handbook of Vibration Analysis" 
BRITO, J. N., 2002. "Desenvolvimento de um Sistema Inteligente Híbrido para 
Diagnóstico de Falhas em Motores de Indução Trifásicos". Campinas, Faculdade de 
Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas. 214 p. Tese (Doutorado). 
COLLACOT R., A. 1979, "Vibration Monitoring and Diagnostic." Wiley, New York. 
COSTA NETO, P.R. Obtenção de Ésteres Alquílicos (Biodiesel) por via Enzimática a 
partir do Óleo de Soja. 2002. Programa de Pós-Graduação em Químca, UFSC, Florianópolis. 
GERGES, SAMIR NAGI YOUSRI Ruídos e Vibrações veiculares. 1° edição – 
Florianópolis - 2005. 
HEYWOOD, John B. "Internal Combustion Engine Fundamentals". 1.ed. New York: 
McGraw-Hill, Inc., 1988. 930 p. 
OBREGÓN, C.L. Obtenção de biodiesel através da transesterificação enzimática: energia 
alternativa para auto-desenvolvimento. 2004. Universidade Federal da Bahia, UFBA. 
PARENTE, Expedito José de Sá. Biodiesel - Uma aventura tecnológica num país 
engraçado. Fortaleza, 66 p., 30 mar. 2003. 
RAO, J.S.2000, Vibratory condition monitoring of machines, Published by Addison-
Wesley, America. 
SANTANA M. C, 2010 "Análises de Vibrações em um Motor de Combustão Interna" 
Universidade Federal de Minas Gerais. 
S. S. de JESUS e P. F. CAVALCANTE "Utilização de bancadas de ensaio para estudo do 
comportamento dinâmico de máquinas rotativas". Departamento de Engenharia Mecânica da 
Universidade Federal da Bahia. 
 
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STOETERAU, L. R. (2004) "Tribologia" Universidade Federal de Santa Catarina. 
 
Agradecimentos 
Agradeço ao CNPq por financiar esta pesquisa, uma vez que o primeiro autor é aluno de 
iniciação PIBIC e a FAPEMIG.