Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
3º Aula Prática Maquinas e Mecanização Florestal GNE-159 Prof. Volpato SISTEMA DE VÁLVULAS É o sistema responsável pelo acionamento do mecanismo de válvulas, ou seja, pelo controle de abertura e fechamento das válvulas de admissão e escape. A admissão de ar ou de mistura gasosa no cilindro e a expulsão dos gases resultantes da combustão nos motores de 4 tempos são feitos através de válvulas. Figura 1: Coletor de admissão e coletor de escape Uma válvula consta de haste, pé e cabeça. Na cabeça da válvula encontra-se a margem e a face, cujo formato é em bisel. A face se apoia sobre uma outra superfície, também em bisel, denominada assento ou sede cujo contato resulta no fechamento da passagem. Este contato é mantido por intermédio de uma mola que conserva a válvula constantemente sobre o assento, evitando vazamentos durante os tempos de compressão e expansão. Figura 2: nomenclatura no sistema de valvulas As válvulas estão constantemente sujeitas a consideráveis tensões e desgastes, devido às altas temperaturas de trabalho. A válvula de escape, que está constantemente exposta aos gases de escape, chega a adquirir coloração avermelhada. São fabricadas com material adequado para resistir as tensões e desgastes. O assento da válvula pode ser trabalhado no próprio cabeçote ou ser do tipo inserido que são colocados em ranhuras feitas também no cabeçote. De acordo com o acionamento do pé da válvula para sua abertura pode-se ter dois tipos de sistema de válvulas: direto e indireto. A) Sistema direto B) Sistema indireto Figura 3: Sistemas de válvulas: A Sistema direto e B Sistema indireto Nos dois sistemas, as válvulas estão no cabeçote com o eixo comando de válvulas também no cabeçote para o sistema direto, e o eixo de balancins para o indireto já que o eixo comando neste caso, situa-se no bloco. No sistema direto, para o acionamento do eixo comando pelo virabrequim usam-se correia dentada ou corrente que evitam deslizes, que tirariam o incronismo no funcionamento do motor. No sistema indireto que deverá possuir além do tucho, uma vareta e um balancim para cada válvula, o acionamento do eixo pode ser engrenagem com engrenagem, nos motores menores ou também por corrente nos maiores. Figura 4: Sistema de válvulas indireto As maiores vantagens do sistema direto é o menor número de peças atuantes e maiores rotações permitidas. O principal limitante de giros em um motor. é o seu sistema de válvulas devido a inércia de seus componentes, principalmente das molas. Em média 7.000 rpm para os motores com sistema indireto e 9.000 rpm para os que utilizam o sistema direto. Nos veículos de competição que atingem altos giros, o sistema de válvulas adotado é o desmodrônico que não possue molas. O eixo de comando de válvulas (e.c.v.) tem ressaltos que abrem as válvulas. A válvula de admissão deverá estar aberta durante o tempo que o ar está sendo admitido. A de escapamento somente durante a expulsão. Conclui-se que cada válvula abre-se somente uma vez durante o ciclo. Assim cada ressalto do e.c.v. agirá sobre a válvula correspondente somente uma vez durante o ciclo. Como nos motores de 4 tempos o ciclo se completa em 2 voltas da árvore de manivelas (a.d.m.) conclui-se que a velocidade do e.c.v. deverá ser a metade da velocidade da a.d.m. Considerando-se constante a velocidade angular do motor, o periodismo de uma válvula é definido como sendo o tempo decorrido desde sua abertura até o seu fechamento. Os pontos de fechamento e abertura de uma válvula dependem da posição da engrenagem do e.c.v com relação a da a.d.m. e da folga da válvula. A primeira vista parece que a abertura e o fechamento das válvulas de admissão e escape deverá se dar no PMS e no PMI. Entretanto, para se obter um rendimento maior isto não acontece na prática. Os pontos de abertura e de fechamento das válvulas são estudados pelos fabricantes de motores de maneira a proporcionar o máximo enchimento do cilindro no tempo de admissão e a máxima expulsão de gases no escapamento. Estes pontos de abertura e fechamento variam de um motor para outro, pois dependem do dimensionamento da máquina, do formato das tubulações e da velocidade de rotação do motor. Um periodismo adequado propicia maior potência melhora a refrigeração e um menor consumo de combustível. O periodismo das válvulas pode ser visto através de um diagrama, que não só permite demonstrar o momento de abertura e fechamento, como também os acontecimentos reais dentro dos cilindros. Diagrama ou periodismo de válvulas É o tempo que uma válvula permanece aberta. Supondo-se o seguinte periodismo: Válvula de Admissão Adiantamento na abertura – 10º Atraso no fechamento - 42° Atraso no fechamento Periodismo: 10º + 42° + 180º = 232° Válvula de Escape Adiantamento na abertura – 40º Atraso no fechamento - 12° Periodismo: 40º + 12° + 180º = 232° Exemplo de um diagrama de válvulas: Figura 5: Diagrama ou periodismo de válvulas Regulagens e manutenção do sistema de válvulas Uma das principais coisas a se observar no sistema de válvulas é o engrenamento correto entre as engrenagens da ADM e do ECV. Normalmente, elas apresentam um ponto de referencia (traço, ponto ou outra marca qualquer gravadas em ambas as engrenagens) para o correto engrenamento. Figura 6: Engrenamento correto entre as engrenagens da ADM e do ECV Uma vez que as engrenagens estejam corretamente engrenadas, mede-se a folga entre o tucho e o pé da válvula ou entre o balancim e o pé da válvula. Esta operação é feita com uma ferramenta chamada de calibrador de folgas ou de grossuras. Para os tratores em geral, a folga da válvula de admissão deve estar entre 0,25 e 0,50 [mm] e para a válvula de escape entre 0,5 e 0,75 [mm]. Figura 7: regulagem da folga da válvula Conclusões: O adiantamento assim como o atraso na abertura e fechamento das válvulas são em relação a posição dos pistões aos seus PMS ou aos PMI. O atraso no fechamento da válvula de admissão tem por objetivo permitir que o cilindro receba a maior quantidade de ar possível. Mesmo o pistão estando no curso PMI- PMS, ainda existe a entrada do ar, devido este ser "elástico" e a velocidade da sucção provocada pelo pistão. A compressão real deste motor será de 138° (válvulas fechadas). Pelo diagrama se nota também o momento da injeção do combustível que será a 15° antes do PMS. A combustão real será de 140º devido a válvula de escape abrir nesta fase, 40º antes do pistão atingir o PMI. A finalidade do adiantamento da válvula de escape é permitir que o pistão acabe de descer, por não haver mais neste momento a expansão dos gases provenientes da combustão, evitando assim que se crie um vácuo acima do pistão que provocaria um freio, já que as válvulas estavam fechadas. Nos 40º finais da fase de combustão com a válvula de escape aberta, há uma tendência em succionar gases de escape para o interior do cilindro. Este fenômeno é mais acentuado na marcha lenta. O atraso no fechamento da válvula de escape juntamente com o adiantamento de admissão, onde ocorre o cruzamento das válvulas, ou seja, as duas permanecem abertas juntas (10º + 12° = 220). tem por finalidade promover a chamada "varredura" do cilindro e auxiliar na refrigeração do fim do ciclo para início de outro. OBS.: Todas as válvulas deste motor terão o mesmo comportamento. Como o periodismo das válvulas não varia juntamente com a variação de rotação do motor, o sistema de válvulas é ótimo a uma determinada rotação e nãoem todas. Isto se explica devido a inércia dos gases que possuem um comportamento diferente em baixas rotações, médias e altas, principalmente na aspiração pelo pistão. Modificações isoladas no motor não resultam em ganho real. Pelo diagrama anterior, nota-se o adiantamento em 40º da válvula de escape. Supondo-se que com a utilização de um outro combustível que provoque uma combustão maior ou mesmo, aumentando-se a taxa de compressão por rebaixamento de cabeçote ou turbinar o motor, um novo comando de válvulas deverá ser projetado para não permitir o adiantamento de 40º. Para reduzir desgastes e acumulações de depósitos nas hastes das válvulas, os motores têm dispositivos especiais que imprimem movimento de rotação à válvula durante o funcionamento do motor. Estes mecanismos fazem a válvula girar ligeiramente cada vez que ela é acionada, evitando sua permanência prolongada numa mesma posição. O sistema de válvulas deve merecer cuidados especiais para que se tenha um bom funcionamento do motor. SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DOS MOTORES O sistema de alimentação compreende os órgãos do motor destinados a preparar convenientemente o combustível e colocando-o em condições de queima dentro do cilindro. Segundo o tipo de motor, esta preparação se realiza de maneiras diferentes. Basicamente divide-se em Sistema de alimentação de ar e Sistema de alimentação de combustível. a) Sistema de Alimentação de Ar nos Motores Diesel. A admissão de ar nos motores diesel pode ser feita por aspiração natural ou através de superalimentadores com ou sem condensador de ar (cooler) Motor aspirado é aquele em que o ar ou a mistura ar/combustível entra para o interior do cilindro através do movimento descendente dos seus pistões na fase de admissão. Já no motor turbinado, esta tarefa é executada pela turbina, ou seja, é ela quem empurra para dentro do motor sob pressão, o ar ou a mistura ar/combustível aproveitando os gases do escapamento para acionamento da turbina, conforme mostra os esquemas da figura 09. Para um melhor entendimento, cabe lembrar que um motor aspirado, por mais eficiente que seja originalmente não consegue através da aspiração, encher mais do que 70% da capacidade dos seus cilindros, já com o turbo consegue-se praticamente 100%. O motor turbo foi uma é uma evolução ao motor aspirado idealizado para compensar as perdas de potência em altitudes elevadas devido a rarefação do ar. O primeiro turbo compressor que usava como força motora os gases de escapamento foi desenvolvido na Suíça, entre 1909 e 1912 por Alfred J. Buchi, engenheiro - chefe do Grupo Sulzer. Em 1915 Alfred propôs o primeiro protótipo de um motor ciclo Diesel turbo-alimentado, mas não foi apoiado. Na Primeira Guerra Mundial os turbo compressores foram usados ainda com alguma ressalva, mas durante a Segunda Guerra Mundial ocorreu o seu verdadeiro desenvolvimento. A Garret, marca mais conhecida de turbo compressores, foi fundada em 1936 por "Cliff" Garret. Entre o fim dos anos 40 e início dos anos 50 se incumbiu de projetar pequenas turbinas a gás, de potência de 20 a 90cv. Desde então o desenvolvimento de turbo compressor não parou. Hoje temos como fabricantes Schwitzer, IHI, Holset, e a própria Garret, ente outros. Seu uso é largamente difundido em máquinas agrícolas, carros de passeio e corrida, caminhões, ônibus, máquinas agrícolas, indústrias náutica, de mineração, de construção, bélica, de aviação e de geração de energia. Figura 8: Esquema de funcionamento de uma turbina para motores de combustão interna No caso dos motores Diesel, tem a finalidade de elevar a pressão do ar no coletor de admissão acima da pressão atmosférica, fazendo com que, no mesmo volume, seja possível depositar mais massa de ar, e, consequentemente, possibilitar que maior quantidade de combustível seja injetada, resultando em mais potência para o motor, além de proporcionar maior pressão de compressão no interior do cilindro, o que produz temperaturas de ignição mais altas e, por consequência, melhor aproveitamento do combustível com redução das emissões de poluentes. Para melhorar os efeitos do turbo alimentador, adiciona-se ao sistema de admissão de ar, um processo de arrefecimento do ar admitido, normalmente denominado de “aftercooler” ou “intercooler”, dependendo da posição onde se encontra instalado, com a finalidade de reduzir a temperatura do ar, contribuindo para aumentar, ainda mais, a massa de ar no interior dos cilindros. A tendência, para o futuro, é que todos os motores Diesel sejam turbo-alimentados. Nos motores turbo-alimentados, o rendimento volumétrico, em geral, é maior que 1. O turbo alimentador trabalha em rotações muito elevadas (80.000 a 100.000 rpm), temperatura máxima do gás de escape até 790°C, proporciona um ganho de potência, nos motores Diesel, da ordem de 30 a 40% e redução do consumo específico de combustível no entorno de 5%. Devido ao aumento da pressão máxima de combustão, exige-se uma vedação sólida e uma maior pressão da injeção. O fluxo do óleo para as guias das válvulas deve ser garantido, devido à sobre pressão do gás nos canais, e o primeiro anel de segmento do pistão motor deve ser instalado em canaleta reforçada com suporte especial de aço ou ferro fundido. O turbo alimentador, devido às altas rotações de operação, trabalha com o eixo apoiado sobre dois mancais de buchas flutuantes, que recebem lubrificação tanto interna quanto externamente. Ao parar o motor, durante certo intervalo de tempo, o turbo alimentador continuará girando por inércia sem receber óleo lubrificante, uma vez que a bomba de óleo parou de funcionar. Neste período, ocorre contato entre a bucha e a carcaça e também entre a bucha e o eixo, provocando desgaste. A duração do período em que o turbo alimentador permanece girando por inércia depende da rotação em que operava o motor quando foi desligado, bem como da carga a que estava submetido. Nos grupos Diesel-geradores, onde habitualmente se desliga o motor em alta rotação imediatamente após o alívio da carga, a durabilidade do turbo alimentador fica sensivelmente reduzida, podendo ser medida em numero de partidas ao invés de horas de operação. Nas demais aplicações, onde não há paradas frequentes do motor em alta rotação, a durabilidade do turbo alimentador pode chegar a até 4.000 horas, contra o máximo de 1.000 partidas nos grupos Diesel-geradores. Por isso recomenda-se não parar o motor imediatamente após o alívio da carga, deixando-o operar em vazio por um período de 3 a 5 minutos. Existe um dispositivo acumulador de pressão para ser instalado na linha de lubrificação do turbo alimentador que ameniza os efeitos das paradas, porém não é fornecido de fábrica pelos fabricantes de motores Diesel, devendo, quando for o caso, ser instalado pelo usuário. Os reparos no turbo alimentador devem ser feitos, de preferência, pelo fabricante. A maioria dos distribuidores autorizados disponibiliza para os usuários a opção de venda de remanufaturado a base de troca, que além de ser rápida, tem a mesma garantia da peça nova. Em geral, as oficinas que se dizem especializadas, utilizam buchas de bronze (em substituição das buchas sintetizadas) e usinam as carcaças quando da realização de recondicionamentos e, na maioria dos casos, não dispõem do equipamento para balanceamento do conjunto rotativo, fazendo com que a durabilidade de um turbo alimentador recondicionado nessas condições fique ainda mais reduzida. O defeito mais frequente é o surgimento de vazamentos de óleo lubrificante, que quando ocorre pelo lado do rotor frio, pode consumir o óleo lubrificante do cárter sem que seja percebido. Em geral, omau funcionamento do turbo alimentador é percebido pela perda de potência do motor sob plena carga e pela presença de óleo lubrificante e fumaça preta na tubulação de escapamento. Em alguns casos, pode-se perceber ruído anormal. Filtro de ar obstruído também é uma causa frequente de defeito do turbo alimentador. O efeito da sucção do rotor do compressor no interior da carcaça puxa óleo lubrificante através das vedações do eixo, provocando deficiência de lubrificação e consumo excessivo de lubrificante. Figura 9: Funcionamento do Sistema de Alimentação de ar Superalimentado FILTROS E PURIFICADORES DE AR As características de trabalho das máquinas agrícolas e florestais fazem com que os motores envolvidos nestas operações apresentem um desgaste anormal de suas partes quando o ar admitido no seu interior não é convenientemente separado das impurezas abrasivas que o contém. A poeira misturada com óleo lubrificante ou graxa é muito semelhante ao composto de esmerilhamento de válvulas, material especialmente preparado para cortar ou desbastar metal. Por isto a poeira que penetra no motor pode ser a causa principal de desgaste. O trator normalmente trabalha em locais onde o ar atmosférico contém uma grande quantidade de pó. Dai a necessidade de se utilizar nos tratores filtros ou purificadores de ar de grande eficiência. Um filtro de ar ideal deve possuir as caraterísticas seguintes: - rendimento elevado na remoção da poeira do ar: - pequena restrição à passagem de ar; - pequenas dimensões: - necessidade pouco frequente de reparos: - simplicidade e baixo custo. Sob certas condições é aconselhável um dispositivo preliminar de filtragem (pré- purificador) para a proteção do filtro de ar e reduzir a carga de poeira sobre o mesmo. Em locais de poeira densa e sem qualquer processo preliminar de limpeza, o filtro pode saturar- se em muito pouco tempo. O pré-purificador não aumenta a eficiência do filtro de ar, mas prolonga o intervalo de limpeza do mesmo. O seu funcionamento baseia-se no princípio centrífugo, induzindo-se um movimento rotativo à corrente de ar. A inércia das partículas de pó sendo maiores que as do ar fazem com que elas tendam prosseguir em linha reta enquanto o ar flete. A força centrífuga, portanto obriga a matéria mais pesada a separar-se do ar. A quantidade de ar, em centímetros cúbicos por segundo, exigida pelo motor de quatro tempos, de quatro cilindros ou mais e que deverá passar pelo purificador de ar, poderá ser calculada da seguinte forma: 120 VNNdomotorcilindradaQ , em que: Q = quantidade de ar em cm3/seg. ou litros/seg.; NV = Rendimento volumétrico, que para motores sem turbo compressor, pode ser estimado em: Ciclo OTTO.......................................75 a 80% Ciclo DIESEL....................................85 a 90% Motores 4 tempos de 2 Cilindros: Q2C = Q X 2; Motores 4 tempos de 1 Cilindro: Q2C = Q X 4; Motores 2 tempos: Q2T = Q X 2; Filtro de Ar a Banho de Óleo Consta essencialmente de uma cúpula de entrada de ar e um depósito de óleo (bacia) de formas as mais variadas. O ar é admitido no topo do filtro e passa através do tubo central em direção à superfície do óleo do reservatório, de onde é fletido para cima. Neste ponto a maior parte do pó é rejeitada ficando no reservatório de óleo. O ar em seu movimento ascendente, atravessa o filtro, levando consigo gotículas de óleo onde a poeira mais fina adere e posteriormente é drenada de volta ao reservatório. O ar limpo, sai lateralmente para o sistema de admissão do motor. A parte inferior do filtro é removível e possibilita a manutenção, tal como a troca periódica do óleo, a limpeza do filtro e eventuais reparos. A sua eficiência atinge no máximo 95%. Filtro de Ar Tipo Seco Consta de elementos filtrantes tipo seco que podem ser trocados periodicamente. Alguns elementos trocáveis são de papel e tem uma eficiência bastante grande. Os filtros tipo seco são freqüentemente utilizados em motores de alto rendimento e performance elevados e atualmente equipam quase todos os motores, tanto do ciclo Otto como Diesel e possuem eficiência de até 100%. Figura 10: Tipos de filtros de ar B) Sistema de alimentação de combustível dos motores diesel Alimentação por Injeção de Combustível. A alimentação dos motores diesel é realizada pelo sistema de injeção de combustível que efetua as seguintes operações: - Admissão e limpeza do diesel. - Dosar a quantidade precisa de combustível e colocá-lo sob pressão suficiente para injeção. - Injetar finamente pulverizado a quantidade combustível na câmara de combustão. - Misturar o combustível ao ar de maneira mais uniforme e adequada de possível. A admissão e limpeza do diesel são feitos pela bomba de transferência e filtros. A bomba de transferência leva o combustível desde o tanque até a bomba injetora. O sistema de limpeza do diesel tem a função de eliminar a água e partículas estranhas que se pode encontrar no combustível. Geralmente existem dois tipos de filtros (primário e secundário) antes da entrada da bomba injetora. Para eventualmente retirar bolhas de ar contidas no sistema encontra-se nos filtros e na própria bomba injetora, parafusos de sangria. Bolhas de ar na tubulação sempre influem no funcionamento normal do motor, podendo inclusive impedi-lo totalmente de funcionar. Figura. 11. Circuito de Combustível com Bomba Linear Figura. 12. Circuito de Combustível Bomba Rotativa. Bomba injetora: Nos motores dos tratores agrícolas geralmente são utilizadas bombas do tipo linear ou individual, ou bombas do tipo rotativa. BOMBA INJETORA DO TIPO LINEAR ( Bosch ) Figura 13: bomba injetora do tipo linear (Bosch ) A bomba linear possui tantos êmbolos quantos são os cilindros do motor. Os minúsculos êmbolos se movimentam dentro de pequenos cilindros e são acionados por um eixo de ressaltos. Os cilindros são providos de tampa e válvula. A certa altura, os cilindros possuem uma janela para entrada de combustível. Com o êmbolo na posição inferior o diesel é admitido no cilindro. Quando o êmbolo sobe, fecha a janela de entrada de diesel e inicia a compressão do combustível no pequeno cilindro até que se atinja a pressão de injeção, pressão esta regulada nas molas de pressão existentes nos bicos injetores (pulverizadores). A dosagem da quantidade de diesel injetada é controlada por uma ranhura vertical existente no êmbolo, controlada com outra ranhura de forma helicoidal. A injeção é iniciada quando o êmbolo sobe e fecha a janela de admissão e termina quando a parte helicoidal da ranhura passa pela janela de retomo (saída). Desta maneira a quantidade de diesel injetada é determinada pela distância entre o bordo superior do êmbolo e a linha helicoidal da ranhura do mesmo. A quantidade de combustível injetado é controlada pelo giro do êmbolo, executado por uma cremalheira. Conforme a posição do êmbolo, a ranhura helicoidal atinge a janela de retomo com menor ou maior rapidez, injetando uma quantidade maior ou menor de combustível. Logo que a ranhura helicoidal atinge a janela de retorno, a pressão dentro do cilindro cai rapidamente e a válvula de saída fecha-se interrompendo a injeção. Veja como o processo de dosagem funciona através da figura a seguir: Figura14: Funcionamento do sistema de dosagem de combustível em uma bomba injetora do tipo linear Bomba Rotativa A bomba rotativa também denominada tipo distribuidora, consiste de uma única unidade de bombeamento que alimenta os cilindros do motor. A bomba possui uma carcaça com tantas saídasde combustível quanto são os cilindros do motor. Dentro desta carcaça gira um rotor que tem dois canais: um axial que recebe o combustível da bomba de transferência e um radial por onde sai o diesel bombeado para os bicos injetores. Girando o rotor dentro da carcaça, cada vez que o canal radial coincidir uma das saídas existentes na carcaça da bomba, o combustível é enviado ao cilindro correspondente a esta saída. A pressão necessária à injeção é dada pela aproximação de dois pequenos êmbolos opostos que se movimentam dentro de um canal transversal que se comunica com o canal radial do rotor. Quando os pequenos êmbolos se afastam admite-se combustível no canal axial, quando se aproximam comprimem o combustível, e sincronizado de maneira tal que quando o combustível está sob pressão o seu canal radial coincide com uma das saídas que leva o combustível para os cilindros. O movimento dos pequenos êmbolos (aproximação ou afastamento) é feito por ressaltos existentes num anel fixo ao cabeçote da bomba. Figura 15: Sistema de Dosagem de Combustível de uma Bomba Injetora do Tipo Rotativa A dosagem do combustível é feita por uma válvula dosadora, que é acionada pelo acelerador. O excesso de combustível é desviado pela válvula dosadora para a tubulação de retorno que tem ligação com o tanque ou depósito. Figura 16: Sistema de injeção de combustível de uma bomba injetora do tipo rotativa Bicos Injetores ou Pulverizadores O combustível fornecido pela bomba injetora sob alta pressão é levado pela tubulação de altas pressões para os bicos injetores. Estes têm a função de injetar o combustível, finamente pulverizado, na câmara de combustão. Às vezes também efetuam uma dosificação final do combustível injetado. São utilizados nos motores dos tratores diversos tipos de injetores, Porém os mais comuns são os bicos fechados operados hidraulicamente. Nestes, a injeção se inicia quando a pressão do combustível é suficiente para vencer a mola da agulha do injetor e termina logo que a pressão do combustível fica menor que a pressão da mola. O excesso de combustível (não injetado) é desviado para a tubulação de retorno. Figura 17: Bico injetor
Compartilhar