SISTEMA DE ARREFECIMENTO

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1.INTRODUÇÃO 
A quantidade de calor que provem do processo da combustão, e que não foi aproveitado 
para a geração de potência, é rejeitada, primordialmente e em regime permanente, para 
os gases de exaustão, para o sistema de arrefecimento e para o óleo lubrificante (Crouse 
e Anglin, 1977). 
 
Em condições não controladas de temperatura das partes metálicas do motor, elas 
podem sofrer sérios danos, fazendo-se imprescindível a previsão de um apropriado 
resfriamento das mesmas (Crouse e Anglin, 1977).Para manter os componentes do 
motor em temperaturas médias compatíveis com as características dos materiais, e para 
evitar a detonação nos motores de ciclo otto, há a necessidade de se retirar calor do 
motor. 
 
O calor é transmitido ao fluido de arrefecimento que circula no bloco e cabecote do 
motor e, posteriormente, dissipado para o ambiente ao passar pelo radiador. 
 
Um bom sistema de arrefecimento garante trabalho motor na faixa ideal de 
funcionamento, permitindo maior vida aos componentes internos e reduzindo consumo 
de combustivel. 
 
O processo de refrigeracao envolve o fluxo de calor dos gases, sempre que a 
temperatura destes excede a da parede do cilindro. O atrito gerado pelas partes moveis 
do motor tambem e uma fonte geradora do fluxo de calor para as diversas partes do 
motor. O atrito mecanico eleva a temperatura do lubrificante e das partes envolvidas, 
resultando em fluxo de calor para as partes vizinhas ao resfriador e dela para o fluido 
refrigerante. 
 
As perdas de calor, direta e por atrito, reduzem a potencia disponivel e a eficiencia do 
motor. O estudo das perdas de calor no motor e importante nao apenas do ponto de vista 
da eficiencia, mas tambem para o projeto do sistema de refrigeracao e, talvez, por uma 
razao ainda mais forte como o entendimento do efeito do fluxo de calor sobre as 
temperaturas de operacao dos componentes do motor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.CONCEITOS 
O sistema de arrefecimento é um conjunto de dispositivos eletromecânicos que tem 
como função controlar a temperatura dos motores de combustão interna, por meio de 
um fluido de arrefecimento. O sistema de arrefecimento é o responsavel pela troca de 
calor do motor com o meio ambiente, regulando sua temperatura de trabalho. 
 
O funcionamento do sistema de arrefecimento pode ser descrito da seguinte maneira: 
 
1. O fluido de Arrefecimento é bombeado desde a parte inferior do radiador e forçado 
a circular ao redor das paredes e do cabeçote. 
2. Depois de trocar calor com o bloco de cilindros, o fluido de Arrefecimento circula 
através da mangueira superior do radiador e chega até o tanque superior. 
3. O fluido de Arrefecimento é resfriado pelo ar que atravessa a colméia do radiador e 
desce até a mangueira inferior do radiador. 
4. Finalmente, o fluido de Arrefecimento a baixa temperatura circula da mangueira 
inferior à bomba para começar um novo ciclo. 
 
Embora seja desejável retirar a maior quantidade de calor residual das partes do motor, com 
o propósito de melhorar a sua eficiência volumétrica, um excesso de resfriamento pode 
provocar uma inconveniente mistura de óleo e combustível não vaporizado (Newton e 
Steeds, 1966). Portanto, somente uma faixa apropriada de temperaturas pode permitir 
resultados satisfatórios à operação do motor. 
 
 
2.1.Tipos de sistema de arrefecimento 
 
Existem dois tipos comuns de subsistemas de arrefecimento: o “arrefecimento a ar” e o 
“arrefecimento a agua”: bombeia-se um agente refrigerador liquido atraves do circuito 
de arrefecimento do bloco do motor. 
 
Existem alguns motores com arrefecimento direto ou arrefecimento forcado a ar. Nesses 
motores, o calor e expelido diretamente do motor pelo ar que o circunda. Se, por algum 
motivo, acontecer uma falha no sistema de arrefecimento do motor,ocorrera um 
superaquecimento e, com isso, as pecas do motor se dilatarão excessivamente, causando 
varios tipos de anomalias, principalmente o desgaste excessivo com maior rapidez. 
 
Sabemos que os elementos naturais, ar e agua, sao excelentes dissipadores de calor e 
que com mecanismos simples e economicos esses elementos conseguem trocar o calor 
com o meio exterior com facilidade. 
 
Verifica-se, experimentalmente que 25% a 30% do calor gerado na combustão devem 
ser transferidos para o sistema de arrefecimento, nos motores arrefecidos a água e de 
20% a 25% nos motores arrefecidos a ar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Arrefecimento a ar 
 
Esse metodo apresenta uma grande simplicidade de execucao e de manutencão. 
Os cilindros do motor (as vezes, tambem, o carter) possuem aletas que aumentam a 
superficie de contato com o ar, permitindo melhor troca de calor com o meio. 
 
Nos sistemas de ventilacao natural, e o deslocamento do veiculo que provoca a 
circulacao de ar em volta dos cilindros, como nas motocicletas, por exemplo. 
 
A eficacia da refrigeracao depende, portanto, da velocidade de deslocamento do veiculo, 
sera suficiente para velocidades normais e altas, porem, insuficiente quando o veiculo 
estiver parado ou a plena potencia. 
 
Os sistemas de ventilacao forcada sao compostos por um ventilador ou por uma turbina 
acionada pelo motor. Essa solucao e necessaria sempre que os cilindros do motor 
localizam-se no interior do veiculo. O ar recalcado pelo ventilador e conduzido por 
tubulacoes ate as proximidades dos cilindros e dos cabecotes. Em seguida, o ar sai para 
a atmosfera. 
 
A ventilacao forcada permite uma refrigeracao suficiente em todas as condicoes de 
funcionamento do motor. Contudo, em condicoes climaticas desfavoraveis(frio), a 
ventilacao e excessiva, e a refrigeracao tende a levar o motor a funcionar a uma 
temperatura muito baixa. Corrige-se esse defeito pelo emprego de um obturador que 
limita a quantidade de ar aspirado. Este obturador pode ser acionado por um comando 
manual ou por um dispositivo termostatico situado na corrente de ar quente que sai do 
motor. 
 
O comando por termostato e automatico, sendo colocado de modo a ser atingido pelo ar 
quente que vem dos cilindros. O calor provoca a dilatação do termostato que, por um 
comando mecanico, abre o obturador situado a entrada do ventilador. 
Para controlar a temperatura de funcionamento de um motor de refrigeracao a ar, 
coloca-se um termostato sobre o carter ou no oleo de lubrificacao. 
 
De um modo geral, a refrigeracao a ar faz com que o motor funcione a temperaturas 
muito variaveis. A ajustagem dos pistoes, segmentos e valvulas exige folgas de 
dilatação suficientes e um oleo lubrificante de excelente qualidade. 
 
Atualmente este sistema é aplicado somente onde seja absolutamente necessário, pois 
ele limita a potência do motor por litro de cilindrada, os cilindros devem ser aletados, e 
há a necessidade de um circulador de ar, cuja potência consumida e custo são 
equivalentes ou até maiores que os do sistema de arrefecimento a água. 
 
 
 
 
Os sistemas de refrigeração por ar, em virtude da sua simplicidade, são utilizados 
geralmente em motores monocilíndricos, embora alguns construtores os utilizem em 
tratores de potências mais elevadas. A simplicidade destes sistemas resultam da maior 
segurança no funcionamento dos motores e na diminuição dos cuidados de manutenção. 
Nestes sistemas a necessidade de ar é cerca de 30 % inferior à dos sistema refrigerados a 
água pois a transmissão do calor para o ambiente é mais direta. 
 
Estes sistema consiste, fundamentalmente, em separar o bloco motor da cabeça motor e 
munir estes elementos de várias palhetas por forma a aumentar a área de contacto com o 
ar movimentado pela ventoinha; o ar é recolhido e canalizado para uma espécie de 
blindagem envolvente dos órgãos a refrigerar, nomeadamente a cabeça motor, bloco 
motor e colector de escape. 
 
A peça principal deste sistema é o ventilador que pode ser de palhetas, produzindo uma 
corrente de ar paralela ao eixo de rotação (axial) ou centrífugo,em que o ar entra pelo 
centro e é projectado para a periferia. Em relação ao seu acionamento este pode ser 
obtido diretamente da cambota ou utilizando uma transmissão com correias e poleas. 
 
Comparando este sistema com o da água, embora exija menos cuidados de manutenção, 
não permite uma boa regulação da temperatura de funcionamento do motor e são mais 
ruidosos; nos motores refrigerados a ar o óleo de lubrificação aquece mais pelo que a 
refrigeração destes motores deve ser complementada com o circuito de refrigeração de 
óleo. 
 
 
 
Relativamente aos principais cuidados de manutenção destes sistemas tem-se: 
 
- palhetas dos cilindros: limpeza frequente com escova dura ou com gasolina utilizando 
um pincel limpando bem em seguida com um pano seco e absorvente; 
 
- ventilador: limpeza das pás e lubrificação dos rolamentos segundo instruções do 
construtor, verificando-se a tensão da(s) correias de transmissão. 
 
Fig.Sistema de refrigeração por ar.Fonte: CEMAGREF (1991) 
 
1- Cabeça do motor 
2- Cilindro 
3- Ventilador 
 
Vantagens do ar 
1.Torna mais simples o projeto e a construção do sistema; 
2.É facilmente disponível e não requer reservatórios e tubulações fechadas para 
sua condução; 
3.Não é corrosivo e não deixa incrustações; 
4.Não se evapora e não se congela para as mais severas condições de 
funcionamento do motor. 
 
Desvantagens do ar 
 1.Baixa densidade, havendo necessidade de um volume muito maior de ar do 
que de água para retirar 1 caloria do motor; 
 2.Baixo calor específico, isto é, baixa capacidade de transferir calor entre um 
sistema e sua vizinhança. 
 3.Temperatura não é uniforme no motor e ocorre a formação de “pontos 
quentes”; 
4.Não existe um dispositivo para controlar a temperatura do motor nas diversas 
rotações. 
 
Arrefecimento a água 
 
A água e utilizada como condutor de calor entre o motor e o ar atmosferico. 
O forte calor especifi co da agua permite obter uma excelente refrigeracão pelo simples 
contato com o exterior dos cilindros e do cabecote. Desse fato,resulta uma maior 
estabilizacao da temperatura do motor e, consequentemente, condicoes de 
funcionamento mais regulares. 
 
O arrefecimento a água compreende os seguintes elementos básicos: 
 
• Bomba centrifuga de baixa pressao e alta vazao que recalca a água do radiador para o 
bloco do motor. 
 
 
 
 
 
 
 
Válvula termostática 
 
A valvula termostatica e um dispositivo automatico, que tem a funcao de normalizar 
rapidamente a temperatura do motor e permitir a sua estabilizacao ideal durante todo o 
tempo de funcionamento, independentemente da carga do motor ou de fatores 
externos.Valvula termostatica que atua como um dispositivo automatico que permite 
normalizar rapidamente a temperatura do motor e a estabilização ideal de 
funcionamento do motor. 
 
 
 
Quando a agua do arrefecimento esta fria, a valvula termostatica impede sua circulacao 
pela colmeia do radiador, permitindo somente sua circulacao pelo interior do bloco e 
cabecote do motor atraves da passagem de derivacao para a bomba d’agua. 
 
Figura : Esquema de funcionamento da válvula termostática – fechada 
Fonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006 
 
Antes, porem, de a agua de arrefecimento atingir a temperatura ideal, a valvula 
termostatica permanece semiaberta, permitindo a passagem da agua para o radiador e, 
ao mesmo tempo, diretamente para o bloco atraves da passagem de derivacao para a 
bomba d’agua, evitando-se dessa forma que aconteca um choque termico no bloco do 
motor. 
Atingida a temperatura normal de funcionamento para o motor, a valvula termostatica 
abre a passagem para o radiador e fecha a passagem de derivacao para a bomba d’agua. 
Esta abertura se processa gradativamente, bem como o fechamento da derivacao, 
evitando com isso variacoes bruscas de temperatura. 
 
Figura : Esquema de funcionamento da válvula termostática – aberta 
Fonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006 
 
 
 
 
Radiador 
E o reservatorio do fl uido de arrefecimento, composto de aletas, conhecidas por 
colmeias, que formam uma grande superficie de dissipacao do calor. Radiador cujo 
elemento de refrigeracao tem a forma de um favo, tubular ou com tiras; a parte superior 
do radiador possui sempre uma saida de seguranca chamada “registro”. Essa saida 
limita a pressao na circulação quando, por aquecimento, o volume do liquido aumenta. 
 
 
 
Outros elementos importantes do subsistema de arrefecimento e o tanque de expansao 
que atua como um reservatorio incorporado ao sistema de arrefecimento cuja finalidade 
e de receber o volume de agua proveniente da expansao pelo aquecimento e de 
reintegrar este fluido ao sistema, quando da contracao do volume pelo seu resfriamento. 
A tampa do radiador, a qual tem a funcao de pressurizar a agua do sistema de 
arrefecimento para: 
• Retardar o ponto de ebulicao (ponto de fervura). 
• Reduzir as perdas pela evaporacao. 
• Evitar o fenomeno da cavitacao. 
A tampa do radiador possui dois elementos de valvulas. Um maior e outro menor: o 
maior limita a pressao formada pelo aquecimento da agua, e o menor localizado no 
centro da tampa, limita a depressao que se forma como esfriamento da agua (exemplo: 
uma parada prolongada do motor apos um periodo de funcionamento). 
 
 
 
 
Ventilador 
E um componente importante que faz parte do radiador. Sua atuacao e de manter o fluxo 
de ar em forma espiral, forcando a passagem desse ar impulsionado pelas pas atraves 
das aletas do radiador, acelerando o processo de troca de calor. O acionamento pode ser 
atraves de polia e correia com sincronismo do virabrequim ou motor eletrico 
independente. 
 
Ventilador, que se destina a provocar uma intensa circulacao de ar atraves do elemento 
de refrigeracao do radiador. 
 
• Camara de agua em volta dos cilindros, dos assentos das valvulas e dos cabecotes. 
Essa camara possui na sua parte inferior uma entrada de agua fria e na parte superior 
uma saida de agua quente; frequentemente, coloca-se um bujao de esvaziamento no 
local mais baixo da camara de agua. 
 
Costuma-se colocar o ventilador e a bomba sobre o mesmo eixo,a meia altura do 
sistema de refrigeração. Portanto, a bomba atua apenas como acelerador de circulação. 
 
 
 
 
Anticongelantes 
 
Para evitar que no inverno a agua congele, junta-se a ela alcool ou glicerina pura. O 
alcool dilui-se facilmente; a mistura permanece homogenea, mas como o alcool se 
evapora mais facilmente que a agua, deve-se verificar a sua proporcao periodicamente. 
A resistencia ao frio depende da quantidade de alcool ou de glicerina que se adiciona a 
agua. O acionamento de um motor cuja temperatura esta baixa, proxima de 0oC, 
apresenta certas dificuldades e alguns perigos. Se nao houver lubrificacao, o metal mais 
fragil podera sofrer, sob o efeito de choques, um comeco de ruptura pelo atrito frio 
(molas de valvulas, etc.). 
 
Refrigeração por óleo 
 
A refrigeração por óleo utiliza-se geralmente para complementar a refrigeração por ar 
pois esta, especialmente para os motores mais potentes, não é suficiente para arrefecer o 
topo dos cilindros. Assim, embora o circuito de lubrificação já contribua 
significativamente para o arrefecimento do motor, este pode ser melhorado caso se faça 
circular o óleo em torno dos cilindros. 
 
Figura - Representação de um motor refrigerado por ar e óleo. Fonte: CEMAGREF (1991) 
 
1- Cabeça do motor 
2- Ventilador 
3- Radiador de óleo 
4- Cavidades de refrigeração 
5- Condutas de óleo 
6- Filtro 
7- Bomba de óleo. 
 
 
 
Em qualquer das soluções utilizadas é importante verificar a temperatura do motor, com 
a maior frequência possível, durante o trabalho. Uma preciosa indicação sobre esta 
temperatura é fornecida pelo termómetro da água ou do óleo, conforme o tipo de 
refrigeração. Se a temperatura subir a valores perigosos (> que 100 oC) deve parar-se 
imediatamenteo trabalho, mantendo, no entanto, o motor a trabalhar ao "ralenti" 
durante alguns segundos, de modo a evitar ainda maior sobreaquecimento por inércia 
térmica, devendo depois parar o motor para tentar descobrir a causa do aquecimento 
intempestivo constatado.