Materiais metálicos



Baixar 294 Kb.
Página1/5
Encontro02.03.2018
Tamanho294 Kb.
  1   2   3   4   5

Economia de combustível - Capítulo I - Lubrificação

1- Introdução aos lubrificantes

A presença de um circuito de lubrificação prende-se com a necessidade que há de reduzir o atrito entre duas peças que têm movimento relativo e que exercem, entre si, determinada carga. Mesmo as superfícies que aparentam um aspecto perfeitamente polido têm rugosidades que, caso não houvesse lubrificação, entrariam em contacto durante o movimento, aumentando o atrito. A intensidade deste dependeria da pressão de contacto entre as superfícies e da sua velocidade relativa, o que conduziria à libertação de calor das peças, sua dilatação e, consequente, aumento da pressão de contacto e sua fusão ("gripagem").

Assim, para diminuir o atrito entre os diferentes elementos em movimento, o que diminui as perdas mecânicas e contribui para preservar o rendimento do motor, é fundamental a presença de um sistema de lubrificação, que interponha entre as superfícies uma fina camada de óleo que evite o contacto de metal sobre metal. O termo lubrificar deriva do latim “lubrificare” que significa escorregar.

Para além da lubrificação o óleo contribui para:

- a estanquecidade entre as várias peças, especialmente entre o cilindro e os segmentos;

- a refrigeração do motor;

- a limpeza, pela remoção de impurezas que resultam da aspiração do ar e das limalhas que se desprendem das peças, especialmente na fase de rodagem;

- protecção contra a corrosão;

- a diminuição do ruído, pois funciona como amortecedor entre as peças.



LUBRIFICAÇÃO

Lubrificar é aplicar uma substância lubrificante entre duas superfícies em movimento relativo, formando uma película que evita o contacto directo entre as superfícies.

Os lubrificantes são geralmente aplicados entre duas superfícies sólidas, na maioria dos casos metálicas.

Película lubrificante entre duas superfícies sólidas


1.1 Conceitos prévios

1.1.1 Fluído

Um fluído é uma substância que se deforma continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento, não importando o quanto pequena possa ser essa tensão. Os fluídos são um subconjunto das fases da matéria. Os fluídos incluem os líquidos, gases, plasmas e, de certa maneira, sólidos plásticos

Os fluídos compartilham as propriedades de não resistir a deformação e a capacidade de fluir (também descrita como a habilidade de tomar a forma de seus recipientes). Estas propriedades são tipicamente em decorrência da sua incapacidade de suportar uma tensão de cisalhamento em equilíbrio estático. Enquanto em um sólido, a resistência é função da deformação, em um fluído a resistência é uma função da razão de deformação. Uma consequência deste comportamento é o Princípio de Pascal o qual caracteriza o importante papel da pressão na caracterização do estado fluído.

Fluídos podem ser classificados como:



Fluído Newtoniano; ou

Fluído Não Newtoniano

Conforme a tensão depende a deformação e da sua derivada. O comportamento dos fluídos é descrito por um conjunto de equações diferenciais parciais, incluindo as equações de Navier-Stokes

Os fluídos também são divididos em líquidos e gases. Líquidos formam uma superfície livre (isto é, uma superfície que não foi criada pelo seu frasco) enquanto os gases não.

A distinção entre sólidos e fluídos não é tão óbvia quanto parece. A distinção é feita pela comparação da viscosidade da matéria: por exemplo Silly Putty pode ser considerado ou não um fluído, dependendo do período de tempo no qual ele é observado.

O estudo de um fluídos é feito pela mecânica dos fluídos a qual esta subdividida em dinâmica dos fluídos e estática dos fluídos dependendo se o fluído esta ou não em movimento.
1.1.2 Fluído newtoniano

Um fluído newtoniano é um fluído em que cada componente da velocidade é proporcional ao gradiente de velocidade na direcção normal a essa componente. A constante de proporcionalidade é a viscosidade.




1.1.3 Viscosidade

A viscosidade é a propriedade dos fluídos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Ou seja, quanto maior a viscosidade, menor a velocidade em que o fluído se movimenta. Define-se pela lei de Newton da viscosidade:



.


Pressão laminar de um fluído entre duas placas. O atrito entre o fluído e a superfície móvel causa uma força que detém o movimento. A força necessária para essa acção é a medida da viscosidade do fluído.

Onde a constante μ é o coeficiente de viscosidade, viscosidade ou viscosidade dinâmica. Muitos fluídos, como a água ou a maioria dos gases, satisfazem os critérios de Newton e por isso são conhecidos como fluídos newtonianos. Os fluídos não newtonianos têm um comportamento mais complexo e não linear.

Viscosidade é a medida da resistência de um fluído à deformação causada por um torque. É normalmente percebida como a "grossura", ou resistência ao vazamento. Viscosidade descreve a resistência interna para fluir de um fluído e deve ser pensada como a medida do atrito do fluído. Assim, a água é "fina", tendo uma baixa viscosidade, enquanto óleo vegetal é "grosso", tendo uma alta viscosidade.

Viscosímetro de Engler

O viscosímetro de Engler e outros do género medem a viscosidade dos líquidos para uma dada temperatura pelo tempo que demora certa quantidade a passar pela abertura.

Na Europa mede-se em graus Engler, excepto em Inglaterra onde se medem em segundos Redwood.

Nos EUA mede-se em segundos Sayblot.



1.1.4 Peso específico

O peso específico de um corpo é o seu peso por unidade de volume. Também é conhecido como densidade.

O peso específico da água é tomado como unidade de referência. 1kg/dm3; 10g/cm3; 1000kg/m3.

Nos óleos minerais a média do peso específico é 0,9kg/dm3, assim é normal estes flutuarem ao cimo da água, contudo há óleos com densidade superior à da água. Exemplo do BRAKE FLUID DOT 4 da Texaco.


1.2 História da lubrificação

A importância do atrito e a resistência do movimento tem sido muito reconhecida através da nossa civilização.

Contamos aqui, de onde surgiu a necessidade e a importância da lubrificação.

Tudo começou no Antigo Egipto, com a necessidade de “transportar” colossos e blocos para a construção de Esfinges e Pirâmides. Como a lubrificação era desconhecida, os escravos egípcios usavam galhos de árvores para arrastar e puxar os trenós com aproximadamente 60 toneladas de blocos.

A função dos galhos de árvore (roletes), era reduzir o atrito de deslizamento entre o trenó e o solo, transformando-os em atrito de rolamento.

2600 A.C Foi encontrado o 1º vestígio de lubrificação nas rodas do trenó que pertenceu a Ra-Em-Ka (Rei do Egito), comprovado por análise que o lubrificante era sebo de boi ou de carneiro.

Após esta descoberta, concluiu-se que no Antigo Egipto, se utilizou este sebo como lubrificante em baixo dos trenós, para facilitar o deslizamento.



776 A.C – 393 d.C Nesta época a Grécia celebrou os primeiros Jogos Olímpicos, uma tradição que se seguiu de 4 em 4 anos. Uma das modalidades desta Olimpíada era a corrida de Bigas, que também tinham seus eixos lubrificados por gordura animal.

200 D.C Nesta época, os romanos também utilizaram as bigas como meio de transporte, que por sua vez também eram lubrificadas por gordura animal.

Séc. V ao X Na Idade Média a gordura animal foi usada em pouca quantidade para lubrificar o mecanismo de abertura dos portões dos castelos que rangiam e nas rodas das carruagens que transportavam reis e rainhas.

Séc. VIII No final deste século, na Noruega, ano de 780, os vikings guerreiros e aventureiros marítimos eram especializados na construção de barcos. Construíram os primeiros e aperfeiçoados Drakkars – compridos barcos à vela. Foi usado por um bom tempo o óleo de baleia para lubrificar o suporte de articulação das velas e o eixo do leme.

Séc. XV No início das grandes navegações comerciais, o óleo de baleia também foi usado para lubrificar os moitões e timões dos navios.

Séc. XVI Com a invenção de engenhos, surgiu a necessidade da lubrificação vinda do petróleo, para o seu perfeito funcionamento.

Séc. XVII e XVIII Com o desenvolvimento da civilização e invenções ainda mais revolucionárias, destacamos um dos grandes inventores, Leonardo da Vinci, que elaborou grandes projectos que também contribuíram para o progresso da lubrificação, como a Besta de disparo potencializado (catapultas), máquina escavadora, entre muitos outros.

Séc. XVIII O fenómeno da Revolução Industrial provocou a mecanização da indústria e dos transportes. Com o crescimento das máquinas têxteis foi utilizado lubrificante para o bom funcionamento das máquinas.

Séc. XIX Neste século, na Pensilvânia (EUA) ocorreram 3 factos marcantes:

1º) Em 1859, um ex-maquinista de trem americano, Edwin Drake, perfurou o 1º poço de petróleo com 21metros de profundidade. Dele eram extraídos aproximadamente 3.200 litros de Petróleo por dia.

2º) Surgiu a necessidade de lubrificar os mancais dos trens, por cada 160 Km rodados.

3º) Com as inovações das máquinas, a lubrificação passou de esporádica à necessária.

Após 5 anos da descoberta de Edwin Drake, 543 companhias dedicaram-se à extracção do petróleo.

Séc. XX Nesta época, com a 2ª Guerra Mundial, e a necessidade de máquinas mais potentes e canhões, o lubrificante foi usado em quantidades espantosas.

Com a revolução industrial foram surgindo diversos equipamentos que necessitavam de uma lubrificação diferente da outra.

Assim como os novos equipamentos, novos lubrificantes surgem com o objectivo de reduzir ao máximo o atrito e prolongar a vida útil dos equipamentos.

Dias actuais Assim como as máquinas, os lubrificantes sofreram alterações tecnológicas para atender as necessidades extremas em processos industriais.

Hoje existem várias empresas no mercado que fabricam vários tipos de lubrificantes, de origem mineral, sintéticos e especiais. Além de ter uma grande utilização, o lubrificante tem formas de aplicações correctas.

Com a preocupação mundial ao meio ambiente, foram feitas vários estudos e pesquisas para os lubrificantes pudessem ser usados sem agredir a natureza.

Para isso, existe a reciclagem do lubrificante usado, e o “óleo verde” que é vegetal bio-desagradável e uma opção aos usuários para que evitem mais agressões ao meio ambiente.

Actualmente a lubrificação é factor decisivo no poder de competitividade, sendo uma fonte de ganhos, proporcionando melhorias na performance dos equipamentos e principalmente na redução nos custos de manutenção.
2- Principais tipos de movimentos onde é necessário a lubrificação

A presença de lubrificação é necessária entre as peças que têm movimento, nomeadamente nas que apresentam:

- movimento circular contínuo;

- movimento circular alternativo;

- movimento rectilíneo alternativo

O movimento circular contínuo verifica-se nos apoios das árvores de cames e cambota, em que a lubrificação é facilmente efectuada; esta é mais difícil no caso das chumaceiras que estão sujeitas a pressões bastante elevadas, pois, nos motores de ciclo Diesel as pressões são de ± 700 e 900 kg, conforme são motores atmosféricos ou sobrealimentados.

O movimento circular alternativo verifica-se no contacto do eixo do êmbolo com o pé da biela, sendo a pressão a que estas peças estão sujeitas semelhante à das chumaceiras.

O movimento rectilíneo alternativo dá-se na deslocação das válvulas e dos êmbolos; neste caso a pressão é relativamente baixa mas a superfície de contacto e a velocidade relativa das peças é bastante grande.


3- Os sistemas de lubrificação dos motores a quatro tempos

Porquê lubrificar um motor?

1-Prevenir o desgaste;

2-Reduzir o atrito;

3-Proteger contra ferrugem e corrosão;

4-Manter limpas as peças;

5-Resfriar as peças;

6-Reduzir os depósitos na câmara de combustão;

7-Proporcionar vedação contra pressões da combustão;

8-Permitir um arranque fácil;

9-Contribuir para a economia de combustível.


A constituição do sistema de lubrificação depende da forma como esta se faz, sendo, nos motores mais pequenos e nos mais antigos, assegurada pela projecção de óleo efectuada por uma espécie de colheres existentes no topo da cabeça das bielas, ou por um rotor. As colheres, quando da rotação da cambota, mergulham no óleo do cárter, projectando-o sobre os êmbolos, cilindros, árvore de cames, etc., sendo depois conduzido, por escorregamento, por umas caleiras, para as chumaceiras; este tipo de lubrificação é designado por lubrificação por chapinhagem e a efectuada pelos rotores por lubrificação por aspersão.


Figura 1- Lubrificação por chapinhagem e aspersão de óleo

1- Colher 2- Óleo 3- Óleo 4- Rotor Fonte: CEMAGREF (1989)


Nos motores mais recentes a lubrificação dos diferentes orgãos é obtida conferindo ao óleo uma dada pressão sendo conduzido por condutas para os diferentes locais; a pressão é necessária para assegurar a circulação do óleo através das condutas, para vencer as perdas de carga resultantes do seu escoamento e para penetrar entre as peças que exercem uma dada pressão entre si; este tipo de lubrificação é designado por lubrificação sob pressão ou lubrificação forçada.

A lubrificação e a refrigeração das paredes dos cilindros são obtidas por projecção do óleo dos moentes da cambota ou por projecção de óleo através de injectores.





Figura 2- Lubrificação e refrigeração das paredes dos cilindros por projecção do óleo dos moentes da

cambota (A) e por um injector alimentado pela canalização que atravessa a cambota (B).

A: 1- Êmbolo 2- Camisa 3- Biela 4- Cambota

B: 1- Êmbolo 2- Eixo do êmbolo 3- Biela 4- Injector de óleo 5- Cambota

Fonte: CNEEMA (1978)

O óleo é armazenado num cárter colocado na parte inferior do motor, de onde uma bomba de óleo o aspira e envia, através de várias condutas, para os pontos de lubrificação. Integrado no circuito de lubrificação encontram-se também válvulas de descarga, filtros, um manómetro e, eventualmente, um permutador de calor.



Figura 3- Circuito de lubrificação de um motor com um filtro montado em série (full-flow).

1- Eixo dos balanceiros 2- Manómetro 3- Filtro 4- Árvore de cames 5- Cambota 6- Válvula de descarga 7-

Bomba de óleo 8- Carter de óleo

Fonte: CNEEMA (1978)

3.1- O cárter

O cárter, fabricado em aço ou alumínio, é o reservatório onde se acumula o óleo, sendo a sua capacidade função das características do motor; a sua capacidade não deve ser inferior a 0.1 l/cv, o que, para um débito mínimo de 0.5 l/cv, implica que o volume total de óleo seja bombeado de 12 em 12 segundos (Deterre, 1984).

O cárter, que deve ser um reservatório estanque, por forma a evitar perdas de óleo e a entrada de impurezas, tem na sua parte inferior um bujão, para remoção do óleo, e várias palhetas na sua periferia, para aumentar a superfície de contacto com o ar exterior, o que facilita o seu arrefecimento por radiação. Nos equipamentos que funcionam em declives acentuados o cárter deve apresentar um compartimento interior, onde se encontra a conduta de aspiração, que esteja sempre parcialmente cheio, para que a alimentação nunca seja interrompida; há determinados motores em que o cárter é seco estando o óleo armazenado num reservatório separado.

Considerando as variações de volume de ar no interior do cárter, resultantes, fundamentalmente, da passagem de gases do interior dos cilindros, que provocam aumentos de pressão que podem originar fugas de óleo ao nível das chumaceiras, é necessário assegurar a sua ventilação. Para além destes riscos, a "respiração" do cárter implica a entrada de gases carregados de vapor de água e de impurezas resultantes da combustão, que poluem o óleo.

Assim, para se assegurar a remoção dos gases é fundamental que o cárter seja ventilado para o que é necessário a presença de duas ligações, uma para a entrada de ar fresco e outra para evacuação dos gases. A entrada de ar é, normalmente, feita através do bujão de enchimento do cárter, ou por uma abertura, na tampa das válvulas, que deve ter um filtro para evitar a introdução de impurezas.

A saída do ar e vapores é feita por uma conduta exterior ou por reaspiração ao nível do colector de admissão, que assegura também a circulação do ar.


3.2- A bomba de óleo

A bomba de óleo aspira o óleo do cárter através de uma conduta que tem na extremidade um filtro de rede metálica que retém as impurezas de maior dimensão. O débito da bomba, que é função da potência do motor, deve permitir, logo que o motor começa a funcionar, alimentar todos os pontos de lubrificação, quaisquer que seja a viscosidade do óleo e o regime do motor. As bombas de óleo utilizadas nos sistemas de lubrificação são volumétricas, ou seja, o volume de óleo em cada rotação mantém-se constante, dependendo o seu débito da dimensão e regime da bomba; o débito é independente das contra-pressões ao nível do circuito.

As bombas de óleo são, geralmente, de carretos e atingem regimes bastante elevados pois não têm válvulas de admissão ou de saída. Neste tipo de bomba o débito depende do regime de funcionamento e as fugas da viscosidade do óleo e da sua temperatura; as fugas devem ser mínimas para se evitar a entrada de ar para o circuito. A pressão conferida ao óleo varia em função da sua viscosidade e da resistência ao escoamento; nas chumaceiras a resistência ao escoamento depende do binário motor e do seu regime e nos moentes, onde se liga a cabeça das bielas, estes actuam como "bombas centrífugas" alterando a circulação do óleo e, portanto, a resistência ao escoamento.

A velocidade imprimida ao óleo dada por estas bombas não deve ser muito alta para se evitarem contra-pressões no sistema, nem muito baixa para que a lubrificação se faça logo que o motor se põe em funcionamento. Segundo Deterre (1984), a velocidade do óleo é de ± 4 m/s, sendo o binário necessário para o seu accionamento, quando o motor está frio, de ± 10 vezes o binário nominal do motor. O período a seguir ao arranque a frio é aquele em que o desgaste é maior.


3.3- As condutas de óleo

As condutas de óleo, que podem ser exteriores ao motor ou feitas em determinadas peças deste, devem ter um diâmetro que permita o escoamento do óleo com o mínimo de perdas de carga e riscos de entupimento e uma alimentação rápida dos pontos a lubrificar. As condutas exteriores são fabricadas em cobre ou aço, e fixas de forma a evitar trepidações; as interiores são perfuradas no bloco motor e na cambota.


3.4- As válvulas de regulação

As válvulas de regulação ou de descarga permitem regular o débito e pressão do circuito de óleo; a pressão varia segundo o quadrado do regime, ou seja, quando este aumenta duas vezes a pressão aumenta quatro, o que faz com que a sua variação seja muito grande. Como é necessário uma pressão bastante alta a baixos regimes, quando estes são elevados a pressão atinge valores que podem provocar rupturas nas condutas, filtros ou perdas significativas de potência.

Assim, para se evitarem os problemas referidos, quando a pressão atinge valores de 3 - 5 bar, as válvulas deixam passar o óleo para um circuito de retorno; o volume deste óleo pode chegar a representar cerca de 75% do débito da bomba (Deterre, 1984). Estas válvulas são geralmente constituídas por uma esfera, que se mantém na sua sede pela pressão de uma mola, mas que se abre quando a pressão do óleo é suficiente para a comprimir.
3.5- Os filtros

Os filtros de óleo têm como função reter as impurezas que podem ser:

a)- metais provenientes do desgaste do motor;

b)- sílica resultante da fundição de peças (bloco motor) ou aspiradas do ar e não retidas pelos filtros de ar;

c)- impurezas diversas que penetram pelo orifício de enchimento do cárter ou pela admissão do ar;

d)- resíduos resultantes da combustão, de fugas do sistema de refrigeração por água, ou dos permutadores de calor, etc.

A capacidade dos filtros deve ser suficientemente pequena para se encherem rapidamente quando da sua substituição, mas sem originar perdas de carga importantes; a presença dos filtros provoca perdas de carga variáveis conforme a sua constituição, débito de óleo e sua viscosidade.

Considerando a forma como os filtros são montados no circuito tem-se:

a)- filtros em derivação;

b)- filtros em série.

Quando os filtros estão colocados em derivação (paralelo), existem duas alternativas para o trajecto do óleo, uma que conduz o óleo para os pontos de lubrificação e outra que o conduz para o cárter através do filtro. O volume de óleo que passa no filtro representa cerca de 5 - 10% do óleo do circuito, o que implica que uma partícula possa circular entre 10 - 20 vezes sem ser filtrada. Atendendo a este tipo de limitação as bombas utilizadas apresentam um débito relativamente elevado.

Figura 4- Circuito de lubrificação com o filtro montado em paralelo.

1- Chumaceira a lubrificar 2- Manómetro 3- Filtro 4- Válvula de descarga 5- Bomba de óleo

a- óleo filtrado b- óleo não filtrado

Fonte: TMA 820 (1984)

Nos circuitos de lubrificação com os filtros em série, também designados por circuitos de lubrificação de débito total, todo o óleo proveniente da bomba é filtrado antes de atingir os órgãos a lubrificar, pelo que a superfície filtrante é bastante elevada. Nestes circuitos, e no caso de obstrução do filtro, este cria uma perda de carga que provoca a abertura da válvula de descarga, sendo o óleo conduzido para o carter sem ser filtrado. Para evitar esta situação utiliza-se uma válvula de derivação ("by-pass"), regulada para uma pressão inferior à válvula de descarga, que permite conduzir o óleo para os diferentes pontos sem passar pelo filtro; esta situação pode-se verificar, também, quando o óleo está frio, em que as perdas de carga ao nível do filtro são grandes. A passagem do óleo através da válvula de derivação, como resultado da obstrução do elemento filtrante, implica um desgaste do motor superior, em cerca de 30 vezes, ao desgaste verificado em condições normais de funcionamento (Deterre, 1984).



Compartilhe com seus amigos:
  1   2   3   4   5


©ensaio.org 2017
enviar mensagem

    Página principal