PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
Terraplanagem e Pavimentação Motores Diesel
Professor: JOSÉ LUIZ P D OLIVEIRA Aluno: CAIO GRACCO DE OLIVEIRA MONTEIRO
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INTRODUÇÃO Os motores Diesel representam equipamentos de grande importância no cotidiano da empresa. São a fonte de força motriz para caminhões, escavadeiras e, até mesmo, para os grupos geradores. Desta forma, o conhecimento deste tema é de muito interesse em qualquer área. O motor Diesel é um motor de combustão interna formada por um conjunto de peças sincronizadas entre si, que transformam em energia mecânica a energia desenvolvida durante a combustão do combustível no interior dos cilindros. O seu nome é uma homenagem a Rudolf Diesel, engenheiro francês, que desenvolveu o primeiro motor em Augsburg, Alemanha, no período de 1893 a 1898. Para aplicações automotivas, existem dois tipos básicos de motor de combustão interna: um opera pelo ciclo Otto e outro pelo ciclo Diesel. Umas das diferenças entre os dois ciclos é que no Otto o combustível é misturado com o ar antes de ser admitido pelo cilindro, já no ciclo Diesel Diesel a mistura é feita dentro do cilindro. O trabalho gerado gerado pelo motor é utilizado não só para mover o carro, como também para acionar diversos acessórios, como ar condicionado, sistema elétrico, direção hidráulica, além de sistemas vitais ao próprio funcionamento do motor, como o sistema de arrefecimento, lubrificação e alimentação. O motor, propriamente dito, é composto de um mecanismo capaz de transformar tr ansformar os movimentos alternativos dos pistões em movimento rotativo da árvore de manivelas, através da qual se transmite energia mecânica aos equipamentos acionados.
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DESENVOLVIMENTO DEFINIÇÃO DO MOTOR QUANTO A SUA APLICAÇÃO:
Estacionários
Destinados a maquinas estacionarias, tais como geradores, maquinas de solda, bombas.
Veiculares.
Destinados ao acionamento de veículos de transporte urbano em geral.
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Industriais.
Destinados a maquinas de construção civil, tais como, escavadeiras, motoniveladoras, pácarregadeiras, compressores de ar, equipamentos fora-de-estrada e equipamentos que necessitem de acionamento constante.
Marítimos.
Destinados a propulsão de barcos e maquinas navais. Conforme o tipo de serviço e regime de trabalho, existe uma vasta gama de modelos com características apropriadas.
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ELEMENTOS DOS MOTORES DIESEL:
a) - Bloco de cilindros: Onde se alojam os conjuntos de cilindros, compostos pelos pistões com anéis de segmento, camisas, bielas, árvores de manivelas e de comando de válvulas, com seus mancais e buchas. Na grande maioria dos motores, construído em ferro fundido e usinado para receber a montagem dos componentes. Grandes motores navais tem bloco construído em chapas de aço soldadas e alguns motores de pequeno porte têm bloco de liga de alumínio.
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b) – Cabeçotes: Funcionam, essencialmente, como "tampões" para os cilindros e acomodam os mecanismos das válvulas de admissão e escape, bicos injetores e canais de circulação do líquido de arrefecimento. Dependendo do tipo de construção do motor, os cabeçotes podem ser individuais, quando existe um para cada cilindro, ou múltiplos, quando um mesmo cabeçote cobre mais de um cilindro.
c) – Cárter: É o reservatório do óleo lubrificante utilizado pelo sistema de lubrificação. É construído em ferro fundido, liga de alumínio ou chapa de aço estampada. Em alguns motores o cárter é do tipo estrutural, formando com o bloco uma estrutura rígida que funciona como chassis da máquina, como se vê em alguns tratores agrícolas.
d) – Êmbolo(Pistão): É o componente responsável para transmitir e ampliar a energia (pressão) resultante da expansão dos gases queimados ao eixo do motor (árvore de manivelas). O embolo é geralmente construído de liga de alumínio, bastante resistente ao calor e ao choque, com alguns reforços de aço.
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e) – Anéis: A função dos anéis de compressão é a de vedar em dois sentidos, tanto a pressão da compressão como a passagem de óleo lubrificante para a câmara de combustão, com a ajuda do próprio lubrificante. A função do anel de óleo é a de controlar a lubrificação das paredes do cilindro, do êmbolo e dos anéis.
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f) – Cilindros: Comumente chamadas de camisas, podem ser classificadas de duas formas:
Secas.
Quando não há o contado direto do liquido de arrefecimento com a sua superfície externa. Geralmente usinadas no próprio bloco de cilindros.
Úmidas.
Possuem contado direto do liquido de arrefecimento com a sua superfície externa. São removíveis possibilitando sua substituição individual. Ao substituir uma junta de cabeçote ou ao remover uma camisa de cilindro deve ser medida a saliência da camisa sobre o bloco.
g) – Biela: A biela é a peça que interliga o êmbolo (pistão) à árvore de manivelas sendo responsável pela transmissão da força do movimento alternativo para o rotativo (princípio da manivela)
1-BIELA 2-TRAVA 4-BUCHA 5-CASQUILHOS
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h) – Bronzinas: As bronzinas tem esse nome originário da liga metálica de bronze utilizada antigamente na sua fabricação. As bronzinas têm a função de proteger a árvore de manivelas e as bielas do desgaste provocado pela fricção entre os componentes móveis. Elas são construídas por camadas de ligas metálicas mais moles para que, em conjunto com o óleo lubrificante, suavizem esta fricção (componentes de sacrifício). Assim, pode-se substituí-Ias facilmente mantendo a vida prolongada da árvore de manivelas, das bielas e do bloco.
As bronzinas são fixadas no seu alojamento, sobre uma pré-tensão. O diâmetro externo da bronzina é maior do que o alojamento para permitir a pressão radial e evitar que não gire em seu alojamento.
i) – Árvore de Manivelas: A árvore de manivelas, popularmente conhecida como virabrequim ou girabrequim, é o eixo do motor responsável pela transformação do movimento retilíneo do êmbolo em movimento rotativo.
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Ela é bastante pesada, para poder suportar os esforços e também para armazenar uma parte da energia gerada no tempo da combustão, "força da inércia", em conjunto com o volante, a árvore de manivelas é formada pelos munhões, (colos fixos), e os moentes (colos móveis), onde trabalham as bielas. Um dos munhões serve de apoio ao deslocamento axial (longitudinal) da árvore de maniveIas.
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As partes do eixo de manivelas são: 1) engrenagem ou pinhão - instalada na extremidade do eixo, destina-se a transmitir movimento ao eixo de cames, normalmente por meio de um trem de engrenagens; 2) contrapesos - prolongamentos dos braços de manivela que servem para dar suavidade; 3) braços de manivela ou cambotas - partes do eixo que ligam os pinos fixos e móveis; 4) munhões - partes do eixo que trabalham nos mancais fixos; 5) canais de lubrificação - canais abertos no eixo para permitir o fluxo do óleo lubrificante dos mancais fixos para os móveis; 6) curvas de reforço - partes curvas nas junções dos munhões e moentes com as cambotas; 7) moentes - partes do eixo onde articulas os mancais das cabeças das bielas; 8) flange - extreminade em forma de disco onde é fixado o volante.
j) – Damper: O damper é um componente semelhante ao volante localizado também na árvore-de-manivelas porém no lado oposto. Por possuir em seu interior materiais amortecedores tem a função de amortecer os impactos torcionais provenientes da árvore de manivelas. Alguns motores de rotação constante, não utilizam o Damper. Nos motores de 6 cilindros a influência do damper é maior, devido ao comprimento da árvore de manivelas que possui maior torção do que os de 4 cilindros.
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1- AMORTECEDOR DE VIBRAÇÕES. 2-POLIA 3- CUBO DA POLIA
k) – Compensador de Massas: O compensador de massas tem a finalidade de contrabalancear as vibrações inerciais do motor, permitindo um funcionamento mais suave. Para que o compensador de massas cumpra sua função é importante observar certos cuidados em sua montagem no bloco como paralelismo e folgas entre dentes, axial e radial. Sem estes cuidados o motor poderá passar a produzir um ruído característico (chiado ou assobio). O compensador de massas tem a função única de oferecer conforto durante o funcionamento do motor. Sua remoção do motor não provoca a quebra do virabrequim, porém pode provocar trincas e quebras de outros componentes do motor ou do veículo por excesso de vibração.
l) – Seção dianteira: É a parte dianteira do bloco, onde se alojam as engrenagens de distribuição de movimentos para os acessórios externos, tais como bomba d'água, ventilador, alternador de carga das baterias e para sincronismo da bomba de combustível e da árvore de comando de válvulas.
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m) – Seção traseira: Onde encontra-se o volante, componente do motor caracterizado por ser muito pesado. É projetado para executar três funções importantes: 1) Armazenar a energia proveniente da combustão suprindo os intervalos nos quais não se produz energia através da sua inércia. 2) Conduzir força à transmissão com auxílio da embreagem acoplada na sua face. 3) Permitir a partida inicial do motor através da cremalheira. A energia proveniente da combustão é recebida pelo volante e é utilizada para manter o eixo do motor girando nos intervalos nos quais não há explosão nos cilindros. Este trabalho é necessário para executar os demais tempos do motor. o tamanho do volante é proporcional a defasagem de queima. Quanto menor o número dos cilindros, maior será o peso do volante. O peso do volante é calculado conforme a aplicação em função da quantidade de inércia.
1- VOLANTE 2-CREMALHEIRA 3-RETENTOR 4- ANEL DISTANCIADOR
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OS SISTEMAS QUE CONSTITUEM OS MOTORES DIESEL SÃO: SISTEMA DE ADMISSÃO DE AR. O sistema de ar é planejado para suprir o motor de ar limpo (oxigênio) e em quantidade que garanta o melhor rendimento do combustível durante seu funcionamento. O circuito envolve a admissão do ar, filtragem, participação na combustão e exaustão para o meio exterior. O ar aspirado pelo motor deverá passar obrigatoriamente por um filtro de ar de boa qualidade, pois ele é responsável pela retenção das impurezas contidas no ar ambiente. Existem três tipos de sistema são os mais usuais em motores diesel, o sistema de aspiração natural, o sistema turbo-alimentado e o turbo-alimentado com pós-arrefecimento.
Aspiração natural. Neste sistema, O ar é admitido para dentro do cilindro pela diferença de pressão atmosférica, provocada pela sucção decorrente do movimento descendente dos pistões, passa pela filtragem, caminha através do coletor de admissão e alcança a câmara de combustão. Após a combustão, os gases resultantes da queima são empurrados pelos pistões através do coletor de escape para o meio exterior.
Sistema turbo-alimentado. O turbo compressor, conhecido popularmente como turbo, é basicamente uma bomba de ar. Tem a função de comprimir fazendo caber mais massa de ar dentro do mesmo volume das câmaras de combustão e isto, consequentemente, favorece a combustão demais combustível, gerando mais potência e torque no motor.
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Os gases quentes de escape que deixam o motor após a combustão fazem girar o rotor da turbina. Este rotor é ligado a um outro rotor por um eixo. A rotação do rotor da turbina provoca a rotação, na mesma velocidade, do rotor do compressor. A rotação do rotor do compressor puxa o ar da atmosfera, o comprime e o bombeia para dentro do motor.
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Característica do turbo-alimentador.
Dá a possibilidade a um motor pequeno de ter a mesma potência que um motor muito maior. Torna motores maiores ainda mais potentes Auxilia na redução da emissão de gases poluentes, pois o turbo injeta mais ar ao motor fazendo com que a combustão seja mais completa e mais limpa. Diminui o consumo de combustível. A perda de calor pelo atrito aumenta drasticamente com o aumento do tamanho do motor. Menores, os motores turbo alimentados aproveitam melhor a energia desperdiçando menos energia por calor e atrito. Previne a perda de potência e a emissão de fumaça preta em grandes altitudes
Aftercooler( Intercooler) – Pós-resfriado. O ar comprimido sai da carcaça do compressor muito quente, por causa dos efeitos do compressor-turbina e do atrito. O calor provoca a expansão dos fluídos diminuindo a sua densidade. Então, torna-se necessário fazer com que o ar se resfrie de alguma maneira antes de ser recebido pelas câmaras de combustão do motor. Isto é o que faz o aftercooler ou intercooler. Ele reduz a temperatura do ar admitido fazendo com que ele fique ainda mais denso quando entra na câmara. O cooler também ajuda a manter a temperatura baixa dentro da câmara de combustão. O cooler localiza-se no circuito de ar entre o turbo e cilindro do motor. Um compressor convencional pode girar a uma rotação de 100.000 rpm ou mais. Por isso, alguns cuidados de lubrificação e operação são necessários. Muitas das falhas nos turbos são causadas pela deficiência de lubrificação (atraso na lubrificação, restrição ou falta do fluxo de óleo, entrada de impurezas no óleo, etc.) ou pela entrada de objetos ou impurezas pelo rotor da turbina ou do compressor. AR PRESSURIZADO
AR PRESSURIZADO PÓS-RESFRIADO
COOLER
ENTRADA DE AR
SAÍDA DOS GASES DE EXAUSTÃO
GASES DE EXAUSTÃO
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SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTIVEL. O sistema de injeção é o responsável pela alimentação de combustível do motor. Através de seus componentes, o combustível é pulverizado nos cilindros de maneira precisa e controlada. Basicamente, é composto pelas tubulações de bomba alimentadora, bomba injetora, bicos injetores e filtros de combustível. O perfeito funcionamento do sistema de injeção é ponto fundamental para o bom funcionamento do motor. Qualquer problema neste sistema acarretara uma diminuição do rendimento do motor.
Bomba injetora. A injeção do combustível Diesel é controlada por uma bomba de pistões responsável pela pressão e dosagem para cada cilindro, nos tempos corretos. 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 motor (pistão) atinge o ponto de início de injeção, no final do tempo de compressão. Alguns motores utilizam bombas individuais para cada cilindro e há outros que utilizam uma bomba de pressão e vazão variáveis, fazendo a injeção diretamente pelo bico injetor acionado pela árvore de comando de válvulas. 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.
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Bicos injetores. Normalmente instalados nos cabeçotes, tem a finalidade de prover o suprimento de combustível pulverizado em forma de névoa. A agulha do injetor se levanta no começo da injeção devido ao impacto da pressão na linha de combustível, suprida pela bomba injetora. Durante os intervalos de tempo entre as injeções, se mantém fechado automaticamente pela ação de uma mola. Uma pequena quantidade de combustível, utilizada para lubrificar e remover calor das partes móveis dos injetores é retornada ao sistema de alimentação de combustível.
SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO. Os motores térmicos, e em particular os Diesel apresentam, pela sua própria natureza, problemas de lubrificação difíceis de serem equacionados, levando-se em conta os seguintes fatores: a) motor desenvolve elevadas temperaturas durante a combustão. b) as pressões exercidas pelo ar comprimido no final da compressão são muito elevadas. c) não há como evitar-se a formação de fuligem e outras matérias carbonáceas oriundas da combustão.
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Por causa desses problemas, os engenheiros especializados em lubrificação sempre se preocuparam com a obtenção de lubrificantes com propriedades adequadas a cada tipo de aplicação.
COMPOSIÇAÕ BASICA DO SITEMA DE LUBRIFICAÇÃO. O sistema de lubrificação do motor Diesel é constituído basicamente pelos seguintes elementos:
1-SENSOR DE PRESSÃO DO OLEO. 2-TUCHO 3-HASTE, ALIMENTADOR DE OLEO PARA LUBRIFICAÇÃO DO BALANCIM. 4-BALANCIN 5-LINHA DE RETORNO POR CARTER. 6- JET COOLER PARA RESFRIAMENTO DO PISTÃO
7- FILTRO DE OLEO LUBRIFICANTE COM VALVULA DE BY PASS. 8- VALVULA BY PASS ( TROCADOR DE CALOR ) LOCALIZADO NO BLOCO DO RESFRIADOR 9-VALVULA DE ALIVIO DE PRESSÃO LOCALIZADO NO BLOCO DO RESFRIADOR 10-BOMBA DE OLEO LUBRIFICANTE. 17
Filtro de óleo. O filtro de óleo lubrificante tem por finalidade reter as impurezas sólidas menores que conseguem passar pelo ralo, garantindo o fornecimento de uma película de óleo isenta de impurezas entre as peças a lubrificar. O filtro de óleo é do tipo descartável nos motores de pequeno porte, devendo ser substituído após determinado tempo de funcionamento previsto no manual do fabricante, ou sempre que se suspeitar que o mesmo encontra-se incapacitado de realizar satisfatoriamente a sua função.
SISTEMA DE ARREFECIMENTO O sistema de arrefecimento é o responsável pela troca de calor do motor com o meio ambiente, regulando sua temperatura de trabalho. O calor é transmitido ao fluido de arrefecimento que circula no bloco e cabeçotes do motor e posteriormente dissipado para o ambiente ao passar pelo radiador. Um bom funcionamento do sistema de arrefecimento é de suma importância, pois performance, vida dos componentes internos e consumo de combustível são afetados quando o motor opera fora da faixa de temperatura recomendada.
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RADIADOR. É um reservatório de água, composto de aletas, conhecidas por colmeias, que formam uma grande superfície de dissipação do calor. O radiador é feito de metais para a dissipação rápida de calor.
Fig.65-Radiador.
VENTILADOR. Situado junto ao radiador, este componente em forma de espiral, força a passagem do ar pelas aletas, acelerando o processo de troca do calor. O acionamento do ventilador pode ser por embreagem viscosa, motor elétrico, polia eletromagnética, simplesmente por polia e correia.
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Para maioria dos equipamentos fora-de-estrada utiliza-se ventiladores de acionamento hidráulico.
SISTEMA DE PARTIDA Os dispositivos de partida do motor Diesel podem ser elétricos, pneumáticos ou a mola. A partida elétrica é empregada na maioria dos casos. Utiliza-se se a partida pneumática ou a mola, onde, por qualquer motivo, não seja viável a utilização de partida elétrica, que é o meio de menor custo. A partida a mola só é aplicável em motores Diesel de menor porte, abaixo de 100 CV.
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BIBLIOGRAFIA Apostila Mineração Rio do Norte: Tecnologia do Motor Diesel 1 Notas de Aula: Injeção Diesel Prof. Antonio Moreira dos Santos
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