1

MARINHA DO BRASIL

DIRETORIA DE PORTOS E COSTAS

ENSINO PROFISSIONAL MARTIMO

SISTEMAS DE PROPULSO (SIP)

1 edio

Belm-PA

2009

2

' 2009 direitos reservados Diretoria de Portos e Costas

Autor : Gelmirez Ribeiro Rodrigues

Reviso Pedaggica: Erika Ferreira Pinheiro Guimares Suzana

Reviso Ortogrfica : Esmaelino Neves de Farias

Digitao/Diagramao : Roberto Ramos Smith

Coordenao Geral : CC. Maurcio Cezar Josino de Castro e Souza

____________ exemplares

Diretoria de Portos e Costas

Rua Tefilo Otoni, n o 4 Centro

Rio de Janeiro, RJ

20090-070

http://www.dpc.mar.mil.br

secom@dpc.mar.mil.br

Depsito legal na Biblioteca Nacional conforme Decr eto no 1825, de 20 de dezembro de 1907

IMPRESSO NO BRASIL / PRINTED IN BRAZIL

3

APRESENTAO ...................................... ................................................................ 5

UNIDADE 1 ................................................................................................................ 6

MOTOR DIESEL MARTIMO DE 4 TEMPOS ............................................................. 6

1.1 Introduo ................................... ........................................................................ 6

1.2 ciclo de funcionamento do motor Diesel de 4 t empos .................................... 6

1.3 principais componentes fixos ................ ......................................................... 7

1.4 principais componentes mveis ............... .....................................................11

1.5 mecanismo de distribuio ................... .........................................................15

1.6 ngulo de calagem e ordem de queima ......... ...............................................21

1.7 diagrama da manivela do motor Diesel de 4 tem pos ....................................26

UNIDADE 2 ...............................................................................................................34

SISTEMAS DOS MOTORES DE PROPULSO ................. ......................................34

2.1 Introduo .................................. ...................................................................34

2.2 sistema de lubrificao ..................... .............................................................34

2.3 sistema de resfriamento ..................... ...........................................................40

2.4 sistema de combustvel ...................... ...........................................................46

2.5 sistema de alimentao de ar ................ .......................................................60

2.6 sistemas de partida ......................... ..............................................................65

2.7 sistema de descarga ......................... ............................................................71

UNIDADE 3 ...............................................................................................................73

EQUIPAMENTOS DA PROPULSO ......................... ...............................................73

3.1 Introduo ................................... ...................................................................73

3.2 propulso com reversor/redutor e hlice de pas so fixo ..................................73

3.3 a propulso com motor Diesel e dispositivo az imutal....................................86

3.4 propulso com redutor e hlice de passo varivel ........................................89

UNIDADE 4 ...............................................................................................................93

CONDUO DO MOTOR DIESEL .......................... .................................................93

4.1 Introduo .................................. ...................................................................93

4.2 preparativos para suspender ................. .......................................................94

4.3 operao dos motores Diesel ................. ......................................................95

4.4 problemas mais comuns e suas causas ......... ..............................................96

UNIDADE 5 .............................................................................................................109

MANUTENO ........................................ ...............................................................109

5.1 Introduo .................................. .................................................................109

4

5.2 manuteno dos motores diesel ............... ..................................................111

REFERNCIAS BIBLIOGR`FICAS ........................ ................................................117

5

APRESENTAO

Prezado aluno.

Este o material didtico que a Diretoria de Portos e Costas, atravs de suas

instituies de ensino, coloca em suas mos para o acompanhamento das aulas

pertinentes aos assuntos constantes do plano de curso da disciplina SISTEMAS DE

PROPULSO, do CURSO DE ADAPTAO PARA AQUAVI`RIOS CAAQ-II M.

Acompanhando de perto as inovaes tecnolgicas, q ue vm sendo implantadas

em nossos navios fluviais, sentimos realmente a necessidade de um saber cada vez

mais consistente e aprimorado por parte dos nossos profissionais mercantes. Por isso

mesmo, fizemos todo o possvel para elaborar um material atualizado e de grande valia

para o seu aprendizado.

Para viabilizar nosso intento, visitamos vrias empresas de navegao da regio

amaznica e pudemos constatar in loco a realidade tecnolgica presente nos

diferentes tipos de navios que singram nossos rios, transportando produtos de um

estado para outro e contribuindo decisivamente para o desenvolvimento da nossa

economia.

Constatamos, por exemplo, a existncia de propulsores azimutais, dispositivos

de hlice de passo varivel, mdulo de condicionamento de combustvel e injeo

eletrnica, que de forma alguma poderiam deixar de constar deste trabalho. Bem

verdade que nossa abordagem no ser to aprofundada, quanto gostaramos que

fosse, tendo-se em conta a brevidade do curso e a perspectiva de outros que voc

certamente far em busca de sua ascenso profissional.

A formao profissional de qualidade tem sido, e s er sempre, uma preocupao

constante da Diretoria de Portos e Costas. Estamos convictos de que voc far a sua

parte.

Bons estudos!

6

UNIDADE 1

1.1 Introduo

O motor Diesel de 4 tempos a mquina de combusto interna utilizada na

propulso e no acionamento de geradores de energia eltrica dos navios fluviais.

Embora estejam surgindo sistemas de propulso basta nte diferenciados do tradicional

(constitudo de motor Diesel, redutor/reversor e hlice de passo fixo), os novos arranjos

de propulso continuam empregando o motor Diesel de 4 tempos como principal fonte

de energia mecnica.

Como voc comprovars, no decorrer das unidades de ensino desta disciplina, o

motor Diesel de 4 tempos tambm empregado nos navios fluviais mais modernos,

seja para acionar dispositivos de hlice de passo varivel, seja para acionar

propulsores azimutais. Na realidade, a referida mquina de combusto interna

utilizada tanto na propulso quanto no acionamento de geradores de energia eltrica.

Por esta e outras razes, o referido motor ser o objeto de estudo principal desta

disciplina; e nosso estudo comea, justamente, com o seu ciclo de funcionamento.

1.2 ciclo de funcionamento do motor Diesel de 4 t empos

A palavra ciclo pode ser definida como o conjunto de transformaes que se

sucedem na mesma ordem e se repetem com lei peridi ca. Com ateno figura 1.1,

vejamos como ele realizado no motor Diesel de 4 tempos:

.

Fig. 1.1

MOTOR DIESEL MARTIMO DE 4 TEMPOS

7

aspirao neste primeiro curso, com a vlvula de aspirao abrindo, o mbolo

desloca-se do seu ponto morto superior (PMS) para o inferior (PMI), aspirando

somente ar.

compresso no curso de compresso, o mbolo desloca-se do PMI para o

PMS. Pouco depois do incio desse curso, a vlvula de aspirao fecha e o

mbolo comea a comprimir o ar na cmara. Devido forte compresso, o ar

sofre um grande aumento de temperatura e pouco antes de atingir o seu PMS

comea a injeo do combustvel e o incio da queim a.

expanso a fora expansiva dos gases da combusto empurram fortemente o

mbolo para baixo em direo ao seu PMI. o chamad o tempo de expanso,

tempo til, ou de trabalho motor.

descarga um pouco antes do mbolo atingir o PMI, a vlvula de descarga

abre e, por efeito da presso nos gases, uma boa pa rte dele evacuada.

Finalmente, com o deslocamento do mbolo do PMI para o PMS, os gases

restantes so descarregados para a atmosfera.

Conforme a descrio, para a realizao de cada cic lo o motor Diesel necessita

de 4 cursos do mbolo, ou dois giros completos (720) do eixo de manivelas.

Obviamente, durante o funcionamento do motor ocorrer um ciclo atrs do outro.

1.3 principais componentes fixos Um motor Diesel constitudo por um grande nmero de peas fixas e mveis.

Os principais componentes fixos so: bloco, mancais fixos, cabeote e crter.

Bloco

Como pode ser observado na figura 1.2, o maior e mais volumoso componente

fixo do motor. normalmente construdo com uma lig a especial de ferro fundido. Alm

dos orifcios dos cilindros, o bloco possui cmaras para a gua de resfriamento

denominadas jaquetas.

O bloco uma pea inteiria nos motores de pequen o porte, sendo construdo

em sees nos motores de grande porte. Nesse caso, as sees so ligadas por meio

de parafusos.

8

Camisas

Para evitar o desgaste do bloco os cilindros recebem camisas seca ou molhada.

Conforme o caso, essas camisas so introduzidas nos cilindros de maneira que a gua

de resfriamento entre em contato com elas ou no. N a figura 1.3 A, B, C e D esto

representados os tipos de camisa seca e molhadas (ou midas) mais utilizadas nos

motores Diesel.

Portanto, diz-se que uma camisa do tipo seca quando, uma vez instalada no

cilindro, a gua de resfriamento no entra em contato com ela. Por sua vez, a camisa

molhada ou mida aquela em que a gua entra em contato com a mesma.

Mancais fixos

Fig. 1.3

Fig. 1.2

9

Como o prprio nome sugere, so peas fixas

destinadas a sustentar o eixo de manivelas,

permitindo o seu alinhamento. Os blocos dos motores

de pequeno porte possuem recessos na parte inferior

do prprio bloco para a instalao dos mancais fixo s

do eixo de manivelas. Na medida em que o porte do

motor vai aumentando, esses recessos so usinados

numa base e sobre esta que o bloco montado. A

figura 1.4 ilustra o que acabamos de explicar.

Entre o recesso e a capa do mancal so instalados, em duas metades, os

casquilhos ou bronzinas. A figura 1.5 mostra uma das metades e suas respectivas

camadas.

Cabeote

Tambm chamado tampa, cabea, ou culatra, a pea que fecha o cilindro e

que, juntamente com a face superior do mbolo forma a cmara de combusto. O

cabeote fixado ao bloco por meio de estojos ou parafusos e porcas, mediante a

insero de uma junta que nos motores pequenos fe ita de papelo, sendo as partes

sujeitas a altas presses e temperaturas reforadas com material metlico macio. Nos

motores de maior porte podem ser confeccionadas na forma de anis de cobre ou at

de ao. As figuras 1.6 e 1.7 mostram o cabeote de um motor de pequeno porte e sua

respectiva junta.

Fig. 1.5

Fig. 1.4

10

Conforme o porte do motor, os cabeotes podem ser inteirios (fechando todos

os cilindros), construdos em sees (fechando dois ou mais cilindros), ou ainda

individuais, (fechando apenas um cilindro), como no caso dos motores de mdio e de

grande porte.

No cabeote so instaladas as vlvulas de aspira o e/ou descarga, os

balancins, os injetores de combustvel e, dependendo do motor, as vlvulas de ar de

arranque, vlvulas de segurana, mancais e eixos de cames para acionamento de

vlvulas, etc. Assim como o bloco de cilindros, os cabeotes dos motores possuem

espaos ocos destinados circulao da gua de res friamento.

Crter

O crter (figura 1.8) um depsito com a forma aproximada de uma banheira,

destinado a armazenar o leo lubrificante do motor. aparafusado parte inferior do

bloco, mediante a insero de uma junta de material macio como cortia, ou papelo.

Nos motores de pequeno porte o crter normalmente confeccionado em liga de

alumnio, sendo que nos de mdio e grande porte costumam ser fabricados em ao

fundido ou forjado.

A vareta de sondagem que aparece na figura possui as marcas de nvel mnimo

e mximo para melhor controle do nvel de leo lubrificante. Em muitos motores Diesel,

um pouco acima do crter, mais precisamente nas portas de visita da cmara de

manivelas, so instaladas vlvulas de segurana para proteo contra um possvel

excesso de presso no interior do crter e da cmara de manivelas. Esse excesso de

presso pode ser causada, por exemplo, por anis de segmento colados ou partidos. A

figura 1.9 mostra a vlvula de segurana que acabamos de mencionar.

Fig. 1.6 Fig. 1.7

11

1.4 principais componentes mveis

Um motor Diesel constitudo de vrias peas mveis, destacando-se o mbolo ou

pisto, a conectora ou biela, o eixo de manivelas o u virabrequim. A figura 1.10 mostra

os principais componentes mveis a que nos referimo s, com pequenos detalhes.

mbolo

a pea do motor que se desloca alternativamente no interior do cilindro,

recebendo diretamente o impulso dos gases da combusto. durante o seu movimento

alternado que se verifica a transformao da energi a trmica da queima do combustvel

em energia mecnica transmitida ao eixo de manivela s pela conectora.

Os mbolos dos motores de pequeno porte so normalmente inteirios e

confeccionados com uma liga de alumnio e silcio. Nos de grande porte a coroa do

mbolo construda separadamente em ao fundido e aparafusada ao seu corpo.

Fig. 1.9 Fig. 1.8

Fig. 1.10

12

Divide-se o mbolo em trs partes: coroa, corpo e saia. Na coroa, que a parte mais

alta do mbolo, esto situadas as canaletas ou (escatis), que servem para alojar os

anis de compresso e de raspa de leo.

Na parte intermediria, denominada corpo, fica o alojamento do pino do mbolo;

a parte que fica abaixo do corpo chama-se saia. A nomenclatura das partes mostradas

na figura 1.11 a seguinte: (1) coroa, (2) anis de compresso, (3) anel raspa de leo,

(4) pino do mbolo, (5) alojamento da trava ou retm e (6) saia.

Os anis de segmento garantem a vedao dos gases entre o mbolo e as

paredes do cilindro, permitindo tambm o escoamento de parte do calor do mbolo

para as mesmas. Os anis raspadores de leo espalham o lubrificante pelas paredes

do cilindro, removendo o excesso.

Nos motores de pequeno e mdio porte o mbolo articula diretamente em uma

das extremidades da conectora, por meio do pino do mbolo.

O pino do mbolo precisa ser bastante resistente para suportar os impactos que

sofre, principalmente ao transmitir a fora dos gas es da combusto para o eixo de

manivelas, atravs da conectora. comum sua fabric ao em ao ao cromo

cementado. Instalado no mbolo, opino no se desloca axialmente por causa da ao

das suas travas ou retns.

Fig. 1.11

13

Conectora

a pea do motor cuja funo transmitir o movim ento do mbolo ao eixo de

manivelas imprimindo-lhe um movimento rotativo. n ormalmente construda em ao

forjado.

Costuma-se dividir a conectora em trs partes: p, corpo e cabea. O p da

conectora a parte onde instalado o mancal tipo bucha, destinado a receber o pino

do mbolo; o corpo vem logo em seguida, e a cabea a parte onde fica o mancal bi-

partido que articula no eixo de manivelas. A figura 1.12 mostra uma conectora instalada

em um mbolo.

O mancal do p da conectora inteirio, sendo a bucha normalmente

confeccionada em bronze. O mancal da cabea formado por duas metades

semicirculares, alojando as bronzinas que so const rudas em ao e revestidas com

material antifrico nas partes que entram em conta to com o eixo de manivelas.

Eixo de manivelas

Representado na figura 1.13, a pea encarregada de transformar, com o

auxlio da conectora ou biela, o movimento alternado do mbolo em rotativo. Sua

construo requer tcnica apurada, sendo forjado, u sinado e balanceado, tanto esttica

quanto dinamicamente. o componente de maior compr imento do motor.

Fig. 1.12

14

O eixo de manivelas, tambm conhecido como virabrequim ou rvore de

manivelas, o elemento que transmite a potncia do motor ao seu utilizador.

normalmente forjado em liga de ao, sendo o compone nte mvel de maior custo do

motor.

O eixo de manivelas trabalha apoiado nos mancais fixos, os quais so dotados

de casquilhos substituveis, construdos da mesma forma que os dos mancais mveis

das cabeas das conectoras ou bielas. Esses casquil hos, tambm chamados de

bronzinas, so lubrificados sob presso. Conforme i ndicado na figura, as partes do eixo

de manivelas so:

1) engrenagem ou pinho instalada na extremidade do eixo de manivelas,

destina-se a transmitir seu movimento ao eixo de cames, normalmente por meio

de um trem de engrenagens, ou rodas dentadas e correntes.

2) contrapesos prolongamentos dos braos de manivela que servem p ara dar

suavidade ao movimento do eixo;

3) braos de manivela ou cambotas partes do eixo que ligam os pinos fixos e

mveis;

4) munhes partes do eixo que trabalham nos mancais fixos;

5) canais de lubrificao canais abertos no eixo para permitir o fluxo do l eo

lubrificante dos mancais fixos para os mveis;

6) curvas de reforo partes curvas nas junes dos munhes e moentes co m as

cambotas;

7) moentes partes do eixo onde articulam os mancais das cabe as das

conectoras; e

9) flange extremidade do eixo em forma de disco onde fixado o volante.

Fig. 1.13

15

Volante

um disco de grande peso, fixado a uma das extrem idades do eixo de

manivelas. Sua finalidade armazenar uma parte da energia mecnica produzida no

motor durante o tempo de trabalho til (expanso), para vencer a resistncia dos

tempos no motrizes, principalmente o de compresso . normalmente uma pea

inteiria nos motores pequenos, podendo ser constru do em duas metades nos de

maior porte. A sua fixao ao eixo de manivelas f eita por meio de chaveta e parafuso

(s). O volante, mostrado juntamente com parte do eixo de manivelas na figura 1.14,

pode possuir ou no uma coroa dentada denominada cr emalheira do volante.

Nos motores de pequeno porte a cremalheira serve para permitir o

engrenamento do pinho do motor de arranque. J nos de mdio e grande porte, com

partida por injeo de ar comprimido nos cilindros, serve para engranzar o pinho do

mecanismo da catraca. A catraca um dispositivo acionado por motor eltrico utilizado

para girar lentamente o MCP (Motor de Combusto Pri ncipal) quando por ocasio de

inspeo, regulagem ou reparo no mesmo.

1.5 mecanismo de distribuio

Alm dos componentes j estudados at aqui, h outros de grande importncia

para o motor e que fazem parte do chamado mecanismo de distribuio.

A finalidade do mecanismo de distribuio fazer com que cada fase do ciclo de

funcionamento do motor ocorra rigorosamente no seu devido tempo. Por exemplo, se o

motor estiver realizando a fase de compresso, claro que tanto a vlvula de admisso

quanto a de descarga devem estar fechadas. Da mesma maneira, no instante da

Fig. 1.14

16

injeo do combustvel no cilindro, as referidas vlvulas no podem estar abertas, pois

se assim acontecesse, o combustvel no poderia inf lamar.

Esses exemplos, apesar de grosseiros, servem para voc entender, de imediato,

que as peas que fazem parte do mecanismo de distri buio do motor devem trabalhar

de forma sincronizada, pois qualquer desvio nessa sincronizao pode fazer com que o

motor trabalhe mal, ou nem sequer consiga funcionar. Quando isso acontece, dizemos

que o motor est fora de ponto. Vamos ento fazer um estudo bsico da distribuio,

atentando para o arranjo simplificado da figura 1.15.

A uma simples olhada voc percebe que se trata do mecanismo de um motor de

4 tempos, uma vez que existe uma vlvula de admisso e uma vlvula de descarga

(11) na cabea do cilindro. Alm do mais, a engrenagem (4), do eixo de manivelas (3),

tem a metade do nmero de dentes da engrenagem (6), do eixo de cames (5). Repare

que as cames do mesmo eixo transmitem movimento aos tuchos (7), que por sua vez

transmitem movimento s hastes ou varetas (8). Esta s hastes acionam os balancins

(10), para abrir as vlvulas de aspirao e de descarga (11), cada uma no seu devido

tempo. Repare, tambm, que os balancins articulam no eixo 9, o qual tem suas

extremidades fixadas nos seus respectivos suportes (que no aparecem na figura),

Esses suportes so aparafusados no cabeote.

1. Pisto ou mbolo

2. Biela ou conectora

3. Eixo de manivelas ou virabrequim

4. Engrenagem do eixo de manivelas

5. Eixo de comando de vlvulas

6. Engrenagem do eixo de comando

7. Tuchos

8. Varetas

9. Eixo dos balancins

10. Balancins

11. Vlvulas de admisso e de descarga Fig. 1.15

17

Vejamos agora algumas particularidades dos componentes da figura.

Engrenagem ou pinho do eixo de manivelas

a pea (4), fixada na extremidade do eixo de man ivelas (3), com a finalidade

de transmitir o movimento de rotao do mesmo ao ei xo de cames (5), por meio da sua

engrenagem (6).

Engrenagem do eixo de cames

fixada na extremidade do eixo de cames (5), com a finalidade de receber o

movimento rotativo do eixo de manivelas (3), por meio da engrenagem (6), e transmiti-

lo ao eixo de cames propriamente dito. Nos motores de 4 tempos, possui o dobro do

nmero de dentes da engrenagem do eixo de manivelas. J no caso dos motores de 2

tempos, possui o mesmo nmero de dentes da engrenagem do referido eixo.

Eixo de cames

uma pea dotada de cames (ou excntricos), com a finalidade de acionar as

vlvulas de aspirao e de descarga do motor por meio do tucho (7), da vareta (8) e do

balancim (10). Mais tarde veremos que esse eixo pode possuir outra came, posicionada

ao lado ou entre as duas da figura, com o propsito de acionar a bomba injetora

individual de cada cilindro, como ocorre nos motores de mdio e de grande porte.

Tuchos

So peas que trabalham em contato com as cames, t ransmitindo o movimento

das mesmas s varetas (8). Nos motores de mdio e de grande porte, costumam

possuir rodetes para reduzir o atrito com a came.

Vareta ou haste

a pea que trabalha com uma de suas extremidades em contato com o tucho e

a outra em contato com uma das extremidades do balancim. As varetas transmitem ao

balancim o seu movimento alternado produzido pela came, para que as mesmas

acionem os balancins e promovam as aberturas das vlvulas de admisso e de

descarga.

18

Balancim

uma pea que, articulando no eixo (9), fixo ao s eu suporte, recebe o

movimento alternado da vareta e o transfere vlvula de admisso ou de descarga. O

balancim possui em uma de suas extremidades um parafuso com porca para permitir o

ajuste da folga da vlvula. Essa folga visa absorver os efeitos da dilatao trmica

causada pelos gases da combusto, sem prejudicar a estanqueidade do cilindro nos

tempos de compresso e expanso. Se no houvesse es sa folga, a dilatao linear da

sua haste no deixaria que ela fechasse completamen te, podendo inclusive impedir o

funcionamento do motor por falta de compresso sufi ciente. Por outro lado, a folga no

deve ser excessiva para evitar batimento da vlvula em sua sede.

Vlvula de admisso

a pea que serve de porta de entrada do ar (no c ilindro do motor Diesel), ou da

mistura ar+combustvel (no cilindro do motor Otto). Para permitir um bom enchimento

do cilindro, normalmente ela se apresenta com o di metro do seu disco maior do que o

da vlvula de descarga. A sua haste trabalha dentro de uma guia, geralmente

substituvel.

Vlvula de descarga

a pea que serve de porta de sada dos gases da combusto do interior do

cilindro do motor. A exemplo da vlvula de admisso construda em ao especial, e

sua haste trabalha em uma guia normalmente substituvel. Apresenta normalmente um

disco com dimetro menor do que o da vlvula de admisso. Isso possvel porque a

velocidade de escoamento dos gases da combusto atr avs dela relativamente

grande, devido razovel presso ainda existente nos mesmos por ocasio da sua

abertura. Estando mais sujeita ao calor dos gases da combusto do que a vlvula de

admisso, a folga entre o topo de sua haste e a ext remidade do balancim

normalmente maior do que a da vlvula de admisso.

Entenda agora, que quando qualquer uma das vlvulas est fechada, o seu

respectivo tucho est trabalhando na parte do crculo base que gerou a came. Quando

ela est em processo de abertura ou fechamento, sinal de que a parte excntrica da

came que est atuando nos tuchos. Algo importante a considerar no funcionamento

de ambas as vlvulas que cada uma delas, no seu devido tempo, aberta pela ao

do balancim a partir do movimento da came; j o fechamento feito pela ao de

19

sua(s) mola(s), enquanto vai cessando a ao do bal ancim sobre o topo da sua haste.

A figura 1.16 mostra alguns dos componentes do mecanismo da distribuio de um

motor Perkins.

Transmisso do movimento do eixo de manivelas pa ra o de cames A

figura 1.17 mostra um mecanismo de acionamento de vlvulas bastante diferente do

anterior. Observe que a transmisso feita por rodas dentadas e corrente e que as

vlvulas de admisso e de descarga so acionadas diretamente pelo eixo de cames,

que no caso fica situado sobre o cabeote. Observe tambm a importncia do

dispositivo (5) que tem por finalidade esticar ou tensionar a corrente

1. eixo de cames

2. pinho

3. tuchos

4. vareta

5. balancins

6. eixo dos balancins

7. suporte do eixo dos balancins

Fig. 1.17

Fig. 1.16

20

Voc j viu, portanto, que a transmisso do movimento do eixo de manivelas ao

eixo de cames pode ser feita por engrenagens e por corrente. Agora voc precisa saber

que, alm desses tipos, podemos encontrar as transmisses por correia dentada e

mista. A transmisso por correia dentada, mostrada na figura 1.18, particularmente

utilizada em motores de pequeno porte como os automotivos. A transmisso do tipo

mista, apresentada na figura 1.19, um tanto rara.

J deu pra voc perceber que dificilmente aparecem apenas duas engrenagens

ou rodas dentadas no mecanismo de distribuio. c omum aparecer o chamado trem

de engrenagens (mais de duas) como mostrado nas trs figuras anteriores.

Uma observao muito importante a fazer sobre as marcas de referncia

existentes nas engrenagens do mecanismo de transmisso. Durante a montagem do

motor, essas marcas devem ser rigorosamente observadas, para que o mesmo no

fique fora de ponto. Se essas referncias no forem observadas, ou o motor

funcionar mal, ou nem sequer entrar em funcionamento. A figura 1.20 mostra as

marcas de referncia nos componentes dos mecanismos de transmisso por

engrenagens e por corrente.

Fig. 1.18

Fig. 1.19

21

1.6 ngulo de calagem e ordem de queima Voc vai aprender agora algo mais sobre o eixo de manivelas. Perceber a

ntima relao entre a calagem de suas manivelas e a sequncia das combustes no

interior dos cilindros do motor.

No nosso estudo, a calagem das manivelas refere-se posio em que elas so

dispostas no eixo, segundo um determinado intervalo angular.

O ngulo de calagem das manivelas pode ser determi nado levando-se em conta

o nmero de cilindros e o nmero de tempos do motor. Por causa da estreita relao

do ngulo de calagem com a ordem de queima, julgamo s oportuno estud-los

simultaneamente.

Define-se o ngulo de calagem das manivelas como o ngulo formado pelos

planos de simetria longitudinal de duas manivelas consecutivas, levando-se em conta a

ordem de queima e o sentido de rotao do motor. Po r outro lado, ordem de queima

definida como a sequncia com que as combustes ocorrem nos cilindros do motor.

Ela deve ser o mais salteado possvel, para permitir uma boa distribuio de esforos

ao longo do eixo de manivelas. Por conveno, come a sempre a partir do cilindro

nmero 1.

A calagem angular das manivelas e a ordem de queima do motor so fatores de

relevante importncia para o seu funcionamento, est ando intimamente ligadas

distribuio equilibrada da potncia e continuida de dos esforos transmitidos pelo

motor ao seu utilizador. A palavra utilizador significa a mquina ou dispositivo que o

motor aciona. A bordo dos navios, os principais utilizadores dos motores Diesel so: os

Fig.1.20

22

geradores de energia eltrica e o conjunto propulsor formado pelo eixo transmissor e o

hlice.

Na determinao do ngulo de calagem dos motores e m linha, utiliza-se a

seguinte frmula:

Para que voc possa compreender mais facilmente o que acabamos de expor,

faremos agora um estudo breve e intuitivo sobre o assunto, valendo-nos de alguns

exerccios resolvidos.

EXERCCIOS RESOLVIDOS:

1) Determine o ngulo de calagem, a ordem de queima e o traado simplificado do eixo

de manivelas de um motor Diesel de 2 tempos com 2 cilindros em linha.

Soluo:

Voc pode ver, portanto, que o ngulo de calagem das manivelas de 180o.

Conforme apresentado na figura, a man ive la referente ao c i l indro 2 est

disposta a 180o da do cilindro 1. Assim, a ordem de queima s pode r ser 1-2, ou seja:

a queima ocorrer no cilindro 1, e somente aps o eixo de manivelas girar180

acontecer a queima no cilindro 2. Em outras palavras, enquanto o mbolo do cilindro 1

Onde: Ac = ngulo de calagem Nt = nmero de tempos Nc = nmero de cilindros

23

estiver no PMS, no final da compresso, o mbolo do cilindro 2 estar no PMI,

iniciando a compresso.

2) Determine o ngulo de calagem, a ordem de queima e o traado do eixo de

manivelas para um motor de 4 tempos com 2 cilindros em linha.

Soluo:

Para o referido motor, o ngulo entre as manivelas e o traado do eixo de

manivelas estar em conformidade com as figuras apresentadas. Mas preste bem

ateno!

Como a manivela do cilindro 2 est rigorosamente disposta atrs da do cilindro

1, voc poderia supor, equivocadamente, que os dois cilindros queimam ao mesmo

tempo. Isso nunca acontece! Lembre-se tambm de que agora estamos tratando de um

motor de 4 tempos; ou seja: considerando o mbolo do cilindro 1 no PMS, no final da

compresso, o mbolo do cilindro 2 estar tambm no seu PMS, porm no final da

descarga. Assim, a queima no cilindro 2 s poder ocorrer aps o eixo de manivelas

girar 360 depois da queima no cilindro 1. Isso nos dar, logicamente, a mesma ordem

de queima 1-2 do motor de 2 tempos estudado anteriormente. Lembre-se ainda de que

partimos do princpio de que o mbolo do cilindro 1 encontrava-se no final da

compresso. Ora, para chegar l, ele teve que realizar dois cursos: o de aspirao e o

de compresso, o que corresponde aos outros 360 de giro do eixo de manivelas.

.Pelo exposto at agora deduzimos que:

a) s poder haver queima em um cilindro de cada v ez;

b) com o aumento do nmero de cilindros o interval o angular entre as

queimas diminui;

c) no caso dos motores de 2 tempos haver queima e m todos os seus

cilindros a cada 360 o de giro do eixo de manivelas; e

d) no caso dos motores de 4 tempos, haver queima e m todos os seus

cilindros a cada 720 o de giro do eixo de manivelas.

24

3) Determine o ngulo de calagem, a ordem de queima e o traado do eixo de

manivelas para um motor de 2 tempos com 3 cilindros em linha.

Soluo:

Nesse caso as manivelas estariam dispostas a 120o uma da outra, e a ordem de

queima seria 1-2-3. J o eixo de manivelas apresentaria a configurao mostrada na

figura acima. Entretanto, para possibilitar uma melhor distribuio de esforos ao longo

do eixo de manivelas, a ordem de queima pode ser melhorada. Assim, sem alterar o

ngulo de calagem, prefervel posicionar a manive la do cilindro 3 a 120o da do

cilindro 1, e a do cilindro 2 a 120o da do cilindro 3. Mas ateno! Repare que o traad o

do eixo de manivelas tambm muda, de conformidade com a figura abaixo.

Com o problema que acabamos de resolver, voc percebeu que:

Como o motor de 2 tempos e a ordem de queima 1- 3-2, quando o

mbolo do cilindro 1 estiver no PMS, no final da co mpresso:

a) o mbolo do cilindro 2 estar quase terminando a fase de admisso; e

b) o mbolo do cilindro 3 estar praticamente inici ando a fase de

compresso.

25

J vimos que a partir de 3 cilindros comea a haver certa flexibilidade com

relao ao posicionamento das manivelas. No problem a seguinte, voc ver que

possvel obter vrias ordens de queima diferentes para uma determinada disposio

dada s manivelas.

4) Sabendo que o ngulo de calagem de 120o, determine todas as ordens de queima

possveis para um motor de 4 tempos com 6 cilindros em linha, cujas manivelas foram

dispostas conforme mostrado na figura abaixo:

Soluo:

No caso so possveis quatro ordens de queima:

a) 1-2-3-6-5-4;

b) 1-2-4-6-5-3;

c) 1-5-3-6-2-4; e

d) 1-5-4-6-2-3.

Repare que das quatro possibilidades a mais salteada e, portanto, mais adequada

a terceira (1-5-3-6-2-4). Para o caso, o traado do eixo assumir a forma da figura

abaixo.

26

Para terminar esta srie de exerccios, observe a figura abaixo que a de um

motor propulsor de 2 tempos de grande porte, com 12 cilindros.

Aplicando a frmula, voc comprovar que o ngulo de calagem de 30 e,

neste caso, a nica ordem de queima possvel para a disposio que foi dada s

manivelas : 1-12-5-7-3-11-4-9-2-10-6-8.

1.7 diagrama da manivela do motor Diesel de 4 tem pos

O diagrama da manivela, tambm chamado de pura de distribuio, uma

forma simplificada de representar as fases do ciclo de um motor, considerando o ngulo

descrito pela manivela, durante cada fase do ciclo.

Para que fique bem claro o que vamos expor, trataremos aqui apenas dos

diagramas terico e prtico de um motor Diesel de 4 tempos, que como j

mencionamos, o objeto principal do nosso estudo.

Voc j sabe que o ciclo do motor de 4 tempos realizado em duas voltas do

eixo de manivelas (720) e, logicamente, apenas 1 volta do eixo de cames. J sabe

tambm que a engrenagem do eixo de cames possui o dobro do nmero de dentes da

engrenagem do eixo de manivelas. A relao de trans misso das engrenagens ,

portanto, de 2:1 (dois para um).

No motor Diesel terico, cada fase do ciclo (admis so, compresso, expanso e

descarga) necessita de 180 de giro do eixo de manivelas. Alm disso, a injeo s

comea quando o mbolo se encontra exatamente no seu PMS, no final da

27

compresso. Por isso o diagrama terico da distribu io de um motor Diesel de 4

tempos toma a forma da figura 1.21.

Como podemos ver, no diagrama terico, supe-se qu e a vlvula de admisso

inicia a sua abertura quando o mbolo se encontra exatamente no PMS e termina o seu

fechamento exatamente quando o mbolo chega ao PMI. Da mesma maneira, observa-

se que a vlvula de descarga inicia a sua abertura com o mbolo no PMI (exatamente

no instante em que a vlvula de admisso acabou de fechar) e termina o seu

fechamento exatamente quando o mbolo atinge o PMS. Consideramos tambm, no

referido diagrama, que a injeo comea com o mbol o no PMS, no final do curso de

compresso. Dessa maneira, entendemos que no motor terico de 4 tempos o eixo de

manivelas gira exatamente 180 para cada fase (aspirao, compresso, expanso e

descarga). Sabemos, entretanto, que na prtica as coisas no acontecem assim.

Para tornar possvel o funcionamento do motor com um rendimento satisfatrio,

torna-se indispensvel adotar as cotas de avanos e atrasos. Portanto, voc agora vai

conhecer o diagrama prtico, ou real, de um motor Diesel de 4 tempos.

Mas para entender melhor o que significam as cotas de avanos e atrasos na

distribuio do motor, vamos primeiramente definir cada uma delas.

Fig. 1.21

28

AAA avano abertura da admisso - o nmero de graus que falta para a

manivela de um determinado cilindro atingir o seu PMS, no instante em que a

vlvula de admisso inicia a sua abertura.

RFA retardamento ao fechamento da admisso - o nmero de graus em que

a manivela de um determinado cilindro se encontra aps o seu PMI, no instante

em que a vlvula de admisso termina o seu fechamento.

As figuras 1.22 (A) e 1.22 (B) mostram claramente o AAA e o RFA.

AAD avano abertura da descarga - o nmero de gr aus em que a manivela

de um determinado cilindro se encontra antes do seu PMI, no instante em que a

vlvula de descarga inicia a sua abertura.

RFD o nmero de graus em que a manivela de um determinado cilindro se

encontra depois do seu PMI, no instante em que a vlvula de descarga termina o

seu fechamento.

Fig. 1.22

29

A figura 1.23 demonstra o que acabamos de explicar.

CV cruzamento de vlvulas - em termos de ngulo o nmero de graus

correspondente soma do avano abertura da admis so com o atraso ao

fechamento da descarga; pode tambm ser definido como o perodo do ciclo em

que as vlvulas de admisso e de descarga permanecem simultaneamente

abertas. Nos motores superalimentados de 4 tempos o cruzamento de vlvulas

apresenta as vantagens de permitir lavagem e resfriamento adicional na cmara

de combusto.

AI avano injeo - o nmero de graus que falta para a manivela alcanar

o seu PMS, no instante em que se inicia a injeo d e combustvel no cilindro.

Fig. 1.23

30

A figura 1.24 mostra o avano injeo.

Acreditamos que agora voc esteja bem preparado para compreender o

diagrama prtico da distribuio do motor Diesel de 4 tempos. Atente ento para a

figura 1.25.

Fig. 1.24

Fig. 1.25

31

ADMISSO - repare que a vlvula de admisso comea a sua abertura um pouco antes da manivela atingir o seu PMS. o chamado AA A. Do PMS ao PMI a manivela gira 180. Aps chegar ao PMI, ainda so adicionado s ao perodo alguns graus at o fechamento total da vlvula de admisso; o chamado RFA. Podemos dizer ento que a frmula matemtica do perodo : COMPRESSO observe que a fase de compresso bem menor do q ue a de admisso, por causa dos graus que lhe foram subtra dos em favor do RFA. Assim, podemos dizer que: EXPANSO sempre de olho no diagrama, observe que a fase de expanso comea no PMS e termina alguns graus antes que a manivela chegue ao seu PMI. o chamado avano abertura da descarga (AAD). Logo, a frmula da fase de expanso : DESCARGA ao olhar para o diagrama voc logo percebe que a descarga o maior perodo do ciclo, porque alm dos 180o, ainda conta com os graus do AAD e do RFD. Assim, sua frmula matemtica : CRUZAMENTO DE V`LVULAS como j foi dito, em termos de ngulo, equivale soma do AAA com o RFD, como mostra a frmula:

hora de voc entender as razes dos avanos e at rasos. bom voc saber,

desde j, que as cotas de avanos e atrasos podem variar de motor para motor.

Vejamos ento as principais razes de suas aplica es.

admisso = AAA + 180 + RFA

compresso = 180o RFA

expanso = 180o RFD

cv = AAA + RFD

32

AAA - a vlvula de admisso inicia sua abertura antes do mbolo chegar ao PMS para

permitir um melhor enchimento do cilindro. Quanto mais ar fresco entrar no cilindro,

melhor ser a queima. Essa questo de encher o mximo possvel o cilindro muito

importante, pois quanto maior for a carga de ar, maior potncia o motor desenvolver

por cilindrada.

RFA - para que a corrente de ar que entra no cilindro no se detenha, logo que o

mbolo chegue ao PMI, adota-se o retardamento ao fechamento da admisso. Esse

atraso, juntamente com o avano a que nos referimos se completam, em razo de uma

boa carga de ar no cilindro do motor.

AAD - muito importante remover do cilindro o mximo possvel de gases queimados

depois deles cumprirem sua misso. Assim, adota-se um avano abertura da vlvula

de descarga para que, antes do mbolo chegar ao seu PMI, uma boa parte dos gases,

que j realizaram seu trabalho sobre o mbolo deixe o cilindro devido presso ainda

razovel reinante nos mesmos.

RFD - o atraso ao fechamento da descarga permite completar a limpeza interna do

cilindro, possibilitando que a presso interna no m esmo seja a mais baixa possvel, o

que facilita a entrada do ar fresco no incio da fase seguinte, que a de admisso.

AI - o avano injeo necessrio para que as gotc ulas de combustvel introduzidas

no cilindro tenham tempo de se misturar com o ar quente, absorver sua temperatura e

entrar em ignio. Esse avano depende de vrios fa tores, entre os quais destacamos:

a natureza do combustvel e

a velocidade do motor.

Com efeito, os combustveis com alto ponto de ignio exigem mais tempo para

queimar, necessitando, pois, de um avano maior. Co m relao velocidade,

dispondo-se de um determinado tempo para a queima, h necessidade de um avano

maior, quanto maior for a velocidade do motor.

33

ATENO!

O diagrama da distribuio de um motor pode aprese ntar diferentes formas. A

menos usada, entretanto, a representada na figura 1.26. Observe que se trata

tambm do diagrama da manivela de um motor Diesel de 4 tempos. Se voc

compreendeu bem o anterior. Vamos s dar uma ajudaz inha: o ciclo inicia no ponto

_____ que o nosso conhecido AAA.

A questo de alimentar o cilindro com uma carga de ar fresco mesmo muito

importante. Considerando-se a mesma cilindrada, qua nto maior for a carga de

ar no cilindro, mais potncia um motor poder desen volver. Ora, para que isso

acontea, muito importante remover o mximo poss vel de gases queimados

no final de cada ciclo. Gases queimados s fazem at rapalhar, porque, como

no podem queimar de novo, acabam empobrecendo a ca rga de ar do prximo

ciclo.

Fig. 1.26

34

UNIDADE 2

2.1 Introduo Ao contrrio do motor eltrico, a mquina Diesel necessita de sistemas auxiliares

para entrar em funcionamento e continuar funcionando pelo tempo que for necessrio.

Entre esses sistemas encontramos os seguintes: partida, lubrificao, resfriamento,

combustvel, alimentao de ar e descarga de gases. Todos eles so igualmente

importantes para o motor; entretanto, o de arranque o nico que s deve operar por

alguns segundos. Nesta unidade de ensino voc vai identificar os componentes bsicos

de cada sistema, conhecer seus princpios de funcionamento e saber de suas principais

caractersticas.

2.2 sistema de lubrificao Os motores trmicos, e em particular o Diesel, apresentam, pela sua prpria

natureza, problemas de lubrificao difceis de ser em equacionados, levando-se em

conta os seguintes fatores:

o motor desenvolve elevadas temperaturas durante a combusto.

as presses exercidas pelo ar comprimido no final da compresso so muito

elevadas;

no h como evitar-se a formao de fuligem e outr as matrias carbonceas

oriundas da combusto; e

o motor consome combustveis com teores de enxofre relativamente superiores

aos utilizados nos motores de exploso.

Por causa dos problemas acima, os engenheiros especializados em lubrificao

sempre se preocuparam com a obteno de lubrificant es com propriedades adequadas

a cada tipo de aplicao.

Finalidades do sistema de lubrificao

A principal finalidade do sistema de lubrificao do motor reduzir o atrito entre

as peas que trabalham com movimento relativo. Isto conseguido mediante o

estabelecimento de um fluxo contnuo de lubrificante entre essas peas. Ocorre,

SISTEMAS DOS MOTORES DE PROPULSO

35

entretanto, que alm de realizar sua funo princip al, o lubrificante acaba exercendo

funes secundrias de particular importncia para o motor. Entre essas funes

destacamos:

resfriamento;

vedao;

limpeza;

amortecimento de choques; e

proteo contra ataques qumicos.

O resfriamento ocorre porque, enquanto lubrifica, o leo absorve parte do calor

gerado pelo atrito entre as peas do motor e o tran sfere para o exterior em um trocador

de calor denominado resfriador de leo lubrificante .

No que diz respeito vedao, a pelcula de leo lubrificante entre os anis de

segmento e as paredes dos cilindros intensificam a vedao do ar e dos gases,

principalmente nas fases de compresso, combusto e expanso, nas quais a presso

no interior do cilindro bastante elevada.

Com relao limpeza, o lubrificante circulando n o sistema deve ser capaz de

desagregar e arrastar consigo as impurezas que se formam no mesmo, principalmente

as oriundas dos resduos da combusto. Essa limpeza deve-se a uma propriedade do

leo denominada detergncia, que da maior importncia, pois as impurezas podem

obstruir parcial ou totalmente, tubos ou galerias e orifcios de passagem do lubrificante.

A funo de amortecer choques deve-se ao fato de q ue a pelcula de leo em

determinados mancais como, por exemplo, o da conectora, sofre cargas muito

elevadas, principalmente no instante da combusto. O lubrificante dever, por suas

propriedades de resistncia de pelcula, suportar esses aumentos de carga e de

presso, de maneira a impedir o contato metlico entre as telhas dos mancais e o eixo.

A pelcula de leo lubrificante deve, tambm, proteger contra os ataques qumicos

todas as superfcies com as quais entra em contato.

Composio bsica do sistema de lubrificao

O sistema de lubrificao do motor Diesel consti tudo basicamente pelos

seguintes elementos:

36

reservatrio de leo lubrificante;

ralo;

bomba;

filtro; e

resfriador.

O reservatrio de leo lubrificante pode ser o cr ter do tipo alagado que voc

conheceu na unidade anterior, ou um tanque abaixo do mesmo e com ele comunicado

denominado poceto. Naturalmente, quando h poceto na instalao o crter do motor

do tipo seco, havendo uma comunicao entre este e o poceto abaixo do mesmo. A

figura 2.1 mostra uma instalao com crter seco e poceto.

O ralo, mostrado na figura 2.2, do tipo de chapa

multiperfurada instalado na extremidade do tubo de suco da

bomba, com o propsito de impedir que corpos estran hos

como trapo, estopa e outros, por vezes esquecidos nos

reservatrios aps uma limpeza, por exemplo, penetr em no

corpo da mesma, comprometendo o seu funcionamento.

A bomba do sistema tem por finalidade manter o lubrificante sob presso

circulando no mesmo. Ela aspira o leo do crter ou do poceto atravs de um ralo e o

envia a todos os pontos do motor onde a lubrifica o se faz necessria. Pode ser

acionada pelo prprio motor, como no caso do de peq ueno porte, ou por motor eltrico,

quando se trata de motores de mdio e de grande porte. da que vem a idia de

bombas dependentes ou independentes do motor.

Fig. 2.1

Fig. 2.2

37

O tipo de bomba mais empregado nos sistemas de lubrificao forada o de

engrenagens mostrado na figura 2.3 Nesse tipo, o lquido conduzido entre os dentes

das engrenagens e a carcaa da bomba.

No caso da figura, a engrenagem de cima gira no sentido anti-horrio e a de

baixo gira no sentido horrio. Uma dessas engrenagens recebe o movimento do seu

acionador (engrenagem acionada), fazendo girar a outra em sentido contrrio

(engrenagem conduzida).

A bomba dispe de uma vlvula reguladora de presso que permite manter

constante a presso do leo no sistema. Em caso de elevao da presso, a vlvula

abre, comunicando a descarga com a admisso da bomb a ou com o crter, mantendo

assim a presso desejada no sistema. A figura 2.4 m ostra claramente como isso

ocorre. Em (A) a vlvula est fechada e em (B) aberta.

O filtro de leo lubrificante tem por finalidade r eter as impurezas slidas menores

que conseguem passar pelo ralo, garantindo o fornecimento de uma pelcula de leo

isenta de impurezas entre as peas a lubrificar.

O filtro de leo lubrificante pode ser descartvel, devendo ser substitudo aps

determinado nmero de horas de funcionamento previsto no manual do fabricante, ou

sempre que se suspeitar que o mesmo encontra-se incapacitado de realizar

Fig. 2.4 Fig. 2.3

38

satisfatoriamente a sua funo. A figura 2.5 mostra um tipo de filtro utilizado em

motores de pequeno porte.

comum encontrarmos nos filtros dos motores de pe queno porte uma vlvula de

alvio que permite ao lubrificante passar por fora do elemento filtrante, sempre que a

presso excede a um determinado valor.

Isso acontece quando o fluido est muito viscoso (por causa do frio), ou quando

o elemento do filtro encontra-se muito sujo. Assim, conforme se observa na figura,

vlvula de alvio atua como uma proteo para o motor, pois evita uma queda de

presso no sistema provocada pela reduo do fluxo de leo. Com pouco lubrificante, o

atrito entre as peas aumenta, a temperatura sobe, o lubrificante superaquece, a

viscosidade cai excessivamente e o material das pe as funde, principalmente o dos

metais macios utilizados no revestimento das telhas dos mancais fixos e mveis.

O resfriador de leo lubrificante tem por finalida de remover o excesso de calor

absorvido pelo leo na sua funo de reduzir o atri to entre as peas. O resfriador pode

ser circulado por ar ou gua, conforme o tipo de motor. A bordo dos navios so

resfriados por gua e podem ser do tipo de feixe tubular ou de placas. Quando se trata

de um resfriador do tipo de feixe tubular, ou do tipo de tubos em U como o da figura

2.6, a gua do rio passa pelo interior dos tubos, sendo estes envolvidos pelo

lubrificante.

Fig. 2.6

Fig. 2.5

39

A presso da gua salgada deve ser um pouco superior do lubrificante, para

que em caso de furo nos tubos a gua salgada no contamine o leo do sistema. Ao

menor sinal de perda de lubrificante, deve-se imediatamente procurar por pontos de

fuga no sistema. Quaisquer vazamentos devem ser imediatamente sanados. A figura

2.7 mostra um sistema completo de lubrificao for ada utilizado no motor MWM-DT-

232-VP. Observe com redobrada ateno os vrios dispositivos de segurana e

controle utilizados no mesmo.

1. crter

2. bomba de leo lubrificante

3. bomba de leo de arrefecimento do mbolo

4. resfriador de leo lubrificante

5. vlvula termosttica (desvio do resfriador)

6. filtro de leo lubrificante

7. linha de retorno para o crter

8. eixo de manivelas

9. eixo de comando de vlvulas

10. mbolo

11. bico de arrefecimento

Fig. 2.7

40

12. tucho

13. haste ou Vareta

14. balancim

15. tubulao para a bomba injetora

16. turbocompressor

17. manmetro de leo

18. retorno de leo

19. admisso da gua de resfriamento

20. sada da gua de resfriamento

2.3 sistema de resfriamento Quando um motor funciona, o combustvel queimado na sua cmara de

combusto desprende uma grande quantidade de calor. De todo esse calor, entretanto,

apenas cerca de 40 a 50 % convertido em trabalho mecnico no eixo de manivelas. O

restante infelizmente perdido nos gases de descarga, na gua de resfriamento, por

irradiao, etc.

Finalidades do sistema de resfriamento

O sistema de resfriamento do motor Diesel tem duas finalidades: a primeira

remover o excesso de calor das peas, e a segunda resfriar o leo lubrificante, que

para desempenhar sua funo principal, acaba absorv endo muito calor. Se o excesso

desse calor no fosse removido do sistema, o lubrif icante perderia certas propriedades

e no conseguiria cumprir com a sua finalidade.

Inicialmente, gostaramos que voc entendesse que o ideal seria que o motor

no precisasse ser resfriado. Infelizmente isso no possvel. Voc deve saber que a

temperatura dos gases no interior da cmara de comb usto de um motor Diesel

moderno aproxima-se dos 2000 C. Esta temperatura superior de fuso da maioria

dos metais e ligas que voc conhece. Esse fato, por si s, j explica claramente a

necessidade do resfriamento dos motores. A remoo do excesso de calor das

paredes dos cilindros, cabeotes, mbolos, injetores e do prprio leo lubrificante,

continua sendo indispensvel para a continuidade do funcionamento do motor.

Entretanto, o resfriamento no deve ser excessivo, pois, quanto mais resfriamos um

motor, mais diminumos o seu rendimento trmico.

41

Os sistemas de resfriamento dos motores Diesel dos navios fluviais utilizam

normalmente a gua doce (potvel) e a gua do rio como agentes arrefecedores.

Nesses navios, o usual utilizar a gua doce circulando no motor propulsor, sendo esta

resfriada posteriormente pela gua do rio. Entretanto, nada impede que encontremos a

bordo desses mesmos navios, motores de menor porte como, por exemplo, os que

acionam geradores auxiliares, resfriados somente por ar, ou por ar e gua. Assim,

podemos encontrar diferentes arranjos de sistemas de resfriamento, sendo que os mais

comuns sero descritos a partir de agora.

Tipos de sistemas de resfriamento

Entre os sistemas de resfriamento utilizados nos motores Diesel dos navios

fluviais encontramos: o resfriamento direto por gua do rio, o indireto (combinado gua

e ar) e o indireto (gua potvel e gua do rio)

Resfriamento direto por gua

Foi o primeiro sistema de resfriamento por gua utilizado nas embarcaes.

Trata-se de um sistema rudimentar e obsoleto que hoje s utilizado em motores de

embarcaes midas que navegam em rios, pois o efei to da corroso no muito

acentuado. Na sua forma mais comum, o resfriamento direto por gua obtido da

maneira mostrada na figura 2.8.

Atravs da vlvula de fundo e do ralo, uma bomba, acionada pelo prprio motor,

aspira a gua do rio e descarrega-a para o resfriador de leo, de onde vai para as

cmaras de resfriamento apropriadas em volta dos ci lindros e cabeote do motor,

sendo em seguida descarregada para o rio. Esse sistema s utilizado em motores

muito pequenos. Como voc deve imaginar, as vantagens desse sistema so a sua

simplicidade e o seu baixo custo. Como grande desvantagem a impregnao de lama

Fig. 2.8

42

que se agrega s paredes internas do bloco e extern as das camisas dos cilindros,

dificultando a transferncia de calor para a gua.

Resfriamento indireto (combinado por ar e gua)

A caracterstica de todos os sistemas de

resfriamento do tipo indireto que nele so utilizados

dois fluidos arrefecedores. O resfriamento indireto

combinado pode ser feito por gua potvel e ar ou por

gua potvel e gua do rio. Nesse sistema, uma bomba

faz a gua doce circular em volta das camisas dos

cilindros e nas cmaras de gua existentes no cabeote

do motor e na carcaa da turbina da unidade de

superalimentao, absorvendo o excesso de calor das mesmas e conduzindo-o para

um reservatrio denominado radiador. No radiador o ar forado sobre as aletas desses

tubos remove da gua de circulao do sistema (gua potvel), o excesso de calor

absorvido no motor. A bomba, o radiador e a vlvula termosttica, so os principais

componentes do sistema. A bomba do tipo centrfuga, sendo acionada pelo prprio

motor, como mostra a figura 2.9.

.

O radiador um tanque constitudo de um reservat rio superior e um inferior

ligados entre si por um conjunto de tubos alhetados denominado colmia. Como no

poderia deixar de ser, a gua trabalha no interior dos tubos e o ar envolve os mesmos e

as suas alhetas. Estas servem para aumentar a superfcie de contato com

Fig. 2.9

Fig. 2.10

43

o ar, aumentando dessa feita a eficincia do sistema de resfriamento. A figura 2.10

mostra um radiador completo.

A vlvula termosttica (a), por sua vez, tem por finalidade controlar o fluxo da gua de

resfriamento por dentro ou por fora do radiador, quando a temperatura da mesma

muito alta ou muito baixa para o sistema. Assim, ela deve manter a temperatura da

gua de circulao dentro das condies desejadas. Observe a mudana na direo do

fluxo nas figuras 2.11 A e B.

No caso dos motores estacionrios, a ventoinha do radiador, que acionada

diretamente pelo motor por meio de correia e polias, serve para aumentar o fluxo de ar

atravs da colmia. No caso dos motores automotivos modernos, o funcionamento da

ventoinha (que acionada por motor eltrico), controlado por um sensor de

temperatura da gua do motor. Com o veculo em movimento, o prprio deslocamento

permite uma boa corrente de ar atravs da colmia. Assim, a ventoinha pode entrar e

sair automaticamente de funcionamento, de acordo com a necessidade e, nesse caso,

o sistema automtico deve ligar e manter a ventoinha funcionando at que a

temperatura da gua atinja o valor desejado.

ATENO!

Fig. 2.11

No correta a atitude de um mecnico que elimina a vlvula

termosttica do sistema quando ela apresenta defeit o. Certo mesmo

substitu-la. Voc saberia explicar por qu?

44

Resfriamento indireto combinado por gua potvel e gua do rio.

Este , sem dvida alguma, o sistema mais empregado a bordo dos navios

fluviais. Nele, uma bomba centrfuga, acionada por motor eltrico ou pelo prprio motor

de combusto utilizada para circular gua potvel pelos espaos apropriados no

interior do motor. Depois de absorver calor do motor, essa gua passa por dentro de

um aparelho denominado resfriador de gua doce, onde troca calor com a gua do rio

que passa pelo interior dos tubos ou das placas do mesmo. A gua do rio, por sua vez,

aspirada por uma bomba centrfuga dependente ou independente do motor, e

descarregada para o resfriador, de onde retorna novamente ao rio. A exemplo do

sistema anterior h tambm uma vlvula termosttica que controla a passagem da

gua do motor pelo resfriador. A gua do rio antes de passar no resfriador da gua de

circulao do motor, passa no resfriador de leo lu brificante.

Atentando para a figura 2.12, podemos identificar os componentes bsicos do

sistema.

Fig. 2.12

45

Agora que voc j conhece a composio bsica do sistema, vejamos a funo

de cada um deles:

tanque de expanso Tem por finalidade absorver os efeitos do aumento de

volume da gua quando aquece, e tambm para compensar as perdas no

sistema devidas a fugas por engaxetamentos de vlvulas, selos ou gaxetas de

bombas, evaporao, etc.

vlvula de comunicao Serve para comunicar o tanque de combustvel com

o resto do sistema. Com o motor em funcionamento deve ficar completamente

aberta.

bomba centrfuga de gua doce Serve para fazer a circulao da gua doce

no sistema.

resfriador de gua doce o aparelho trocador de calor aonde a gua doce

quente vinda do motor perde calor para a gua do mar.

vlvula termosttica Controla a temperatura ideal da gua doce do o motor,

deixando passar mais ou menos gua pelo radiador ou do rio.

vlvula de fundo Fixada com parafusos no casco da embarcao, serve para

permitir a entrada da gua do mar no sistema.

ralo Serve para proteger a bomba, impedindo a entrada no sistema de sujeira,

peixes midos e outras espcies marinhas.

bomba de gua de circulao Tambm do tipo centrfuga, sua finalidade

aspirar a gua do rio para circular o resfriador de gua doce do motor.

vlvula de descarga para o rio ou mar Situada no costado da embarcao,

serve para descarregar a gua de circulao de volta ao rio.

46

Sistema de resfriamento submerso GRID COOLER (re sfriador de grade)

Esse sistema vem sendo muito utilizado nos empurradores fluviais mais

modernos. O resfriador de grade ou (grid cooler), mostrado na figura 2.13, instalado

no lado de fora do casco, r ou na lateral, numa cavidade apropriada. O sistema

simples e a diferena mais acentuada entre ele e o que acabamos de estudar que o

resfriador, formado por uma grade de tubos, fica imerso na gua do meio em que o

navio navega e, portanto, no necessita de bomba pa ra circular a gua do rio.

As figuras 2.14 e 2.15 mostram a instalao do grid cooler na parte de r e na lateral do

casco da embarcao. Trata-se, na verdade, de um ap erfeioamento do antigo sistema

de resfriamento sob quilha que foi muito utilizado nos antigos barcos pesqueiros da

Regio Amaznica.

2.4 sistema de combustvel A finalidade do sistema de combustvel enviar, para dentro dos cilindros, a

quantidade de combustvel adequada carga com a qu al o motor opera.

A composio bsica de um sistema de combustvel mostrada na figura 2.16.

Vamos ento identificar cada componente:

Fig. 2.13

Fig. 2.14 Fig. 2.15

47

Nomenclatura:

a. tanque de combustvel

b. vlvula de comunicao

c. pr-filtro

d. bomba alimentadora

e. bomba injetora

f. comando manual da bomba

g. filtro

h. injetor de combustvel

i. linha de retorno

j. regulador de velocidade

Agora que j identificamos os componentes, vejamos a finalidade de cada um

deles:

tanque de combustvel Reservatrio onde colocado o leo combustvel a s er

queimado no motor.

Fig. 2.16

48

vlvula de comunicao Comunica ou interrompe o fluxo de combustvel para

o motor.

pr-filtro como o nome sugere, responsvel pela primeira filtragem do

combustvel; normalmente transparente e possui uma vlvula de dreno para

possvel remoo de gua e borra.

bomba alimentadora Aspira o combustvel do tanque e o envia sob presso

para a admisso da bomba injetora. acionada mecan icamente pelo prprio

motor.

comando manual da bomba alimentadora Utilizado quando se deseja fazer a

escorva (retirada de ar) do sistema.

filtro de combustvel Tem a finalidade de no deixar que impurezas slid as no

combustvel passem para os injetores. H vrios tipos de filtros, como os de

feltro, os de tela fina e os de papel prensado, sendo alguns deles descartveis.

bomba injetora de combustvel Tem a finalidade de dosar a quantidade de

combustvel, de acordo com a carga do motor, e envi-lo em alta presso para

os injetores.

injetor Tambm chamado de bico injetor, ou vlvula de injeo, o elemento

que introduz o combustvel no cilindro de forma pulverizada.

linha de retorno Permite que a sobra de combustvel do injetor retorne para o

sistema.

regulador de velocidade embora no seja considerado como elemento do

sistema de combustvel, esse dispositivo regula a velocidade do motor atuando

na cremalheira da bomba injetora. dessa maneira q ue a bomba aumenta ou

diminui a quantidade de combustvel enviada aos injetores.

A bomba injetora, que voc v no sistema , na verdade, um conjunto de 4

pequenas bombas alternativas montadas em uma nica carcaa. Esse conjunto de

49

bombas acionado por um eixo de ressaltos, que por sua vez acionado pelo prprio

motor.

Funcionamento da bomba Bosch

A figura 2.17 mostra em corte um elemento da bomba Bosch. Observe que o

mbolo apresenta um rasgo vertical e um rasgo helicoidal (em forma de hlice). O

tucho imprime ao mbolo um movimento alternado no interior do cilindro da bomba.

Esse cilindro possui duas aberturas diametralmente opostas, denominadas janelas.

Quando essas janelas so abertas pelo prprio mbolo, durante o seu movimento de

descida, o combustvel vindo da bomba alimentadora para a cmara em volta das

janelas do cilindro penetra no mesmo fazendo o seu enchimento. Essa presso

relativamente baixa, da ordem de 4 a 6 bar. No movimento de subida, o mbolo

comprime o combustvel que, agora em alta presso, levanta a vlvula de reteno

situada na descarga da bomba, constituda das seguintes partes:

Repare que a cremalheira, acionada manualmente ou por meio do regulador de

velocidade, engrena na bucha dentada que na sua parte inferior tem um rasgo onde se

aloja a asa do mbolo. Isso permite que ao ser movimentada para um lado ou para o

outro, a cremalheira obrigue o mbolo a girar alguns graus num ou noutro sentido. A

descrio foi feita em linhas gerais. Agora voc precisa saber como a bomba controla a

1. cilindro ou bucha

2. mbolo

3. cremalheira

4. copeta ou esbarro superior

da mola

5. copeta ou esbarro inferior

da mola

6. mola de recuperao do

mbolo

7. encaixe do flange do

mbolo

8. flange do mbolo

9. luva de regulagem Fig. 2.17

50

quantidade de combustvel enviada ao injetor, de acordo com a carga do motor. Para

isso, acompanhe a nossa explicao observando as fi guras 2.18 A, B e C.

Quando o mbolo no seu curso descendente descobre as janelas (figura 2.18 A),

o combustvel penetra no cilindro. Ao movimentar-se para cima, o mbolo cobre as

janelas do cilindro (figura 2.18 B), iniciando a compresso do leo combustvel. Este,

sob alta presso, vence a resistncia da mola da vlvula de reteno na descarga da

bomba, levantando-a de sua sede e permitindo a descarga do combustvel.

Quando o mbolo alcana a posio mostrada na refe rida figura (2.18 C), o

rebaixo helicoidal descobre a janela de contorno e o combustvel, que estava sendo

comprimido, escapa do cilindro pelo seguinte caminho: rasgo vertical, rebaixo helicoidal

e janela de contorno. Assim termina a injeo. Como a presso no interior do cilindro

cai bastante, a vlvula de reteno, na descarga da bomba, fecha imediatamente por

ao da sua mola.

Na etapa que acabamos de descrever, consideramos apenas o movimento

alternado do mbolo, na situao de dbito mximo da bomba. fcil perceber que,

entre o dbito nulo e o dbito mximo da bomba, existe uma infinidade de dbitos

diferentes. Para cada nova condio de carga do mot or, a cremalheira tem que ser

movimentada para fazer girar um pouco o mbolo num ou noutro sentido, aproximando

ou afastando o rebaixo helicoidal da janela de contorno, variando a quantidade de

combustvel enviada ao injetor. A figura 2.19 mostra as posies do mbolo em relao

janela de contorno nas condies de 100% e 50% da carga, em vazio e na condio

de motor parado; observe que as posies a e b representam as fases de admisso

e compresso do combustvel.

Fig. 2.18

51

Funcionamento da vlvula de injeo de combustv el

O combustvel chega vlvula de injeo, ou inje tor, (figura 2.20) por meio do

tubo de alta presso (1). Um canal interno (2) cond uz o combustvel at cmara de

presso (3), que cerca a extremidade da vlvula de agulha (4), que mantida

firmemente assentada na sua sede pela ao do conju nto formado pela haste 5 e pela

mola 6. O combustvel em alta presso exerce um emp uxo entre a ponta da agulha e o

seu assento. To logo esse empuxo torne-se superior ao da mola (6), a agulha

levantada de sua sede dando passagem ao combustvel em forma pulverizada,

iniciando assim a injeo. Depois que a quantidade dosada pela bomba penetra no

cilindro, a presso baixa e a agulha cai em seu ass ento, fechando a passagem do

combustvel.

Teste de uma vlvula de injeo de combustvel

A figura 2.21.mostra um aparelho de teste de vlvulas de injeo convencionais.

O sistema consta essencialmente de um depsito com filtro interno para combustvel,

uma bomba de alta presso, um manmetro e dois tubo s, um ligando o depsito

bomba e o outro ligando esta vlvula a ser testada.

Fig. 2.19

Fig. 2.20

52

O manmetro de preciso e permite a leitura dos v alores de presso a que a vlvula

vai sendo submetida durante o teste. Como pode ser visto na figura, a bomba do

aparelho acionada manualmente pelo operador, que com uma chave de fenda est

atuando no parafuso de regulagem da vlvula.

Calagem de uma bomba injetora

Todas as bombas injetoras de combustvel possuem marcas de referncia para

montagem. As bombas Bosch de comando prprio, por e xemplo, trazem referncia na

sua engrenagem de comando. J as sem comando prprio, por serem individualmente

instaladas no motor, dispem normalmente de uma jan ela de ponto ou de sincronizao

na sua carcaa. Observe que na parte superior do tu cho h um parafuso de regulagem

com uma porca de fixao. Vejamos ento, como deve ser feita a sincronizao ou

calagem desse tipo de bomba injetora.

No incio da injeo, a marca que aparece na capa do seguidor da bomba

(pea interna mvel, em amarelo) dever estar em co incidncia com as marcas feitas

nas bordas da janela de sincronizao, como mostrad o na figura 2.22 A. Portanto, se a

Fig. 2.21

Fig. 2.22

53

marca do avano injeo estiver gravada no volant e, basta voc girar o volante do

motor e buscar o ngulo correspondente posio do incio da injeo. Feito isto,

verifique se houve ou no a coincidncia da marca da capa do seguidor da bomba com

as marcas existentes nas bordas da janela de inspe o. Se no houver, voc pode

retirar a bomba do motor para ter acesso ao parafuso de regulagem, folgar sua porca e

enrosc-lo ou desenrosc-lo um pouco, sempre recolocando a bomba aps cada

regulagem, at que se atinja a condio adequada. q ue a mostrada na figura 2.22 B.

No esquea que quando se encontra o ponto certo, d eve-se travar o parafuso por

meio da porca de fixao, antes de reinstalar a bom ba em definitivo.

Uma outra maneira de se encontrar o ponto certo retirar ou colocar calos

entre o flange de assentamento da bomba e a plataforma do motor sobre a qual ela

montada.

A operao que acabamos de descrever um tanto la boriosa porque, embora

voc tenha convico do que est fazendo, obrigado a contar com as tentativas de

acertar a posio ideal, cada vez que retira a bomb a, d um pequeno giro no parafuso

e torna a recoloc-la.

Sistema de injeo eletrnica de combustvel

A injeo eletrnica (figura 2.23) hoje uma real idade a bordo de muitos navios

mercantes. Por isso mesmo, vamos fazer um breve estudo do referido sistema, cujo

funcionamento resume-se no seguinte: o combustvel aspirado do tanque de servio,

atravs de um filtro, por uma bomba eltrica de baixa presso (bomba alimentadora).

Esta bomba envia o combustvel para a admisso da b omba de alta presso, a qual

eleva substancialmente a presso do combustvel e o envia para um coletor comum

(common rail), onde um sistema de controle sofisticado mantm a presso constante

(em cerca de 1350 bar).

54

Os bicos injetores, eletronicamente controlados por uma ECU (Unidade de Controle

Eletrnico), introduzem o combustvel atomizado nos cilindros do motor. Na realidade, a

CPU envia sinais eltricos de duraes variadas par a ativar a bobina da vlvula de

injeo eletromagntica, controlando assim o tempo das injees. A ECU, portanto,

processa, em milsimos de segundo, milhares de informaes tais como: giro do motor,

acelerao exigida e temperatura do ar, determinand o exatamente a quantidade de

combustvel a ser injetado nos cilindros em funo da carga a que o

motor estiver submetido. Para que isso seja possvel, vrios sensores so instalados no

motor. A Unidade de Controle Eletrnico gerencia i nclusive a injeo piloto,

otimizando a combusto. Em consequncia, obtm-se um timo desempenho com

sensvel reduo na emisso de gases poluentes, con sumo de combustvel, e

vibraes, viabilizando, assim, um funcionamento ho mogneo do motor.

Manuteno do sistema de combustvel

A manuteno de rotina de um sistema de combustve l resume-se praticamente

no seguinte:

a) verificao do nvel e da qualidade do leo comb ustvel no tanque de servio;

b) limpeza dos filtros;

c) drenagem de gua acumulada em tanques e filtros;

d) extrao de ar que possa penetrar no sistema (es corva).

e) eliminao de vazamentos

f) limpeza no motor para facilitar a localizao de fugas de combustvel

As bombas injetoras e os injetores so normalmente revisados em terra por

oficinas especializadas. absolutamente recomendvel que se tenha a bordo pelo

Fig. 2.23

55

menos um jogo de sobressalentes do sistema de inje o (filtro, bomba alimentadora,

injetor e bomba injetora).

IMPORTANTE!

A utilizao do leo pesado nos navios fluviais

At agora temos estudado os motores Diesel queimando apenas leo Diesel.

Entretanto, os navios fluviais mais novos, pertencentes s maiores companhias de

navegao da Amaznia, esto adquirindo seguidament e navios com tecnologia de

leo pesado, sendo normalmente utilizado o IFO 180 cts. Ora, para que esse tipo de

combustvel possa queimar nesses motores, a instalao de mquinas tem que ser

acrescida de um maior nmero de componentes.

Entre as vrias exigncias, o navio necessita de uma fonte de aquecimento para

esse tipo de combustvel. Essa fonte pode ser vapor oriundo de uma caldeira, leo

trmico ou energia eltrica alimentando resistores. Alm disso, necessita de tanques de

decantao, centrifugadores, aquecedores, filtros a utomticos, viscosmetro, etc. Todos

esses componentes so necessrios, pois o leo pesado chega a bordo contaminado

principalmente com gua e borra. Se o leo pesado no for muito bem tratado, o motor

sofrer desgastes excessivos; lembre-se que o prprio combustvel que serve de

lubrificante para certos pontos vitais do sistema como, por exemplo, os mbolos e

camisas das bombas injetoras. Alm de inmeros problemas durante o funcionamento,

resultando em reduo da performance do motor, ocor re tambm um aumento das

emisses poluentes decorrentes de m combusto.

O ar, a gua e a borra so os maiores inimigos do s istema de combustvel. O ar no deixa o motor funcionar. Para remov-lo devemos escorvar o sistema. Escorva a operao de se reti rar o ar do sistema enchendo os espaos com leo combustvel . A presena de gua no combustvel pode impedir o mo tor de partir ou provocar a sua parada em momento crtico. A gua removida por drenagem aps sedimentao, e por meio de um centri fugador operando como purificador. A borra causa desgaste excessivo nos componentes do sistema de combustvel, provoca prendimento dos mbolos das bo mbas injetoras e obstruo dos furos dos injetores, comprometendo se riamente o funcionamento do motor. Para elimin-la do combust vel use o centrifugador .

56

Nos navios da atualidade, os combustveis dos tanques de servio de leo Diesel

e leo pesado so admitidos num mdulo de condicionamento de combustvel .

O combustvel de cada tanque de servio a ser adm itido no mdulo de

condicionamento previamente tratado pelos processos de decantao e

centrifugao. Portanto, a partir dos tanques de ar mazenamento, tanto o leo Diesel

quanto o pesado so primeiramente enviados para os tanques de decantao por uma

das bombas de transferncia. Nesses tanques de decantao, ou sedimentao, o

processo de separao de impurezas ocorre graas diferena de densidades. Assim,

aps algumas horas de repouso no tanque, uma boa pa rte de gua e borra presentes

nesses combustveis pode ser eliminada pelas vlvulas de dreno dos referidos tanques.

Mas como esse simples processo de separao no sat isfaz s exigncias dos

sistemas de injeo dos motores Diesel, um centrifu gador de leo Diesel e outro de

leo pesado aspiram os combustveis desses tanques , e os processam, removendo

praticamente toda a gua e borra neles contida e os enviam para os tanques de servio

do motor. A figura 2.24 d uma idia mais precisa do que acabamos de explicar.

Fonte: UNITEST, VIRTUAL ENGINE ROOM 1998-2006, Stefan Kluj

O mdulo de condicionamento de combustvel

O mdulo de condicionamento de combustvel proje tado para assegurar

limpeza, presso, temperatura e viscosidade na raz o de fluxo especificada pelos

Fig. 2.24

57

fabricantes dos motores Diesel martimos. Esse md ulo mais conhecido a bordo com

o nome de unidade booster de leo pesado.

Vrias configuraes foram projetadas para esses m dulos, mas a experincia

demonstrou que o sistema pressurizado em dois estgios vem sendo preferido em todo

o mundo, isso porque os sistemas de simples estgio apresentam inconvenientes como

a dificuldade no controle e a tendncia de sofrer a partir da cavitao e desgaseificao

associada a problemas de alta temperatura do combustvel.

Pela sua enorme aceitao no mercado mundial, noss o estudo ser feito com

base no mdulo de condicionamento da Alfa Laval mos trado na figura 2.25.

,

.

Fonte: http://www.alfalaval.com/solution_finder/products/fcm/Pages/FCM.aspx. Acesso em out. 2008

Trata-se de um mdulo compacto e muito simples de instalar. Como podemos

observar na figura 2.26, todos os seus componentes, incluindo tubos, vlvulas,

aquecedores, bombas, filtros e viscosmetro so ins talados em uma mesma base. A

estrutura suporta tambm um armrio tendo em sua parte inferior os dispositivos de

partida e na superior um avanado sistema de contro le de processo.

Fig. 2.25

58

Fonte: UNITEST Marine Training Software, Engineering CBT, Operators Handbook

Funcionamento do mdulo de condicionamento de co mbustvel

O mdulo de condicionamento de combustvel Alfa La val um sistema

amplificador pressurizado constitudo de dois estgios que utiliza a viscosidade como o

parmetro primrio de controle. No primeiro estgio, tambm chamado de estgio de

baixa presso, o combustvel mantido numa presso de 4 bar. J no segundo estgio,

ou estgio de alta presso, a faixa de operao sit ua-se entre 6 e 16 bar, dependendo

das exigncias do fabricante do motor a ser alimentado pelo mdulo.

O leo do tanque de servio entra no estgio de ba ixa presso por meio da

vlvula de trs vias e admitido em uma das bombas de suprimento, sendo uma

reserva da outra. Naturalmente, quando uma est em operao, a outra est em modo

de espera (stand-by). A operao desse primeiro est gio elimina os problemas de

gaseificao e cavitao, associados s altas tempe raturas do combustvel (120 a 150

C.). Isso assegura um mesmo fluxo de combustvel e protege a bomba contra danos.

Um filtro automtico de alta performance com um mnimo de manuteno,

fabricado pela prpria Alfa Laval e dotado de um co ntorno manual que permite a

remoo de qualquer partcula presente no combustv el que poderia causar problemas

para o motor..

Fig. 2.26

Fig. 2.26

59

Um transmissor de fluxo, instalado no lado de presso das bombas de

suprimento, monitora o consumo de combustvel. Como opo, um transdutor de fluxo

de massa pode ser instalado.

O elemento final do estgio de baixa presso o tubo de mistura com funo de

desaerao. nele que o combustvel novo mistura do com o combustvel quente que

retorna do motor. Esse retorno de combustvel controlado por uma vlvula reguladora

de presso que faz parte do prprio sistema do moto r e que responsvel por manter a

presso constante na admisso das bombas injetoras, independente da variao do

consumo decorrente da variao da velocidade do mot or. Assim, o combustvel novo

entra pela vlvula de trs vias de acordo com o consumo do motor. Gases que se

acumulam nesse tubo so automaticamente descarregad os para o tanque de servio

de leo combustvel, sendo que um permanente colch o de ar no interior do tubo reduz

as flutuaes de presso dentro do sistema. Se a bo mba de suprimento falhar, o

sistema automaticamente a substituir pela que estava em modo de espera.

Do tanque de mistura o combustvel flui para o segundo estgio ou estgio de

alta presso, sendo a razo de fluxo estabelecida n a real razo de consumo, para

prevenir falta de combustvel para o trabalho normal dos injetores. Obviamente as

mltiplas razes de fluxo no sistema so determinadas pelo fabricante do motor.

Do estgio ou seo de alta presso fazem parte as duas bombas de circulao

dimensionadas para prover um fluxo total requerido pelo fabricante do motor. Essas

bombas operam do mesmo modo que as do primeiro estgio, sendo uma reserva da

outra. Naturalmente, se a que estiver em operao f alhar, o sistema ativar a outra

sendo disparado um alarme. Uma lmpada acesa indica r qual das bombas estar em

operao.

Os aquecedores de combustvel so do tipo de placa s. So projetados para

operar com presses e temperaturas elevadas at (16 bar e 170C).

O transdutor de viscosidade, cujo sensor responsvel pela medio da

viscosidade do combustvel e envio do um sinal para o controlador. No referido

equipamento o sinal comparado com o valor de viscosidade determinado pelo

60

fabricante do motor e em caso de desvios do valor desejado eles so corrigidos pelo

ajuste do fluxo da fonte de aquecimento do aquecedor (vapor ou leo trmico)..

O controlador de processo quem monitora e controla as funes do sistema,

mostrando os valores processados e os alarmes em termos bem claros. O processo

padro de leitura inclui viscosidade, temperatura d e sada e razo de consumo de

combustvel.

2.5 sistema de alimentao de ar De acordo com o processo de admisso de ar, o moto r Diesel pode ser: de

aspirao natural ou superalimentado.

Motor de aspirao natural e motor superalimenta do

O motor de aspirao natural (figura 2.27), quan do aspira o ar nas condies

em que se encontra na atmosfera; ou seja, na press o e temperatura que ns, seres

humanos, aspiramos. Por sua vez, o motor superalimentado aquele no

qual o ar aspirado da atmosfera comprimido antes de ser enviado aos cilindros do

motor. Essa compresso, na maioria das vezes, feita por meio de um compressor

rotativo acionado por uma turbina, sendo o conjunto denominado turbocompressor. A

figura 2.28 mostra um motor de 4 tempos superalimentado. Observe que no referido

sistema aparecem dois outros componentes: o resfriador de ar e o caixo de ar de

superalimentao, que juntamente com o turbocompres sor, sero estudados em

seguida.

Fig. 2.27

61

O fato de se utilizar um turbocompressor no processo de superalimentao

permite que esses motores sejam tambm denominados de turboalimentados ou

turbocarregados. As partes principais da unidade turbocompressora so as seguintes:

carcaas do compressor e da turbina;

rotor; e

mancais do compressor e da turbina..

Funcionamento da unidade turbocompressora

A figura 2.29 mostra uma unidade turbocompressora da Brown Boveri. Seu

princpio de funcionamento resume-se no seguinte: os gases de descarga dos cilindros

do motor Diesel entram na carcaa da turbina pelo c anal (1). Essa carcaa

Fig. 2.28

62

possui espaos ocos denominados jaquetas, destinad os circulao da gua de

resfriamento. Passando pelo expansor (2), os gases atuam nas palhetas (3) da roda da

turbina e movi