máquinas de propulsão

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máquinas de propulsão
MÁQUINAS DE PROPULSÃO
MARÍTIMO
2
Sumário
1
1.1
1.2
1.2.1
1.3
1.4
1.5
1.5.1
1.5.2
1.5.3
Conceitos Básicos ............................................................................................. 5
Energia ................................................................................................................ 5
Trabalho ............................................................................................................... 5
Potência ............................................................................................................... 5
Rendimento térmico ............................................................................................ 11
Combustão ......................................................................................................... 12
Máquinas de combustão ..................................................................................... 13
Funcionamento dos motores do ciclo Diesel ....................................................... 15
Classificação das máquinas alternativas de combustão interna ......................... 19
Vantagens e desvantagens do motor Diesel sobre o Otto .................................. 20
2
2.1
2.2
2.3
Motores empregados na propulsão de embarcações ................................... 23
Principais componentes motor ............................................................................ 23
Sintomas de mau funcionamento dos motores ................................................... 32
Providências básicas para colocar o motor em funcionamento .......................... 36
3
3.1
3.2
3.3
3.3.1
3.4
3.4.1
3.4.2
3.5
3.5.1
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
Sistemas dos motores propulsão ................................................................ 40
Sistema de lubrificação ....................................................................................... 40
Manutenção da perfeita lubrificação do motor .................................................... 45
Sistema de resfriamento ..................................................................................... 45
Tipos de sistemas de resfriamento ..................................................................... 46
Sistema de combustível ...................................................................................... 51
Funcionamento da bomba Bosch ....................................................................... 53
Cuidados a obsevar na manutenção do sistema de combustível ....................... 55
Sistema de admissão de ar................................................................................. 56
Cuidados necessários ao sistema de admissão de ar ....................................... 58
Sistemas de partida utilizados em motores de combustão ................................. 59
O Sistema de descarga ...................................................................................... 63
O Motor Propulsor com recurso Emergencial de Esgotamento ......................... 64
O Motor propulsor possibilitando a geração de energia elétrica a bordo ............ 65
Manutenção ....................................................................................................... 66
4
4.1
Equipamentos de propulsão .......................................................................... 69
Principais componentes do sistema de propulsão .............................................. 69
Bibliografia .................................................................................................................. 75
3
4
1 Conceitos básicos
1.1 Energia
No mundo moderno fala-se muito em energia por causa da sua enorme importância
na nossa vida. Com certeza algum dia você já ficou algumas horas sem energia elétrica
em sua casa e pode sentir a importância dessa forma de energia em sua vida. Não tem
programa de TV, não tem roupa passada, não tem som, não tem banho quente, não tem
computador, pode até não ter água pra beber porque o motor da bomba d’água do prédio
funciona com energia elétrica.
Mas afinal, o que é energia?
Pode-se dizer que energia é a capacidade de realizar trabalho. Em
outras palavras, a energia é um trabalho contido ou conservado.
Enquanto se encontra assim, não se observa nenhum efeito. Entretanto,
quando se liberta, percebe-se claramente que ela realiza algum tipo de
trabalho. A água da represa de Tucuruí, por exemplo, tem energia e
por isso pode realizar trabalho movimentando as turbinas, que por
sua vez acionam os geradores de eletricidade da hidroelétrica. Um
arco encurvado tem energia para atirar uma flecha no ar. Uma
quantidade de óleo Diesel tem energia pois, quando
queimado, pode fazer um motor funcionar para
acionar um carro ou um navio.
Formas de energia
A energia se apresenta sob diversas formas a saber: radiante, química, térmica,
elétrica, luminosa, hidráulica, mecânica, magnética, sonora, etc. A energia que nos chega
do sol é radiante. Uma bateria de automóvel produz energia elétrica a partir da energia
química. A energia química do combustível que queima em uma caldeira transforma-se
em energia térmica quando produz vapor. A energia elétrica transforma-se em energia
luminosa quando alimenta uma lâmpada. A água em uma represa possui energia potencial
hidráulica e, portanto, energia mecânica.
Conservação da energia
O Princípio da Conservação da Energia estabelece que “Na natureza nada se perde,
nada se cria, tudo se transforma ou em matéria ou em energia”. (Lavoisier-Einsten).
Portanto, a energia não pode ser criada ou destruída, mas apenas transformada. O
aparecimento de uma certa forma de energia é sempre acompanhado do desaparecimento
de outra de igual quantidade.
A usina hidráulica (hidroelétrica), representada basicamente na figura 1, foi idealizada
a partir de uma queda d’água.
A água em queda atua nas pás de uma turbina fazendo-a girar. Esse movimento de
rotação é transmitido ao eixo de um gerador de energia elétrica e, através de cabos
condutores, essa energia chega aos seus consumidores.
5
MAQ
A usina térmica, mostrada de forma elementar na figura , opera com carvão, petróleo
ou gás queimando no interior da fornalha de uma caldeira. O calor da queima do combustível
é utilizado para produzir o vapor d’água que aciona uma turbina, que por sua vez aciona
um gerador de eletricidade. A energia elétrica é, em seguida, enviada para os consumidores.
Você já tem uma idéia razoável do que é energia e de como ela pode ser
transformada. Agora precisa compreender o que deve ser entendido como energia potencial,
energia cinética e energia mecânica.
Energia potencial
Quando você puxa para trás a corda de um arco, armazena energia potencial nele
para que depois ele possa realizar o trabalho de atirar a flecha. Quando você dá corda em
um relógio, você põe energia potencial na mola dele, para que em seguida ela possa
colocar os ponteiros em movimento. A água de uma cachoeira, antes da queda, possui
energia potencial; na queda pode acionar as pás de uma turbina. Quando você levanta
um corpo, dá energia potencial a ele. Portanto, energia potencial é energia armazenada
ou de posição.
6
Dizemos então que um sistema possui energia potencial quando a ele podemos
associar uma possibilidade de movimento. A palavra potencial quer dizer “que pode vir a
ser movimento”. Matematicamente, a energia potencial é expressa pela fórmula:
E p = m.g.h
onde:
Ep = energia potencial;
m = massa do corpo;
g = aceleração da gravidade; e
h = altura que o corpo se encontra do solo.
Energia cinética
Dizemos que um sistema possui energia cinética em relação a um dado referencial
quando ele está em movimento em relação a esse referencial.
Um martelo que se move pode exercer uma força num prego e fazê-lo penetrar
numa tábua. Um automóvel movendo-se a grande velocidade pode derrubar um muro,
realizando trabalho. Esses são alguns exemplos de energia cinética. Energia cinética é,
portanto, a energia devida ao movimento.
A fórmula matemática da energia cinética é a seguinte:
m.v 2
Ec =
onde:
2
Ec = energia cinética;
m = massa do corpo; e
v =velocidade.
A energia potencial está na possibilidade do movimento e a energia cinética
está na realização do movimento.
Durante toda a sua vida você estará controlando modificações de energia. Vejamos
um exemplo bem corriqueiro:
Quando você liga o motor de arranque do seu carro, a energia química da bateria
se transforma em energia elétrica que produz trabalho fazendo girar o motor do carro. Daí
por diante, a energia potencial (química) da gasolina se transforma em energia cinética e
movimenta os pistões do motor que fazem as rodas do carro girar. Enquanto o carro corre,
parte da energia química da gasolina é usada para vencer o atrito do solo e parte para
acionar o alternador que, por sua vez, recarrega a bateria.
Energia mecânica
Na figura observa-se que o corpo está dotado de
movimento (devido à sua velocidade). Sabemos também que
continuará em movimento (devido à sua altura em relação ao
solo). Nesse caso, o corpo tem, ao mesmo tempo, energia
cinética e energia potencial. Dizemos então que o sistema possui
energia mecânica.
7
MAQ
A energia mecânica é a soma da energia cinética com a energia potencial.
A sua expressão matemática é a seguinte:
EM = E c + E p onde:
EM = energia mecânica;
Ec = energia cinética; e
Ep = energia potencial.
Exercício resolvido
Um corpo de 2 kg é abandonado do alto de um prédio de 10 m de altura. Sabendo
que no meio da trajetória a velocidade do corpo é de 10 m/s, calcule as energias cinética
e potencial no ponto dado e a energia mecânica do sistema. (considere a aceleração da
gravidade local g =10m/s2).
Solução:
mv 2 2.10 2
=
= 100 J
2
2
E P = m.g.h = 2.10.5 = 100 J (h = 5m pois o enunciado refere − se ao meio da trajet ria )
EC =
E M = E C + E P = 100 + 100 = 200 J
1.2 Trabalho
Você sabe que deve exercer uma força para levantar um corpo. Sabe também que
precisa fazer força para vencer o atrito quando arrasta um objeto. Agora você compreenderá
como uma força pode fazer trabalho levantando um corpo ou vencendo o atrito.
A palavra trabalho é usada freqüentemente com diferentes significados. Por exemplo:
você trabalha quando resolve um problema de Física. Um vigia de obra trabalha enquanto
está sentado observando o entra e sai das pessoas. O menino trabalha enquanto carrega
a sacola de compras de uma senhora. Na Física, entretanto, costuma-se dar um único
significado para cada palavra usada. Nesse caso:
Trabalho é o produto da força exercida sobre um corpo pelo seu deslocamento.
A expressão matemática do trabalho é a seguinte:
t= F d onde:
t = trabalho
F = força
d = deslocamento
As unidades no sistema internacional são:
8
t = joule (J) o múltiplo é o KJ
F = newton (N)
d = metro (m)
Vimos que o trabalho é uma aplicação da energia. Na figura o carro está realizando
trabalho pois está aplicando uma força ao reboque, produzindo o seu deslocamento.
Exercício resolvido
Considere um plano sem atrito e determine o trabalho realizado pela força constante
de 100 N quando aplicada a um bloco de madeira que se desloca 1.5 m na direção da
força.
Solução:
t = F.d
t = 100 . 1,5
t = 150 J
Na figura o homem realiza um trabalho positivo no deslocamento (d) do caixote e a
força de atrito (fat) que o solo aplica no bloco realiza um trabalho negativo. Portanto, o
trabalho é positivo quando a força favorece o deslocamento, e negativo quando a força
se opõe ao deslocamento.
1.2.1 Potência
Em problemas técnicos, considera-se muito importante a rapidez da realização de
um determinado trabalho. Uma máquina será tanto mais eficiente quanto menor for o
tempo de realização do trabalho de sua força motora. Assim, podemos dizer que:
Potência é o trabalho desenvolvido num determinado tempo.
9
MAQ
τ trabalho
=
onde:
tempo
∆t
Pm = potência média
t = trabalho
Dt = variação de tempo
Pm =
Unidades no Sistema Internacional
Watt (W) = joule / segundo, sendo múltiplo o (KW)
Watt =
joule
segundo
Exercício resolvido
Aplicando uma força de 100 N um homem gasta 3 segundos para deslocar um
bloco de concreto a uma distância de 1.5 metro. Determine a potência média da força
motora do homem.
Pm =
F.d 100 .1,5
=
= 50 w
∆t
3
Como a velocidade é igual à variação do espaço (que no caso é o deslocamento),
sobre a variação do tempo, temos:
Pm =
τ F.d
=
∆t ∆t
,e v=
d
∆t
Então, a potência pode também ser determinada pela fórmula:
Pm = F.v onde:
Pm = Potência média (W)
F = Força (N)
v = velocidade média m/s
Unidades especiais de potência:
CV (cavalo vapor): 1CV = 736 watts
HP ( horse power ): 1HP = 746 watts
Exercício resolvido
Resolva o problema anterior utilizando a fórmula Pm = F.v
10
∆s 1,5
=
= 0,5 m / s
∆t
3
Pm = F.v = 100 . 0,5 = 50 w
v=
1.3 Rendimento térmico
Da potência total (Pt) fornecida a um sistema, uma parte é aproveitada como
potência útil (Pu) e uma parte é dissipada ou perdida, geralmente sob a forma de calor.
Assim, o rendimento do sistema é definido pela relação entre a potência útil e a potência
total, conforme a fórmula:
η=
Pu
Pt
onde:
h = rendimento do sistema
Pu = potência útil
Pt = potência total
Na prática, o rendimento de qualquer máquina não pode chegar a 100%, pois sempre
há perdas.
Exercício resolvido
Qual o rendimento térmico de uma máquina cuja potência total equivale a 122 HP,
sabendo que sua potência útil é de 61 HP?
η=
Pu
61
=
= 0,5
Pt 122
Para dar o rendimento em porcentagem basta multiplicar o resultado por 100. Assim,
h= 0,5 x 100
h = 50%
Potência dissipada ou perda de potência
É a diferença entre a potência total e a potência útil, ou seja:
Pd = Pt − Pu
Exercício resolvido
Um motor Diesel consome 540 KW em sua operação. Sabendo que 216 KW são
perdidos por dissipação, qual a sua potência útil?
A potência total recebida pelo motor é Pt = 540 KW e a potência dissipada ou
perdida na operação é Pd = 216 KW; Logo, a potência efetivamente usada é:
Pu = Pt – Pd
Pu = 540 – 216
Pu = 324 KW
11
MAQ
1.4 Combustão
A combustão é uma reação química com desprendimento de luz e de calor. Para
que se processe essa reação, dois agentes químicos têm que estar presentes: o
combustível e o comburente. Além disso, é indispensável que a temperatura do combustível
corresponda pelo menos à do seu ponto de ignição.
Combustível - é tudo aquilo que é capaz de entrar em combustão: óleo Diesel,
gasolina, madeira, carvão, papel, pano, estopa, tinta, etc. Na nossa disciplina, a palavra
combustível estará sempre associada a produtos derivados do petróleo como a gasolina,
o óleo Diesel e o óleo pesado.
Comburente - é todo elemento que, associando-se quimicamente ao combustível,
é capaz de fazê-lo entrar em combustão. O oxigênio, presente no ar atmosférico, é o
comburente mais facilmente encontrado na natureza. O ar atmosférico é constituído de
aproximadamente 76% de Nitrogênio, 23% de oxigênio e 1% de outros gases. O Nitrogênio
é, na realidade, um gás inerte, ou seja, um gás que não queima.
Ponto de ignição – é a temperatura mínima na qual o combustível desprende
vapores capazes de se inflamarem e continuarem queimando mesmo quando se lhe retira
a fonte externa de calor. Cada combustível tem a sua própria temperatura de ignição. A
temperatura de ignição não deve ser confundida com o ponto de fulgor do combustível,
que é a temperatura mínima na qual o combustível desprende vapores capazes de se
inflamarem quando em contato com uma fonte externa de calor, mas uma vez retirada
essa fonte a combustão extingue-se.
A figura abaixo mostra claramente o que acabamos de expor.
12
1.5 Máquinas de combustão
As máquinas de combustão são classificadas em duas categorias: as de combustão
externa e as de combustão interna.
Máquina de combustão externa é aquela em que a queima do combustível ocorre
fora dela ou, mais precisamente, numa caldeira onde o calor da combustão é utilizado
para produzir o vapor d’água que vai movimentar a máquina. Como exemplos podemos
citar a turbina a vapor mostrada de forma elementar na instalação da usina térmica do
item 1.1 e a antiga máquina alternativa a vapor mostrada na instalação da figura abaixo.
É bom lembrar que a primeira máquina alternativa de combustão externa foi
patenteada pelo engenheiro James Watt no ano de 1769. Na realidade, as máquinas
alternativas a vapor foram utilizadas por muito tempo na propulsão e nos sistemas auxiliares
dos navios, sendo também bastante utilizadas em locomotivas.
Repare que o vapor d’água produzido na caldeira era enviado para acionar a máquina
de combustão externa principal que acionava o eixo propulsor do navio. Após acioná-la,
ele era recolhido num condensador onde retornava ao estado líquido, sendo reenviado à
caldeira por meio da bomba de alimentação que também era acionada por uma máquina
alternativa a vapor.
Máquina de combustão interna é aquela em que a queima do combustível se
processa no interior da própria máquina. Como exemplo podemos citar a turbina a gás, o
motor a explosão e o motor Diesel.
Ciclo
A palavra ciclo pode ser definida como o conjunto de transformações que se sucedem
na mesma ordem e se repete com lei periódica. No caso do motor térmico, pode ser
melhor entendido como a evolução da massa gasosa no interior do cilindro, com variação
de pressão, volume e temperatura.
Tanto o motor Otto, quanto o Diesel, funcionam segundo os ciclos de dois e de 4 13
MAQ
tempos.
Ciclo operativo do motor Otto de 4 Tempos
Os motores de 4 tempos necessitam de duas voltas completas do eixo de manivelas
(720 ) para a realização de um ciclo; isso eqüivale a 4 cursos do êmbolo. A figura mostra
as fases do ciclo que são:
a) aspiração;
b) compressão;
c) combustão e expansão; e
d) descarga.
o
a
b
c
d
a) Aspiração - Com a válvula de aspiração abrindo e a de descarga fechada, o
êmbolo desloca-se do seu PMS (ponto morto superior) para o PMI (ponto morto inferior),
criando um vácuo no interior do cilindro, permitindo assim que uma mistura de ar + gasolina
(ou ar + álcool) penetre no mesmo.
b) Compressão - Após o fechamento da válvula de aspiração, o êmbolo deslocase do PMI para o PMS, comprimindo a mistura ar + combustível na câmara de combustão.
O volume da carga fica então reduzido a uma fração do volume que havia no princípio do
curso.
c) Combustão e expansão - Ainda no final da compressão, uma centelha elétrica
é deflagrada pela vela no interior da câmara de combustão, dando início à queima da
mistura comprimida. A temperatura dos gases cresce rapidamente, aumentando assim a
pressão no interior da câmara e empurrando energicamente o êmbolo em direção ao seu
PMI. É comum encontrarmos em algumas publicações o termo explosão ao invés de
combustão, mas na verdade o que se pretende no caso é apenas dizer que no motor de
explosão a combustão no motor Otto ocorre com maior velocidade do que nos motores
Diesel.
d) Descarga - Pouco antes de o êmbolo atingir o seu PMI, abre-se a válvula de
descarga e os gases da combustão, que ainda estão a uma pressão considerável, começam
a sair espontaneamente do cilindro. Durante o retorno do êmbolo ao seu PMS, ele expulsa
o restante dos gases da combustão, encerrando o ciclo.
14
Ciclo operativo do motor Otto de 2 Tempos
Nos motores de 2 tempos o ciclo completo se realiza em apenas uma rotação do
eixo de manivelas (360o), o que equivale a dois cursos do êmbolo. As fases do ciclo são
as seguintes:
a) Admissão ou carga / compressão; e
b) Combustão e expansão / descarga e lavagem.
a
a
b
b
a) Admissão ou carga / compressão – O êmbolo parte do PMI para o PMS,
provocando uma queda de pressão no cárter. A primeira fração desse curso destina-se
ainda à lavagem e à carga do cilindro, enquanto a segunda corresponde à fase de
compressão. Ao final desse curso, a borda inferior do êmbolo descobre a janela de entrada
da mistura no cárter, sendo que esta penetra no mesmo por causa do vácuo criado em
decorrência da subida do êmbolo para o PMS. Você viu que esse motor não possui válvulas
e sim janelas de admissão ( C ) e de descarga ( A ).
b) Combustão e expansão / descarga e lavagem – Estando o êmbolo bem próximo
do PMS, uma centelha elétrica é deflagrada entre os eletrodos da vela de ignição e a
mistura se inflama dando origem a um aumento de pressão. Os gases em expansão
atuam sobre o êmbolo empurrando-o energicamente para baixo. A mistura ar + combustível
admitida anteriormente no cárter é então comprimida pela parte inferior do êmbolo. Antes
de chegar ao PMI, o êmbolo descobre a janela de admissão C, e a mistura comprimida no
cárter passa para o interior do mesmo realizando a lavagem.
Percebeu que apenas uma rotação do eixo de manivelas, o motor de 2 tempos
realiza todas as fases do motor de 4 tempos, e mais uma denominada “lavagem”?
1.5.1 Funcionamento dos motores do ciclo Diesel
A principal diferença entre o motor do ciclo Diesel e o do ciclo Otto consiste no fato
de que, no Diesel, a inflamação do combustível não é feita por meio de uma centelha
elétrica e sim, pela elevada temperatura do ar submetido a uma forte compressão no
cilindro.
15
MAQ
Ciclo operativo do motor Diesel de 4 tempos
Atente para a figura e acompanhe a descrição das fases do ciclo que são:
a) aspiração;
b) compressão;
c) combustão e expansão; e
d) descarga ou escape.
a
b
c
d
a) Aspiração – Nesta primeira fase, com a válvula de aspiração abrindo o êmbolo
se desloca do seu ponto morto superior para o inferior, aspirando somente ar.
b) Compressão – Na fase de compressão o êmbolo se desloca do PMI para o
PMS. Pouco depois do início desse curso, a válvula de aspiração fecha e o êmbolo começa
a comprimir o ar na câmara. Devido à forte compressão, o ar sofre um grande aumento de
temperatura.
c) Combustão e expansão – Pouco antes de o êmbolo atingir o seu PMS, o
combustível é injetado no interior da câmara de combustão, inflamando-se pela elevada
temperatura do ar comprimido. Da combustão resulta um aumento de pressão nos gases.
A força expansiva desses gases empurra fortemente o êmbolo para baixo em direção ao
seu PMI. É o chamado tempo de expansão, tempo útil ou de trabalho motor.
d) Descarga - Um pouco antes de o êmbolo atingir o PMI, a válvula de descarga
abre e, por efeito da pressão nos gases , uma boa parte dele é evacuada. Finalmente,
com o deslocamento do êmbolo do PMI para o PMS, os gases restantes são descarregados
para a atmosfera.
16
Ciclo operativo do motor Diesel de 2 Tempos
Nesse tipo de motor o ar é levemente comprimido antes
de ser admitido no cilindro. Vários são os métodos utilizados
para elevar a pressão do ar de alimentação. Um deles é
mostrado na figura ao lado.
Trata-se de um compressor de lóbulos acionado
mecanicamente pelo próprio motor. Mais tarde você conhecerá
um outro sistema muito mais usado para tal fim e que consta
de um turbocompressor acionado pelos próprios gases de
descarga do motor.
O ciclo de 2 tempos torna-se mais interessante para o
motor Diesel do que para o Otto, já que nesse último a
lavagem é efetuada apenas com ar, o que significa economia de combustível. O motor
pode possuir janelas de admissão e janelas de descarga, ou janelas de admissão e válvula
de descarga na cabeça.
O ciclo operativo do motor de 2 tempos com janelas de admissão e válvula de
descarga na cabeça resume-se então no seguinte:
Ao se deslocar do PMI para o PMS, o êmbolo cobre as janelas de admissão e logo
em seguida a válvula de descarga fecha, permitindo que o ar, admitido anteriormente no
cilindro, seja comprimido. Um pouco antes do êmbolo atingir o PMS o combustível é injetado
e queimado na câmara de combustão. A força expansiva dos gases resultantes da queima
empurra energicamente o êmbolo para o PMI. Um pouco antes do êmbolo descobrir as
janelas de admissão, a válvula de descarga abre e uma boa parte dos gases da combustão
é descarregada. Assim que o êmbolo descobre as janelas de admissão, o ar fresco enviado
pelo compressor é admitido no cilindro e expulsa o restante dos gases, efetuando em
seguida a carga de ar para o novo ciclo, ao tempo em que fecha a válvula de descarga.
Vamos observar agora a figura abaixo e compreender o funcionamento do motor
Diesel de 2 tempos com janelas de admissão e de descarga. Na verdade, existem
muitos deles funcionando por aí, embora a preferência atual seja pelos que utilizam janelas
de admissão e válvulas de descarga na cabeça.
17
a
b
c
d
MAQ
Deslocando-se do PMI para o PMS, o êmbolo cobre primeiramente as janelas de
admissão (que são as mais baixas), interrompendo o suprimento de ar vindo do compressor
de lóbulos para o cilindro. Entretanto, continua saindo ar pelas janelas de descarga que
ainda encontram-se abertas. Prosseguindo o seu caminho em direção ao PMS, o êmbolo
cobre as janelas de descarga, iniciando assim a fase de compressão. Em seu movimento
para cima o êmbolo comprime cada vez mais o ar, até que, próximo do PMS, o combustível
é injetado, inflamando-se por causa da elevada temperatura do ar comprimido. A força
expansiva dos gases empurra então o êmbolo para baixo.
Antes de chegar ao PMI, o êmbolo descobre as janelas de descarga e, em virtude
da considerável pressão ainda reinante nos gases, a maior parte é descarregada para o
exterior.
Continuando o seu caminho para baixo, o êmbolo descobre as janelas de admissão
permitindo que o ar fresco, vindo do compressor, penetre no cilindro expulsando o restante
dos gases (lavagem).
Utlização das máquinas de combustão Interna
No mundo de hoje as máquinas de combustão interna assumem uma posição de
grande destaque. Os Motores Diesel, por exemplo, são muito empregados em ônibus,
caminhões, tratores, usinas geradoras de eletricidade, navios, etc. Sem medo de errar,
podemos dizer que o motor Diesel é o campeão em aplicações navais, seja em navios de
pequeno, seja de médio ou de grande porte. A figura mostra algumas aplicações do motor
Diesel.
O motor Otto ou de explosão, por sua vez, é o campeão de aplicações na indústria
automobilística, sendo muito empregado em automóveis e motocicletas. É também
empregado na aviação, principalmente em pequenos aviões e planadores. Na indústria
naval o motor Otto tem seu emprego limitado a embarcações miúdas como alguns tipos
de lanchas. A figura abaixo, mostra algumas aplicações do motor Otto.
18
Além dos motores Diesel e Otto, outra máquina de combustão interna muito
importante no mundo moderno é a turbina a gás. Utilizada na generalidade dos aviões de
médio e de grande porte, a turbina a gás é também aplicada na propulsão de alguns
navios de guerra, onde o fator economia de combustível não é tão importante quanto a
velocidade que o navio possa desenvolver.
1.5.2 Classificação das máquinas alternativas de combustão interna
Podemos classificar os motores alternativos de combustão interna levando em conta
uma série de fatores.; ciclo, número de tempos, disposição dos cilindros, número de
cilindros, rpm, processo de alimentaçao de ar, tipo de sistema de injeção, aplicação,
potência, etc. Esta classificação poderá ser tanto mais extensa quanto maior for o
conhecimento que você adquirir ao longo dos seus estudos e de sua experiência
profissional. Por enquanto trataremos o assunto de forma simplificada:
a) Quanto ao ciclo:
• ciclo OTTO; e
• ciclo DIESEL
b) Quanto ao número de tempos:
• de 2 tempos; e
• de 4 tempos.
c) Quanto à disposição dos cilindros:
• em linha;
• em “V” ;
• de cilindros radiais;
• de êmbolos opostos; e
• de cilindros opostos.
Motores em linha – são aqueles em que os cilindros são dispostos verticalmente
numa mesma linha.
Motores em V – são constituídos por dois blocos de cilindros em linha dispostos
entre si segundo um determinado ângulo ( 45, 60 ou 90o ).
Motores radiais – são aqueles em que os cilindros são dispostos radialmente a
intervalos angulares iguais, em torno de um mesmo eixo de manivelas.
Motores de cilindros opostos – são constituídos por dois ou mais cilindros
dispostos em lados opostos a um mesmo eixo de manivelas sob um ângulo de 180o.
Motores de êmbolos opostos – caracterizam-se por possuir um só cilindro para
cada dois êmbolos em oposição, sendo a câmara de combustão formada pelas faces dos
dois êmbolos no final da compressão.
19
em linha
em V
radial
cilindros opostos
êmbolos opostos
MAQ
d) Quanto à rotação:
• de baixa (até 350 rpm);
• de média: (de 350 a 1000 rpm); e
• de alta (de 1000 rpm em diante).
e) Quanto ao uso ou aplicação:
• estacionários terrestres;
• terrestres automotivos;
• de aviação; e
• marítimos.
f) Quanto ao número de cilindros:O número de cilindros é um dado importante na
classificação dos motores.Entretanto, não se adotam na prática expressões como,
monocilíndrico, bicilindrico, tricilindrico, policilíndrico, etc.O comum mesmo é dizer: motor
de 1 cilindro, motor de 2 cilindros, motor de 3 cilindros, e assim sucessivamente.
g) Quanto ao método de injeção de combustível:de injeção direta (o combustível é
injetado diretamente na câmara de combustão do motor) de injeção indireta. (o combustível
é injetado numa pré-câmara ou ante-câmara de combustão e depois a combustão se
propaga para a câmara principal)
h) Quanto ao combustível utilizado:
• gasolina;
• álcool;
• óleo Diesel;
• óleo pesado; e
• gás.
i) Quanto ao método de alimentação de ar:
• de aspiração natural; e
• superalimentados.
1.5.3 Vantagens e desvantagens do motor Diesel sobre o Otto
Desde que foram inventados, há mais de um século, os motores Diesel e Otto
sempre dividiram espaços no campo das aplicações. Naturalmente, cada um deles com
suas vantagens e desvantagens pode oferecer maior ou menor adequação a um
determinado tipo de trabalho, levando-se em conta principalmente os fatores economia e
praticidade.
20
As vantagens mais significativas do motor Diesel sobre o Otto são:
• o motor Diesel queima combustível mais barato;
• o combustível utilizado no Diesel é menos volátil e, portanto, oferece maior
segurança no transporte e no armazenamento;
• o rendimento total do motor Diesel é maior, ultrapassando hoje os 40%;
• menor número de peças;
• não necessita de um sistema elétrico de ignição;
• melhor adaptação e economia ao ciclo a dois tempos por fazer a lavagem apenas
com ar; e
• maior durabilidade.
As principais desvantagens são:
• necessita de maior robustez porque trabalha com pressões mais elevadas;
• seu sistema de combustível é mais complexo;
• funcionamento mais ruidoso;
• partida mais difícil;
• maior número de peças; e
• maior preço por unidade de potência.
De um modo geral podemos dizer que o motor Diesel é mais adequado às grandes
potências potências ( ônibus, caminhões, grupos Diesel geradores de eletricidade e navios.
O motor Otto, por sua vez, é mais adequado às pequenas potências ( automóveis,
motocicletas, lanchas, planadores, etc )
Exercícios
I ) Escreva certo ou errado de acordo com as afirmativas:
1) ________________ O homem pode criar várias formas de energia.
2) ________________ A energia mecânica é igual à soma das energias potencial
e cinética.
3) ________________ O princípio da conservação da energia foi estabelecido por
Thomas Edson.
4) ________________ Potência é o produto de uma força pelo deslocamento de
um corpo.
5) _________________ A unidade de trabalho no Sistema Internacional de Medidas
é o joule.
6) O rendimento térmico de uma máquina é igual ou maior que 100%.
7) _________________ A combustão é uma reação química com desprendimento
de luz e de calor.
8) O ar atmosférico contém mais oxigênio do que nitrogênio.
9) ________________ A turbina a vapor é um exemplo de máquina de combustão
externa.
10) ________________ Em um motor de 2 tempos o termo “lavagem” significa a
injeção de água no interior do cilindro.
II) Preencha as lacunas corretamente:
1) Nos motores de _______________ opostos há dois cilindros para cada êmbolo.
2) Quando o êmbolo de um motor de 4 tempos se desloca do PMI para o PMS, ou 21
MAQ
está em fase de _______________ ou em fase de descarga.
3) Um motor de cilindros em “V” possui duas ______________de cilindros formando
um ângulo de 45o , 60o ou 90o .
4) O óleo Diesel e a gasolina possuem energia ________________.
5) A energia que nos chega do sol é ________________.
6) O motor _____________ de dois tempos perde combustível durante a lavagem.
7) Nos motores de combustão interna o tempo de trabalho útil é o de ____________.
navios
8) Os motores do ciclo _____________ são os mais utilizados na propulsão de
mercantes.
9) O motor do ciclo Otto e a turbina a gás são exemplos de máquinas de
combustão______________.
10) O motor _______________ necessita de uma centelha para inflamar a mistura
de ar e combustível.
III) Marque a única opção correta em cada questão:
1) A ordem correta das fases de um motor de 4 tempos é:
a) descarga, lavagem, carga, admissão e expansão
b) aspiração, compressão, descarga, expansão e combustão
c) compressão, combustão, descarga e expansão e lavagem
d) aspiração, compressão, combustão e expansão e descarga
2) Relativamente ao eixo de manivelas, o motor de 2 tempos realiza um ciclo :
a) a cada rotação
b) a cada duas rotações
c) a cada três rotações
d) a cada quatro rotações
3) Um motor é considerado de média rotação quando desenvolve:
a) menos de 200 rpm
b) mais de 200 e menos de 350 rpm
c) entre 350 rpm e 1000 rpm
e) acima de 1000 rpm
4) Nos motores de cilindros em “V o ângulo entre as duas bancadas de cilindros é:
a) menor que 20o
b) maior que 44o e menor que 91o
c) igual a 25o
d) maior que 91o e menor que 150o
22
5) Quando o êmbolo do motor se move do PMI para o PMS ocorre:
a) lavagem ou admissão
b) admissão ou descarga
c) expansão ou admissão
d) compressão ou descarga
2 Motores empregados na propulsão de embarcações
2.1 Principais componentes do motor
Um motor Diesel é constituído por um grande número de peças fixas e móveis.
Nesta unidade de ensino, você vai identificar esses componentes principais, conhecer
suas particularidades e saber da finalidade de cada componente. Começaremos pelos
principais componentes fixos que são: bloco, cabeçote e cárter.
Bloco - é a maior peça fixa do motor. É normalmente
construído com uma liga especial de ferro fundido.
Normalmente os blocos dos motores contêm: os orifícios
dos cilindros e câmaras para água de resfriamento. O bloco
é uma peça inteiriça nos motores de pequeno porte, sendo
construído em duas ou mais seções nos motores de grande
porte. Nesse caso, as seções são ligadas por meio de
parafusos.
Para evitar o desgaste do bloco, os cilindros recebem camisas do tipo seca ou
molhada. Conforme o caso, essas camisas são introduzidas nos cilindros de maneira que
a água de resfriamento entre em contato com elas ou não. A figura abaixo dá uma idéia do
que acabamos de explicar.
a
b
c
d
O bloco é normalmente construído com uma liga especial
de ferro fundido e possui recessos para a instalação do eixo de
manivelas.
23
MAQ
Cabeçote - Também chamado cabeça
ou culatra, é a peça que fecha o cilindro e que,
juntamente com a face superior do êmbolo forma
a câmara de combustão. O cabeçote é fixado
ao bloco por meio de parafusos, colocando-se
entre os dois uma junta que nos motores de
pequeno porte é feita de e material metálico nas
partes mais sujeitas a pressão.
Nos motores de pequeno porte é
construido em uma ou duas seções, sendo que
nos de médio e grande porte é individual, ou seja,
um para cada cilindro. No cabeçote são
instaladas as válvulas de aspiração e / ou
descarga, os balancins, e os injetores de
combustível, etc. Assim como o bloco de
cilindros, os cabeçotes dos motores possuem
espaços ocos para a circulação da água de
resfriamento.
Cárter - É um depósito com a forma aproximada de uma banheira e destinado a
armazenar o óleo lubrificante do motor. É aparafusado à parte inferior do bloco, mediante
a inserção de uma junta de material macio como cortiça, papelão, etc. Nos motores de
pequeno porte é normalmente construído com uma liga de alumínio sendo que nos de
médio e grande porte costumam ser de aço fundido ou forjado.
Os principais componentes móveis de um motor de pequeno porte são: êmbolo ou
pistão, conectora ou biela e eixo de manivelas ou virabrequim e o volante.
24
Êmbolo - é a peça do motor que se desloca alternativamente no interior do cilindro,
recebendo diretamente o impulso dos gases da combustão. É durante o seu movimento
alternado que se verifica a transformação da energia térmica da queima do combustível
em energia mecânica transmitida ao eixo de manivelas pela conectora. Os êmbolos dos
motores de pequeno porte são normalmente inteiriços e confeccionados com uma liga de
alumínio e silício. Nos de grande porte a coroa é construída separadamente em aço
fundido, e parafusada ao restante do corpo do êmbolo. Observe na figura que na sua
parte mais alta ( coroa ), estão situadas as canaletas ( escatéis ), que servem para alojar
os anéis de segmento de compressão e de raspa de óleo.. Na parte intermediária,
denominada corpo, fica o alojamento do pino do êmbolo;
a parte que fica abaixo do corpo chama-se saia. A figura
mostra um êmbolo de um motor Diesel de 4 tempos
com cabeça (1), anéis de compressão (2), anel raspa
(3), pino (4), trava ou retém (5) e saia (6).
Os anéis de segmento garantem a vedação
dos gases entre o êmbolo e as paredes do cilindro,
permitindo também o escoamento de parte do calor do
êmbolo para as mesmas. Os anéis raspadores de óleo espalham o lubrificante pelas paredes
do cilindro, removendo o excesso. Nos motores de pequeno e de médio porte o êmbolo
articula diretamente em uma das extremidades da conectora, por meio do pino do êmbolo.
O pino do êmbolo precisa ser bastante resistente, para suportar os impactos que
sofre, principalmente ao transmitir a força dos gases da combustão sobre o êmbolo para
o eixo de manivelas, através da conectora. É comum sua fabricação em aço ao cromo
cementado. Depois de sua instalação no êmbolo, ele não se desloca axialmente por
causa da ação das travas ou reténs do pino.
Nos motores de grande porte o êmbolo não se liga diretamente à biela e sim a uma
haste. Pela sua outra extremidade, essa haste do êmbolo é fixada a uma cruzeta. É no
pino dessa cruzerta que articula o pé da conectora, como mostra a figura que é um modelo
da Gotaverkens.
A cruzeta trabalha deslizando em duas peças guias fixadas à estrutura do motor
denominadas paralelos da cruzeta. Essas peças garantem o movimento da haste do
êmbolo sem sair da linha de centro do cilindro. Portanto, a haste do êmbolo não se
movimenta com obliquidade como faz a conectora.
Conectora ou Biela - é a peça do motor cuja função é transmitir o movimento do
êmbolo ao eixo de manivelas, imprimindo-lhe um movimento rotativo. É normalmente 25
MAQ
construída de aço forjado.
Costuma-se dividir a conectora em três partes : pé, corpo e cabeça. O pé da
conectora é a parte onde é instalado o mancal tipo bucha, destinado a receber o pino do
êmbolo; o corpo vem logo em seguida, e a cabeça é a parte onde fica o mancal bi-partido
que articula no eixo de manivelas. A figura mostra uma conectora instalada em um êmbolo.
O mancal do pé da conectora é inteiriço, sendo a bucha confeccionada com aço
revestido com chumbo. O mancal da cabeça é formado por duas metades semi-circulares,
denominadas casquilhos, que são revestidas com material antifricção nas partes que
ficam em contato com o eixo de manivelas. A figura mostra as diferentes camadas
aumentadas por uma lupa.
1. casquilho
2. corpo de aço
3. liga de bronze e chumbo
4. chumbo
5. estanho
26
Eixo de manivelas - é a peça encarregada de transformar, com o auxílio da
conectora, o movimento alternado do êmbolo em rotativo. Sua construção requer técnica
apurada, sendo forjado, usinado, e balanceado tanto estática quanto dinâmicamente. É o
componente de maior comprimento do motor.
O eixo de manivelas, também conhecido como virabrequim, ou árvore de manivelas,
é o elemento que transmite a potência do motor ao seu utilizador. É normalmente forjado
em liga de aço, sendo o componente móvel de maior custo do motor.
O eixo de manivelas trabalha nos mancais fixos, os quais são dotados de casquilhos
substituíveis, construídos da mesma forma que os do mancal móvel da cabeça da conectora
que acabamos de estudar. Esses casquilhos, também chamados de bronzinas, são
lubrificados sob pressão. A figura mostra um eixo de manivelas e a nomenclatura de suas
partes.
Conforme indicado na figura abaixo, 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
óleolubrificante 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 conectoras; e
27
8) flange - extreminade em forma de disco onde é fixado o volante.
MAQ
Volante - é um disco de grande peso, normalmente fixado a uma das extremidades
do eixo de manivelas. Sua finalidade é armazenar uma parte da energia mecânica produzida
no motor durante o tempo de trabalho útil ( expansão ), para vencer a resistência dos
tempos não motrizes, principalmente o de compressão. É normalmente uma peça inteiriça
nos motores pequenos, podendo ser construído em duas metades nos de grande porte. A
sua fixação ao eixo de manivelas é feita por meio de chaveta e parafuso (s). O volante
pode possuir ou não uma coroa dentada denominada cremalheira do volante. Nos motores
de pequeno porte a cremalheira serve para permitir o engraze do pinhão de um motor de
arranque, e nos motores de grande porte serve para o engraze do pinhão do mecanismo
da catraca, que é um dispositivo acionado por motor elétrico utilizado para girar lentamente
o MCP ( motor de combustão principal ), nos casos de inspeção, regulagem ou reparos no
mesmo. A figura abaixo ilustra o que explicamos.
Mecanismo de distribuição - Além dos componentes já estudados aqui, há outros
de grande importância para o motor e que fazem parte do chamado mecanismo de
distribuição.
A finalidade do mecanismo de distribuição é 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 compressão, é claro que tanto a válvula de admissão
quanto a de descarga devem estar fechadas. Da mesma maneira, no instante da injeção
do combustível no cilindro, as referidas válvulas não podem estar abertas pois, se assim
acontecesse, o combustível não poderia inflamar. Esses exemplos, apesar de grosseiros,
servem para você entender, de imediato, que as peças que fazem parte do mecanismo de
distribuição do motor devem trabalhar de forma sincronizada, e que qualquer desvio nessa
sincronização pode fazer com que o motor trabalhe mal, ou nem sequer consiga funcionar.
Quando isso acontece dizemos que o motor está “fora de ponto”.
28
A princípio, você poderia pensar que, no caso dos motores Diesel, o conceito de
distribuição envolve apenas a abertura e o fechamento das válvulas de aspiração e
descarga e a injeção do combustível. Na realidade, o conceito de distribuição torna-se
muito mais amplo quando se trata, por exemplo, de um motor marítimo de grande porte
que, além de ser reversível (gira nos dois sentidos), tem arranque a ar comprimido. Essas
particularidades, entretanto, serão estudadas mais adiante.
Por agora vamos fazer um estudo básico da distribuição, atentando para o arranjo
simplificado da figura abaixo.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
pistão ou êmbolo
biela ou conectora
eixo de manivelas ou virabrequim
engrenagem do eixo de manivelas
eixo de comando de válvulas
engrenagem do eixo de comando
7.
8.
9.
10.
11.
tuchos
varetas
eixo dos balancins
balancins
válvulas de admissão e descarga
29
MAQ
A uma simples olhada, você percebe que se trata do mecanismo de um motor de 4
tempos, uma vez que existe uma válvula de admissão e uma válvula de descarga (11) na
cabeça do cilindro. Além do mais, a engrenagem (4) do eixo de manivelas (3), tem a
metade do número 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 às hastes ou varetas (8). Estas hastes acionam os balancins (10), para abrir
as válvulas de aspiração e de descarga (11), cada uma no seu devido tempo. Repare que
os balancins articulam no eixo 9, o qual é fixado num suporte que não aparece na figura,
mas poderá ser visto mais adiante.
Vejamos agora algumas particularidades dos componentes na figura abaixo:
Engrenagem ou pinhão do eixo de manivelas – é fixada na extremidade do eixo
de manivelas (3) , com a finalidade de transmitir o movimento de rotação do mesmo ao
eixo de cames (5), por meio da sua engrenagem (4).
Engrenagem ou pinhão do eixo de cames – é 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 número de dentes da engrenagem do eixo de manivelas.
Já no caso dos motores de 2 tempos, possui o mesmo número de dentes da engrenagem
do referido eixo.
Eixo de cames - é uma peça dotada de cames ( excêntricos ), com a finalidade de
acionar as válvulas de aspiração 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,
normalmente posicionada entre as duas da figura, com o propósito de acionar a bomba
injetora individual de cada cilindro, como ocorre nos motores de médio e de grande porte.
Tuchos - são peças que trabalham em contato com as cames, transmitindo o
movimento das mesmas às varetas (8). Nos motores de médio e de grande porte, costumam
possuir rodetes para reduzir o atrito com a came.
Varetas - é a peça que trabalha com uma de suas extremidades em contato com o
tucho e a outra em contato com uma das extremidades do balancim. A vareta transmite ao
balancim o movimento alternado produzido pela came, devido ao seu formato excêntrico.
Balacim - é uma peça que, articulando no eixo (9), fixo ao seu suporte, recebe o
movimento da vareta e o transfere à válvula de admissão ou de descarga. O balancim
possui em uma de suas extremidades um parafuso com porca para permitir o ajuste da
folga entre a sua outra extremidade e o topo da haste da válvula, quando a mesma encontrase totalmente fechada. Essa folga visa prevenir a válvula contra os efeitos da dilatação
térmica causada pelo calor dos gases da combustão. Se não houvesse essa folga, a
dilatação linear da sua haste não deixaria que ela fechasse completamente, chegando
“inclusive” a impedir o funcionamento do motor por falta de compressão suficiente.
30
Valvula de admissão - é a peça que serve de porta de entrada do ar (no cilindro do
motor Diesel), ou da mistura ar+combustível (no cilindro do motor Otto). Para permitir um
bom enchimento do cilindro, normalmente ela se apresenta com o diâmetro externo do
seu disco maior do que o da válvula de descarga. A sua haste trabalha dentro de uma
guia, geralmente substituível.
Válvula de descarga - é a peça que serve de porta de saída dos gases da
combustão do interior do cilindro do motor. A exemplo da válvula de admissão, é construída
em aço especial e sua haste trabalha em uma guia, normalmente substituível. Apresenta
normalmente um disco com diâmetro externo menor do que o da válvula de admissão.
Isso é possível porque a velocidade de escoamento dos gases da combustão através
dela é relativamente grande, devido à razoável pressão ainda existente nos mesmos por
ocasião da sua abertura. Estando mais sujeita ao calor dos gases da combustão do que a
válvula de admissão, a folga entre o topo de sua haste e a extremidade do balancim, é
normalmente maior do que a da válvula de admissão.
Entenda agora que, quando qualquer uma das válvulas está fechada, o seu
respectivo tucho está trabalhando na parte do círculo base que gerou a came. Quando ela
está em processo de abertura ou fechamento, é sinal de que a parte excêntrica da came
é que está atuando nos tuchos. Algo importante a considerar no funcionamento de ambas
as válvulas, é que cada uma delas, no seu devido tempo, é aberta pela ação do balancim
a partir do movimento da came; já o fechamento é feito pela ação de sua(s) mola(s),
enquanto vai cessando a ação do balancim sobre o topo da sua haste. A figura abaixo
mostra alguns dos componentes do mecanismo da distribuição de um motor Perkins.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
eixo de cames
pinhão
tuchos
varetas
balancins
eixo dos balancins
suporte do eixo dos balancins
31
MAQ
Tipos de transmissão
Você já viu que a transmissão do movimento do eixo de manivelas ao eixo de
cames pode ser feita por engrenagens. Agora você precisa saber que, além da transmissão
por engrenagens, existem ainda a transmissão por correia dentada (a), a transmissão por
corrente (b) e a transmissão mista (c). A transmissão por correia é particularmente utilizada
em motores de pequeno porte, como os de automóveis. Veja na figura os três tipos de
transmissão de que tratamos.
a
b
c
É importante saber que existem marcas de referência nas engrenagens ou pinhões
do mecanismo de transmissão. Durante a montagem do motor essas marcas devem ser
rigorosamente observadas, para que o motor não fique “fora de ponto”, podendo funcionar
muito mal ou, algumas vezes, nem sequer entrar em funcionamento.
Você também precisa saber que, dificilmente aparecem apenas duas engrenagens
ou pinhões no mecanismo de distribuição. É comum aparecerem os chamados trens de
engrenagens (mais de duas), como mostrado nas transmissões por engrenagens e por
corrente. Observe também as marcas de referência para a montagem correta dos pinhões.
2.2 Sintomas de mau funcionamento dos motores
32
Um condutor de motores Diesel experiente é capaz de perceber, com relativa
facilidade, a maioria dos sintomas de anormalidades no funcionamento do motor. Essa
experiência, é claro, só se adquire com freqüentes leituras dos manuais de instrução e
anos de serviço na condução e manutenção dessas máquinas. A lista de defeitos é
normalmente muito extensa, e não é nosso propósito tornar este módulo muito volumoso.
Entretanto, apresentaremos aqui alguns sintomas e suas causas, lembrando que todos
os manuais de motores trazem uma ampla relação dos mesmos. Faz parte das normas da
condução a leitura regular desses manuais.
Ruídos anormais em marcha lenta
Causas:
a) Deficiências nas válvulas de admissão e/ou descarga, devidas a: guia de válvula
folgada, mola de válvula partida, guia do tucho folgada, ou regulagem excessiva
da folga.
b) Dentes das engrenagens de distribuição partidos, ou chavetas aliviadas.
Batidas fortes em marcha lenta
Causas:
a) Mancais fixos ou móveis muito gastos
b) Pino do êmbolo ou alojamento no êmbolo muito gasto.
c) Mancais do eixo de cames ou de algum eixo auxiliar gastos radial ou axialmente.
d) Mancais dos balancins gastos.
e) Dentes de engrenagens de transmissão partidos.
f) Êmbolo com folga exagerada, deformado ou partido.
g) Pino do êmbolo aliviado
Detonação em um ou mais cilindros
Causas:
a) Má combustão devida a: combustível com número de cetano muito baixo, orifícios
das válvulas de injeção parcialmente obstruídos, falta de estanqueidade na válvula
de injeção, devida à má vedação da válvula de agulha.
b) Câmara de combustão com resíduos carbonosos devido a: filtro de ar obstruído,
impurezas no combustível, má pulverização, carbonização do óleo de lubrificação,
formação de gotas nos orifícios do pulverizador.
c) Motor em sobrecarga devido a: regulador atuando inadequadamente ou avanço
exagerado do ponto de injeção.
Fumaça azul na descarga
Causas:
a) Queima de óleo lubrificante devida ao nível de óleo no cárter muito alto.
b) Nível de óleo no filtro de ar muito alto.
c) Tela de aspiração do ar de lavagem suja.
Fumaça branca na descarga
Causas:
a) filtro de combustível sujo.
b) Ar ou água no sistema de combustível.
c) Água na câmara de combustão.
d) Água na tubulação de descarga ou silencioso.
e) Pulverização deficiente do óleo combustível
33
MAQ
Fumaça negra na descarga
Causas:
a) Carga excessiva.
b) Baixa compressão
c) Injetor de combustível pulverizando mal.
d) Injeção atrasada.
e) Bomba injetora mal regulada.
f) Filtro de ar sujo.
g) Turboalimentador deficiente.
Atenção
Para facilitar a consulta e reduzir o número de páginas do manual, alguns fabricantes
apresentam sua lista de problemas e correções de forma compactada, como mostrado
abaixo, na lista extraída do manual de oficina dos motores Agrale modelos M7380,85,90,93,790 e V22.
Diagnóstico de falhas
Sintomas:
a) baixa rotação de partida
b) motor não pega
c) partida difícil
d) palta de combustão
e) consumo excessivo de combustível
f) fumaça preta no escape
g) fumaça branca no escape (azul)
h) pressão do Óleo baixa
i) batidas
j) funcionamento irregular
k) vibração
l) pressão do Óleo alta
m) superaquecimento
n) pressão interna excessiva
o) compressão baixa
p) paradas, etc.
q) motor dispara
r) falta de potência
Defeitos:
34
1. bateria com carga insuficiente
2. conexões elétricas mal-feitas ou soltas
3. motor de partida defeituoso
4. óleo lubrificante de viscosidade incorreta
5. baixa rotação de partida
6. tanque de combustível vazio
7. puxar o BAP
8. tubo de retorno de combustível entupido
9. bomba alimentadora defeituosa
10. filtro de combustível bloqueado
11. filtro de ar muito sujo
12.ar no sistema de combustível
13. bomba injetora defeituosa
14. injetores defeituosos
15. distribuição de peças incorretas
16. compressão baixa
17. respiro do tanque bloqueado
18. combustível de tipo ou grau incorreto
19. bomba injetora mal montada
20. tubo de escape bloqueado
21. vazamento pela junta do cabeçote
22. superaquecimento
23. funcionamento frio
24. folga de válvulas incorretas
25. válvulas presas
26. tubos de injeção incorretos
27. camisas gastas
28. válvulas sedes picadas
29. anéis de segmento quebrados ou presos
30. hastes das válvulas e guias gastas
31. filtro de ar abastecido com Óleo de incorreta ou acima do nível
32. mancais gastos ou danificados
33. quantidade insuficiente de Óleo no cárter
34. bomba do Óleo com desgaste excessivo
35. válvula de alívio engripada aberta
36. válvula de alívio engripada fechada
37. mola da válvula de alívio quebrada
38. tubulação de sucção defeituosa ou entupida
39. filtro de ar bloqueado
40. engripamento ou quebra do êmbolo
41. altura incorreta da câmara de combustão
42. suporte do motor ou coxins defeituosos
43. carcaça do volante ou volante desalinhados ou desbalanceado
44. restrição na passagem de ar
45. obstrução da área de entrada do ar
46. tubo de respiro
47. tela do cárter bloqueada
48. mola de válvulas quebrada
49. curso útil desregulado
50. motor trabalhou com sobrecarga.
Causas prováveis:
a) 1, 2, 3, 4
b) 5, 6, 8, 9,10,12,13, 14,15,16,18, 27, 28, 29.
c) 5,7,8,9,10,11,12,13,14, 15,16,17,18, 20, 25, 27, 28, 29.
d) 8, 9,10,12,13,14,15,16, 21, 22,24, 25, 26, 28.
e) 11,13,14,15,16,18, 20, 21, 24, 25,27, 28, 29, 49.
f) 11,13,14,15,16,18, 20, 21, 23, 24,25, 27, 28, 29, 49.
35
MAQ
g) 4,15,16, 21, 23, 27, 29, 30, 31, 40.
h) 4, 32, 33, 34, 35, 37, 38, 39, 47.
iI) 9,14,15,18, 22, 24, 25, 27, 29, 31,32, 40, 41, 48.
j) 8, 9,10,11,12,13,14,16,17, 22,24, 25, 26, 29, 31, 40, 48.
k) 13,14,16, 21, 22, 25, 26, 29, 40, 42, 43.
l) 4, 36.
m) 11,13,14,15, 20, 21, 40, 44, 45, 50.
n) 21, 27, 29, 30, 40, 46.
o) 11,15, 21, 24, 25, 27, 28, 29, 30, 41, 48.
p) 10,11,12.
q) 31.
r) 8, 9,10,11,12,13, 14,15,16,17,18 20.21.22.23.27.28.29.
2.3 Providências básicas para colocar o motor em funcionamento
Sabemos que cada motor tem suas particularidades, mas certamente as providências
aqui recomendadas para a partida aplicam-se à maioria das instalações marítimas de
pequeno porte:
A preparação da máquina deve ser feita com bastante antecedência, principalmente
quando se trata de um motor que esteve parado por muito tempo.
As providências tomadas antes da partida são as seguintes:
a) verificar se existe a bordo quantidades suficientes de óleo combustível, óleo
lubrificante e água potável para a viagem. Deve ser considerada uma quantidade de reserva
para casos de emergência como, mau tempo, derrames inesperados, prestação de socorro
no mar; etc.
b) verificar os níveis de óleo lubrificante no cárter, nos mancais de escora e nos de
sustentação do eixo propulsor e completá-los se necessário;
c) encher o tanque de serviço do motor com óleo combustível;
d) folgar um pouco o engaxetamento da bucha do eixo propulsor;
e) verificar a carga da bateria do motor elétrico de partida e carregá-la se houver
necessidade.
f) abrir a válvula de fundo, as intermediárias e a de descarga no costado,
pertencentes ao sistema de resfriamento do motor;
g) se possível, fazer uma pré-lubrificação no motor;
h) limpar ralos e filtros;
i) limpar os filtros de óleo combustível e óleo lubrificante;
36
j) expurgar o ar das bombas, se necessário;
k) girar o eixo de manivelas do motor por meio de uma alavanca para verificar se
ele pode girar livremente. Se for constatada alguma dificuldade, a causa deve ser eliminada.
Após essas providências poderá ser dada a partida. Com o motor em funcionamento,
o condutor deverá fazer observações periódicas, anotando tudo que for interessante.
De hora em hora, o condutor deverá registrar no caderno de anotações os valores
de pressão e temperatura das variáveis dos sistemas e a ocorrência de eventuais
vazamentos e outras informações que possam indicar o estado de funcionamento do
motor. Além disso, devem ser registrados todos os serviços de manutenção que forem
sendo realizados na instalação de máquinas.
Exercícios
Marque a única alternativa correta em cada questão:
1) São ambos componentes fixos do motor:
a) bloco e cabeçote
b) bloco e eixo de manivelas
c) cabeçote e conectora
d) eixo de cames e cabeçote
2) É a peça do motor de 4 tempos onde são instaladas as válvulas de admissão e
de descarga e o injetor de combustível:
a) bloco
b) cárter
c) cabeçote
d) coletor de descarga
3) Serve para armazenar o óleo lubrificante do motor:
a) tanque de sobras
b) tanque de expansão
c) bloco de cilindros
d) cárter
4) Os anéis de segmento são instalados no:
a) cárter
b) bloco
c) êmbolo
d) eixo de cames
5) A conectora divide-se em:
a) cabeça, corpo e membros
b) pé, corpo e cabeça
c) coroa, corpo e pé
d) corpo, cabeça e saia
37
MAQ
6) Nos motores de pequeno porte a conectora articula no:
a) pino do êmbolo
b) pino da cruzeta
c) eixo do balancim
d) eixo de cames
7) Os casquilhos dos mancais fixos e móveis são também denominados de:
a) capas
b) coberturas
c) membranas
d) bronzinas
8) Faz parte do eixo de manivelas:
a) canais de óleo combustível
b) cremalheira
c) cambota
d) volante
9) É a parte do eixo de manivelas que transmite o seu movimento ao eixo de cames
com ou sem auxílio de uma engrenagem intermediária:
a) flange
b) moente
c) pinhão
d) cambota
10) É um disco pesado que armazena parte da energia do tempo de expansão:
a) volante
b) eixo de cames
c) balancim
d) válvula de descarga
11) Tem por finalidade fazer com que as fases do ciclo do motor ocorram no seu
devido tempo:
a) regulador de velocidade
b) mecanismo de distribuição
c) dispositivo de sobrevelocidade
d) conjunto dos balancins
12) Se o pinhão do eixo de manivelas de um motor de 4 tempos possui 22 dentes,
o do eixo de cames possui:
a) 22
b) 44
c) 88
d) 176
38
13) É uma causa de batida forte em marcha lenta:
a) mancais fixos com pouca folga
b) injetor pulverizando mal
c) pino do êmbolo aliviado
d) obstrução no filtro de óleo lubrificante
14) Fumaça branca na descarga pode ser causada por:
a) água na câmara de combustão
b) nível de óleo combustível alto no tanque
c) motor em sobrecarga
d) válvula de admissão presa
15) Fumaça negra na descarga pode ter como causa:
a) baixa pressão da água de resfriamento
b) nível alto de lubrificante no cárter
c) água no óleo combustível
d) baixa compressão nos cilindros
II – Responda as seguintes perguntas:
1) Em qual peça móvel do motor é fixado o volante?
2) Quais são os três tipos de transmissão utilizados no mecanismo de transmissão
dos motores de combustão?
3) Quantos giros completos efetua o eixo de cames de um motor de dois tempos
para realizar 50 ciclos completos em cada um dos seus cilindros?
4) Quais são os tipos de camisas utilizadas nos cilindros dos motores?
5) Qual a peça fixa mais pesada e mais volumosa do motor?
39
MAQ
3 Sistemas dos motores propulsão
Nas unidades anteriores você adquiriu importantes conhecimentos sobre os motores
Diesel. Entretanto, ainda há muito que aprender, certo? Você precisa saber, por exemplo,
que um motor não pode funcionar, e continuar funcionando por muito tempo sem a ajuda
dos seus. Entre os sistemas do motor encontram-se: o de lubrificação, o de resfriamento,
o de combustível, o de alimentação de ar, o de partida e o de descarga de gases,. Não
vamos nos preocupar ainda com a definição de todos esses sistemas, porque cada um
deles será estudado no momento apropriado.
3.1 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.
d) o motor consome combustíveis com teores de enxofre relativamente superiores
aos utilizados nos motores de explosão.
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.
Um motor marítimo de grande porte, por exemplo, utiliza vários tipos de óleos
lubrificantes, podendo ser um armazenado no poceto para o sistema de lubrificação
principal, um para o eixo de cames, outro para as camisas dos cilindros, um para o
turbocompressor, outro para o regulador de velocidade, etc. É claro que isso acontece
porque procura-se obter os melhores resultados possíveis utilizando-se lubrificantes com
propriedades específicas para cada tipo de trabalho.
Finalidade do sistema de lubrificação
A principal finalidade do sistema de lubrificação do motor é reduzir o atrito entre as
peças que trabalham com movimento relativo. Isto é conseguido mediante o
estabelecimento de um fluxo contínuo de lubrificante entre essas peças. Ocorre, entretanto,
que além de desempenhar sua função principal, o lubrificante acaba realizando funções
secundárias de particular importância para o motor.
40
Entre as funções secundárias desempenhadas pelo lubrificante do motor Diesel
destacamos:
a) resfriamento
b) vedação
c) limpeza
d) amortecimento de choques
e) proteção contra ataques químicos.
a) O resfriamento ocorre porque, enquanto lubrifica, o óleo absorve parte do calor
gerado pelo atrito entre as peças do motor e o transfere para o exterior em um trocador de
calor denominado resfriador de óleo lubrificante. Por outro lado, em alguns motores de
grande porte uma ramificação do sistema de lubrificação é utilizada para circular o óleo
nos espaços ocos existentes nas coroas dos êmbolos, com o propósito de remover dos
mesmos o excesso de calor oriundo da combustão. Isto é feito com o auxílio de tubos
telescópicos, que serão estudados num outro momento por entendermos que o assunto
tem mais afinidade com o sistema de resfriamento do motor.
b) No que diz respeito à vedação, a película de óleo lubrificante entre os anéis de
segmento e as paredes dos cilindros intensificam a vedação do ar e dos gases,
principalmente nas fases de compressão, combustão e expansão, nas quais a pressão no
interior do cilindro é bastante elevada.
c) Com relação à limpeza, o lubrificante circulando no sistema deve ser capaz de
desagregar e arrastar consigo as impurezas que se formam no mesmo, principalmente as
oriundas dos resíduos da combustão. Essa limpeza deve-se a uma propriedade do óleo
denominada detergência, que é da maior importância, pois as impurezas podem obstruir
parcial ou totalmente, tubos, galerias e orifícios de passagem do lubrificante.
d) A função de amortecer choques deve-se ao fato de que a película de óleo em
determinados mancais, como por exemplo o da conectora, sofre cargas muito elevadas,
principalmente no instante da combustão. O lubrificante deverá, por suas propriedades de
resistência de película, suportar esses aumentos de carga e de pressão, de maneira a
impedir o contato metálico entre as telhas dos mancais e o eixo.
e) A película de óleo lubrificante deve ainda proteger contra os ataques químicos
todas as superfícies com as quais entra em contato.
Composição básica do sistema de lubrificação
O sistema de lubrificação do motor Diesel é constituído basicamente pelos seguintes
elementos:
a) reservatório de óleo lubrificante
b) ralo
c) bomba
d) filtro
e) resfriador
a) O reservatório de óleo lubrificante pode ser o cárter que você conheceu na
unidade anterior, ou um tanque abaixo do mesmo e com ele comunicado, denominado
poceto. Naturalmente, quando há poceto na instalação o cárter é do tipo seco. É o caso
típico dos motores Diesel de grande porte. Não havendo poceto, o cárter é do tipo alagado
ou úmido, como é o caso dos motores de pequeno porte.
b) O ralo é um protetor de chapa multiperfurada instalado na extremidade do tubo
de sucção da bomba, com o propósito de impedir que corpos estranhos como trapo, estopa
e outros, por vezes esquecidos nos reservatórios após uma limpeza, penetrem no corpo
da mesma, comprometendo o seu funcionamento.
41
MAQ
e
b
cárter
c
a
c) A bomba do sistema tem por finalidade manter o lubrificante sob pressão circulando
no sistema. Ela aspira o óleo do cárter ou do poceto (a) através de um ralo (b) e o envia
aos pontos do motor onde a lubrificação se faz necessária. Pode ser acionada pelo próprio
motor, como no caso do de pequeno porte, ou por motor elétrico, quando se trata de
motores de médio e de grande porte. É daí que vem a idéia de bombas dependentes e
independentes do funcionamento do motor.
O tipo de bomba mais empregado nos sistemas de
lubrificação forçada é o de engrenagens mostrado na figura.
Nesse tipo, o líquido é conduzido entre os dentes das
engrenagens e a carcaça da bomba. No caso da figura, a
engrenagem de cima gira no sentido anti-horário e a de baixo
gira no sentido horário. Uma dessas engrenagens recebe o
movimento do seu acionador (engrenagem acionada), fazendo
girar a outra em sentido contrário (engrenagem conduzida).
A bomba dispõe de uma válvula reguladora de pressão
que permite manter constante a pressão do óleo no sistema. Em caso de elevação
excessiva da pressão, a válvula abre, comunicando a descarga com a admissão da bomba
ou com o cárter e mantendo a pressão desejada no sistema. A figuras A e B mostram
claramente como isso ocorre.
42
d) 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 O.L. 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.
A figura mostra um tipo de filtro utilizado em motores de pequeno porte.
É muito comum encontrarmos nos filtros dos motores de pequeno porte uma válvula
de alívio que permite ao lubrificante passar por fora do elemento filtrante, sempre que a
pressão excede a um determinado valor. Isso acontece quando o fluido está muito viscoso
(por causa do frio), ou quando o elemento do filtro encontra-se muito sujo. Assim, a válvula
de alívio atua como uma proteção para o motor, pois evita uma queda de pressão no
sistema provocada pela redução do fluxo de óleo. Com pouco lubrificante, o atrito entre
as peças aumenta, a temperatura sobe, o lubrificante superaquece, a viscosidade cai
excessivamente e o material das peças funde, principalmente o dos metais macios utilizados
no revestimento das telhas dos mancais fixos e móveis. As figuras ilustram o que acabamos
de expor.
filtro limpo
filtro sujo
e) o resfriador de óleo lubrificante tem por finalidade remover o excesso de calor
absorvido pelo óleo na sua função de reduzir o atrito entre as peças. O resfriador pode ser
circulado por ar ou por água, conforme o tipo de motor. A bordo dos navios são resfriados
por água e podem ser do tipo de feixe tubular ou de placas. Quando se trata de um
resfriador do tipo de feixe tubular retos ou
em “U” como o da figura ao lado, a água
salgada passa pelo interior dos tubos, sendo
estes envolvidos pelo lubrificante. A pressão
da água salgada deve ser um pouco superior
à do lubrificante, para que em caso de furo
nos tubos a água salgada não contamine o
óleo do sistema, que em alguns navios de
43
médio e de grande porte é da ordem de
MAQ
alguns milhares de litros.
Atenção
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 mostra um sistema completo de lubrificação forçada utilizado no motor
MWM-DT-232-VP. Observe com muita calma e redobrada atenção os vários dispositivos
de segurança e controle.
17
16
14
13
15
10
12
9
8
18
6
7
5
11
2
3
1
19
20
4
1. cárter
2. bomba de óleo lubrificante
3. bomba de óleo de arrefecimento do êmbolo
4. resfriador de óleo lubrificante
5. válvula termostática (desvio do resfriador)
6. filtro de óleo lubrificante
7. linha de retorno para o cárter
8. eixo de manivelas
9. eixo de comando de válvulas
10. êmbolo
44
11. bico de arrefecimento
12. tucho
13. haste ou vareta
14. balancim
15. tubulação para a bomba injetora
16. turbocompressor
17. manômetro de óleo
18. retorno de óleo
19. admissão da água de resfriamento
20. saída da água de resfriamento
3.2 Manutenção da perfeita lubrificação do motor
Para manter o sistema de lubrificação do motor nas condições ideais, devem ser
tomadas as seguintes providências básicas:
a) usar somente os lubrificantes recomendados pelo fabricante do motor.
b) sondar o nível de óleo no cárter ou poceto a intervalos regulares e manter o nível
dentro da faixa recomendada.
c) manter os filtros de óleo limpos e com os elementos em bom estado;
d) manter limpo o resfriador do sistema.
e) verificar se o manômetro está corretamente aferido e conhecer os valores de
pressão e temperatura recomendados pelo fabricante do motor.
f) parar o motor em caso de queda da pressão e só recolocá-lo em funcionamento
após sanar o problema.
h) proceder leituras freqüentes nos termômetros e manômetros do sistema.
i) manter o motor limpo para facilitar a identificação de vazamentos de lubrificante.
j) eliminar todo e qualquer vazamento no sistema.
l) se o resfriador for circulado por água do mar, manter limpo ralo da bomba de
água salgada.
3.3 Sistema de resfriamento
Quando um motor funciona, o combustível queimado na sua câmara de combustão
desprende uma grande quantidade de calor. De todo esse calor, entretanto, apenas cerca
de 40 a 45 % é convertido em trabalho mecânico no eixo de manivelas. O restante
infelizmente é perdido nos gases de descarga, na água de resfriamento, por irradiação,
etc.
Finalidades do sistema de resfriamento
O sistema de resfriamento do motor Diesel tem duas finalidades: a primeira é remover
o excesso de calor das peças, e a segunda é resfriar o óleo lubrificante que, para
desempenhar sua função principal, acaba absorvendo muito calor. Se o excesso desse
calor não fosse removido do sistema, o lubrificante perderia certas propriedades e não
conseguiria cumprir com a sua finalidade.
Inicialmente, gostaríamos que você entendesse que o ideal seria que o motor não
precisasse ser resfriado. Infelizmente isso não é possível. Você deve saber que a
temperatura dos gases no interior da câmara de combustão de um motor moderno aproximase dos 2000 oC. Esta temperatura é superior à de fusão da maioria dos metais e ligas que
você conhece. Esse fato, por si só, já explica claramente a necessidade do resfriamento
dos motores.
A remoção do excesso de calor das paredes dos cilindros, cabeçotes, êmbolos,
injetores e do próprio óleo lubrificante, continua sendo indispensável para a continuidade
do funcionamento do motor. Entretanto, o resfriamento não deve ser excessivo pois, quanto
mais resfriamos um motor, mais diminuímos o seu rendimento térmico.
45
MAQ
Pincipais agentes resfriadores
Os sistemas de resfriamento dos motores de pequeno porte utilizam normalmente
somente ar, ou ar e água doce como agentes arrefecedores. Nos motores marítimos de
médio e de grande porte, o usual é utilizar a água doce circulando no motor, sendo esta
resfriada posteriormente por água do mar ou do rio, conforme a região em que o navio se
encontra. Nos grandes motores marítimos de propulsão, não apenas a água, mas também
o próprio óleo lubrificante do motor pode ser utilizado como agente arrefecedor dos êmbolos.
Assim, podemos encontrar diferentes arranjos de sistemas de resfriamento, sendo que os
mais comuns serão descritos a partir de agora.
3.3.1 Tipos de sistemas de resfriamento
Os sistemas de resfriamento utilizados nos motores Diesel e de explosão podem
ser divididos em diretos e indiretos. Entre os sistemas de resfriamento do tipo direto
encontramos: o resfriamento por ar, que por sua vez pode utilizar a ventilação natural ou
a ventilação forçada, e o resfriamento por água, que utiliza apenas a água do mar ou do
rio.
a) Resfriamento direto por ar
Trata-se de um sistema pouco utilizado nos dias de hoje. Costuma aparecer em
motores de motocicletas e pequenos veículos. O sistema pode apresentar-se de duas
formas: com ventilação natural ou com ventilação forçada. Em qualquer das formas, os
cilindros do motor são dotados de aletas para aumentar a superfície de contato com o ar.
No sistema de resfriamento com ventilação natural, utilizado em alguns tipos de
motocicletas, a eficiência do resfriamento depende fundamentalmente do deslocamento
do veículo. No sistema de resfriamento por ar com ventilação forçada, uma ventoinha é
instalada na extremidade do eixo de manivelas, forçando o ar por um conduto em direção
às aletas dos cilindros. As figuras mostram os arranjos que acabamos de descrever.
natural
forçada
b) Resfriamento direto por água
46
Foi o primeiro sistema de resfriamento por água utilizado nas embarcações. Tratase de um sistema rudimentar e obsoleto que hoje só é utilizado em motores de embarcações
miúdas que navegam em rios, pois o efeito da corrosão não é muito acentuado. Na sua
forma mais comum, o resfriamento direto por água é obtido da maneira mostrada na
figura.
Através da válvula de fundo e do ralo uma bomba, acionada pelo próprio motor,
aspira a água do mar ou do rio e descarrega-a para o resfriador de óleo, de onde vai para
as câmaras de resfriamento apropriadas em volta dos cilindros e cabeçote do motor,
sendo em seguida descarregada para o mar ou rio. Como você deve imaginar, as vantagens
desse sistema são a sua simplicidade e o seu baixo custo.
c) Resfriamento indireto, combinado por ar e água
A característica de todos os sistemas de resfriamento do tipo indireto é que nele
são utilizados dois fluidos arrefecedores. O resfriamento indireto combinado pode ser
feito por água doce e ar ou por água doce e água salgada.
O resfriamento indireto combinado por água e ar é muito aplicado, não apenas nos
motores automotivos, mas também nos estacionários terrestres e em alguns marítimos de
pequeno porte. Nesse sistema, uma bomba faz a água doce circular em volta das camisas
dos cilindros e nas câmaras de água existentes no cabeçote do motor, absorvendo o
excesso de calor dos mesmos e conduzindo-o para um reservatório denominado radiador,
onde o ar forçado sobre as aletas desses tubos remove da água de circulação do sistema
o excesso de calor absorvido no motor.
A bomba, o radiador e a válvula termostática, são os principais componentes do
sistema. A bomba é normalmente do tipo centrífuga, sendo acionada pelo próprio motor,
como mostra a figura.
e
c
d
a
b
a) radiador
b) câmara
c) ventoínha
d) bomba d’água
e) termostato
47
MAQ
O radiador é um tanque constituído de um
reservatório superior e um inferior ligados entre si por
um conjunto de tubos aletados denominado colmeia.
Como não poderia deixar de ser, a água trabalha no
interior dos tubos e o ar envolve os mesmos e as suas
aletas. Estas servem para aumentar a superfície de
contato com o ar, aumentando dessa feita a eficiência
do sistema de resfriamento. A figura ao lado mostra um
radiador completo.
A válvula termostática (a), por sua vez, tem
por finalidade controlar o fluxo da água de resfriamento
por dentro ou por fora do radiador, quando a
temperatura da mesma é muito alta ou muito baixa para
o sistema. Assim, ela deve manter a temperatura da
água de circulação dentro das condições desejadas.
Observe a mudança na direção do fluxo na figura.
a
radiador
a
válvula fechada
válvula aberta
Atenção
Não é correta a atitude de um mecânico que elimina a válvula termostática do
sistema quando ela apresenta defeito. Certo mesmo é substituí-la, pois ela desempenha
um papel muito importante, principalmente no momento do arranque ou quando o motor
opera em regiões de clima frio.
No caso dos motores estacionários, a ventoinha do radiador funciona direto e serve
para aumentar o fluxo de ar através da colmeia. No caso dos motores automotivos
modernos, o funcionamento da ventoinha (que é acionada por motor elétrico), é controlado
por um sensor de temperatura da água do motor. Com o veículo em movimento, o próprio
deslocamento permite uma boa corrente de ar através da colmeia. Assim, a ventoinha
pode entrar e sair automaticamente de funcionamento, de acordo com a necessidade do
sistema. Com o veículo parado e o motor funcionando, a corrente de ar é insuficiente, e
nesse caso o sistema automático deve ligar e manter a ventoinha funcionando até que a
temperatura da água atinja o valor desejado.
d) Resfriamento indireto combinado por água doce e água do mar (ou do rio)
48
Este é, sem dúvida alguma, o sistema mais empregado a bordo dos navios
mercantes. Nele, uma bomba centrífuga, acionada por motor elétrico ou pelo próprio motor
de combustão é utilizada para circular água doce pelos espaços apropriados no interior do
motor. Depois de absorver calor do motor, essa água passa por dentro de um aparelho
denominado resfriador de água doce, onde troca calor com a água do mar ou do rio que
passa pelo interior dos tubos ou das placas do mesmo. A água do mar ou rio é aspirada
por uma bomba centrífuga dependente ou independente do motor, e descarregada para o
resfriador, de onde retorna novamente ao mar ou rio. Atente para a figura e identifique os
elementos básicos do sistema.
Agora que você já conhece a composição básica do sistema, vejamos a função de
cada um deles:
a
e
b
k
f
g
a) tanque de expansão
b) válvula de comunicação
c) bomba centrífuga de água doce
d) entradas de água no bloco
e) coletor de saída deágua doce
f) válvula termostática
g) resfriador de água doce
h) válvula de fundo
i) ralo da bomba de água salgada
j) bomba de água salgada
k) válvula de descarga para o mar
d
j
h
c
i
Tanque de expansão
Tem por finalidade absorver os efeitos do aumento de volume da água quando
aquece, e também para compensar as perdas no sistema devidas a fugas por
engaxetamentos de válvulas, selos ou gaxetas de bombas, evaporação, etc.
Válvula de comunicação
Serve para comunicar o tanque de combustível com o resto do sistema. Com o
motor em funcionamento deve ficar completamente aberta.
Bomba centrífuga de água doce
Serve para fazer a circulação da água doce no sistema.
Resfriador de água doce
É o aparelho trocador de calor onde a água doce quente vinda do motor perde calor 49
MAQ
para a água do mar.
Válvula termostática
Controla a temperatura ideal da água doce do o motor, deixando passar mais ou
menos água pelo radiador ou do rio.
Válvula de fundo
Fixada com parafusos no casco da embarcação, serve para permitir a entrada da
água do mar no sistema.
Ralo
Serve para proteger a bomba, impedindo a entrada no sistema de sujeira, peixes
miúdos e outras espécies marinhas.
Bomba de água salgada
Também do tipo centrífuga, sua finalidade é aspirar a água do mar para circular o
resfriador de água doce do motor.
Válvula de descarga para o mar
Situada no costado da embarcação, serve para descarregar a água salgada de
volta ao mar.
Além dos sistemas de resfriamento já estudados, há um outro bastante conhecido
chamado resfriamento sob quilha. É um sistema muito interessante para barcos que
navegam em águas lamacentas ou arenosas, pois a água do mar ou do rio envolve os
tubos pelo interior dos quais circula a água doce do motor. O sistema é simples e a diferença
mais acentuada entre ele e o que acabamos de estudar é que o resfriador é constituído de
vários tubos montados longitudinalmente sob o casco do navio ficando, portanto,
mergulhado na água do mar ou do rio. A figura mostra o referido sistema empregado em
uma instalação com motor Scania DS 11.
50
1) tubos de arrefecimento do circuito do motor
2) tanque de expansão para o circuito do motor
3) tubo de conexâo
4) tubo de sangria
5) tubos de arrefecimento para circuito de arrefecimento de admissão
6) tanque de expansão do circuito de arrefecimento de admissão
7) tubo de conexão
8) tubo de sangria
9) peça distribuidora
10) fixacão do arrefecedor
11) batente
3.4 Sistema de combustível
A finalidade do sistema de combustível é enviar a quantidade de combustível para
dentro dos cilindros do motor, nas quantidades adequadas à carga com a qual o motor
opera.
A composição de um sistema básico de combustível é mostrada na figura. Identifique
cada um dos seus elementos.
Já identificou todos os elementos? Então vejamos a finalidade de cada um deles:
1) tanque de combustível – é o reservatório onde é colocado o óleo combustível 51
MAQ
a ser queimado no motor.
2) válvula de comunicação – utilizada para comunicar ou cortar o combustível
para o motor.
3) bomba alimentadora – aspira o combustível do tanque e o envia sob pressão
para a admissão da bomba injetora. É acionada mecanicamente pelo próprio
motor.
4) comando manual da bomba alimentadora – utilizado quando se deseja retirar
ar do sistema.
5) filtro de combustível – tem a finalidade de não deixar
que impurezas sólidas no combustível passem para
os injetores. Há vários tipos de filtros, como os de
tela fina e os de papel prensado, sendo alguns deles
descartáveis. A figura ao lado mostra um conjunto de
filtro de combustível com elemento de feltro para
motores de pequeno porte.
6) bomba injetora de combustível – tem a finalidade
de dosar a quantidade de combustível, de acordo com
a carga do motor, e enviá-lo em alta pressão para abrir os injetores.
7) injetor – também chamado de bico injetor, é o elemento que introduz o combustível
no cilindro de forma pulverizada.
8) linha de retorno – permite que a sobra de combustível do injetor retorne para o
sistema.
9) regulador de velocidade – embora não seja considerado como elemento do
sistema de combustível, esse dispositivo regula a velocidade do motor atuando
na cremalheira da bomba injetora. É dessa maneira que a bomba aumenta ou
diminui a quantidade de combustível enviada aos injetores.
Pelo número de saídas de combustível da bomba injetora, você deve ter reparado
que o arranjo mostrado na figura anterior é de um motor de 4 cilindros. O sistema, entretanto,
só está completo para um. A bomba injetora que você vê no sistema é, na verdade, um
conjunto de 4 pequenas bombas alternativas montadas em uma única carcaça. Esse
conjunto de bombas é acionado por um eixo de ressaltos, que por sua vez é acionado
pelo próprio motor. A figura a seguir mostra um conjunto formado pela bomba injetora,
bomba alimentadora, pré filtro e regulador de velocidade para motores de pequeno porte.
Observe, pelo número de saídas de combustível, que se trata de uma bomba injetora para
motores de 6 cilindros.
1) bomba injetora
2) bomba alimentadora
3) pré-filtro
4) regulador de velocidade
5) engrenagem de
acoplamento da bomba
52
3.4.1 Funcionamento da bomba Bosch
A próxima figura mostra em corte um elemento da bomba Bosch. Observe que o
êmbolo apresenta um rasgo vertical e um rasgo helicoidal (em forma de hélice).
1) cilindro ou bucha
2) êmbolo
3) cremalheira
4) copeta superior da mola
5) copeta inferior da mola
6) mola
7) encaixe do flange do êmbolo
8) flange do êmbolo
9) luva de regulagem
10) válvula de retenção (recalque)
11) luva de acoplamento
12) mola de válvula
Corte de um elemento da bomba Bosch
O tucho imprime ao êmbolo um movimento alternado no interior do cilindro da bomba.
Esse cilindro possui duas aberturas diametralmente opostas, denominadas janelas. Quando
essas janelas são abertas pelo próprio êmbolo, durante o seu movimento de descida, o
combustível vindo da bomba alimentadora para a câmara em volta das janelas do cilindro
penetra no mesmo, fazendo o seu enchimento. Essa pressão é relativamente baixa, da
ordem de 3 a 6 bar. No movimento de subida, o êmbolo comprime o combustível que,
agora em alta pressão, levanta a válvula de retenção situada na descarga da bomba.
Repare que a cremalheira, acionada manualmente, ou por meio de um regulador de
velocidade, engraza na bucha dentada que na sua parte inferior tem um rasgo onde se
aloja a asa do êmbolo. Isso permite que, ao ser movimentada para um lado ou para o
outro, a cremalheira obrigue o êmbolo a girar alguns graus num ou noutro sentido.
A descrição foi feita em linhas gerais. Entretanto, você precisa saber como a bomba
controla a quantidade de combustível enviada ao injetor, de acordo com a carga do motor.
53
MAQ
Para isso, acompanhe a nossa explicação observando as três figuras.
a
b
c
Quando o êmbolo no seu curso descendente descobre as janelas o combustível
penetra no cilindro.
Ao movimentar-se para cima (b), o êmbolo cobre as janelas do cilindro, iniciando a
compressão do óleo combustível. Este, sob alta pressão, vence a resistência da mola da
válvula de retenção na descarga da bomba, levantando-a de sua sede e permitindo a
descarga do combustível.
Quando o êmbolo alcança a posição mostrada na figura (c), o rebaixo helicoidal
descobre a janela de contorno e o combustível, que estava sendo comprimido, escapa do
cilindro pelo seguinte caminho: rasgo vertical, rebaixo helicoidal e janela de contorno.
Assim termina a injeção. Como a pressão no interior do cilindro cai bastante, a válvula de
retenção, na descarga da bomba, fecha imediatamente por ação da sua mola.
Na etapa que acabamos de descrever, consideramos apenas o movimento alternado
do êmbolo, na situação de débito máximo da bomba.
É fácil perceber que, entre o débito nulo e o débito máximo da bomba, existe uma
infinidade de débitos diferentes. Para cada nova condição de carga do motor, a cremalheira
tem que ser movimentada para fazer girar um pouco o êmbolo num ou noutro sentido,
aproximando ou afastando o rebaixo helicoidal da janela de contorno, variando dessa
forma a quantidade de combustível enviada ao injetor.
54
A seqüência representada na figura ilustra muito bem o que acabamos de explicar.
a
b
c
100%
d
50%
e
vazio
f
parado
A posição (a) mostra a fase de enchimento do cilindro; em (b) tem-se o início da
injeção; em (c) o final da injeção pra 100% de carga; em (d) para 50% ; em (e) a de
funcionamento em vazio e, finalmente, em (f) a posição correspondente a débito nulo ou
motor parado.
3.4.2 Cuidados a obsevar na manutenção do sistema de combustível
A manutenção de rotina de um sistema de combustível resume-se praticamente à:
a) verificação do nível e da qualidade do óleo combustível no tanque de serviço;
b) limpeza dos filtros;
c) drenagem de água acumulada em tanques e filtros;
d) extração de ar que possa penetrar no sistema ( escorva ).
e) eliminar vazamentos
f) manter o motor limpo para facilitar a localização de fugas de combustível
As bombas injetoras e os injetores são normalmente revisados em terra por oficinas
especializadas. É absolutamente recomendável que se tenha a bordo pelo menos um
jogo de sobressalentes do sistema de injeção (filtro, bomba alimentadora, injetor e bomba
injetora).
Importante
1) O ar é um grande inimigo do sistema de combustível. Quando entra ar no sistema,
é quase impossível colocar o motor em funcionamento, sem antes fazer uma escorva.
2) Escorva é a operação de retirar o ar que entrou no sistema, Para isso basta
folgar uma conexão e atuar no comando manual da bomba alimentadora até que saia
apenas combustível.
3) O filtro de combustível impede a passagem de impurezas sólidas, mas não impede
a passagem de água que também provoca a parada do motor. Portanto, tenha cuidado
com a qualidade do combustível que você coloca no tanque do seu motor. Ele poderá
estar contaminado com água.
55
MAQ
3.5 Sistema de admissão de ar
De acordo com o processo de alimentação de ar, o motor Diesel pode ser classificado
como: de aspiração natural ou superalimentado.
Motor de aspiração natural é aquele que aspira o ar nas condições em que ele se
encontra na atmosfera; ou seja, na pressão e temperatura que nós, seres humanos,
aspiramos. Por sua vez, o motor superalimentado é aquele em que o ar aspirado da
atmosfera é comprimido antes de ser enviado aos cilindros do motor. Essa compressão,
na maioria das vezes, é feita por meio de um compressor rotativo acionado por uma
turbina, como mostra a figura.
turbina
gases
compressor
filtro
ar
O conjunto formado por essas duas máquinas é denominado turbocompressor.
Quando esse dispositivo é usado, os motores superalimentados são também denominados
de turbo-alimentados ou turbocarregados.
O turbocompressor é constituído de uma turbina e de um compressor rotativo,
ambos de simples estágio, acionados por um mesmo eixo. Os gases de descarga do
motor, atuando na roda empalhetada da turbina, fazem girar o eixo comum à turbina e ao
compressor que é do tipo centrífugo. Assim, a turbina reaproveita uma parte da energia
cinética contida nos gases de descarga do motor que seria perdida na atmosfera. Através
de um filtro, o ar aspirado da atmosfera ambiente é comprimido no compressor rotativo
56
antes de ser enviado aos cilindros. É isso que nos permite dizer que um motor é
superalimentado quando o ar admitido nos seus cilindros encontra-se numa pressão
superior àquela em que ele se encontra na atmosfera. Nesse caso, a sua densidade é
maior do que a do ar que trabalha nos cilindros dos motores de aspiração natural.
Certamente você deve estar se perguntando: mas para que se aumenta a pressão
do ar? É muito simples. Para aumentar o seu peso. Quando você vai aumentando a
pressão do ar dentro de um mesmo cilindro, o peso desse ar também vai aumentando,
porque ele vai ficando mais denso. Com isso pode-se enviar mais combustível para ele,
obtendo assim uma combustão mais violenta. Essa combustão mais violenta faz com que
uma força muito maior atue sobre o êmbolo, resultando num considerável aumento da
potência do motor.
Finalidade da superalimentação
Depois de tudo o que acabamos de explicar, fica fácil concluir que a finalidade da
superalimentação é aumentar a potência do motor, sem aumentar consideravelmente o
seu tamanho. É lógico que para que isso seja possível, as peças do motor precisam ser
mais resistentes para suportar as maiores pressões e temperaturas de trabalho.
Dependendo da pressão do ar de superalimentação, consegue-se hoje aumentar a
potência do motor Diesel em até mais de 50%. Este fato consagrou definitivamente a
máquina Diesel como a preferida na propulsão dos navios mercantes, principalmente os
de médio e de grande porte, onde é extremamente importante instalar grandes potências
no menor espaço possível.
O sucesso da superalimentação foi tamanho que, hoje em dia, os únicos motores
Diesel não sobrealimentados são aqueles em que a potência é tão pequena que não
justifica o custo da instalação de um dispositivo de superalimentação.
Quando comparamos dois motores de mesma potência, sendo um de aspiração
natural e o outro superalimentado, podemos garantir que o segundo apresenta, pelo menos,
as seguintes vantagens em relação ao primeiro:
a) menor volume
b) menor peso
c) maior rendimento
d) menor preço
Durante o processo de compressão a temperatura do ar se eleva bastante,
principalmente nos sistemas em que a pressão de sobrealimentação é elevada, como no
caso dos modernos motores marítimos de médio e de grande porte. Nesses casos, tornase necessária a instalação de um resfriador logo após o compressor, para permitir a redução
da temperatura do ar e o conseqüente aumento da sua densidade. Esse resfriador é
normalmente do tipo de feixe tubular, sendo circulado por água do mar ou do rio.
57
MAQ
A figura mostra um sistema de superalimentação de um motor Cummins
instalado em um Empurrador da empresa Transportes Bertolini.
1) tubo de sucção de ar
2) filtro de ar
3) compressor
4) turbina
5) resfriador de ar
6) coletor de gases de descarga
3.5.1 Cuidados necessários ao sistema de admissão de ar
Os seguintes cuidados devem ser observados na manutenção do sistema de
admissão de ar:
58
a) verificar o estado de limpeza do filtro de ar;
b) verificar a lubrificação da unidade turbocompressora;
c) manter limpo o resfriador de ar e o ralo da bomba da água de circulação do
mesmo;
d) realizar leituras freqüentes de pressão e temperatura, de acordo com as instruções
do fabricante;
e) manter as válvulas de admissão e descarga limpas e reguladas corretamente;
f) fazer limpeza regular na unidade turbocompressora;
g) observar a coloração da fumaça na descarga; fumaça negra pode ser indício de
deficiência de ar, possivelmente devida a sujeira no filtro.;
h) verificar o estado dos instrumentos de medição: manômetro s e termômetros do
sistema; e
i) eliminar possíveis vazamentos de ar ou de gases de descarga no compartimento
do motor.
3.6 Sistemas de partida utilizados em motores de combustão
Todos os motores de combustão interna são incapazes de funcionar sem o auxílio
de um sistema de arranque ou partida. Esse sistema deve efetuar os primeiros giros do
eixo de manivelas do motor. Sua ação é de curta duração e deve terminar tão logo o motor
seja capaz de queimar o seu combustível e, conseqüentemente, funcionar à custa da
energia liberada dessa combustão. Para que isso ocorra, o sistema deve imprimir ao eixo
de manivelas uma velocidade que lhe permita armazenar, com o auxílio do volante,
suficiente energia para vencer a resistência do tempo de compressão, permitindo que, no
caso do motor Diesel, o ar no interior do cilindro atinja a temperatura necessária à ignição
do combustível pulverizado no cilindro. Havendo combustão nos cilindros, o motor passa
a funcionar pela ação da força dos gases em expansão sobre os êmbolos, ocasião em
que o sistema de arranque ou partida torna-se “dispensável”.
Os sistemas mais empregados na partida dos motores alternativos de combustão
são:
a) manual
b) por motor pneumático
c) por motor elétrico
d) por motor hidráulico
e) por injeção de ar comprimido nos cilindros
Sistema de partida manual
É o mais antigo sistema de partida que se conhece, mas ao contrário do que muita
gente pensa, ainda é bastante utilizado em embarcações fluviais miúdas, cuja propulsão
é feita normalmente por motores monocilíndricos.
As formas de apresentação dos dispositivos de partida manual variam bastante,
podendo constar de um simples cabo que se enrola em uma polia instalada no eixo do
motor, de uma manivela que se acopla na extremidade do eixo de manivelas, de um
punho articulado no próprio volante, ou ainda de uma combinação de manivela, rodas
dentadas e corrente. As figuras a e b mostram dois arranjos para partida manual.
a
b
Quando o sistema de partida é manual, o motor possui um dispositivo denominado
descompressor, instalado para reduzir o esforço do operador durante a fase de compressão.
Antes de tentar a partida manual, o operador atua no descompressor, o qual mantém a
válvula de descarga temporariamente aberta. Quando a velocidade imprimida manualmente
ao motor é suficiente para o arranque, o operador atua novamente no descompressor, 59
MAQ
devolvendo ao balancim o comando normal da referida válvula.
Sistema de partida por motor pneumático
É um sistema que vem sendo bastante aplicado nos motores de combustão auxiliar
dos navios de médio porte. Ultimamente esse sistema vem tendo bastante aceitação por
causa da sua simplicidade, da facilidade de obtenção do ar comprimido a bordo, da
capacidade do motor pneumático desenvolver torques elevados compatíveis com as
necessidades dos MCAs dos referidos navios que hoje se encontram na faixa dos 700 a
1000 KVAs. Apresentam ainda a vantagem adicional de arrancar motores Diesel com um
número de cilindros inferior ao mínimo exigido pelo sistema de injeção de ar comprimido
nos cilindros do motor.
Embora haja algumas variantes, o funcionamento do sistema pode ser facilmente
compreendido observando-se a figura seguinte.
E) eixo do modo pneumático
R) acoplamento flexível
F) eixo do dispositivo do engate
H) rosca do eixo do dispositivo de engate
M) motor pneumático
N) disco com contrapeso
P) pinhão
T) esbarro
V) cremalheira do volante do motor de combustão
A pressão do ar comprimido exigida pelo sistema depende do torque solicitado,
mas pode-se dizer que encontra-se na faixa dos 8 a 14 bar.
60
O princípio de funcionamento do sistema resume-se no seguinte: no instante da
partida, o ar comprimido é admitido no motor pneumático M, através de uma válvula
eletromagnética (solenóide) que não aparece na figura. O motor pneumático M aciona o
eixo E, que pela mola R, que faz o acoplamento elástico, vai unido ao eixo F. Este é
rosqueado com um passo quadrangular. Sobre a rosca quadrangular H trabalha o conjunto
P formado por três pecas fixas entre si (uma roda, um contrapeso N e um pinhão). Ao girar
o eixo F, o conjunto a que nos referimos é obrigado a deslocar-se axialmente sobre a
rosca quadrangular para a direita, até alcançar o esbarro T. Quando isso ocorre, o conjunto
(roda + contrapeso + pinhão), não podendo mais deslocar-se axialmente é obrigado a
girar com o eixo F que, por sua vez, está recebendo o movimento do eixo E do motor
pneumático M. Assim, com o pinhão engrenado na coroa V do volante (cremalheira),
consegue-se fazer girar o motor. Quando o arranque é conseguido, para-se o motor M
cortando-se o seu suprimento de ar, cessando então a força que impulsionava o conjunto
P (roda + contrapeso + pinhão). Com o eixo do motor pneumático parado, o conjunto
passa a ser impulsionado pela própria coroa ou cremalheira do volante, sendo obrigado a
deslocar-se em sentido contrário para a sua posição inicial ou de repouso.
O dispositivo apresentado é muito simples. Há entretanto tipos mais sofisticados
como os que utilizam um sistema de embreagem constituído por vários discos metálicos.
Sistema de partida por motor elétrico
Esse é, com certeza, o mais utilizado de todos os sistemas de partida. Está presente
na quase totalidade dos veículos automotivos, sendo também bastante empregado em
outras áreas da indústria. Na marinha mercante, seu emprego é limitado aos motores de
pequeno porte. A exemplo do sistema anterior, o método de engrenamento na cremalheira
do volante do motor de combustão baseia-se no dispositivo de acoplamento conhecido
como Bendix. A ligação elétrica do sistema está mostrada na figura.
A figura apresenta o motor de arranque em corte.
61
MAQ
1) mola de retrocesso
2) bobina de retenção
3) bobina de chamada
4) chave magnética
5) contato
6) borne de ligação
7) ponte de contato
8) mancal do coletor
9) bucha
10) coletor
11) escôva
12) carcaça
13) sapata polar
14) induzido
15) bobina de campo
16) anel de guia
17) barente
18) roda livre
19) eixo
20) pinhão
21) arraste
22) disco de freio
23) mola de engrenamento
24) alavanca de comando
O seu principio de funcionamento resume-se no seguinte:
Ao ligar-se a chave do circuito elétrico, uma corrente de pequena amperagem
alimenta tanto o enrolamento de impulsão quanto o de retenção da solenóide. Assim, o
núcleo móvel da solenóide, atraído em direção aos contatos de alta amperagem do motor
faz com que o disco de contato atraque com duas pastilhas de cobre. Acionando-se o
botão de partida, o circuito e o motor de partida entram imediatamente em funcionamento.A
alavanca de comando, puxada pelo núcleo móvel do solenóide oscila em seu eixo e seu
garfo desloca axialmente o dispositivo de engrenamento, até que o pinhão engrene nos
dentes da coroa dentada ou cremalheira do volante do motor de combustão. Assim, o
volante passa a girar e com ele o eixo de manivelas, até que o motor entra em funcionamento
pela queima do seu combustível. É nesse momento que o volante do motor assume uma
velocidade maior do que a que lhe é transmitida pelo motor de partida. O pinhão, que é
solidário à roda-livre, gira com maior velocidade. Esse aumento do número de rotações
não é transmitido ao induzido do motor de partida por causa da ação da roda-livre. No
momento em que o motor de combustão entra em funcionamento, solta-se a chave elétrica
e a solenóide deixa de ser energizada. Logicamente, o disco de contato afasta-se das
pastilhas. Como a corrente do motor foi interrompida, o pinhão é obrigado a voltar para a
sua posição inicial ou de repouso.
A cada partida uma boa parte da carga da bateria é descarregada. O alternador
que aparece no circuito elétrico da figura anterior, e que é acionado pelo próprio MCP do
barco mantêm a bateria carregada com a ajuda do regulador de voltagem.
A figura abaixo mostra o posicionamento do motor de arranque em um motor
Cummins.
1) capa do volante
2) motor de partida
62
Cuidados com o sistema de partida elétrica
Pelo menos os seguintes cuidados devem ser observados:
a) manter o nível do eletrólito da bateria correto;
b) a menos que haja derrame de eletrólito, completar o nível da bateria apenas com
água destilada
c) manter a bateria carregada e a densidade correta do eletrólito;
d) manter limpos os bornes da bateria e os terminais dos cabos elétricos;
e) manter conexões normalmente apertadas;
f) inspecionar periodicamente o estado das escovas e do coletor;
g) não exceder de 10 segundos o funcionamento contínuo do motor de arranque; e
h) dar um tempo de cerca de 30 segundos entre tentativas de partida do motor de
combustão
3.7 O Sistema de descarga
O sistema de descarga de gases tem, na realidade, várias finalidades. Dependendo
do tipo de motor, poderá ser mais ou menos complexo. Entre as suas funções destacamos:
a) coletar os gases dos cilindros e descarregá-los com segurança para fora do
ambiente de trabalho.
b) reduzir o ruído originado pela descarga dos gases provenientes das câmaras de
combustão do motor. Isso é conseguido com o auxílio de um silencioso; e
c) no caso dos motores turbocarregados, coletar e direcionar os gases dos cilindros
para a admissão na turbina da unidade turbocompressora., antes de enviá-los
à atmosfera através de um silencioso.
A figura mostra a disposição da tubulação do sistema de descarga de um motor.,
nela não aparece a unidade turbocompressora.
1) tampa de proteção
2) flange
3) junta
4) silencioso
5) separador de água
6) suporte
7) bujão
8) sifão
9) junta de expansão
10) motor
11) joelho
63
MAQ
Para reduzir a radiação de calor para o compartimento da máquina, proteger o
pessoal contra queimaduras, e diminuir o risco de incêndio, a tubulação do sistema de
descarga deve ser revestida com material isolante térmico (normalmente amianto) pintado
com tinta alumínio para calor. Se você voltar à figura da página 59, vai observar uma parte
do sistema de descarga de gases incluindo a turbina da unidade de superalimentação.
Observe também o revestimento térmico do tubulão de descarga, logo após a turbina.
Por sua simplicidade, o sistema de descarga do motor é o que menos preocupa o
operador. Entretanto, alguns cuidados devem ser tomados para o seu bom funcionamento
pois mal cuidado pode comprometer o bom funcionamento do motor e a saúde do pessoal.
Entre os cuidados principais destacamos:
a) inspecionar o silencioso e se necessário fazer limpeza no mesmo;
b) verificar se o sifão funciona bem;
c) manter o isolamento térmico em bom estado, principalmente nos trechos próximos
a tanques de combustível;
d) eliminar quaisquer vazamentos de gases para o compartimento do motor;
e) manter fechada a tampa de proteção do tubo descarga, quando o motor sujeitarse a longos períodos de repouso; e
f) verificar antes da partida do motor se não há água condensada acumulada no
sistema.
3.8 O Motor Propulsor com recurso Emergencial de Esgotamento
Embora o navio de pequeno porte disponha de uma ou duas bombas principais de
esgoto, é comum a utilização do motor propulsor para acionar uma bomba de esgotamento
dos porões da máquina em situações emergenciais. O item 3 da figura mostra claramente
o que acabamos de explicar.
64
1) tanque de combustível
2) bomba de lubrificação do mancal do eixo
3) bomba de esgoto do porão
4) separador de água do combustível
5) coletor de água do mar
6) tomada de força para guincho
7) coletor de água do mar
8) gerador / alternador
9) bomba para incêndio e lavagem
3.9 O Motor propulsor possibilitando a geração de energia elétrica a bordo
Certamente você observou, na figura anterior no item 8, que o motor propulsor
aciona também o gerador principal de energia elétrica que alimenta os circuitos de luz e
força de bordo. Evidentemente, quando o motor propulsor está parado, a energia elétrica
passa a ser fornecida por um gerador auxiliar acionado por um motor Diesel como mostra
a figura. Observe, na mesma figura o quadro elétrico e um grupo de baterias que serve
para alimentar o motor de partida do MCP e os circuitos de iluminação do navio em situações
de emergência.
grupo diesel-gerador de um empurrador
Com relação à geração de energia elétrica a bordo, vale a pena ressaltar também
que, em certos navios de médio porte, o motor propulsor também tem possibilidade de
acionar um gerador de energia elétrica por meio de uma caixa de engrenagens. Esse 65
gerador é denominado gerador de eixo. Em regime normal de viagem, o gerador de eixo MAQ
tem capacidade para suportar toda a carga do navio. Obviamente, quando o motor principal
está em regime de manobra ou mesmo parado, a energia elétrica passa a ser fornecida
por um ou dois grupos diesel-geradores. Nesses casos, um sofisticado sistema de controle
automático consegue fazer a transferência de carga do gerador de eixo para os grupos
diesel –geradores auxiliares, sem que seja necessário apagar o navio.
3.10 Manutenção
Manutenção é o conjunto de ações necessárias para que uma máquina, aparelho
ou sistema seja conservado ou recuperado, de modo a permanecer de conformidade com
uma condição previamente estabelecida.
De um modo geral, há apenas dois tipos básicos de manutenção: a preventiva e a
corretiva. Esses dois tipos, entretanto, podem ser subdivididos, conforme o diagrama
abaixo
manutenção
corretiva
preventiva
planejada
preditiva
de melhoria
Manutenção preventiva – é aquela que consiste em realizar inspeções, reparos
ou trocas de peças segundo intervalos de tempo previamente estabelecidos, ou segundo
determinados critérios pré-fixados para reduzir a probabilidade de avaria ou perda de
rendimento na máquina, sistema ou aparelho.
Manutenção planejada - também denominada manutenção programada ou
sistemática, é a manutenção preventiva que se efetua em intervalos de tempo prédeterminados, com base nas horas de funcionamento, número de operações, número de
manobras, etc.
A manutenção planejada é, sem dúvida alguma, a que cobre o maior número de
máquinas, sistemas e aparelhos de bordo dos navios de pequeno, médio e grande porte.
Trocar o óleo do compressor a cada 5000 horas, descarbonizar o MCA a cada 5000
horas, limpar o filtro tal ao final de cada operação, etc, são exemplos de aplicação da
manutenção planejada.
66
Manutenção preditiva – também conhecida como condicional, é a manutenção
preventiva baseada no conhecimento por comparação do estado de uma máquina, sistema
ou aparelho, através da medição contínua ou periódica de um ou mais dos seus parâmetros
significativos.
A manutenção preventiva preditiva é, sem dúvida alguma, a mais eficiente de todas
as modalidades de manutenção, porque permite ao usuário detectar com antecedência
qualquer desvio perigoso no funcionamento da instalação. Naturalmente, o conhecimento
prévio do problema ajuda o manutentor a programar a manutenção para a ocasião mais
adequada, sem prejuízos para a produção. Apesar da sua eficácia, a manutenção preditiva
não pode ser implantada em todas as instalações por causa do seu alto custo. Ela utiliza
equipamentos eletrônicos sofisticados, entre os quais, sensores de vibração que, instalados
em pontos críticos da máquina, permitem a monitoração dos níveis de vibração, Alterações
significativas nesses níveis denunciam possíveis problemas na máquina. Enviar amostras
de óleo lubrificante para análise em terra, mesmo que não haja suspeita de anormalidades,
é outro procedimento da manutenção preditiva. A análise laboratorial pode revelar, em
tempo hábil, a presença de partículas metálicas imperceptíveis a olho nu, denunciando,
por exemplo, um atrito excessivo nos mancais e, consequentemente, um problema sério
que se avizinha. Pelo seu alto custo e pela sua enorme importância, o MCP de um navio
de médio ou de grande porte pode ser bem coberto por um sistema de manutenção preditiva.
Mas será que os custos justificariam, por exemplo, o emprego desse sistema no motor
propulsor de uma pequena lancha?
Manutenção corretiva - é o tipo de manutenção realizada em uma máquina, sistema
ou aparelho, quando o defeito já foi identificado, restituindo-se assim a sua condição
admissível.
Manutenção corretiva de melhoria - é a manutenção corretiva realizada em uma
máquina, sistema ou aparelho, onde se incluem melhorias para aumentar a performance,
a confiabilidade o ciclo de vida, etc..
A manutenção corretiva é, sem dúvida alguma, a menos recomendada para bordo
dos navios, principalmente porque defeitos ou falhas podem ocorrer com o navio muito
distante de um porto. Entretanto, ela também pode ter a sua vez, quando o custo do
sobressalente da máquina é barato, quando é fácil de ser encontrado e, sobretudo, quando
o defeito ou avaria do equipamento não afetam a segurança ou a produção.
Exercícios
I ) Escreva certo ou errado de acordo com as afirmativas:
1) __________________ Ralo é o mesmo que filtro.
2) __________________ A válvula de alívio instalada no filtro de óleo lubrificante
opera sempre aberta.
3) __________________ Quanto mais resfriamos um motor mais reduzimos o seu
rendimento térmico.
4) __________________ As aletas servem para aumentar a superfície de
resfriamento dos cilindros do motor.
5) __________________ Quando a válvula termostática apresenta defeito ela deve
ser eliminada do circuito de resfriamento do motor.
67
MAQ
6) __________________ No resfriamento indireto sob quilha o resfriador fica fora
do navio.
7) __________________ A válvula termostática controla a pressão da água no
sistema de resfriamento.
8) __________________ Todos os resfriadores de óleo lubrificante são do tipo de
placas.
9) __________________ A bomba alimentadora de combustível comprime o óleo
combustível para a admissão das bombas injetoras.
10) __________________ O dispositivo do motor que comanda o movimento da
cremalheira das bombas injetoras é o regulador de velocidade.
II) Responda às seguintes perguntas:
1) Qual a principal finalidade do sistema de lubrificação do motor?
2) Que funções secundárias desempenha o lubrificante em um motor de combustão?
3) Quais são os componentes básicos do sistema de lubrificação do motor?
4) Qual a finalidade da válvula reguladora de pressão da bomba de lubrificação do
motor ?
5) Em que componente do sistema de resfriamento do motor o calor absorvido no
motor é rejeitado no sistema?
6) Quais as finalidades do sistema de resfriamento do motor?
7) Quais os principais agentes arrefecedores utilizados no resfriamento de motores
Diesel?
8) Qual a finalidade do injetor no sistema de combustível do motor?
9) O que é manutenção corretiva?
10) O que é manutenção corretiva?
68
4 Equipamentos de propulsão
4.1 Principais componentes do sistema de propulsão
Os principais componentes de um sistema de propulsão para navios de pequeno
porte são: o motor Diesel, um dispositivo de reversão de marcha próprio ou independente
do motor, o eixo propulsor e o hélice. Dependendo do tipo e do porte da embarcação, o
sistema de propulsão pode apresentar-se de diversas maneiras.
Mecanismos de transmissão entre o motor e o eixo propulsor
A grande maioria das unidades mercantes de pequeno porte costuma apresentar o
seu sistema de propulsão constituído por um motor Diesel irreversível, uma caixa de
redução e reversão de marcha, um eixo de transmissão e um hélice de passo fixo. A figura
mostra um sistema dessa natureza.
Em menor escala, o sistema de
propulsão dos navios de pequeno porte
pode apresentar-se com um motor Diesel
irreversível, um eixo de transmissão e um
hélice de passo variável. Um hélice é dito
de passo variável quando pode modificar
e até inverter o ângulo de suas pás,
permitindo que o navio dê marcha avante
ou marcha atrás, sem que seja necessário
parar o motor pro,pulsor. A figura ao lado
dá uma idéia do hélice de passo variável.
Seu estudo detalhado, entretanto não faz
parte dos propósitos deste curso.
69
MAQ
Além dos arranjos mencionados, vem sendo bastante utilizado um sistema de
propulsão denominado azimutal (rudder propeller). A uma simples olhada, você pode
observar na figura que um motor Diesel irreversível aciona um hélice de passo fixo, sendo
que o mesmo pode ser girado de 0 a 360o , sendo esse controle feito por um sistema de
transmissão mecânico ou hidráulico. Esse sistema dispensa, portanto, o uso do leme
tradicional e oferece ótimas condições de manobrabilidade ao navio. A propulsão azimutal
vem sendo bastante aplicada em embarcações de pequeno porte como Empurradores
para a navegação fluvial e rebocadores para apoio a plataformas (off shore). Veja o desenho
de um sistema fabricado pela Schottel.
Componentes da linha de eixos
Observe a figura abaixo. Ela mostra alguns detalhes da instalação de um sistema
de propulsão de uma pequena embarcação.
Eixo propulsor
1) bucha
2) parafuso de fixação
70
Eixo propulsor - é o componente que recebe o movimento do eixo de manivelas
do motor e o transmite ao hélice por meio de um dos dispositivos já mencionados, a fim de
possibilitar o deslocamento da embarcação.
Deve ficar claro para você que reversão é a mudança no sentido da marcha e
redução é a diminuição da rotação do eixo propulsor, sendo que essas manobras podem
ser feitas com o auxílio de uma caixa de engrenagens ou pelo próprio controle de um
motor reversível. O eixo propulsor é apoiado pela parte de a vante na caixa de reversão e
a ré pela bucha posicionada no interior do tubo telescópico. Apoiando o eixo, a bucha
impede que ele trepide com o movimento do hélice. É da maior importância manter essa
bucha em bom estado, principalmente, sem folgas excessivas, pois ela tem muito a ver
com o correto alinhamento do eixo propulsor.
Engaxetamento – a vedação entre o eixo propulsor e o casco é conseguida por
meio de anéis de gaxeta ou de um selo mecânico. A gaxeta envolve o eixo ficando
comprimida dentro do seu alojamento. O engaxetamento veda a passagem da água do
mar que faz pressão na bucha. Para garantir a vedação entre o eixo propulsor e a bucha,
as gaxetas são comprimidas por uma sobreposta mediante um razoável aperto nos seus
parafusos. As gaxetas são lubrificadas por meio de um graxeiro que é um copo de graxa
com uma tampa roscada que comprime a graxa em um tubo na direção da caixa de
gaxetas, na medida em que vai sendo enroscada no seu alojamento, ou por uma bomba
de óleo.
Quando a embarcação está parada, o engaxetamento deve ser levemente apertado
para evitar a entrada de água no barco, principalmente quando a tripulação estiver ausente.
Antes de sair com a embarcação deve-se folgar levemente a sobreposta para que o eixo
propulsor possa girar. As gaxetas devem ser aliviadas até deixar pingar um pouco de
água por ele. Esse procedimento permite o resfriamento das mesma, impedindo que ela
queime por excesso de atrito. A gaxeta deve ser lubrificada periodicamente e em caso de
necessidade de substituição da mesma deve-se tomar muito cuidado com a escolha do
material apropriado, não apenas com relação a sua composição física, mas também no
que diz respeito a sua espessura.
Esforços sobre o Eixo
Durante a navegação, o eixo propulsor fica sujeito a dois esforços; o de torção e o
de tração:
• O esforço de torção é transmitido ao eixo propulsor pelas engrenagens da
caixa de redução e reversão. Esse esforço faz o hélice experimentar um
movimento de rotação como um parafuso deslocando-se dentro de uma porca.
• O esforço de tração é transmitido ao eixo propulsor pelo movimento do hélice.
A transmissão se dá no sentido longitudinal do próprio eixo. Esse esforço é
aplicado sobre o mancal de escora, provocando o deslocamento da embarcação.
Para garantir que o rendimento do trabalho do eixo propulsor não seja comprometido
por esses dois esforços, alguns cuidados devem ser levados em conta:
a) manter a bucha (1), em bom estado (sem folgas excessivas) e o adequado
aperto no engaxetamento;
b) manter apertado o parafuso de fixação (2), do eixo ao bosso do flange que faz o
acoplamento com a caixa de reversão e redução; e
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MAQ
c) manter corretamente apertados os parafusos dos flanges de acoplamento do
eixo e da caixa de reversão.
Tipos mais comuns de acoplamento entre o mecanismo de transmissão e o
eixo propulsor
Os tipos de acoplamento mais utilizados entre o motor e o eixo propulsor são: o
rígido e o flexível. Para garantir um funcionamento suave, sem vibrações, e vida longa
para os componentes do sistema, o alinhamento entre os eixos da caixa de engrenagens
e do propulsor devem ser verificados como indicado nas figuras a (medição do ângulo de
desvio) e b (medição da centralização). Como se trata de uma ligação puramente metálica,
o acoplamento rígido exige um alinhamento mais rigoroso do que o flexível.
a
b
Mancais do eixo propulsor
Os sistemas de propulsão necessitam de mancais de sustentação e de escora.
Como o próprio nome sugere, os mancais de sustentação servem para sustentar o peso
do eixo e garantir o alinhamento do mesmo impedindo que ele se desloque radialmente
além da conta. Por sua vez, o mancal de escora (figura abaixo) tem por finalidade impedir
que o eixo do motor se desloque axialmente no sentido de entrar ou sair do motor, conforme
o barco esteja sendo movimentado para vante ou para trás. Quando o navio está em
marcha avante, o esforço do hélice empurrando a água tende a fazer com que o eixo entre
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no navio. Em caso de marcha atrás ocorre exatamente o contrário. Por isso, o mancal de
escora é construído para absorver o esforço axial conseqüente do empuxo do hélice em
ambos os sentidos.
Quando a embarcação é muito pequena, e o eixo propulsor é muito curto, pode não
ser necessária a presença de mancais de sustentação entre o da bucha e o da caixa de
engrenagens. Nesse caso, o mancal da caixa pode ser construído para realizar as funções
de sustentar e de escorar o eixo propulsor. No caso de navios de porte médio ou grande,
podem aparecer um, dois ou três mancais de sustentação intermediários. A figura mostra
uma instalação propulsora em que aparece um dos mancais de sustentação intermediários.
1) mancal de sustentação intermediário
O Hélice e suas partes principais
O hélice é o elemento terminal do sistema de propulsão da maioria dos navios
mercantes. Pode apresentar-se como sendo de passo fixo ou variável.
A maioria dos hélices consiste de um cubo e um conjunto de pás idênticas espiraladas
espaçadas proporcionalmente ao redor do cubo. É o elemento do sistema de propulsão
que recebe o torque do motor e transfere para a água do mar, possibilitado a movimentação
do navio. Diversos termos são usados para descrever áreas específicas das pás:
Borda de ataque - é a borda que está mais próxima da embarcação. Por sua vez,
a borda de fuga é a que está mais distante da embarcação. A ponta da pá separa a borda
de ataque da de fuga e é o ponto em que cada pá está mais distante do centro do cubo. A
área onde a pá está presa ao hélice é chamada de raiz da pá.
Pá do hélice - é realmente a parte que move a água. O dorso da pá (parte da pá
mais próxima da embarcação) cria uma área de baixa pressão à medida que o hélice gira.
Esta baixa pressão ajuda a puxar o hélice para frente. A face da pá que se encontra na
parte oposta da embarcação cria alta pressão à medida em que gira.
Diâmetro do hélice – é a largura do círculo formado pelas pontas das pás. O
diâmetro do hélice determina a quantidade de potência que um hélice pode aplicar na 73
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água; ou seja, quanta carga o hélice pode empurrar.
Passo do hélice - é o caminho que ele percorre em um rotação completa
Número de pás - um hélice pode possuir duas, três s ou quatro pás.
As figuras facilitarão o seu aprendizado.
1) bucha do hélice
2) cubo
3) pá
4) eixo
5) ponta da pá
6) borda de fuga
7) face da pá
8) borda de ataque
9) raiz da pá
10) dorso da pá
11) dorso da pá
12) face da pá
Balanceamento e alinhamento do eixo propulsor
Para que o sistema de propulsão funcione com grande eficiência, e não haja
comprometimento da vida útil dos seus componentes, torna-se absolutamente necessário
manter o conjunto do eixo e da caixa de reversão e redução muito bem alinhados, e com
o hélice perfeitamente balanceado. O balanceamento do hélice é sempre feito em terra; o
alinhamento, entretanto, pode ser verificado periodicamente a bordo do navio.
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Bibliografia
CUVRU, P. Magot. Moteurs diesel. Editions techiniques pour l’automobile et
l’industrie. São Paulo: Hemus Livraria Editora Ltda, 1977
JONES, C. Morgan. Diesel operator’s guide. New York: Mc Graw-Hill Book Company,
Inc. 1956
US NAVY. Bureau of Naval Personnel. Submarine Main Propulsion Diesel. Consublant
by Standards and Curriculm Division. Washington,1976.
VON SYDOW, Hermano Alfredo Hebert. Manual de máquinas de combustão interna.
Rio de Janeiro: Escola Naval, 1961.
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