Motores Alternativos ENG03342 (Turma C) Porto Alegre, 27 de abril de 2018

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1 1. Sistema de lubrificação Universidade Federal do Rio Grande do Sul Motores Alternativos ENG03342 (Turma C) Porto Alegre, 27 de abril de Nos motores, vários componentes tem movimento relativo. - Assim, o atrito entre duas ou mais partes móveis precisa ser diminuído para aumentar a vida útil dos motores. - O óleo lubrificante terá, então, a tarefa de diminuir o atrito (potência negativa) entre os componentes do motor, fazendo com que o seu desgaste seja diminuído. - O óleo lubrificante tem várias funções! Obviamente que a sua principal função é a de lubrificação (filme de lubrificante) das partes móveis. - Na sequência veremos as 8 principais funções do óleo lubrificante Principais funções do óleo lubrificante 1) Lubrificar em um amplo intervalo de temperatura por um longo tempo; 2) Evitar a formação de compostos agressivos às superfícies metálicas (lacas e vernizes), que se formam quando o óleo se decompõe (isso efeito através da introdução de aditivos no óleo); 3) Evitar a formação de depósitos (resíduos de carbono) na cabeça do êmbolo; 4) Auxiliar na vedação (filme de óleo) dos anéis de compressão; 5) Neutralizar os gases produto da combustão, visando que não haja ataque às paredes do cilindro; 6) Auxiliar na refrigeração do motor (Ex.: mancais e válvula de escape); 7) Transmitir forças (Ex.: regulador hidráulico); 8) Amortecer vibrações mecânicas. - Veremos como se dá a formação do filme de óleo. - Nos motores mais antigos, a formação do filme era feita pelo movimento dos componentes (sem orifícios nos cames e mancais do comando de válvulas e do eixo do motor). - Nos motores mais modernos, a formação do filme é feita sob pressão (há orifícios nos cames e mancais do comando de válvulas e do eixo do motor) Tipos de lubrificação Hidrodinâmica: o filme de óleo é formado pelo próprio movimento do eixo do motor (Figura 1). Inicialmente, não há lubrificação, o que causará elevado atrito (metal contra metal). Em seguida, o eixo girará e arrastará o óleo, criando um campo de pressão hidrodinâmica (Reynolds, em 1886 escreveu um artigo sobre isto), o que criará uma força de sustentação no eixo (lubrificação limite). Assim, o óleo será arrastado de uma região de maior volume. Esses são os chamados efeito cunha e efeito de prensamento. Com o aumento da velocidade de giro, maior será a quantidade de óleo arrastada, e maior será a pressão hidrodinâmica, eliminando o contato metálico (lubrificação total) Hidrostática: o filme de óleo é formado sob pressão, quando o eixo tem orifícios, sendo o melhor tipo. O óleo é fornecido sob pressão por uma bomba. - Como seria a lubrificação entre duas superfícies paralelas? (Figura 2) - Entre as superfícies deve haver uma pequena inclinação (minúsculo desalinhamento) para permitir a formação de um filme de lubrificação. Ou seja, ela não pode ser perfeitamente alinhada! - Alguns poucos motores modernos (principalmente a Diesel) tem furo no interior da biela para lubrificação do pino. - Motores de competição, que trabalham a elevadas rotações, tem um esguicho para refrigerar o eixo do motor. - O óleo entra no mancal (casquilho) e ele poderá ou não ser equipado com ranhuras. O material do casquilho geralmente é de metal poroso, liga de alumínio, liga de cobre, etc. Ele se desgasta mais facilmente que os eixos, sendo mais barato de ser trocado. - Quando se deseja facilitar a formação de filme de óleo, podem ser utilizadas ranhuras nos mancais, servindo inclusive como um pequeno reservatório de óleo. IMPORTANTE: a colocação de ranhuras nos mancais facilita a introdução e distribuição de óleo no mancal. Obviamente, a vida útil do motor será aumentada. As ranhuras semicirculares são consideradas as com melhor formato. (Figura 3) - As ranhuras devem ter suas arestas bem chanfradas, a fim de não rasparem o óleo que está sobre o eixo. Alguns requisitos que as ranhuras dos mancais devem possuir são: 1) Ranhura de distribuição de óleo (Figura4) - Todos os motores a Diesel decentes utilizam! IMPORTANTÍSSIMO: é sempre colocada na área de menor pressão, senão acaba expulsando o óleo para fora! Tem que ser muito bem projetada, do contrário acaba apenas por diminuindo a área de contato. Os motores a gasolina mais antigos tinham este tipo de ranhura, mas os mais novos não tem em função do custo! 2) Ranhura auxiliar (Figura 5) - Não é muito usada! IMPORTANTÍSSIMO: a forma da ranhura depende da direção do giro do eixo, e esta ranhura vai colocada no início da zona de pressão. Alexandre Vagtinski de Paula (depaula@ufrgs.br) 1 Motores Alternativos ENG03342

2 1.3. Óleos lubrificantes dos motores Óleo mineral puro: vem da destilação normal do petróleo (na sequência são colocados aditivos). - As propriedades do óleo dependerão do tipo de petróleo e de seu processo de refino. Cuidados devem ser tomados, pois os óleos minerais perdem suas características acima dos 130ºC. - As principais diferenças entre os vários tipos de óleos minerais dependem: a) Tipo de ligação química (parafínica (maioria), naftênico, aromático (não é bem um óleo)); b) Quantidade de compostos sulfurosos (enxofre); O petróleo cru possui de 0-8% de enxofre. Deveria ter 1% para aumentar a durabilidade (lubricidade) dos motores. S10: usado em veículos a Diesel com injeção eletrônica pouco enxofre pouca lubricidade. D500: usado em veículos a Diesel com injeção mecânica mais enxofre mais lubricidade. c) Viscosidade do óleo (está relacionado com o atrito entre as moléculas. É uma medida de resistência de um fluido ao escoamento, a uma determinada temperatura); OBS.: Cerca de 80% dos óleos de lubrificação comumente comprados no mercado são de re-refino, ou seja, depois de utilizados nos veículos e devolvidos (ex.: oficinas e postos de combustíveis), são tratados e aditivados, voltando novamente para o mercado Lubrificante sintético: existem 2 grupos e 3 tipos. - Os 2 grupos são: a) Para trabalho em alta temperatura. b) Para trabalho em extrema temperatura e ataque químico. - Os 3 tipos são: I) Lubrificante sintético similar à hidrocarbonetos: - São utilizados em motores para trabalho em alta temperatura. - Vem de um processo de fabricação mais caro, pois são crackeados (quebradas as moléculas) sob alta pressão e com uso de catalizador (crackeamento catalítico), sendo em seguida polimerizados sob condições controladas. - São parecidos com os óleos minerais com características superiores. Possuem mais de 100 tipos, dentre eles: cicloalifático, alguns ésteres, poliglicol, e polialfaolefina (cadeia reta de várias olefinas ou alquenos, ou CH 2 ). II) Lubrificante sintético similar à silicone de hidrocarbonetos: - São utilizados para trabalho em alta temperatura. Mas não são utilizados em motores, pois tem baixa resistência à carga. - É o óleo que menos varia a viscosidade com a temperatura. Diz-se que esse óleo tem elevado índice de viscosidade. Quanto menor é o índice de viscosidade, maior é a variação da viscosidade do óleo com a temperatura. III) Organo-halogenado: - São utilizados para trabalho em extrema temperatura e ataque químico. Mas não são utilizados em motores. - Cuidados adicionais devem ser tomados para o óleo sintético não afetar (efeito solvente) os componentes (borracha) dos motores. Sistemas de lubrificação 1) Sistema de lubrificação por salpique (Figura 6) - Utilizado antigamente nos motores (até 1940), onde o filme é formado hidrodinamicamente (pelo movimento do motor). Criava-se uma névoa de óleo. 2) Sistema de lubrificação misto (Figura 7) - Apenas os mancais (comando de válvulas e árvore de manivelas (munhões e colos)) tem lubrificação hidrostática ou sob pressão. O restante (cames e colos) ainda é lubrificado por movimento (hidrodinamicamente). 3) Sistema de lubrificação sob pressão ou sob pressão total (Figura 8) - Sob pressão: todo o sistema é lubrificado sob pressão (com exceção do cilindro e do pino). - Sob pressão total: o pino da biela também é lubrificado sob pressão, pois a biela também tem um orifício. Apenas o cilindro é lubrificado pelo movimento (hidrodinamicamente). É mais raro de se encontrar este tipo. Só alguns motores mais antigos são assim, pois é um sistema mais caro. 4) Sistema de lubrificação por cárter seco (Figura 9) - Nesta configuração o cárter não tem mais a finalidade de reservar óleo, ou seja, o reservatório é levado para longe do motor. - Assim, o óleo não aquece tanto, o que permite um melhor controle da temperatura, permitindo-se trabalhar com maiores volumes de óleo (ocorrendo menos trocas de óleo). - Uma bomba leva o óleo do reservatório até o motor, lubrificando-o e descendo por gravidade até o cárter. Em seguida, o óleo é bombeado por uma segunda bomba (bomba de retorno) de volta para o reservatório. 1) Mais espaço disponível para o motor Vantagens: 2) Menor temperatura 3) Maior capacidade de óleo - Este último item pode ser entendido da seguinte maneira: como os óleos possuem aditivos, e estes vão sendo consumidos com o tempo (o óleo oxida), uma maior quantidade sendo utilizada resulta em tempos maiores entre duas trocas de óleo. Ex.: motores de automóveis 4 litros de óleo. Já nos motores de caminhões 18 litros de óleo. Desvantagem: Necessita de uma bomba adicional para levar o óleo do cárter até o reservatório. Alexandre Vagtinski de Paula (depaula@ufrgs.br) 2 Motores Alternativos ENG03342

3 Figura 1 Figura 2 Figura 3 Alexandre Vagtinski de Paula (depaula@ufrgs.br) 3 Motores Alternativos ENG03342

4 Figura 4 Figura 5 Alexandre Vagtinski de Paula (depaula@ufrgs.br) 4 Motores Alternativos ENG03342

5 Figura 6 Figura 7 Alexandre Vagtinski de Paula (depaula@ufrgs.br) 5 Motores Alternativos ENG03342

6 Figura 8 Figura 9 Alexandre Vagtinski de Paula (depaula@ufrgs.br) 6 Motores Alternativos ENG03342