DETERMINAO DE CURVAS CARACTERSTICAS NOS MOTORES DOS TRACTORES AGRCOLAS

Introduo

O aparecimento dos motores de combusto interna levou necessidade da sua caracterizao, pelo que, logo no incio deste sculo, se comearam a fazer ensaios para determinao das suas performances; oficialmente os primeiros ensaios foram realizados em 1923, na Universidade de Nebraska. A generalizao da realizao de ensaios em praticamente todos os pases evoludos, como forma de avaliar se os equipamentos produzidos pelos diferentes fabricantes apresentam as caractersticas tcnicas por eles anunciadas, levou ao aparecimento de instituies oficiais onde so executados, segundo normas internacionais vrios testes que permitam a sua comparao. As principais normas para realizao de ensaios motor, so as normas S.A.E. (Society of Automotive Enginners), as D.I.N. (Deutche Industrie Norm, as directivas C.E.E. (Comunidade Econmica Europeia), as ISO (Internation Organization for Standardization) e os cdigos da OCDE (Organizao para a Cooperao e Desenvolvimento Econmico). Em Portugal, os ensaios de equipamentos, so executados pela Diviso de Mecanizao e Normalizao do Instituto de Estruturas Agrrias e Desenvolvimento Rural, e so quase exclusivamente de alfaias fabricadas em Portugal.

1- Consideraes gerais sobre as caractersticas e prestaes dos motores agrcolas

Os motores utilizados nos equipamentos agrcolas apresentam caractersticas de funcionamento distintas das viaturas de transporte rodovirio, pois o seu regime, utilizado para accionamento das rodas e tomada de fora , relativamente baixo. As caractersticas destes motores, que melhor definem as suas "performances", so a potncia, o binrio, o consumo especfico e o volume de combustvel injectado..

1.1- Potncia motor

O conceito de potncia est associado ao de fora e trabalho. Assim, o primeiro destes termos refere-se a tudo aquilo que capaz de produzir movimento e/ou modificar a velocidade ou a direco do movimento. Segundo este conceito necessria fora, por exemplo, para se iniciar o deslocamento, aumentar a velocidade, imobilizar e mudar a direco do veculo, etc. O trabalho resulta do produto de uma fora pelo espao percorrido na direco em que aplicada. Assim, a noo de potncia relaciona-se com o tempo gasto na execuo de um trabalho, sendo tanto mais elevada quanto menor for o tempo necessrio e maior o volume de trabalho realizado. Traduzindo matematicamente esta noo tem-se:

Potncia = TrabalhoTempo = Fora * Espao

Tempo = Fora * Velocidade

Utilizando as unidades do Sistema Internacional (SI), a fora representada em Newtons (N), o espao em metros (m), o tempo em segundos (s) e a potncia em watts (W); o Watt uma unidade de medida de potncia muito pequena, pelo que se utiliza, geralmente, o Kilowatt (kW). Se se expressar a fora em quilogramas fora (Kgf), o espao em metros (m) e o tempo em segundos (s), a potncia dada em quilogrametros por segundo (Kgm/s); esta unidade de potncia demasiado pequena para medir a potncia dos motores, pelo que se adopta o cavalo - vapor, ou simplesmente cavalo (cv), que equivale a 75 Kgm/s. Como um Kgf equivale a 9,81 N., 1 Kgm/s equivale a 9,81 W, ou seja 1 cv equivale a 75*9,81=736 W. A potncia pode-se definir como potncia especfica, que traduz o valor da potncia por litro de cilindrada, e potncia nominal, que o valor mximo de potncia obtido ao regime nominal do motor, ou seja, ao regime mximo do motor em carga. Esta potncia, que corresponde ao regime em que o regulador da bomba injectora deixa de aumentar o dbito de combustvel, a indicada pelo construtor para utilizao contnua do motor; este pode ser utilizado, com uma regulao diferente, em outros equipamentos, permitindo obter uma potncia nominal diferente.

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O conceito de potncia homologada refere-se potncia medida TDF, quando o tractor est imobilizado, e esta se encontra a funcionar ao regime normalizado. A potncia fiscal corresponde ao valor de potncia obtido por uma frmula que inclui o dimetro, curso e nmero de cilindros, e que utilizada para efeitos fiscais. Os factores que influenciam a potncia so fundamentalmente a cilindrada, a velocidade de rotao da cambota (regime), a taxa de compresso e o tipo de motor (atmosfrico ou sobrealimentado). A montagem de um turbocompressor, geralmente acompanhada de um sistema de arrefecimento do ar de admisso, permite aumentar a potncia e o binrio mximo de um motor sem modificar a cilindrada ou o regime e, ao mesmo tempo, melhorar o seu rendimento e consumo especfico, sem diminuir a vida til e sem significativo aumento de peso. Relativamente ao regime motor, que o factor em que o operador pode actuar directamente para aumentar a potncia, medida que o seu valor aumenta, tambm cresce a potncia at ao seu valor nominal. Este regime determina-se pondo o motor a funcionar ao regime mximo, sem carga, aumentando-se gradualmente esta, o que faz diminuir o regime, at este atingir o seu valor nominal. A diferena entre o regime mximo e o nominal corresponde zona de aco do regulador, ou zona de carga parcial, definindo o quociente desta diferena pelo regime nominal, dado em percentagem, o grau de irregularidade do regulador. Continuando a aumentar a carga, a potncia vai diminuindo at se atingir o binrio mximo, a partir do qual o motor "vai abaixo". Alguns motores, designados por motores de "potncia constante", apresentam, durante intervalos de regime importantes, curvas de potncia mais ou menos planas como resultado de uma gesto apropriada do dbito da bomba (regulador e corrector de dbito) e da utilizao de turbocompressores. Para alm da potncia nominal considera-se tambm a potncia ao regime normalizado da TDF (potncia a que corresponde um regime na TDF de 540 ou 1000 rpm); o seu valor est, geralmente, compreendido entre os 80 e 100% da potncia obtida ao regime nominal. Considerando a potncia especfica de um motor (potncia / cilindrada) possvel, em funo do seu grau de desgaste e regime, ter uma ideia das suas prestaes; o desgaste do motor depende da velocidade mdia do mbolo e do seu curso, pelo que a tendncia para diminuir o regime mximo. Esta diminuio conduz a uma reduo da potncia necessria para vencer a inrcia das peas em movimento e diminuio do consumo de combustvel e do rudo. A potncia do tractor, alm de depender da potncia do motor, condicionada ainda por outros factores, nomeadamente, o rendimento da transmisso, os rgos de locomoo (pneus ou rastos) e do local onde medida, ou seja, se determinada na TDF ou a partir da fora de traco barra (potncia barra).

1.2- Binrio motor

Considerando a expresso que traduz a potncia, possvel obter um valor suficientemente elevado desta atravs da presso mdia exercida no topo dos mbolos, designada por presso mdia efectiva (p.m.e.), ou pela velocidade de rotao do motor. A p.m.e. origina um movimento rectilneo que transformado em movimento de rotao, por meio da biela e da cambota, sendo o seu valor definido pelo momento (produto da fora pelo brao da manivela da cambota). Este brao, cuja medida a distncia do centro do moente, onde apoia a cabea da biela, ao eixo da cambota, relativamente pequeno pelo que o aproveitamento da presso resultante da expanso do fludo bastante deficiente. A p.m.e. elevada no incio da expanso, mas diminui rapidamente medida que o mbolo se aproxima do seu ponto morto inferior. Assim, ao aplicar a fora sobre o moente da cambota o eixo desta faz presso sobre o seu apoio, o qual reage com uma fora igual, mas de sentido contrrio, dando lugar a um par de foras, que o binrio motor. Este o conjunto de duas foras iguais, paralelas e de sentido contrrio, que originam, ou tendem a originar, um movimento de rotao, medindo-se o seu valor pelo momento. Sendo os regimes motor dos equipamentos agrcolas relativamente baixos e estando sujeitos a grandes variaes de carga, fundamental que se verifique uma grande suavidade de funcionamento nesses regimes. A utilizao de turbocompressores permite, mesmo em regimes baixos, taxas de enchimento dos cilindros superiores unidade, o que torna possvel introduzir volumes mais elevados de combustvel, fazendo com que o valor do binrio mximo seja obtido a regimes mais baixos.

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Considerando a potncia e o binrio, a sua relao definida por:

P = M * = M * 2 * pi * n60 = 0.105 * M * n

em que:

- P a potncia motor, em W; - M o binrio, em Nm; - a velocidade angular, em radianos por segundo; - n a rotao do motor, em rpm.

Em geral, o valor do binrio motor aumenta quando o regime, a partir do regime nominal (binrio nominal) diminui at ao regime a que se obtm o binrio mximo, desde que no se diminua a alimentao do motor, ou quando, mantendo o regime constante, se aumenta a quantidade de combustvel injectado, carregando no pedal do acelerador ou, automaticamente, por aco do regulador da bomba injectora. Nos dois casos a fora das "exploses" dentro de cada cilindro aumenta, aumentando tambm o binrio. O binrio diminui quando o regime aumenta, sem que se aumente a alimentao, como sucede, por exemplo, numa descida em que a carga do motor diminui, ou quando se diminui a injeco de combustvel, sem que diminua o regime. Ao quociente da diferena entre o binrio mximo e o binrio nominal sobre este chama-se reserva de binrio (R), sendo o seu valor expresso em percentagem; esta reserva representa a percentagem de binrio disponvel para vencer acrscimos de carga resultantes do aumento da fora de traco ou do binrio para accionamento de uma alfaia TDF, quando se utiliza o tractor em plena carga. O regime a que se obtm o binrio mximo deve ser aproximadamente 70% do regime correspondente potncia nominal, para que o motor tenha uma reserva de binrio suficiente para contrariar as diferenas de carga a que o motor est sujeito. Quando se fala somente em "reserva de binrio", sem especificar o regime, o seu valor diz respeito reserva de binrio para o regime a que corresponde a potncia mxima; este valor apresentado nos catlogos dos tractores e nos boletins de ensaio.

R (%) = binrio mximo (N.m) - binrio potncia mxima (N.m)binrio potncia mxima (N.m) * 100

A reserva de binrio no pode ser considerada isoladamente para comparar as "performances" de um motor, pois o seu valor depende da potncia e do regime a que foi determinado. Um valor elevado de R pode resultar de um binrio baixo potncia mxima ou de um binrio mximo elevado pelo que, para se compararem diferentes valores, necessrio saber se o seu valor elevado devido a um valor alto do binrio mximo ou de um regime elevado correspondente potncia mxima, ou baixo porque o binrio mximo fraco ou a potncia nominal obtida a um regime baixo, ou, ainda, por conservar o binrio durante uma variao significativa do regime. Valores de R compreendidos entre 15 - 35% so considerados como bons e superiores como muito bons. Assim, e considerando os aspectos anteriores, a forma mais correcta de considerar o binrio mximo report-lo cilindrada do motor, ou seja, considerar o binrio especfico (binrio mximo / cilindrada); as "performances" do motor so tanto melhores quanto mais elevado for o binrio especfico e significativa a reserva de binrio, resultante do binrio mximo. Uma reserva baixa, mas em que o binrio varia pouco com o regime, tambm contribui para uma boa prestao do motor. Para alm do binrio mximo e da reserva de binrio, as prestaes de um motor dependem tambm do regime a que obtido o primeiro, pois se o regime alto as perdas de binrio so relativamente pequenas, mantendo-se a velocidade do tractor constante. Isto especialmente importante nos trabalhos de transporte, sendo, no entanto, o consumo e desgaste mais elevados. Quando o regime a que se obtm o binrio mximo baixo as variaes de velocidade so mais acentuadas, podendo ser necessrio alterar a relao de transmisso, mas o tractor tem mais possibilidades de "arrancar", em fora, em situaes difceis.

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O binrio transmitido s rodas motrizes bastante superior ao produzido no motor, uma vez que a caixa de velocidades, diferencial e redutores finais, permitem a desmultiplicao do regime motor. Desprezando as perdas na transmisso, o binrio nas rodas ser tanto maior quanto mais elevada for a desmultiplicao do regime motor; na realidade devido s perdas, o binrio nas rodas de 90% do valor que se obteria apenas com a desmultiplicao.

1.3- Consumo especfico e consumo horrio

O consumo especfico (g/kW.h) dos motores, indica que, por cada kW fornecido pelo motor, o consumo de combustvel, em gramas por hora, dado por:

Cs = 1 000 * L/h * MvP

em que:

- L/h o consumo horrio, em L/H; - Mv a massa volmica, em kg/L; - P a potncia, em kW.

O seu valor varia em funo do regime e da carga a que o motor est sujeito, sendo mximo em regimes baixos, diminuindo medida que este aumenta, crescendo depois novamente para os regimes mais altos. Estes valores podem ser dados em tempo real por indicadores de consumo, constitudos por captores de dbito e uma consola; a carga a que um motor est sujeito dada pela presso mdia efectiva no topo dos mbolos (p.m.e). Entre os vrios factores que influenciam a variao do consumo especfico destacam-se, nos baixos regimes, a maior perda de calor atravs das paredes dos cilindros, a condensao do fludo devido sua maior riqueza em combustvel e os fenmenos de oscilao da presso nas condutas de admisso. Em regimes elevados o aumento do consumo deve-se, principalmente, diminuio do rendimento mecnico da transmisso do movimento. Quando o motor desenvolve a potncia mxima num dado regime, o consumo especfico aumenta, pois maior o peso relativo das perdas mecnicas. A taxa de compresso dos motores tem igualmente uma importncia decisiva no consumo especfico pois, quanto maior for o seu valor, maior ser o rendimento trmico e, portanto, menor o consumo. Num motor de aspirao atmosfrica na zona de regime correspondente ao mximo binrio que o rendimento energtico mais elevado. Num motor sobrealimentado, a possibilidade de aumentar a taxa de enchimento dos cilindros, permite aumentar, em cerca de 15 %, a potncia e o binrio, assim como o rendimento energtico em todos os regimes (sobretudo em carga elevada), o que se traduz numa diminuio do consumo especfico em 15 a 25%. A introduo do "intercooler" (sistema de arrefecimento do ar de admisso at temperatura de 70 oC) permite aumentar at cerca de 40 % a potncia mxima e melhorar o rendimento energtico e o consumo especfico do motor sobrealimentado. Comparando os motores de ciclo Otto com os Diesel, estes ltimos, em condies de carga mxima, apresentam consumos especficos mais baixos, pois no sistema de injeco as perdas de calor so menores, o doseamento de combustvel mais rigoroso e as taxas de compresso so bastante superiores. Nos motores de ciclo Diesel fundamental que o volume de ar seja suficientemente elevado para que o combustvel injectado seja totalmente queimado; este aspecto muito importante quando os motores funcionam a plena carga pois, caso contrrio, originam-se fumos de escape como resultado da combusto incompleta. Assim, comparando as curvas de consumo destes dois tipos de motor, verifica-se uma menor variao, em funo do regime, nos motores de ciclo Diesel. O consumo de combustvel de um motor pode ser dado em termos de consumo horrio, expresso em litros ou quilogramas gastos por hora, ou como consumo especfico, que expresso em gramas de combustvel gastas por Kilowatt hora (g/kWh); 1 g/kWh representa a massa de combustvel necessria para desenvolver uma potncia de 1 kW. O consumo especfico traduz a eficincia da sua transformao pelo motor, ou seja, reala o rendimento energtico do motor e uma medida de economia, pois permite comparar a eficincia trmica

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de motores, com diferente nmero de cilindros, diferentes cilindradas e/ou potncias. O seu valor tem vindo a diminuir, situando-se o mnimo perto de 205 g/kWh. Em termos mdios, este consumo mximo (cerca de 400 g/kWh) para a potncia mxima, e mnimo (cerca de 205 g/kWh) para valores prximos do regime a que se obtm o binrio mximo. O ponto de menor consumo especfico corresponde exactamente ao ponto de maior rendimento trmico do motor, que normalmente prximo do ponto de mximo binrio. O consumo especfico de um motor mnimo para uma faixa de valores compreendida entre os 75 e os 85 % da potncia mxima, pelo que esta , em termos de consumo, a faixa ideal de funcionamento do motor. Abaixo dos 50 % da potncia mxima o consumo especfico demasiado elevado, pelo que o tractor no deve ser utilizado; como mdia anual, pode dizer-se que um tractor funciona entre 40 e 50 % da sua potncia mxima, o que faz com que os consumos especficos sejam geralmente bastante elevados, apesar de o utilizador no se aperceber disso, uma vez que o consumo horrio reduzido. Para alm dos aspectos anteriores o consumo especfico de um motor depende, tambm, do estado dos rgos do prprio motor. Assim, segundo estudos do CEMAGREF (1992), o consumo especfico de um tractor usado poder ser entre 9 a 19% superior, relativamente ao mesmo tractor novo, devido, por exemplo, colmatagem do filtro de ar, desregulao da injeco e/ou deficincias no circuito de refrigerao. Segundo CEMAGREF (1992) o consumo especfico mdio de um tractor de 80 kW de 246 g/kWh, mas pode, em caso de mau funcionamento, chegar aos 275 g/kWh, ou seja ter um acrscimo de 11,8%. Considerando uma massa volmica de 854 g/dm3 e uma intensidade de utilizao anual de 600 h, representa um acrscimo de 1632 l/ano. Para a manuteno de um baixo consumo especfico tambm importante a utilizao de um bom leo e a sua substituio de acordo com as indicaes do fabricante, o que reduz o desgaste das peas do motor, a energia perdida por atrito e as perdas de energia devidas falta de estanquecidade no cilindro.

1.4- Volume de combustvel injectado

O volume de combustvel injectado, em mm3 por ciclo operativo, apresenta, geralmente, uma ligeira diminuio medida que o regime aumenta; variaes importantes verificam-se quando o regulador da bomba de injeco no se encontra nas melhores condies de funcionamento. Relativamente determinao deste volume ele efectuado a partir do consumo horrio e da velocidade de rotao do motor e define a regulao da bomba de injeco.

2- Curvas caractersticas dos motores.

A partir do conhecimento da variao da potncia, binrio, consumo especfico e volume de combustvel injectado, com o regime, possvel traar as curvas caractersticas do motor, que traduzem o trabalho fornecido pelo motor bem como o seu rendimento trmico.

Figura 1- Representao das curvas de potncia e binrio de um motor, medidas tomada de fora (TDF); relao TDF / motor = 13 / 50. Fonte: CNEEMA (1973)

Como se pode observar na figura 1, quando o motor gira muito lentamente, os valores de potncia e binrio so baixos. medida que o regime sobe, os dois valores aumentam,

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resultando o aumento da potncia fundamentalmente do maior nmero de cursos motrizes por unidade de tempo, e o aumento binrio, da fora desenvolvida em cada "exploso". Quando o motor atinge um determinado regime (1228 rpm), o binrio alcana o seu valor mximo. Continuando a aumentar o regime, a taxa de enchimento dos cilindros diminui, devido rapidez com que se sucedem os diferentes tempos do ciclo, diminuindo tambm a quantidade de combustvel admitido. A potncia continua a aumentar, pois apesar de ser cada vez menor o trabalho realizado em cada "exploso", o maior nmero destas por unidade de tempo, compensa, com vantagem, aquela diminuio. O aumento da potncia mantm-se at se atingir a potncia nominal, obtida ao regime nominal do motor (2513 rpm), passando depois a diminuir, devido ao trabalho motriz em cada exploso diminuir tanto que no pode ser compensado pelo maior nmero de tempos motor realizados por unidade de tempo. Teoricamente a potncia anula-se para o regime mximo do motor (2660 rpm); a potncia do motor, ao regime de 2075 rpm, correspondente ao regime normalizado da TDF (540 rpm), de 37.5 kW. As curvas de potncia e binrio so determinadas com base em resultados obtidos utilizando freios elctricos ou hidrulicos, sendo o motor acelerado ao seu regime mximo, sem carga, aumentando-se depois, gradualmente, o poder travo do freio e registando-se os valores da potncia, binrio e o respectivo regime motor. No princpio a curva da potncia apresenta uma subida bastante acentuada, correspondente zona de aco do regulador, at atingir a potncia nominal (2513 rpm), correspondente ao limite daquela zona, a partir do qual comea a diminuir. O aumento de dbito proporcionado pelo regulador da bomba injectora mximo no regime correspondente potncia nominal. A curva do binrio tem tambm acrscimos significativos at se atingir o binrio nominal, sendo depois os incrementos mais pequenos at se atingir o binrio mximo (1228 rpm), a partir do qual, um aumento de sobrecarga, pode conduzir paragem do motor. Entre o binrio nominal e o mximo a variao do seu valor resulta apenas da variao da carga motor, no tendo o regulador da bomba qualquer interferncia. Relativamente ao grau de irregularidade do regulador ou zona de carga parcial, zona em que o regulador corrige o dbito da bomba injectora , para o regime da velocidade normalizada da TDF de 260 rpm (R = 11.79%, ou seja, 11.79 = 100 * (2335 - 2075) / (2075 + 260) e, para o regime nominal, de 160 rpm (R = 6.17%, ou seja, 6.17 = 100 * (2673 - 2513) / (2513 + 160); a relao regime motor / regime da TDF de 3.85. Uma curva de binrio favorvel, aquela que aumenta com rapidez, at se atingir o valor mximo, mantendo-se este durante uma variao importante de regime; a curva forma um patamar, decrescendo depois at ao regime onde se obtm a potncia mxima. Esta variao do binrio corresponde reserva de binrio do motor, sendo desejvel que o binrio mximo seja atingido ao regime mais baixo possvel. Considerando o grfico da figura 1, verifica-se que a reserva de binrio, ao regime nominal, de 18.83 % (18.83 = ((700 - 570) / 700) * 100) e o relativo velocidade normalizada da TDF de 5.75% (5.75 = ((700 - 660) / 660) * 100). aconselhvel que os tractores sejam utilizados a cerca de 80 % da potncia mxima, ou seja, na zona de carga parcial, a fim de no reduzir demasiado a durao do motor, tirar dele o melhor rendimento energtico (menor consumo especfico) e dispor de reserva de binrio. A manuteno do regime, funo do grau de irregularidade do regulador, obtida, aumentando ou diminuindo a quantidade de combustvel injectado consoante o regime diminui ou aumenta, em funo da carga aplicada ao motor; esta compensao s completamente eficaz nos motores que utilizam sistemas de gesto electrnicos da bomba injectora pois, s nestes casos, a resposta da bomba imediata. As curvas de consumo especfico de um motor apresentam, geralmente, a forma de hiprbole, com mximos para potncias baixas e altas e um mnimo para valores compreendidos entre os 75 e 85% da potncia mxima; o mnimo absoluto corresponde, normalmente, a um valor prximo do binrio mximo.

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Figura 2- Representao das curvas caractersticas do motor correspondentes ao regime normalizado da TDF (carga parcial) e ao regime mximo (plena carga). Fonte: CEMAGREF (1991)

Para obter dos motores o mximo rendimento, menor consumo especfico, o motor deve funcionar sempre num regime compreendido entre o que proporciona o mximo binrio e a potncia mxima. O regime do motor dever aproximar-se mais do primeiro, quando os trabalhos forem exigentes em traco ou binrio e, mais do segundo, quando aqueles factores no forem limitantes. Fora destes valores no conveniente que o motor funcione pois, para regimes mais altos produzem-se trepidaes prejudiciais, aumenta-se o

consumo e reduz-se a vida til do motor. Se este funcionar abaixo do regime correspondente ao mximo binrio tem um elevado consumo especfico e no tem reserva de binrio, pelo que, quando sujeito a uma sobrecarga, o motor "vai abaixo". Funcionando dentro da gama de regimes aconselhados, caso o aumento de binrio no seja suficiente para ultrapassar o aumento de carga, deve-se mudar para a relao de transmisso imediatamente inferior, mantendo constante o regime motor. Esta mudana aumentar o binrio disponvel para execuo do trabalho, pois o seu valor nas rodas aumentado medida que a desmultiplicao do regime maior; a escolha "ideal" obtida com as transmisses mecnicas semi-contnuas ou, quando possvel a retrogradao das relaes e o rpido engrenamento das mesmas, em carga. Um elevado nmero de relaes de transmisso torna possvel a escolha da combinao binrio - velocidade de deslocamento que mais se ajusta exigncia das diferentes situaes; esta combinao permite um maior rendimento em trabalho devido utilizao da velocidade mais alta possvel e com um binrio suficiente para ultrapassar a maioria das sobrecargas. Nesta situao, o motor mantm-se sempre na sua faixa ideal de regime, o que permite aumentar o binrio aplicado nas rodas durante o tempo necessrio transposio de um obstculo, mantendo sempre um baixo consumo especfico. A existncia de relaes de transmisso muito desmultiplicadas permite, igualmente, manter o regime motor, correspondente ao regime normalizado da TDF, deslocando-se o tractor a uma velocidade baixa; esta situao pode ser importante para alguns trabalhos como, por exemplo, a colheita de forragens e beterraba.

3- Utilizao de um freio elctrico para determinao de curvas de binrio e potncia

A existncia de um freio elctrico na UTAD permite determinar as curvas de binrio e potncia que, quando comparadas com as curvas do tractor em novo, do indicaes sobre as suas prestaes.

Figura 3- Freio elctrico existente na UTAD a- travo de estacionamento; b- estabilizadores posteriores; c- roda estabilizadora ajus-tvel em altura; d- tomada de reboque; e- ponto de reboque; f- cobertura metlica do freio; g,h- cortinas laterais; i- cortina posterior; j- lmpada indica-dora de funcionamento.

Fonte: Manual de instrues do "Froment Tractor Test Center" (1991).

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Como se pode observar, na figura 3, o freio encontra-se montado num reboque o que permite o seu transporte. Representando-se esquematicamente o seu interior tem-se:

Figura 4- Freio elctrico, sem a cobertura e elementos de transporte. 1- gerador; 2- entrada para o veio de 540 rpm; 3- entrada para o veio de 1000 rpm; 4- sirene de alarme; 5- caixa do microprocessador e restato; 6- dis-juntor; 7- tomada trifsica com 125 A para fornecimento de energia em caso de emergncia*; 8- especificaes tcni-cas; 9- estrutura de suporte; 10- lmpada indicadora de funcionamento; 11- banco de resistncias; 12-Interruptor; 13- ven-toinha de arrefecimento; 14- redes de proteco; 15,16,17- tomadas para o

medidor de fluxo de combustvel, computador auxiliar e tomada auxiliar. Fonte: Manual de instrues do "Froment Tractor Test Center" (1991).

O freio elctrico , basicamente, composto por um gerador de corrente elctrica (1), um banco de resistncias (11), um restato especial e um microprocessador (5) (ver figura 4). A energia mecnica, produzida pelo motor e transmitida ao freio pela TDF, convertida em energia elctrica pelo gerador, sendo uma parte, regulada pela restato, utilizada para excitao das bobines colocadas no quadro, onde se forma o campo magntico que contraria o movimento de rotao do rotor. A restante energia dissipada, por efeito de joule, com auxlio de um ventilador (13), no banco de resistncias, concebido para suportar grandes variaes de intensidade de corrente. O enrolamento indutor, ou de excitao, est ligado em derivao com o enrolamento induzido, semelhana do que acontece com os dnamos. A energia elctrica produzida, resultante da transformao da energia mecnica, segundo as leis de induo electromagntica, pela rotao da TDF, constantemente analisada pelo microprocessador, que a converte em potncia fornecida mquina, e indica o regime a que essa potncia fornecida. A resistncia que o gerador oferece rotao regulada pelo operador por intermdio de um restato adequado, que permite a variao da carga aplicada ao motor, por processos electromagnticos. Este freio dispe de trs sadas para utilizao de equipamentos especficos, que fornecem dados para o clculo automtico do consumo especfico (15), para ligao a um conjunto computador - impressora, que permite o registo automtico dos dados do ensaio e construo de grficos referentes s curvas caractersticas (16) e uma tomada auxiliar (17). O freio tem duas entradas para o veio da TDF (ver figura 4):

- para o regime normalizado de 540 rpm da TDF (2), designada por A, com um mximo de potncia de 89 kW e um binrio mximo de 1320 Nm; - para o regime normalizado de 1000 rpm da TDF (3) e designada por B, com um mximo de potncia de 151 kW e um binrio mximo de 1200 Nm.

Tanto a entrada A como a B, devero funcionar dentro de um regime mnimo e um mximo, de acordo com as possibilidades mecnicas do aparelho, a fim de assegurar o seu bom funcionamento e leituras com o mximo de preciso. A entrada A dever funcionar entre as 270 e as 700 rpm e a B entre as 490 e as 1300 rpm. O freio dispe de um alarme sonoro (4), que accionado quando o regime de rotao da TDF ultrapassa estes limites ou, quando no decorrer de um ensaio prolongado, a mquina sujeita a um sobreaquecimento, o que permite que o freio se mantenha em boas condies de funcionamento e que se obtenham leituras com o mximo de rigor. Todos os resultados obtidos pelos captores fixos e mveis so apresentados no mostrador digital da consola de mo (figura 5), que tambm a sede dos comandos. Esta consola utilizada para aplicao da carga segundo grandes variaes (boto f) e/ou variaes mais

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pequenas (boto e) que podem ser conjugadas; na consola que so efectuadas as leituras do regime da TDF (a) e da potncia (c), aps a seleco prvia das unidades desejadas (d) e do regime da TDF em estudo (b). Segundo o construtor, so de esperar precises da ordem de 1 hp (0,76 kW).

Figura 5- Consola de comando do freio a- indicador digital do regime da TDF; b- selector do regime da TDF (540 ou 1000 rpm); c- indicador digital da potncia fornecida; d- selector das unidades de medida da potncia (hp, cv ou kW); e- boto do restato (aplicao de cargas segundo grandes variaes - travagem); f- boto do restato (aplicao de cargas segundo variaes menores - travagem). Fonte: Manual de instrues do "Froment Tractor Test Center" (1991).

A metodologia a seguir nos ensaios a indicada no manual, comeando-se por se fazer a ligao tractor-freio, procedendo-se depois determinao da potncia. As medies iniciam-se acelerando ao mximo o motor, sem utilizar o sistema travo (carga nula), pelo que os valores de regime da TDF, lidos na consola, correspondem ao regime mximo do motor e a potncia, potncia necessria para

vencer o atrito da transmisso. Em seguida aumenta-se gradualmente o poder travo do freio, o que provoca a diminuio do regime e aumento da potncia, pois necessrio vencer a resistncia resultante do aumento da travagem (aumento da carga motor). Procedendo-se, gradualmente, desta forma, atinge-se um valor de potncia, a partir do qual um acrscimo do poder travo resulta numa diminuio daquela, o que significa que se atingiu a potncia mxima do motor para aquele regime; o binrio continua a aumentar, pelo que se continua a aumentar a carga. No tendo havido qualquer interferncia no sistema de alimentao por parte do operador, o aumento de potncia e binrio resultam do aumento da quantidade de combustvel proporcionada pelo regulador da bomba de injeco; a zona de aco do regulador indica a zona na qual o regulador corrige automaticamente o dbito da bomba e corresponde ao seu grau de irregularidade. Iniciando o ensaio no regime mximo permitido por um dos tractores existente no Parque de Mquinas ( 2000 rpm do motor) e aumentando gradualmente o poder travo, a representao grfica dos valores obtidos a seguinte:

02

46

81012

1416

1820

230

256

264

415

465

495

533

594

625

630

640

645

646

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Pt (kW) Bin(daN)

rpm da TDF

kWdaNm

Figura 6- Curvas de potncia e binrio obtidas num tractor da UTAD. Pt- Curva de potncia Bin- Curva de binrio

Conforme se pode observar na figura 6, a potncia aumenta rapidamente no incio do ensaio, atingindo o mximo de 19 kW a 561 rpm da TDF (1870 do motor), que corresponde ao limite da zona de aco do regulador, diminuindo depois lentamente; o binrio continua a aumentar at s 245 rpm da TDF, diminuindo a partir desse regime.

10

Utilizando outro tractor e iniciando o ensaio ao regime mximo do motor (2400 rpm) tem-se:

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

250

364

411

471

516

566

589

614

625

630

635

639

645

650

656

664

672

682

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

kW(2400) Nm(2400)

kWNm

rpm da TDF

Figura 7- Representao grfica dos valores observados de potncia e binrio. kW- Valores de potncia observados; Nm- Valores de binrio observados.

Como se pode observar na figura 7, a potncia mxima determinada foi de 47 kW ( 64 cv), obtida a 2136 rpm e o binrio 840Nm a 1267 rpm; a relao entre o regime do motor e a TDF de 3.48. Os valores indicados pelo fabricante so 49 kW (69 cv) a 2350 rpm do motor (675 rpm da TDF) e 220 Nm a 1450 rpm do motor (417 rpm da TDF). Neste segundo ensaio o tractor tinha aproximadamente 50 horas de utilizao, enquanto que o primeiro tinha 12000; este ltimo tem pouco mais de metade da potncia indicada pelo construtor, que de 37 kW a 2200 rpm do motor.

Bibliografia

CEMAGREF (1991). Les tracteurs agricoles. Technologies de l' agriculture. Antony. CEMAGREF.

CNEEMA (1973). Tracteurs et machines agricoles. Antony. CNEEMA. Lopez, A. (1967). Potncia, binrio e rendimento de motores. Lisboa. Edies CETOP. Pirra, A. (1992). Ensaios com tractores. Determinao de curvas caractersticas. Vila Real.

UTAD. 82 pp. Santos, F. (1992). Caractersticas e prestaes dos motores alternativos. Vila Real. UTAD.