equipamentos est ticos e din micos prof. simei 3 · esta reação é representada por um triângulo...

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Motores Motores de Combustão de Combustão

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Motores Motores de Combustão de Combustão Interna.Interna.

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Dois mitos!Um revolucionário e um visionário...

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Rudolf Diesel (1858-1913) Robert Bosch (1861-1942)

Rudolf Diesel nasceu em Berlin – Alemanha, foi engenheiro e inventor.

Desenvolveu o primeiro motor a óleo misto (óleo de amendoim e óleo de baleia), emAugsburgh – Alemanha (oficialmente em 10 de agosto de 1893). Tendo realizado umaapresentação inicial em São Petesburgo, 15 anos antes, sem grande êxito.

Com a invenção do motor a óleo misto, o mesmo começou a ser chamado de motor dediesel, em sua homenagem. Em meados de 1940, o óleo misto foi substituído por um óleomineral, com consistência e características parecidas, e o combustível por conseqüência

Rudolf DieselRudolf Diesel

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mineral, com consistência e características parecidas, e o combustível por conseqüênciapassou a se chamar então de óleo diesel, em sua homenagem.

A partir de 1895, este motor mais econômico encontrou grande aceitação em matéria demotores marítimos e estacionários. Mas Rodolf Diesel não conseguia resolver uminconveniente: o motor não atingia rotações elevadas.

Sua câmara de combustão exigia que o combustível fosse injetado, na quantidade emomentos certos, através de ar comprimido; um processo complicado, lento e viável apenaspara motores grandes e de baixa rotação

Robert Bosh é o nome do revolucionário do sistema de injeção.

Nascido em Stutgart – Alemanha, foi engenheiro e professor, foi amigo de Nicholaus Otto, eajudou-o a desenvolver o motor ciclo Otto.

É neste ponto que Robert Bosch dá a sua contribuição decisiva, viabilizando de uma vez portodas a limitação de combustível dos motores diesel de alta rotação.

Robert Robert BoshBosh

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todas a limitação de combustível dos motores diesel de alta rotação.

Em meados de 1923, após os primeiros testes, surgia um sistema de injeção pulverizado apressão. Era mais compacto, mais leve e capaz de desenvolver maior potência.

Em 1927, a primeira bomba injetora deixa a fábrica, fruto da experiência industrial queRobert Bosch acumulou no desenvolvimento do sistema de ignição do motor ciclo Otto.

A COMBUSTÃO é uma reação físico-química.

Esta reação é representada por um triângulo eqüilátero (aquele que tem ladosiguais), que é chamado de “ O TRIÂNGULO DO FOGO “.

Para que ocorra uma combustão completa, todos os 3 (três) lados devem existir,em sua plena forma.

CombustãoCombustão

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em sua plena forma.CombustívelCombustível

Comburente Comburente (Oxigênio)(Oxigênio)CalorCalor

A chamada diferença fundamental entre a Ignição por Centelha (ICE)1 e aIgnição por Compressão (ICO)2 nos Motores de Combustão Interna, é que asmáquinas de Ignição por Centelha normalmente possuem seus reagentes pré-misturados (mistura estequiométrica), enquanto que nas máquinas de Igniçãopor Compressão, os reagentes são misturados já na combustão, na câmara dequeima.


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Ciclo Diesel

Ar Calor CombustãoCombustível

Ciclo Otto

Ar + combustível Calor Combustão


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Existem basicamente 2 (dois) tipos de motores de combustão interna, seja doCiclo Diesel ou do Ciclo Otto : 2 tempos e 4 tempos .

Este primeiro tipo, 2 tempos, tem aplicação restrita na modernidade, sendoreduzida a sua aplicação a alguns sistemas específico e máquinas de grandes agrandíssimos portes (naval e mineração) e em aplicações de pequenos portes

Motores de Combustão InternaMotores de Combustão Interna

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grandíssimos portes (naval e mineração) e em aplicações de pequenos portes(estacionários compactos). Este tipo de motor é pouco usual para aplicaçõesautomotivas, leves e pesadas.

Já o motores de 4 tempos , aplicam hoje em totalidade, as frotas convencionaisde máquinas operatrizes (tratores e implementos), equipamentos estacionários(geradores, compressores, etc.) e em caminhões de transportes em geral.

Motores de 2 tempos

� VantagensA vantagem destes motores de 2 tempos é a forma simplificada de construção e pelo fatode podermos obter potencias e torques significativamente altos, devido o número reduzidode ciclo de trabalho.� DesvantagensA grande desvantagem é o fato de que são alto consumidores de combustível e são grandespoluentes.


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poluentes.

Motores de 4 tempos

� VantagensSe destacam pela alta confiabilidade, baixa manutenção e grande estabilidade, sem dizer oconsumo reduzido e muito menos poluidor.� DesvantagemA desvantagem vem do alto custo de manutenção e da necessidade de mão-de-obraespecializada. Há ainda o fato de que há muitos itens componentes extras, como sistemasanexos.

Motores de Combustão Interna a Pistão

Para os combustíveis líquidos, as diferenças principais entre os motores dociclo Otto e do Ciclo Diesel são:


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Motores de Combustão Interna a Pistão

Característica Ciclo Otto Ciclo Diesel

Tipo de IgniçãoPor centelha (Vela de

ignição)Auto-ignição

Formação da mistura No carburador Injeção

Relação de Compressão 6 até 8 : 1 16 até 20 : 1

No ciclo diesel de 4 tempos, um ciclo de trabalho completo estende-se por duasrotações da árvore de manivelas, ou seja, quatro cursos do pistão, indo do PMI aoPMS – 720° no virabrequim.

O ciclo Diesel consiste de quatro etapas:

Motores de Ciclo Diesel de 4 TemposMotores de Ciclo Diesel de 4 Tempos

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1. Aspiração;2. Compressão;3. Expansão;4. Exaustão.

No primeiro tempo , com o pistão em movimentodescendente, dá-se a admissão, que se verifica,na maioria dos casos, por aspiração automática(isobárica) da mistura ar-combustível (nosmotores Otto), ou apenas ar (motor Diesel).

Na maioria dos motores Diesel modernos, um

Admissão Escape

PMS

PMI


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Na maioria dos motores Diesel modernos, umcompressor empurra a carga (ar) para o cilindro(turbo-compressão).

Primeiro tempo = 180 ° = 1/4 de cicloASPIRAÇÃO

No segundo tempo, ocorre a compressão, como pistão em movimento ascendente,pressurizando o ar na câmara (adiabática);

Pouco antes do pistão completar o curso, ocorrea ignição por meio de dispositivo adequado (nomotor Otto), ou a auto-ignição (no motor Diesel).

PMS

PMI


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motor Otto), ou a auto-ignição (no motor Diesel).

Segundo tempo = 360 ° = 2/4 de ciclo

COMPRESSÃO

No terceiro tempo , com o pistão emmovimento descendente, temos a ignição, coma expansão dos gases e transferência deenergia ao pistão (tempo motor).

Terceiro tempo = 540 ° = 3/4 de ciclo

PMS

PMI

Injeção de Combustível


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EXPANSÃO

No quarto tempo – ou duas rotações –transmitiu-se trabalho ao pistão só uma vez.

No quarto tempo, o pistão em movimentoascendente, empurra os gases de escape para aatmosfera.

PMS

PMI


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Quarto tempo= 720 ° = 1 ciclo.

EXAUSTÃO(ESCAPE)

Para fazer com que as válvulas de admissão e escapamento funcionemcorretamente, abrindo e fechando as passagens nos momentos exatos, a árvorede comando de válvulas (ou eixo de cames) gira a meia rotação do motor,completando uma volta a cada ciclo de quatro tempos.

A relação de transmissão do comando de válvulas é de 2:1, isto é, a cada voltacompleta do eixo de manivelas, o comando da ½ volta.


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completa do eixo de manivelas, o comando da ½ volta.

4 tempos – 1 ciclo de trabalho:

Eixo de manivelas = 720°Eixo de cames = 360°


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1. Admissão;


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1. Admissão;

2. Compressão

3. Injeção/Explosão;

4. Exaustão.

Câmara de Combustão de Motor DieselCâmara de Combustão de Motor Diesel

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Antecâmara tipo esférica.Antecâmara tipo cilíndrica.

Câmara de Combustão de Motor DieselCâmara de Combustão de Motor Diesel

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Câmara tipo profunda.Câmara tipo rasa.

No ciclo diesel de 2 tempos, um ciclo de trabalho completo estende-se por umarotação da árvore de manivelas, ou seja, dois cursos do pistão, indo do PMS aoPMI – 360° no virabrequim.

O ciclo Diesel 2 tempos consiste de 2 etapas:


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1. Aspiração - Compressão;2. Expansão - Exaustão.


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1. Admissão + Compressão;2. Explosão + Escape.


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2. Explosão + Escape.

Motores de Ciclo Otto de 4 TemposMotores de Ciclo Otto de 4 Tempos

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1. Admissão;2. Compressão


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2. Compressão3. Explosão;4. Exaustão.


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1. Admissão;2. Compressão3. Explosão;4. Exaustão.



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2. Explosão + Escape.



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Combustível + óleo lubrificantes

Notação Nomenclatura Definição

D DIÂMETRO DO CILINDRO Diâmetro interno do Cilindro.

s CURSO DO PISTÃODistância percorrida pelo pistão entre os extremos do cilindro, definidos como Ponto Morto Superior (PMS) e Ponto Morto Inferior (PMI).

s /DCURSO/

DIÂMETRORelação entre o curso e o diâmetro do pistão. (Os motores cuja relação curso/diâmetro = 1 são denominados motores quadrados.)

n ROTAÇÃO Número de revoluções por minuto da árvore de manivelas.

cmVELOCIDADE Velocidade média do Pistão = 2 s n / 60 = s n / 30

A ÁREA DO PISTÃO Superfície eficaz do Pistão = D2 / 4

Pe POTÊNCIA ÚTILÉ a potência útil gerada pelo motor, para sua operação e para seus equipamentos auxiliares (assim como bombas de combustível e de água, ventilador, compressor, etc.)

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Pe POTÊNCIA ÚTIL auxiliares (assim como bombas de combustível e de água, ventilador, compressor, etc.)

z NÚMERO DE CILINDROS Quantidade de cilindros de dispõe o motor.

VhVOLUME DO CILINDRO Volume do cilindro = As

VcVOLUME DA CÂMARA Volume da câmara de compressão.

V VOLUME DE COMBUSTÃO Volume total de um cilindro = Vh + Vc

VH CILINDRADA TOTAL Volume total de todos os cilindros do motor = z Vh

e RELAÇÃO

DE COMPRESSÃO

Também denominada de razão ou taxa de compressão, é a relação entre o volume total do cilindro, ao iniciar-se a compressão, e o volume no fim da compressão, constitui uma relação significativa para os diversos ciclos dos motores de combustão interna. Pode ser expressa por: (Vh +Vc)/Vc . (é > 1).

Notação Nomenclatura Definição

Pi POTÊNCIA INDICADAÉ a potência dentro dos cilindros. Abreviadamente denominada de IHP (Indicated Horsepower), consiste na soma das potências efetiva e de atrito nas mesmas condições de ensaio.

Pl POTÊNCIA DISSIPADA Potência dissipada sob carga, inclusive engrenagens internas.

Psp DISSIPAÇÃO Dissipação de potência pela carga.

Pr CONSUMO DE POTÊNCIAConsumo de potência por atrito, bem como do equipamento auxiliar para funcionamento do motor, à parte a carga. Pr = Pi - Pe - Pl - Psp

Pv POTÊNCIA TEÓRICA

Potência teórica, calculada por comparação, de máquina ideal. Hipóteses para este cálculo: ausência de gases residuais, queima completa, paredes isolantes, sem perdas hidrodinâmicas, gases reais.

pe PRESSÃO MÉDIA EFETIVAÉ a pressão hipotética constante que seria necessária no interior do cilindro, durante o curso de expansão, para desenvolver uma potência igual à potência no eixo.

p i PRESSÃO MÉDIA NOMINALÉ a pressão hipotética constante que seria necessária no interior do cilindro, durante o curso de expansão, para desenvolver uma potência igual à potência nominal.

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p i expansão, para desenvolver uma potência igual à potência nominal.

pr PRESSÃO MÉDIA DE ATRITOÉ a pressão hipotética constante que seria necessária no interior do cilindro, durante o curso de expansão, para desenvolver uma potência igual à potência de atrito.

B CONSUMO Consumo horário de combustível.

b CONSUMO ESPECÍFICOConsumo específico de combustível = B / P; com o índice e, refere-se à potência efetiva e com o índice i refere-se à potência nominal.

ɳɳɳɳm RENDIMENTO MECÂNICOÉ a razão entre a potência medida no eixo e a potência total desenvolvida pelo motor, ou seja: �m=e/Pi = Pe / (Pe + Pr) ou então, �m= Pe / (Pe + Pr + Pl + Psp).

ɳɳɳɳeRENDIMENTO ÚTIL Ou rendimento econômico é o produto do rendimento nominal pelo rendimento mecânico = �i .�m

ɳɳɳɳiRENDIMENTO INDICADO

É o rendimento nominal. Relação entre a potência indicada e a potência total desenvolvida pelo motor.

ɳɳɳɳvRENDIMENTO TEÓRICO É o rendimento calculado do motor ideal.

ɳɳɳɳgEFICIÊNCIA É a relação entre os rendimentos nominal e teórico; �g = �i /�v.

ɳɳɳɳlRENDIMENTO VOLUMÉTRICO É a relação entre as massas de ar efetivamente aspirada e a teórica.

É o volume total deslocado pelo pistão entre o P.M.I. e o P.M.S., multiplicadopelo número de cilindros do motor. A cilindrada é indicada em centímetroscúbicos (cm³) ou litros (L) e tem a seguinte fórmula:

C = (Volume do cilindro x curso do pistão) x N ° de cilindros

Cilindrada (C)Cilindrada (C)

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Isto é:

C = ( π x D² x h ) x N4

Relação matemática que indica quantas vezes a mistura ar/combustível ousimplesmente o ar aspirado (no caso dos diesel) para dentro dos cilindros pelopistão é comprimido dentro da câmara de combustão antes que se inicie o processode queima. Assim, um motor qualquer que tenha especificada uma taxa decompressão de 8:1, por exemplo, indica que o volume aspirado dentro do cilindro foicomprimido oito vezes antes da queima, da sua combustão.

Taxa de Compressão (TC)Taxa de Compressão (TC)

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A taxa de compressão corresponde à relação entre:

TC = Cilindrada do Motor + Volume da Câmara de CombustãoVolume da Câmara de Combustão

Isto é,TC = C + V

V

A potência é a unidade que mede a “velocidade” com que a energia é aplicada ouconsumida em um trabalho mecânico.

A potência exprime a rapidez com que esta energia é aplicada e se calculadividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realizá-lo.

Pmec = Força do sistema x Diâmetro eixo de manivela

Potência (P)Potência (P)

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Pmec = Força do sistema x Diâmetro eixo de manivela736 x tempo do trabalho

Isto é,Pmec = F x d

736 x t

A unidade mais usual para medida de potência mecânica é o cv (c avalo-vapor), equivalente a 736W.

ESTACIONÁRIOSDestinados ao acionamento de máquinas estacionárias, tais como geradores, máquinas desolda, bombas ou outras máquinas que operam em rotação constante;

INDUSTRIAISDestinados ao acionamento de máquinas de construção civil, tais como tratores,carregadeiras, guindastes, compressores de ar, máquinas de mineração, veículos deoperação fora-de-estrada, acionamento de sistemas hidrostáticos e outras aplicações ondese exijam características especiais específicas do acionador;

Motores DieselMotores Diesel

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se exijam características especiais específicas do acionador;

VEICULARESDestinados ao acionamento de veículos de transporte em geral, tais como caminhões eônibus;

MARÍTIMOSDestinados à propulsão de barcos e máquinas de uso naval.Conforme o tipo de serviço e o regime de trabalho da embarcação, existe uma vasta gama demodelos com características apropriadas, conforme o uso. (Laser, trabalho comercial leve,pesado, médio-contínuo e contínuo)

WärstsiläWärstsilä--SulzerSulzer RTRT--flex96C flex96C –– TheThe Big Boy ...Big Boy ...

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Aplicação em petroleiros e navios de contêineres.

WärstsiläWärstsilä--Sulzer RTSulzer RT--flex96C flex96C –– The Big Boy ...The Big Boy ...

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WärstsiläWärstsilä--Sulzer RTSulzer RT--flex96C flex96C –– The Big Boy ...The Big Boy ...

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Sistemas Componentes de Motores DieselSistemas Componentes de Motores Diesel

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O motor diesel é composto basicamente por sistema e subsistemas. Estaremosaqui abordando apenas os sistemas (macro). São eles:

� Sistema de Compressão do Motor;

� Sistema de admissão de ar;

Sistemas Componentes de Motores DieselSistemas Componentes de Motores Diesel

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� Sistema de arrefecimento;

� Sistema de alimentação (injeção de combustível);

� Sistema de lubrificação;

� Sistema de exaustão (ou escapamento dos gases);

� Sistema de elétrico de carga e partida.

Sistema de CompressãoSistema de Compressão

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Sistema de CompressãoSistema de Compressão

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Sistemas de Admissão de ArSistemas de Admissão de Ar

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Turbo-compressorRotação acima de 15.000

RPM


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Turbo-compressor


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Turbo-compressor

Sistemas de ArrefecimentoSistemas de Arrefecimento

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Aquecedor Interno do

Tampa do Radiador Temperatura

D’água Válvula Termostática

EmbreagemViscosa


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Interno do Veículo

Bomba D’água

Sistemas de Alimentação (injeção)Sistemas de Alimentação (injeção)

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Sistema de Injeção Diesel com Bomba em Linha

PROPRIEDADE ESPECIFICAÇÃO MÉTODO DE TESTE EM LABORATÓ RIO

Viscosidade ASTM D-445 5,8 CentiStoke a 40°C

Numero de Cetana ASTM D-613No mínimo 40, exceto em clima frio e serviço em marcha lenta por períodos prolongados, quando será necessário numero mais elevado.

Teor de EnxofreASTM D-129

ou 1552Não deve exceder a 1,0% em peso.

Teor de água e sedimentos

ASTM D-1796 Não deve exceder a 0,1% em peso.


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sedimentosASTM D-1796 Não deve exceder a 0,1% em peso.

Resíduos de carbonoASTM D524

ou D-189Não deve exceder a 0,25% em peso em 10% de resíduos.

Ponto de fulgor ASTM D-93() mínimo. Algumas sociedades classificadoras exigem ponto de fulgor mais elevado.

Ponto de Névoa ASTM D-97 abaixo da temperatura esperada de operação.

Corrosão por enxofre ativo sobre lâmina de

cobreASTM D- 130 Não deve exceder o n° 2 após 3 horas a .

Teor de cinzas ASTM D-482 Não deve exceder a 0,02% em peso.

Destilação ASTM D-86A curva de destilação deve ser suave e contínua. 98% do combustível deve evaporar abaixo de . Todo o combustível deve evaporar abaixo de .

Filtro, tipo bastão

Conexão de retorno

Orifício de entrada

Disco de ajuste

Bico Corpo Agulha

Pino depressão

Haste

Cone depressão

Orifício deentrada

Agulha

Corpodo bico


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Mola de pressão

Corpo do bico

Pino de pressão

Câmara de pressão

Agulha do bico

Furo deInjeção

Ângulodo jato

pressão

Assentoda agulha

Agulha

Bico Injetor


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Sistema de Injeção Diesel com Bomba

Rotativo


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Sistema de Injeção Diesel com Bomba em

Linha


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Sistema de Injeção Diesel Eletrônico (Common Rail)

Sistemas de LubrificaçãoSistemas de Lubrificação

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� Lubrificação por salpico;� Lubrificação por banho (imersão);� Lubrificação por gravidade;� Lubrificação por pressão;� Lubrificação por esguicho pressurizado.


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Fim!!!

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Fim!!!

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