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UNIVERSIDADE REGIONAL INTEGRADA DO ALTO URUGUAI E DAS MISSES URI CAMPUS DE ERECHIM DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E CINCIAS DA COMPUTAO

AFERIES DE UM MOTOR 125CC DE DOIS TEMPOS

EDUARDO BONETTI EDUARDO REMUS BIGOLIN LISSANDRO GUSTAVO TONIN VINCIUS DALLA CORTE

ERECHIM - RS DEZEMBRO DE 2011

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EDUARDO BONETTI EDUARDO REMUS BIGOLIN LISSANDRO GUSTAVO TONIN VINCIUS DALLA CORTE

AFERIES DE UM MOTOR 125CC DE DOIS TEMPOS

Trabalho da disciplina de Mquinas Trmicas A. Graduao do Curso de Engenharia Industrial Mecnica da Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Misses.

ERECHIM - RS DEZEMBRO DE 2011

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RESUMO

O trabalho tem como objetivo maior mostrar os principais componentes de um motor de combusto interna 2 tempos da motocicleta Yamaha TT 125, bem como sua desmontagem e fundamentais caractersticas. Posteriormente sero calculados os parmetros centrais deste motor e os resultados vo ser comparados com os do fabricante. Por ser um motor antigo, espera-se encontrar folgas medidas devido aos desgastes por atrito entre as peas e a combusto interna ao longo dos anos.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Motor da TT 125 ...................................................................................................... 6 Figura 2 Yamaha TT 125 ....................................................................................................... 6 Figura 3 Desenho de um motor 2 tempos............................................................................. 11 Figura 4 Tampa do cilindro .................................................................................................. 11 Figura 5 Camisa do Pisto .................................................................................................... 12 Figura 6 Tampa lateral.......................................................................................................... 12 Figura 7 Bloco do motor j com poucos elementos de transmisso..................................... 13 Figura 8 Mtodo para determinao do volume comprimido .............................................. 13 Figura 9 Cavidade do pisto ................................................................................................. 14 Figura 10 Esquema do cilindro............................................................................................. 15 Figura 11 Influncia de R na velocidade do pisto .............................................................. 17 Figura 12 Rendimento do ciclo Otto .................................................................................... 19 Figura 13 Suporte para fixao de motores .......................................................................... 25 Figura 14 Suporte para fixao de motores .......................................................................... 26

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SUMRIO

1 INTRODUO ..................................................................................................................... 5 2 O MOTOR ............................................................................................................................. 6 3 DESMONTAGEM E MEDIES DO MOTOR............................................................. 11 4 CLCULOS ......................................................................................................................... 15 4.1 TAXA DE COMPRESSO ............................................................................................... 15 4.2 CILINDRADA ................................................................................................................... 15 4.3 RAZO DE COMPRESSO ............................................................................................ 16 4.4 DIMETRO/CURSO DO PISTO ................................................................................... 16 4.5 RAZO BRAO/RDIO DO SISTEMA BIELA-MANIVELA ..................................... 17 4.6 DISTNCIA ENTRE O PINO DA BIELA NO PISTO E O EIXO MANIVELA ......... 17 4.7 VELOCIDADE MDIA NO PISTO............................................................................... 18 4.8 VELOCIDADE INSTANTNEA DO PISTO ............................................................... 18 4.9 EFICINCIA ...................................................................................................................... 18 4.10 TORQUE .......................................................................................................................... 19 4.11 POTNCIA ...................................................................................................................... 20 4.12 CONSUMO ESPECFICO DE COMBUSTVEL ........................................................... 20 4.13 EFICINCIA TRMICA ................................................................................................. 21 4.14 PRESSO MDIA EFETIVA ......................................................................................... 21 4.15 EFICINCIA MECNICA.............................................................................................. 21 5 RESULTADOS OBTIDOS ................................................................................................. 22 6 SUPORTE PARA FIXAO DO MOTOR ..................................................................... 24 7 CONCLUSO...................................................................................................................... 27 8 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 28

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1 INTRODUO

O motor conhecido como motor 2 tempos utilizado quando no h grandes limitaes emisso de poluentes nem a necessidade de torque elevado. Alguns exemplos de aplicao dos motores 2-tempos so: equipamentos de jardinagem (motosserras, sopradores de folhas, aparadores); motos, geralmente fora-de-estrada; ciclomotores; jet skis; pequenos motores de popa; aeromodelos de controle remoto. possvel encontrar motores 2 tempos em motosserras e jet skis porque eles tm 3 vantagens importantes em relao aos motores 4-tempos: Motores 2-tempos no tm vlvulas de admisso e escapamento nem comando de vlvulas, o que simplifica sua construo e reduz seu peso. Motores 2-tempos tm uma exploso a cada giro do virabrequim, enquanto nos motores 4 tempos h combusto um giro sim, um giro no (exploso a cada 720), e isso d um ganho significativo de potncia aos motores 2 tempos. Motores 2-tempos podem funcionar em qualquer posio, o que pode ser muito til em equipamentos como as motosserras. J um motor 4-tempos normal pode ter problemas com o fluxo de leo a menos que esteja de p, e resolver essa deficincia pode deixar o motor mais complexo. Essas vantagens tornam o motor 2-tempos mais leve, mais simples e mais barato de produzir - alm de teoricamente ter a capacidade de produzir o dobro de potncia no mesmo espao porque h o dobro de exploses por giro. A combinao de pouco peso e dobro terico de potncia d aos motores 2-tempos uma tima relao peso/potncia quando comparados a muitos desenhos de motores 4-tempos.

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2 O MOTOR

O motor 2 tempos da motocicleta TT 125 da montadora Yamaha, possui um cilindro equipado com carburao simples, a Figura 1 mostra esse motor.

Figura 1 Motor da TT 125

A motocicleta que foi equipada com esse motor era a TT 125, que foi a primeira motocicleta Todo Terreno (por isso da sigla TT) fabricada no Brasil de 1979 at 1985. A Figura 2 mostra esse modelo de motocicleta.

Figura 2 Yamaha TT 125

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A ficha tcnica desse modelo de motocicleta esta apresentada na Tabela 1.

Tabela 1 Ficha tcnica da Yamaha TT 125 Motor Monocilindrico de dois tempos, refrigerado a ar, com cinco janelas, vlvula de palheta (Torque Induction), com Autolube, filtro de ar mido de espuma de poliuretano Carburador Mikuni VM24SH Gigleur principal (MJ): 110 Gigleur de ar (AJ): 0,5 Agulha do carburador (JN): 5I1-2 Pulverizador (NJ): E-2 Vlvula de acelerao (CA): 1,5 Gigleur piloto (RJ): 27,5 Ajustador de pulverizao (AS): 1 1/2 volta Gigleur de partida (GS): 40 Nvel de bia (FL): 21 mm 2,5 mm Cilindrada Potncia Torque mximo Dimetro e curso Taxa de compresso Transmisso Cinco velocidades, embreagem multidisco em banho de leo, partida a pedal, transmisso secundria por corrente Relaes de reduo 1) 34/12 - 2,833:1 2) 30/16 - 1,875:1 3) 26/19 - 1,368:1 4) 24/22 - 1,091:1 5) 22/24 - 0,957:1 123 cm 12,5 HP a 7.500 rpm 1,15 kgm a 6.500 rpm 56 x 50 mm 7:1

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Relao primria Relao secundria Comprimento Largura Altura Distncia entre eixos Distncia mnima do solo Peso Capacidade do tanque de combustvel Capacidade do tanque de leo dois tempos Capacidade de leo no garfo dianteiro Quadro Suspenso dianteira Suspenso traseira

74/19 - 3,894:1 - por engrenagem 35/15 - 2,333:1 - por corrente

1.920 mm 870 mm 1.270 mm 1.235 mm

190 mm

92 Kg 7,0 litros

1,5 litro

172 cm em cada bengala

Tubular duplo Garfo telescpico, molas helicoidais e amortecimento hidrulico Brao oscilante, molas helicoidais acopladas e amortecedores hidrulicos sem regulagem

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Pneu dianteiro Pneu traseiro Freio dianteiro Freio traseiro Sistema eltrico

2,75 x 19 - presso 23 lb/pol 3,00 x 18 - presso 28 lb/pol Tambor com acionamento mecnico, dimetro de 110 mm Tambor com acionamento mecnico, dimetro de 130 mm Magneto e bateria, 6 volts, bateria 6N4A-4D Bobina de ignio: C481 Condensador: 0,3F 10% Resistncia da bobina de luz: - fio amarelo: 0,4 ohm 10% a 20C - fio verde/vermelho: 0,5 ohm 10% a 20C - fio verde: 0,2 ohm 10% a 20C Resistncia da bobina de campo: 0,2 ohm 10% a 20C

Vela Luzes

B8HS - folga no eletrodo 0,6 a 0,7 mm Farol: 6V, 25W/25W Pisca: 6V, 8W Luz de freio: 6V, 17W Lanterna traseira: 6V, 5,3W Luz do velocmetro: 6V, 3W Luz do contagiros: 6V, 3W Luz piloto (neutro): 6V, 3W Luz piloto (pisca): 6V, 3W

Informaes complementares

Caster - 62,3 Trail - 86 mm Marcha lenta - 1.250 rpm Abertura do platinado - 0,35 a 0,40 mm

Medies

Frenagem: 8 m a 40 Km/h Capacidade de ascenso: 27,5 Raio mnimo de giro: 2.000 mm

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Cores Ano de lanamento Fim da produo Fabricao

Vermelha, branca e preta 1979

1985 Nacional

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3 DESMONTAGEM E MEDIES DO MOTOR

A Figura 3 mostra os principais componentes de um motor 2 tempos.

Figura 3 Desenho de um motor 2 tempos Fonte: How Stuff Works

A primeira parte desmontada do motor foi a tampa do cilindro, como mostra a Figura 4.

Figura 4 Tampa do cilindro

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Logo aps foi retirada a camisa do pisto que se encontra na Figura 5.

Figura 5 Camisa do Pisto

Depois foi retirada a tampa lateral e todas as peas referentes transmisso que ali se encontrava, a Figura 6 mostra a tampa lateral que estava para ser retirada.

Figura 6 Tampa lateral

Aps ser retirada a tampa lateral, foram retirados os elementos de transmisso, como mostra a Figura 7:

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Figura 7 Bloco do motor j com poucos elementos de transmisso

Em seguida foi aberto o bloco do motor ao meio, e ento foram realizadas as medies dos principais elementos do motor, essas informaes foram documentadas para posteriormente se realizar os clculos e ento comparar com os dados fornecidos pelo fabricante. O volume comprimido foi determinado utilizando-se leo de mquina com uma seringa graduada e uma tampa de chapa acrlica, como mostra a Figura 8:

Figura 8 Mtodo para determinao do volume comprimido

Na Tabela 2, esto listados os valores medidos e as dimenses fornecidas pelo fabricante de cada componente.

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Tabela 2 Dimenses dos Componentes do Motor Componente Fornecido pelo Medido fabricante Biela Raio Virabrequim Dimetro do Pisto 55,965-55,990 mm Curso do Pisto Dimetro do Cilindro Volume Comprimido Volume Admitido 143,150 cm3 143,470 cm3 20,150 cm3 20,09 cm3 50 mm 50,000 mm 56,0 mm 55,80 mm 101 mm do 25 mm 101,000 mm 25,000 mm

Interno 56 mm

Os resultados apresentados na Tabela 2 mostram que os valores encontrados so muito prximos aos nominais. Para determinar o volume quando o pisto esta no ponto morto superior soma-se o volume da tampa do cilindro e o volume da cavidade do pisto. A Figura 9 mostra a cavidade do pisto.

Figura 9 Cavidade do pisto

Depois de serem efetuadas todas as medies, o motor foi montado empregando-se as mesmas operaes da desmontagem, s que na ordem inversa. Como no manual do fabricante no informava o torque especfico para cada componente de fixao do motor, consultou-se mecnicos pela cidade e os mesmos orientaram a utilizao de 17 a 20 N/m de torque. Para tal, foi utilizado um torqumetro.

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4 CLCULOS

4.1 TAXA DE COMPRESSO

A taxa de compresso a razo ou proporo, que indica quantas vezes a mistura ar combustvel comprimida durante a fase de compresso do motor, antes da combusto. Para motores de ignio por centelha a taxa de compresso varia de 8 a 12. A Eq.(01) utilizada para o clculo da taxa de compresso e as variveis so representadas na Figura 10.TC = V1 V2

(1)

onde V1 o volume admitido, V2 o volume comprimido.

Figura 10 Esquema do cilindro

4.2 CILINDRADA

No caso especfico dos motores de combusto interna, a cilindrada o volume varrido por um pisto dentro de um cilindro entre o ponto morto superior (PMS) e o ponto morto inferior (PMI). Para o clculo da cilindrada emprega-se a Eq.(02).

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C=

.B 2 .L4

(2)

Onde: B = dimetro do pisto L = curso do pisto.

4.3 RAZO DE COMPRESSO

A razo de compresso de um motor de combusto interna e dada pela Eq.(03). Va + Vc Vc

Re =

(3)

onde Vd o volume varrido pelo pisto (cilindrada) e Vc o volume da cmara de combusto.

4.4 DIMETRO/CURSO DO PISTO

Para um dado volume deslocado, um curso longo permite um dimetro menor que resulta em menos rea de superfcie da cmara de combusto e, conseqentemente, menores perdas de calor. Isto aumenta a eficincia trmica dentro da cmara de combusto. Por outro lado, cursos maiores resultam em velocidades do pisto maiores e maiores perdas por atrito, o que reduz a potncia obtida no virabrequim, mas se diminuirmos o curso, o dimetro pode ser aumentado e o motor se tornar super-quadrado ou over square, o que diminui as perdas por atrito, mas aumenta as perdas de calor. Para motores pequenos e mdios a razo dimetro/curso fica num intervalo de 0,8 1,2. Quando o motor a presentar RBS < 1 ser motor sub-quadrado, se for RBS = 1 o motor ser quadrado RBS > 1 ser super quadrado. Para calcular o dimetro/curso usada a Eq.(04).

RBS =

B L

(4)

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4.5 RAZO BRAO/RDIO DO SISTEMA BIELA-MANIVELA

A Figura 11 mostra a influncia de R na velocidade do pisto. Para calcular a relao brao/rdio do sistema biela manivela utilizada a Eq.(05).

R=

l a

(5)

Onde l a medida da biela e a comprimento do brao da manivela.

Figura 11 Influncia de R na velocidade do pisto Fonte: Pulkrabek, 2004

4.6 DISTNCIA ENTRE O PINO DA BIELA NO PISTO E O EIXO MANIVELA

Para indicar a posio do pisto utiliza-se o ngulo de giro da manivela () para indicar a posio do pisto. Quando igual a zero o pisto esta na posio superior do cilindro, para igual a 90 o pisto esta no meio do cilindro e quando igual a 180 o pisto est na parte inferior do cilindro. A Eq.(06) serve para calcular a distncia entre o pino da biela no pisto e o eixo da manivela.

s = a. cos + (l a .sen ) 2

1

(6)

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4.7 VELOCIDADE MDIA NO PISTO

A velocidade mdia do pisto representa a relao de distncia e tempo gasto pelo pisto para percorrer seu curso em uma determinada rotao. A velocidade mdia do pisto um parmetro mais apropriado que a velocidade de rotao da manivela, para correlacionar o comportamento de motores em funo da velocidade. O valor mximo da velocidade mdia do pisto limitado pelos esforos de inrcia e pela garantia de um bom enchimento dos cilindros. A velocidade mdia no pisto dada pela Eq.(07).

Sp =

2 L.N 1000.60

(7)

onde N a velocidade de rotao da manivela em rpm e L o curso do pisto em mm. A inrcia das partes moveis, a resistncia ao fluxo de gases dentro do motor, a fadiga dos materiais fazem com que o motor tenha sua velocidade limitada entre 8 a 15 m/s.

4.8 VELOCIDADE INSTANTNEA DO PISTO

A velocidade instantnea do pisto relacionada com o ngulo naquele instante, quando o pisto esta na parte superior ou inferior, a velocidade mnima, quando est na metade do curso, a velocidade mxima. A velocidade instantnea dada pela Eq.(08).

(8)

onde R o comprimento da biela dividido pelo raio do virabrequim.

4.9 EFICINCIA

Os ciclos termodinmicos associados s mquinas reais se diferem sensivelmente da idealizao, j que os processos ocorrem apenas de forma aproximada maneira descrita e que os motores esto suscetveis a fenmenos no reversveis como o atrito.

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No ciclo Otto a eficincia obtida com a Eq.(09), onde so inseridas as relaes entre as temperaturas. Na Figura 11 pode-se observar a mudana da eficincia com o coeficiente gamma. Quanto maior o valor do coeficiente ser maior a eficincia. O coeficiente gamma depende do tipo de gs contido no cilindro, mas tambm depende das condies em que acontecem a compresso e a expanso. Na Figura 12 h uma relao da eficincia com a compresso, quanto mais alta a relao de compresso maior a eficincia do ciclo.

Figura 12 Rendimento do ciclo Otto

f , i = 1

1 Rc k 1

(9)

4.10 TORQUE

O torque definido como a capacidade do motor de realizar trabalho. Para medir o torque de um motor utiliza-se um dinammetro, seu eixo acoplado ao rotor do dinammetro, rotor estar conectado a um estator. O torque exercido no estator, com o rotor girando, balanceado pelo uso de molas, pesos ou por meio pneumtico. A Eq.(10) usada para calcular o torque.

T=

P 2N

(10)

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onde P a potncia.

4.11 POTNCIA

A potncia de um motor pode ser definida como a energia til gerado por unidade de tempo ou a funo do torque fornecido a arvore e da velocidade de rotao do motor. Desta forma um motor de trao caracterizado pela sua curva de potencia. Para determinar a potncia efetiva desenvolvida por um motor mede-se por meio de um freio composto de duas partes, uma parte mvel ligada ao motor e acionada pelo motor e uma parte fixa provida de um dispositivo de frenagem que atua diretamente sobre a parte mvel. Utiliza-se a Eq.(11) para o clculo da potncia.P = 2N .T

(11)

4.12 CONSUMO ESPECFICO DE COMBUSTVEL

A medio do consumo de combustvel fundamental para que se conhea a eficincia com que o motor transforma a energia qumica do combustvel em trabalho til. Em testes de motores o consumo de combustvel medido pela massa de combustvel em relao unidade de tempo. O consumo especfico de combustvel (scf) um fator mais importante, e definido como a taxa de combustvel consumido por unidade de potncia fornecida. O scf mede o quo eficientemente um motor est utilizando o combustvel para produzir trabalho.

sfc =

mciclo wciclo

(12)

onde mciclo a massa de combustvel consumida por ciclo e Wciclo o trabalho produzido por ciclo.

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4.13 EFICINCIA TRMICA

Chama-se rendimento de um motor a relao entre a potncia mecnica desenvolvida sada do virabrequim e a que lhe fornecida sob a forma de carburante.

t =

1 spccPCI

(13)

Sendo c eficincia da combusto e PCI o poder liberado por quilograma de combustvel.

4.14 PRESSO MDIA EFETIVA

A presso mdia efetiva uma presso fictcia, que para um motor com certa caracterstica, est ligada diretamente ao torque desenvolvido pelo motor sobre o virabrequim. Em um ciclo real a presso s significante nos tempos de compresso e expanso. A Eq.(14) utilizada para o clculo da presso mdia efetiva.

imep =

Wciclo Vd

(14)

4.15 EFICINCIA MECNICA

Eficincia mecnica a razo entre a potncia lquida fornecida pelo motor e a potncia bruta indicada. calculada pela Eq.(15).

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5 RESULTADOS OBTIDOS

Logo aps serem realizados todos os clculos, os valores encontrados, as equaes que foram usadas e os valores nominais foram colocados na Tabela 3.

Tabela 3 Resultados dos clculos e os respectivos valores nominais Clculo da Valor Nominal Resultado obtido Taxa de Compresso Cilindrada Razo de Compresso Dimetro/Curso do Pisto Razo brao/rdio do sistema biela-manivela Distncia entre o pino da biela no pisto e o eixo manivela 1250 rpm Velocidade mdia no pisto (marcha lenta) 6500 rpm (torque mx.) 7500 rpm (potncia mx.) 1250 rpm 0 90 180 Velocidade 6500 0 0,00 m/s 3,27 m/s 0,00 m/s 0,00 m/s 0,00 m/s 3,34 m/s 0,00 m/s 0,00 m/s 12,50 m/s 12,80 m/s 10,83 m/s 11,09 m/s 2,08 m/s 2,13 m/s = 0 = 90 = 180 = 270 = 360 126,00 mm 97,86 mm 76.00 mm 97,86 mm 126,00 mm 126,00 mm 97,86 mm 76,00 mm 97,86 mm 126,00 mm 7:1 123 cm3 7:1 1,120 4,04 7,14:1 125,20 cm3 7,14:1 1,08 4,04

Equao utilizada Eq. (01) Eq. (02) Eq. (03) Eq. (04) Eq. (05)

Eq. (06) Eq. (06) Eq. (06) Eq. (06) Eq. (06) Eq. (07)

Eq. (07)

Eq. (07)

Eq. (08) Eq. (08) Eq. (08) Eq. (08)

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instantnea do pisto

rpm

90 180

17,01 m/s 0,00 m/s 0,00 m/s 19,63 m/s 0,00 m/s 50 % 1,15 kgm 12,5 HP

17,40 m/s 0,00 m/s 0,00 m/s 20,01 m/s 0,00 m/s 50 % 1,15 kgm 12,5 HP

Eq. (08) Eq. (08) Eq. (08) Eq. (08) Eq. (08) Eq. (09) Considerado Considerado

7500 rpm

0 90 180

Eficincia Torque Potncia Consumo especfico de combustvel (mC = 1,7x10-4 kg e wC = 4,4x10-9 KJ) Eficincia trmica Presso mdia efetiva Eficincia mecnica

----------

38636,36 KJ/kg

Eq. (12)

----------------------------

58,8 % 3576,24 kPa 29,6 %

Eq. (13) Eq. (14) Eq. (15)

Alguns valores que no esto disponveis na tabela no foram encontrados em catlogos do motor YAMAHA TT 125 cc.

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6 SUPORTE PARA FIXAO DO MOTOR

O suporte foi desenvolvido j para a necessidade da fixao de outros motores, motores de at 150cc, o mesmo possui regulagem de ngulo como mostra o detalhe B da figura 13, onde a pea se desloca na horizontal fazendo com que o motor suba ou desa, e uma fixao na parte dianteira do motor com regulagem de comprimento e ngulo para diferentes tamanhos, conforme detalhe D da figura 14.

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Figura 13 Suporte para fixao de motores

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Figura 14 Suporte para fixao de motores

O suporte possui ainda uma bandeja para depositar peas, chaves entre outros objetos.

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7 CONCLUSO

Neste trabalho foi abordado o funcionamento de um motor 2 tempos, seus principais componentes e caractersticas. Foi realizada a desmontagem do motor da motocicleta Yamaha TT 125cc, feitas as devidas medies para determinao dos resultados e finalmente comparados com os dados do fabricante. Os resultados obtidos foram muito prximos aos do manual do proprietrio, o que muito surpreende, pois a motocicleta em questo tem um tempo de uso consideravelmente grande, e os danos de componentes mecnicos submetidos a movimentos repetitivos e termodinmicos seriam normais, e apesar destes fatores o mesmo encontra-se conservado. O que pode ter sido feito provavelmente, ter-se trocado pisto e anis e a junta do cilindro, pois nos motores 2 tempos comum o desgaste destes componentes em especial. Aps feitas as aferies, o motor foi remontado, cuidando-se o mximo para uma montagem correta do mesmo. Observou-se na prtica que os motores 2 tempos so realmente mais simples que os motores convencionais (4 tempos), que sua manuteno mais barata, mais rpida e que no possui tantas regulagens, por serem desprovidos de vlvulas.

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8 BIBLIOGRAFIA

VAN WYLEN, G. J.; SONNTAG, R. E. Fundamentos da Termodinmica Clssica. Editora Campus. So Paulo. SP. 4 Edio.

LOUREIRO, Eduardo. Mquinas Trmicas I. Escola Politcnica de Pernambuco. Recife, PE.

http://www.hsw.uol.com.br/

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