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GRUPOS GERADORESPRINCPIOS DE FUNCIONAMENTO, INSTALAO, OPERAO E MANUTENO DE GRUPOS GERADORES PARTE I - MOTORES DIESEL

1 - MOTORES DIESEL2 3 4 5 6 7 8 So mquinas trmicas alternativas, de combusto interna, destinadas ao suprimento de energia mecnica ou fora motriz de acionamento. O nome devido a Rudolf Diesel , engenheiro francs nascido em Paris, que desenvolveu o primeiro motor em Augsburg - Alemanha, no perodo de 1893 a 1898. Oficialmente, o primeiro teste bem sucedido foi realizado no dia 17 de fevereiro de 1897, na Maschinenfabrik Augsburg. Segundo sua aplicao, so classificados em 4 tipos bsicos: ESTACIONRIOS Destinados ao acionamento de mquinas estacionrias, tais como Geradores, mquinas de solda, bombas ou outras mquinas que operam em rotao constante; INDUSTRIAIS Destinados ao acionamento de mquinas de construo civil, tais como tratores, carregadeiras, guindastes, compressores de ar, mquinas de minerao, veculos de operao fora-de-estrada, acionamento de sistemas hidrostticos e outras aplicaes onde se exijam caractersticas especiais especficas do acionador; VEICULARES Destinados ao acionamento de veculos de transporte em geral, tais como caminhes e nibus; MARTIMOS Destinados propulso de barcos e mquinas de uso naval. Conforme o tipo de servio e o regime de trabalho da embarcao, existe uma vasta gama de modelos com caractersticas apropriadas, conforme o uso. (Laser, trabalho comercial leve, pesado, mdio-contnuo e contnuo) Alm dos segmentos de aplicaes, os motores Diesel podem ser classificados pelo tipo de sistema de arrefecimento que utilizam, normalmente a gua ou a ar e pelo nmero e disposio dos cilindros, que normalmente so dispostos em linha, quando os cilindros se encontram em linha reta, ou em V, quando os cilindros so dispostos em fileiras oblquas. As diferenas bsicas entre os diversos tipos de motores Diesel residem, essencialmente, sobre os sistemas que os compem. Todos funcionam segundo s mesmas leis da termodinmica, porm as alteraes de projeto que se efetuam sobre os sistemas e seus componentes resultam em caractersticas de operao que os tornam adequados para aplicaes diferentes. Os sistemas que constituem os motores Diesel so: Sistema de Admisso de ar; Sistema de Combustvel, a incluindo-se os componentes de injeo de leo Diesel; Sistema de Lubrificao; Sistema de Arrefecimento; Sistema de Exausto ou escapamento dos gases; Sistema de Partida; O motor, propriamente dito, composto de um mecanismo capaz de transformar os movimentos alternativos dos pistes em movimento rotativo da rvore de manivelas, atravs da qual se transmite energia mecnica aos equipamentos acionados, como, por exemplo, um gerador de corrente alternada, que denominamos ALTERNADOR. Este mecanismo se subdivide nos seguintes componentes principais: a) - Bloco de cilindros Onde se alojam os conjuntos de cilindros, compostos pelos pistes com anis de segmento, camisas, bielas, rvores de manivelas e de comando de vlvulas, com seus mancais e buchas. Na grande maioria dos motores, construdo em ferro fundido e usinado para receber a montagem dos componentes. Grandes motores navais tem bloco construdo em chapas de ao soldadas e alguns motores de pequeno porte tem bloco de liga de alumnio. b) - Cabeotes Funcionam, essencialmente, como "tampes" para os cilindros e acomodam os mecanismos das vlvulas de admisso e escape, bicos injetores e canais de circulao do lquido de arrefecimento. Dependendo do tipo de construo do motor, os cabeotes podem ser individuais, quando existe um para cada cilindro, ou mltiplos, quando um mesmo cabeote cobre mais de um cilindro. c) - Crter o reservatrio do leo lubrificante utilizado pelo sistema de lubrificao. construdo em ferro fundido, liga de alumnio ou chapa de ao estampada. Em alguns motores o crter do tipo estrutural, formando com o bloco uma estrutura rgida que funciona como chassis da mquina, como se v em alguns tratores agrcolas. d) - Seo dianteira a parte dianteira do bloco, onde se alojam as engrenagens de distribuio de movimentos para os acessrios externos, tais como bomba d'gua, ventilador, alternador de carga das baterias e para sincronismo da bomba de combustvel e da rvore de comando de vlvulas. e) - Seo traseira. Onde se encontra o volante e respectiva carcaa, para montagem do equipamento acionado. Todos os cuidados de manuteno preventiva se concentram sobre os sistemas do motor. O mecanismo principal s recebe manuteno direta por ocasio das revises gerais de recondicionamento ou reforma, quando totalmente desmontado, ou se, eventualmente, necessitar de interveno para manuteno corretiva, em decorrncia de defeito ou acidente. Os componentes internos esto sujeitos a desgastes inevitveis, porm sua durabilidade e performance dependem unicamente dos cuidados que forem dispensados aos sistemas.

Motor Diesel CUMMINS modelo 6CT8.3 visto em corte 2 - PRINCPIOS DE FUNCIONAMENTO Os motores de combusto interna, segundo o tipo de combustvel que utilizam, so classificados em motores do ciclo Otto e motores do ciclo Diesel, nomes devidos aos seus descobridores. Motores do ciclo Otto so aqueles que aspiram a mistura ar-combustvel preparada antes de ser comprimida no interior dos cilindros. A combusto da mistura provocada por centelha produzida numa vela de ignio. o caso de todos os motores a gasolina, lcool, gs, ou metanol, que so utilizados, em geral, nos automveis. Motores do ciclo Diesel so aqueles que aspiram ar, que aps ser comprimido no interior dos cilindros, recebe o combustvel sob presso superior quela em que o ar se encontra. A combusto ocorre por auto-ignio quando o combustvel entra em contato com o ar aquecido pela presso elevada. O combustvel que injetado ao final da compresso do ar, na maioria dos motores do ciclo Diesel o leo Diesel comercial, porm outros combustveis, tais como nafta, leos minerais mais pesados e leos vegetais podem ser utilizados em motores construdos especificamente para a utilizao destes combustveis. O processo Diesel no se limita a combustveis lquidos. Nos motores segundo o processo Diesel podem ser utilizados tambm carvo em p e produtos vegetais. Tambm possvel a utilizao de gs como combustvel no processo Diesel, nos motores conhecidos como de combustvel misto ou conversveis, que j so produzidos em escala considervel e vistos como os motores do futuro. Para os combustveis lquidos, as diferenas principais entre os motores do ciclo Otto e do Ciclo Diesel so:

Motores de Combusto Interna a PistoCaracterstica Tipo de Ignio Formao da mistura Relao de Compresso Ciclo Otto Por centelha (Vela de ignio) No carburador 6 at 8 : 1 Ciclo Diesel Auto-ignio Injeo 16 at 20 : 1

(No motor Otto de injeo o combustvel injetado na vlvula de admisso, ou diretamente na tomada de ar do cilindro antes do trmino da compresso.) 2.1 - DEFINIES A nomenclatura utilizada pelos fabricantes de motores, normalmente encontrada na documentao tcnica relacionada, obedece a notao adotada pela norma DIN 1940. Existem normas americanas, derivadas das normas DIN, que adotam notaes ligeiramente diferenciadas, porm com os mesmos significados.

Notao

Nomenclatura DIMETRO DO CILINDRO Dimetro interno do Cilindro. CURSO DO PISTO CURSO/ DIMETRO ROTAO VELOCIDADE REA DO PISTO

Definio

D s s /D n cm A Pe z Vh Vc V VH

Distncia percorrida pelo pisto entre os extremos do cilindro, definidos como Ponto Morto Superior (PMS) e Ponto Morto Inferior (PMI). Relao entre o curso e o dimetro do pisto. (Os motores cuja relao curso/dimetro = 1 so denominados motores quadrados.) Nmero de revolues por minuto da rvore de manivelas. Velocidade mdia do Pisto = 2s n / 60 = s n / 30 Superfcie eficaz do Pisto = pD2 / 4 a potncia til gerada pelo motor, para sua operao e para seus equipamentos auxiliares (assim como bombas de combustvel e de gua, ventilador, compressor, etc.)

POTNCIA TIL

NMERO DE CILINDROS Quantidade de cilindros de dispe o motor. VOLUME DO CILINDRO VOLUME DA CMARA Volume do cilindro = As Volume da cmara de compresso.

VOLUME DE COMBUSTO Volume total de um cilindro = V + V h c CILINDRADA TOTAL Volume total de todos os cilindros do motor = z V

h

e

RELAO DE COMPRESSO

Tambm denominada de razo ou taxa de compresso, a relao entre o volume total do cilindro, ao iniciar-se a compresso, e o volume no fim da compresso, constitui uma relao significativa para os diversos ciclos dos motores de combusto interna. Pode ser expressa por: (Vh +Vc)/Vc . ( maior do que 1). a potncia dentro dos cilindros. Abreviadamente denominada de IHP (Indicated Horsepower), consiste na soma das potncias efetiva e de atrito nas mesmas condies de ensaio. Potncia dissipada sob carga, inclusive engrenagens internas. Dissipao de potncia pela carga. Consumo de potncia por atrito, bem como do equipamento auxiliar para funcionamento do motor, parte a carga. Pr= Pi - Pe- Pl -Psp

Pi Pl Psp Pr

POTNCIA INDICADA POTNCIA DISSIPADA DISSIPAO CONSUMO DE POTNCIA

Pv pe pi pr B b

POTNCIA TERICA PRESSO MDIA EFETIVA PRESSO MDIA NOMINAL PRESSO MDIA DE ATRITO CONSUMO CONSUMO ESPECFICO

Potncia terica, calculada por comparao, de mquina ideal. Hipteses para este clculo: ausncia de gases residuais, queima completa, paredes isolantes, sem perdas hidrodinmicas, gases reais. a presso hipottica constante que seria necessria no interior do cilindro, durante o curso de expanso, para desenvolver uma potncia igual potncia no eixo. a presso hipottica constante que seria necessria no interior do cilindro, durante o curso de expanso, para desenvolver uma potncia igual potncia nominal. a presso hipottica constante que seria necessria no interior do cilindro, durante o curso de expanso, para desenvolver uma potncia igual potncia de atrito. Consumo horrio de combustvel. Consumo especfico de combustvel = B / P; com o ndice e, refere-se potncia efetiva e com o ndice i refere-se potncia nominal.

hm hehi hv hg

RENDIMENTO MECNICO a razo entre a potncia medida no eixo e a potncia total desenvolvida pelo motor, ou seja: hm=e / P = P /(P + P ) ou ento, hm= P / (P + P + P + P ). i e e r e e r l sp RENDIMENTO TIL Ou rendimento econmico o produto do rendimento nominal pelo rendimento mecnico =

hi .hmRENDIMENTO INDICADO o rendimento nominal. Relao entre a potncia indicada e a potncia total desenvolvida pelo motor. RENDIMENTO TERICO o rendimento calculado do motor ideal. EFICINCIA RENDIMENTO VOLUMTRICO a relao entre os rendimentos nominal e terico; hg= hi /hv. a relao entre as massas de ar efetivamente aspirada e a terica.

ll2.2 - MOTOR DE QUATRO TEMPOS

Um ciclo de trabalho estende-se por duas rotaes da rvore de manivelas, ou seja, quatro cursos do pisto. No primeiro tempo, com o pisto em movimento descendente, d-se a admisso, que se verifica, na maioria dos casos, por aspirao automtica da mistura ar-combustvel (nos motores Otto), ou apenas ar (motor Diesel). Na maioria dos motores Diesel modernos, uma ventoinha empurra a carga para o cilindro (turbocompresso). No segundo tempo, ocorre a compresso, com o pisto em movimento ascendente. Pouco antes do pisto completar o curso, ocorre a ignio por meio de dispositivo adequado (no motor Otto), ou a auto-ignio (no motor Diesel). No Terceiro tempo, com o pisto em movimento descendente, temos a ignio, com a expanso dos gases e transferncia de energia ao pisto (tempo motor). No quarto tempo, o pisto em movimento ascendente, empurra os gases de escape para a atmosfera. Durante os quatro tempos - ou duas rotaes - transmitiu-se trabalho ao pisto s uma vez. Para fazer com que as vlvulas de admisso e escapamento funcionem corretamente, abrindo e fechando as passagens nos momentos exatos, a rvore de comando de vlvulas (ou eixo de cames) gira a meia rotao do motor, completando uma volta a cada ciclo de quatro tempos.

1 Tempo Curso de Admisso

2 Tempo Curso de Compresso

3 Tempo Curso de Potncia

4 Tempo Curso de Escapamento

Os 4 Tempos

2.3 - MOTOR DE DOIS TEMPOS O ciclo motor abrange apenas uma rotao da rvore de manivelas, ou seja, dois cursos do pisto. A exausto e a admisso no se verificam e so substitudas por: 1 - pela expanso dos gases residuais, atravs da abertura da vlvula de escape, ao fim do curso do pisto; 2 - Substituio da exausto pelo percurso com ar pouco comprimido. Os gases so expulsos pela ao da presso prpria.; 3 - Depois do fechamento da vlvula, o ar que ainda permanece no cilindro, servir combusto (a exausto tambm pode ser feita por vlvulas adicionais); 4 - O curso motor reduzido. O gs de exausto que permanece na cmara, introduzido no momento oportuno; nos motores de carburao (s usados em mquinas pequenas), o gs de exausto j apresenta a mistura em forma de neblina.

Vantagens: O motor de dois tempos, com o mesmo dimensionamento e rpm, d uma maior potncia que o motor de quatro tempos e o torque mais uniforme. Faltam os rgos de distribuio dos cilindros, substitudos pelos pistes, combinados com as fendas de escape e combusto, assim como as de carga. Desvantagens: Alm das bombas especiais de exausto e de carga, com menor poder calorfico e consumo de combustvel relativamente elevado; carga calorfica consideravelmente mais elevada que num motor de quatro tempos, de igual dimensionamento.Geradores de Energia Economize at 35% em sua Conta. Locao e Venda. 0800 703 3073 www.megaenergy.com.br ARLUG-Locao 11 56672588 Grupo geradores at 450KVA Atendemos todo Brasil.Consultenos! www.arlug.com.br Geradores Toyama Os melhores preos em 6x sem juros Entregamos em todo o Brasil www.hsflorestaejardim.com.br Motores de Passo Akiyama solues em Micropasso Ligue: 41 - 3028-0222 www.akiyama.com.br

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2.4 - TEORIA DO MOTOR O motor tem sua capacidade definida em termos de potncia, em HP (Horsepower) ou CV (Cavalo Vapor). a indicao da quantidade de trabalho que ele capaz de realizar na unidade de tempo. Por definio, 1 HP a potncia necessria para elevar a altura de um p, em um segundo, uma carga de 550 libras e 1 CV a potncia necessria para elevar a altura de um metro, em um segundo, uma carga de 75 quilogramas. Ou seja: 1 HP = 550 lb-ft/seg e 1 CV = 75 kgm/seg. Se a unidade de tempo utilizada for o minuto, multiplicamos 550 x 60 e temos 1 HP = 33.000 lb-ft/min e 1 CV = 75 x 60 = 4.500 kgm/min.

2.4.1 - DEFINIES DE POTNCIAS Embora existam normas brasileiras que definam o desempenho e as potncias dos motores Diesel, as fbricas existentes no Brasil adotam as normas dos seus pases de origem. Assim, Scania, Mercedes, MWM, Volvo e outras de origem europia, adotam as normas DIN 6270 e 6271 para as definies de potncias dos motores que fabricam, enquanto as de origem americana, tais como Caterpillar, Cummins, General Motors e outras, adotam as normas ISO8528, 3046, AS2789 e SAE BS5514. As normas brasileiras que tratam dos motores so: a) - MB-749 (NBR 06396) = Motores alternativos de combusto interna no veiculares e b) - NB-130 (NBR 05477) = Apresentao do desempenho de motores de combusto interna, alternativos, de ignio por compresso (Diesel). De acordo com a nomenclatura brasileira (NBR 06396): Potncia efetiva contnua no limitada: (correspondente a DIN 6270-A) a maior potncia efetiva garantida pelo fabricante, que ser fornecida sob regime de velocidade, conforme sua aplicao durante 24 horas dirias sem sofrer desgaste anormal e perda de desempenho. A ajustagem dessa potncia no motor permite ainda uma sobrecarga. Esta a ajustagem recomendada para grupos geradores. A quantidade de injeo do combustvel bloqueada na bomba injetora para que uma sobrecarga (em geral 10% da potncia efetiva contnua) do motor Diesel esteja disponvel para a acelerao, tal como requerido em caso de aplicao sbita de plena carga eltrica. Potncia efetiva contnua limitada: (correspondente a DIN 6270-B) a maior potncia efetiva garantida pelo fabricante, e que ser fornecida, sob regime de velocidade angular, especificado conforme sua aplicao, continuamente, durante um tempo limitado, ou intermitentemente, sob indicao do fabricante, sem sofrer desgaste anormal e perda de desempenho. A ajustagem dessa potncia no motor no permite uma sobrecarga. Como esta potncia, para ligao de plena carga do consumidor, no possui reserva suficiente para o processo de recuperao do governador de rpm, em princpio ela no deveria ser utilizada para grupos geradores. Caso contrrio, grandes quedas de velocidade em que, em casos extremos, a velocidade normal no mais possa ser alcanada, tem que ser previstas para o caso de uma aplicao sbita da carga no limite de potncia, por exemplo, devido a altas correntes de partida de motores eltricos. As potncias acima definidas sero consideradas potncias teis se todos os dispositivos auxiliares necessrios operao do motor (por exemplo: bomba injetora, ventilador e bomba d'gua) estiverem sendo acionados pelo prprio motor. A norma brasileira NBR 06396 no somente estabelece os conceitos de potncia e consumo de motores de combusto interna, mas indica tambm como as potncias e os consumos de combustveis devem ser convertidos para condies atmosfricas particulares. As normas DIN e ABNT tomam como padro as mesmas condies atmosfricas, isto , uma presso baromtrica de 76 mm Hg (equivalente a uma altitude de cerca de 270 m acima do nvel do mar), temperatura ambiente de 20C e umidade relativa do ar de 60%. H, entretanto, uma diferena fundamental, entre as normas DIN e ABNT, que necessrio ressalvar: a definio dos acessrios que devem ser acionados pelo motor (e cujo consumo de potncia no deve ser calculado como potncia efetiva do motor) difere de uma norma para a outra. A norma ABNT mais rigorosa e prev que, por exemplo, as potncias de acionamento da bomba centrfuga e do ventilador devero ser descontadas ao definir a potncia de um motor industrial, normalmente equipado com estes acessrios. As normas americanas estabelecem as condies atmosfricas padro de acordo com a ISO3046 em 29,61 in Hg de presso baromtrica, equivalente a uma altitude de 300 ft acima do nvel do mar e adotam o mesmo conceito de sobrecarga de 10%, como nas normas DIN. Para os motores Diesel estacionrios destinados a aplicao em grupos geradores, estabelecem regimes de operao considerando fatores de carga e definem trs regimes de trabalho: Stand-by, Prime Power e Continuous. O regime Stand-by o que definimos como emergncia e estabelecido sobre a potncia efetiva contnua limitada; o regime Prime Power o que chamamos de contnuo e estabelecido sobre a potncia efetiva contnua no limitada e o Continuous um regime definido como sendo uma potncia em que o motor pode operar 24 horas por dia com carga constante. Embora as normas recomendem o contrrio, todos os montadores de grupos geradores especificam seus produtos pela potncia intermitente ou de emergncia (potncia efetiva contnua limitada). Se o usurio pretender adquirir um grupo gerador, deve conhecer bem suas necessidades e especificar de forma clara o regime de operao. Na maioria dos casos, os grupos geradores so de emergncia, porm, quando solicitados a operar, na ausncia do suprimento de energia da rede eltrica local, devem atender os consumidores pelo tempo que for necessrio, suprindo a energia que for exigida. A potncia que definimos como efetiva contnua no limitada, permite um regime de trabalho com possibilidade de sobrecarga de 10% durante uma hora em cada 12 horas de operao, enquanto a potncia efetiva contnua limitada no admite sobrecargas. Para medir a potncia do motor, utiliza-se o DINAMMETRO. O dispositivo mais antigo, utilizado at os dias de hoje, para medir a potncia do motor constitudo por um volante circundado por uma cinta conectada a um brao cuja extremidade se apia sobre a plataforma de uma balana. O volante, acionado pelo motor, tem o seu movimento restringido pela presso aplicada cinta, que transmite o esforo ao brao apoiado sobre a balana. A partir das leituras da balana, calcula-se o esforo despendido pelo motor. Este dispositivo conhecido como FREIO DE PRONY, nome devido ao seu inventor, Gaspard Clair Francois Marie Riche De Prony (1755-1839). Embora atualmente existam equipamentos sofisticados, o princpio de determinao de potncia ao freio se mantm e os dinammetros modernos so construdos com o objetivo de opor uma resistncia controlada e medida ao movimento de rotao da rvore de manivelas. O freio de PRONY ainda utilizado atualmente para determinao da potncia de pequenos motores eltricos.

A determinao da potncia do motor se faz considerando: Rotao do motor = n (em rpm) Comprimento do brao = R (em m ou ft) Leitura da balana = F (em lb ou Kg) Com os elementos acima, sabendo-se que a periferia do volante percorre, no intervalo de uma rotao, a distncia 2.p.r contra a fora de atrito f, aplicada pela cinta, ento, em cada rotao, temse:

Trabalho=2 p.r. fO conjugado resistente ao atrito formado pelo produto da leitura F da balana pelo valor do comprimento do brao de alavanca R e ser exatamente igual ao produto r vezes f, conjugado que tende a mover o brao. Logo:

r.f = F.R e, em uma rotao, Trabalho = 2.p.F.R. O produto F.R tambm conhecido como TORQUE do motor. Se o motor funcionar a n rpm, o Trabalho por minuto ser dado por: t = 2.p.F.R.n A expresso acima define a potncia desenvolvida pelo motor, que pode ser expressa em HP (Horsepower) ou em CV (Cavalo-vapor), dependendo das unidades empregadas. Assim: Para F em libras, R em ps e n em rpm, ou: Para F em Kg, R em metros e n em rpm. Como F.R = Torque, podemos ainda, adotar outras variantes para as frmulas acima considerando as unidades envolvidas:

1 KW = 1,341 HP e, inversamente, 1 HP = 0,746 kW

A potncia medida como acima resulta da expanso dos gases de combusto no interior dos cilindros do motor, que impulsiona o pisto fazendo girar a rvore de manivelas contra a resistncia oposta pelo freio. Portanto, resulta da presso exercida sobre a superfcie da cabea do pisto. Essa presso (no motor Diesel), constante na primeira parte do tempo motor mais se reduz ao longo da segunda parte do curso de potncia, dado que h uma variao de volume com o deslocamento do pisto. Por essa razo, considera-se para efeito de estudo a presso mdia efetiva, como definida no item 2.1, para os clculos como veremos a seguir. O diagrama P - V (presso x volume) do ciclo Diesel ideal mostrado abaixo nos d uma viso das transformaes que ocorrem durante um ciclo de trabalho do motor Diesel. Diagrama P - V do ciclo Diesel ideal. Partindo do ponto a, o ar comprimido adiabaticamente (sem troca de calor) at b, aquecido presso constante at expandido c, adiabaticamente at d e novamente resfriado, a volume constante, at a. O trabalho obtido a rea hachurada, com limites abcd. O calor absorvido fornecido a presso constante, ao longo da linha bc e o cedido, o que se remove durante da. No h troca de calor nas transformaes adiabticas ab e cd.

Das definies do item 2.1, temos que:

pe = Presso mdia efetiva em psi (libra/in) ou em kg/cm; A = rea da cabea do pisto em in ou cm; s = Curso do pisto em pol. ou cm; z = Nmero de cilindros do motor; n = Nmero de revolues por minuto (rpm) e VH = Cilindrada total do motor em in ou cm.Consideremos x= Nmero de rotaes por cilindro, entre dois cursos de expanso. (Para motores de quatro tempos, x = 2). A relao n/x ser o nmero de vezes por minuto que ocorre um curso de potncia ou tempo motor em cada cilindro; Sabendo-se que:

e que Trabalho = Fora x deslocamento Fora = pe . A e deslocamento = s podemos escrever: Potncia = pe . A . s . z . (n/x) (em unidades homogneas). Como VH = A . s . z, resulta Potncia = pe .VH . (n/x), donde conclumos que :

O termo (Potncia) na frmula acima ser Pe quando a presso considerada for pe e, analogamente, Pi quando se tratar de pi e Pr para pr. A presso mdia efetiva uma varivel muito expressiva no julgamento da eficcia com que um motor tira proveito do seu tamanho (Cilindrada), sendo, por isso, muito usada para fins de comparao entre motores. O torque, por exemplo, no se presta muito para comparar motores porque depende das dimenses do motor. Os motores maiores produziro maiores torques. A potncia, tambm, no um bom elemento para permitir a comparao de motores, pois depende, no somente das dimenses, mas tambm da velocidade de rotao. Assim, num projeto tem-se sempre em mente construir motor de presso mdia efetiva elevada. Para obter os valores de p em lb/in2 ou kg/cm2 para motores de 4 tempos quando so conhecidos P em BHP, n em rpm e V em cm3 ou in3, so vlidas as relaes: e e H

Para P em HP, V em in e n em rpm, ou ento: e H

Para Pe em CV, VH em cm e n em rpm.

2.4.2 - CONSUMO DE COMBUSTVEL RENDIMENTO TRMICO Independentemente do mtodo empregado, 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. De posse dos valores de massa de combustvel consumido, potncia medida e tempo, pode-se calcular o consumo especifico de combustvel em g/CVh, g/kWh, g/HPh ou lb./HPh. Tomando-se medies em diferentes condies de carga e rpm, possvel plotar em grfico os diversos resultados e traar uma curva de consumo para o motor em prova. Em geral, a curva de consumo especfico do motor apresenta os pontos mais favorveis, de menor valor, com carga em torno de 80% da potncia nominal e onde so medidos os valores de torque mais elevados. O consumo horrio dado por: Em Kg/h ou lb/h. Medindo-se o consumo horrio sob regime conhecido de carga, pode-se determinar o consumo especfico, que uma varivel importante a ser considerada na aplicao do motor. De posse desses valores, a Massa ser igual ao produto do Volume pela sua Densidade . [M = r.v]. Para o leo Diesel, o valor da densidade tomado habitualmente como r = 0,854 kg/litro, embora algumas variaes para mais ou para menos possam ser verificadas.

Onde: r = Densidade do combustvel; v = Volume de combustvel consumido; P = Potncia do motor em HP t = Tempo O consumo especfico de combustvel um parmetro de comparao muito usado para mostrar quo eficientemente um motor est transformando combustvel em trabalho. O emprego deste parmetro tem maior aceitao que o rendimento trmico porque todas as variveis envolvidas so medidas em unidade padro: Tempo, Potncia e Peso. Tipicamente, para uma dada rotao, o consumo especfico apresenta-se como na curva abaixo, onde se pode ver que para cargas inferiores a 30% da capacidade nominal do motor h um crescimento acentuado do consumo em kg/HPh.

Para os grupos geradores, freqentemente o usurio quer saber o consumo especfico de combustvel em relao aos kWh gerados, da mesma forma como para o veculo importante saber o consumo em termos de quilmetros com um litro de combustvel. Neste caso, basta considerar o consumo especfico de combustvel em g/kWh do motor e dividir pelo rendimento do alternador.

2.4.2.1 - RENDIMENTO TRMICO a relao entre a potncia produzida e a potncia calorfica entregue, ou seja, a eficincia de transformao de calor em trabalho, para um ciclo.

h.t = (Potncia Produzida / Potncia Calorfica)Por definio: 1 HPh = 2545 BTU, A potncia calorfica do combustvel dada em Kcal/kg, BTU/g ou unidades semelhantes, sempre em quantidade de calor em relao massa. Chamando-se o poder calorfico de Q (em BTU/g) e o consumo especfico de combustvel de b (em g/HPh), tem-se:

Calor recebido = bQ e o rendimento trmico resulta: 2.4.3 - RELAO AR/COMBUSTVEL Para a combusto completa de cada partcula de combustvel, requer-se, da mistura, de acordo sua composio qumica, uma determinada quantidade de oxignio, ou seja, de ar: o ar terico necessrio, Armin. A falta de ar (mistura rica) produz, em geral, um consumo demasiado alto de combustvel, e formao de CO (monxido de carbono) ou fuligem. A combusto, nos motores, exige um excesso de ar. Se estabelece-se a relao entre a quantidade real de ar Arreale a terica, Armin, tem-se a relao l = (Arreal/ Armin), que no motor Otto, fica entre 0,9 e 1,3. No motor Diesel a plena carga, normalmente, no inferior a 1,3 e com o aumento da carga pode subir bastante. Depende da qualidade da mistura, do combustvel, da forma da cmara de combusto, do estado trmico (carga) e de outras circunstncias. A quantidade de ar terico, Armin, pode ser calculada em funo da composio qumica do combustvel. Os filtros de ar, tubulaes, passagens e turbocompressor so dimensionados em funo da quantidade de ar necessria combusto e devem ser mantidos livres e desobstrudos, a fim de no comprometer o funcionamento do motor.

A relao ar/combustvel real definida como a relao entre a massa de ar e a massa de combustvel em um intervalo de tempo t.

Referidas a um mesmo intervalo de tempoPara determinar a relao ar/combustvel necessrio conhecer as quantidades de combustvel e de ar consumidas pelo motor. Entretanto, medir a vazo de ar no muito fcil. Existem processos que permitem medir, quando necessrio, a quantidade de ar consumida pelo motor. Um processo normalmente utilizado o emprego de um reservatrio sob presso controlada, que fornece ar ao motor atravs de orifcios calibrados. Sabendo-se a vazo permitida por cada orifcio, sob a presso medida, possvel calcular a massa de ar que o motor aspira. O mtodo tem o inconveniente de permitir quedas de presso no coletor de admisso, na medida em que os orifcios somente so abertos aps constatada a necessidade de suprir mais ar ao motor, uma vez que necessrio manter a presso de coletor constante. Se um nico elemento medidor for usado, a queda de presso no sistema e a presso no coletor de admisso, estaro sujeitas a variaes, dependendo da velocidade de escoamento, funo direta da rpm do motor. A utilizao de vrios orifcios em paralelo seria um atenuante eficaz para as dificuldades citadas. Para pequenas quantidades de ar, um elemento, apenas, seria aberto, sendo os demais progressivamente colocados na linha, proporo que a quantidade de ar aumentasse, tendo-se ateno queda total de presso no sistema, que deve ser mantida aproximadamente constante. O tanque ou reservatrio de equilbrio indispensvel, pois se o ar for aspirado diretamente, o escoamento ser pulsante, levando a grandes erros nas medidas de presso atravs dos orifcios calibrados. Em geral, como o conhecimento da quantidade de ar consumida pelo motor s tem importncia para o dimensionamento de filtros de ar, turbocompressores e elementos conexos, prefere-se avaliar a quantidade de ar por meio de clculos. O resultado obtido por clculos, (Ar terico) a quantidade mnima de ar que contm as molculas de oxignio suficientes para a combusto.

dimensionamento de filtros de ar, turbocompressores e elementos conexos, prefere-se avaliar a quantidade de ar por meio de clculos. O resultado obtido por clculos, (Ar terico) a quantidade mnima de ar que contm as molculas de oxignio suficientes para a combusto.

2.4.4 - RELAO COMBUSTVEL/AR o inverso da relao ar/combustvel.

2.4.5 - RENDIMENTO VOLUMTRICO a relao entre a massa de ar aspirado por um cilindro e a massa de ar que ocuparia o mesmo volume nas condies ambientes de presso e temperatura. Sendo: Ma = Massa de ar aspirado por hora (lb./h), dividida pelo nmero de aspiraes por hora e

Mt = Massa de ar, nas condies atmosfricas presentes, necessria para preencher o volume da cilindrada de um cilindro, o rendimento volumtrico ser: A expresso rendimento volumtrico, na realidade, define uma relao entre massas e no entre volumes, como sugere a denominao.

2.4.6 - EFEITO DA VELOCIDADENas altas velocidades, comea haver dificuldade no enchimento dos cilindros, devido ao aumento das perdas de carga e a inrcia da massa de ar, fazendo cair o rendimento volumtrico. 2.4.7 - EFEITO DO TURBOCOMPRESSOR Normalmente denominado por turbina, supercharger, turbocompressor, sobrealimentador, supercarregador, turboalimentador ou simplesmente turbo, o que mais importa so os seus efeitos sobre o desempenho do motor. No caso dos motores Diesel, tem a finalidade de elevar a presso do ar no coletor de admisso acima da presso atmosfrica, fazendo com que, no mesmo volume, seja possvel depositar mais massa de ar, e, conseqentemente, possibilitar que maior quantidade de combustvel seja injetada, resultando em mais potncia para o motor, alm de proporcionar maior presso de compresso no interior do cilindro, o que produz temperaturas de ignio mais altas e, por conseqncia, melhor aproveitamento do combustvel com reduo das emisses de poluentes. Para melhorar os efeitos do turbo-alimentador, adiciona-se ao sistema de admisso de ar, um processo de arrefecimento do ar admitido, normalmente denominado de aftercooler ou intercooler, dependendo da posio onde se encontra instalado, com a finalidade de reduzir a temperatura do ar, contribuindo para aumentar, ainda mais, a massa de ar no interior dos cilindros. A tendncia, para o futuro, que todos os motores Diesel sejam turbo-alimentados. Nos motores turbo-alimentados, o rendimento volumtrico, em geral, maior que 1.

Turbo-alimentador acionado por gs de escape para motor Diesel. Turbina de gs de escapamento com fluxo de fora para dentro. a = admisso do gs de escapamento; b = sada do gs de escapamento; c = admisso do ar; d = sada do ar; e = entrada do leo lubrificante; f = sada do leo lubrificante; g = roda motriz da turbina; h = rotor da turbina; i = rotor da ventoinha; k = bucha flutuante de mancal.

Constitudo por um conjunto de dois rotores montados nas extremidades do mesmo eixo, o turbocompressor acionado pela energia cintica dos gases de escape que impulsiona o rotor quente (ou turbina) fazendo com que o rotor frio (compressor radial) na outra extremidade impulsione o ar para os cilindros. O turbocompressor trabalha em rotaes elevadas (80.000 a 100.000 RPM), temperatura mxima do gs de escape at 790C, proporciona um ganho de potncia, nos motores Diesel, da ordem de 30 a 40% e reduo do consumo especfico de combustvel no entorno de 5%. Devido ao aumento da presso mxima de combusto, exige-se uma vedao slida e uma maior presso da injeo. O fluxo do leo para as guias das vlvulas deve ser garantido, devido a sobrepresso do gs nos canais, e o primeiro anel de segmento do pisto motor deve ser instalado em canaleta reforada com suporte especial de ao ou ferro fundido. O turbocompressor, devido s altas rotaes de operao, trabalha com o eixo apoiado sobre dois mancais de buchas flutuantes, que recebem lubrificao tanto interna quanto externamente. Ao parar o motor, durante um certo intervalo de tempo, o turbocompressor continuar girando por inrcia sem receber leo lubrificante, uma vez que a bomba de leo parou de funcionar. Neste perodo, ocorre contato entre a bucha e a carcaa e tambm entre a bucha e o eixo, provocando desgaste. A durao do perodo em que o turbocompressor permanece girando por inrcia depende da rotao em que operava o motor quando foi desligado, bem como da carga a que estava submetido. Nos grupos Diesel-geradores, onde habitualmente se desliga o motor em alta rotao imediatamente aps o alvio da carga, a durabilidade do turbocompressor fica sensivelmente reduzida, podendo ser medida em numero de partidas ao invs de horas de operao. Nas demais aplicaes, onde no h paradas freqentes do motor em alta rotao, a durabilidade do turbocompressor pode chegar a at 4.000 horas, contra o mximo de 1.000 partidas nos grupos Dieselgeradores. Por isso, recomenda-se no parar o motor imediatamente aps o alvio da carga, deixando-o operar em vazio por um perodo de 3 a 5 minutos. Existe um dispositivo acumulador de presso para ser instalado na linha de lubrificao do turbocompressor que ameniza os efeitos das paradas, porm no fornecido de fbrica pelos fabricantes de motores Diesel, devendo, quando for o caso, ser instalado pelo usurio. Os reparos no turbocompressor devem ser feitos, de preferncia, pelo fabricante. A maioria dos distribuidores autorizados disponibiliza para os usurios a opo de venda de remanufaturado a base de troca, que alm de ser rpida, tem a mesma garantia da pea nova. Em geral, as oficinas que se dizem especializadas, utilizam buchas de bronze (em substituio das buchas sinterizadas) e usinam as carcaas quando da realizao de recondicionamentos e, na maioria dos casos, no dispem do equipamento para balanceamento do conjunto rotativo, fazendo com que a durabilidade de um turbocompressor recondicionado nessas condies fique ainda mais reduzida. O defeito mais freqente o surgimento de vazamentos de leo lubrificante, que quando ocorre pelo lado do rotor frio (compressor), pode consumir o leo lubrificante do crter sem que seja percebido. Em geral, o mau funcionamento do turbocompressor percebido pela perda de potncia do motor sob plena carga e pela presena de leo lubrificante e fumaa preta na tubulao de escapamento. Em alguns casos, pode-se perceber rudo anormal. Filtro de ar obstrudo tambm uma causa freqente de defeito do turbocompressor. O efeito da suco do rotor do compressor no interior da carcaa puxa leo lubrificante atravs das vedaes do eixo, provocando deficincia de lubrificao e consumo excessivo de lubrificante. NOVAS TECNOLOGIAS Para as prximas geraes de motores Diesel, esto sendo desenvolvidos turbocompressores dotados de recursos para interatividade com gerenciamento eletrnico, assistidos por sensores e atuadores a comandos hidrulicos, eltricos e/ou pneumticos. J se utilizam atualmente turbocompressores com capacidade para girar at 240 mil rpm. Estes desenvolvimentos incluem novos sistemas de mancais, com a utilizao de rolamentos de esferas especiais e mancais a ar. A plataforma de desenvolvimento principal ser o conceito atualmente conhecido como geometria varivel (VGT), em que, dependendo das variaes da carga aplicada ao motor, faz-se variar o fluxo de gases de escape sobre a turbina, variando assim a energia fornecida, e, por conseqncia, a quantidade de ar enviada pelo compressor para os cilindros. Alm do conceito de geometria varivel, h opes de multiestgios e a combinao de compressores centrfugos com compressores radiais. O objetivo principal manter a relao ar/combustvel em qualquer situao operacional do motor em propores que propiciem o melhor aproveitamento possvel da energia trmica do combustvel, reduzindo as emisses de poluentes e produzindo rudos em nveis reduzidos. Nos motores atuais para grupos geradores, as respostas s solicitaes das cargas, para manter constante a rotao do motor, so baseadas unicamente na dosagem do combustvel, podendo ocorrer desequilbrios e produo de fumaa negra em virtude do turbocompressor s poder suprir a quantidade necessria de ar quando impulsionado por uma quantidade correspondente de gases de escape. Nos veculos, este impasse foi parcialmente resolvido com a adoo do dispositivo conhecido como "papa fumaa", que controla o deslocamento da cremalheira da bomba injetora por meio de um diafragma acionado pela presso do turbocompressor. Dessa forma, se no h presso de ar suficiente, a quantidade de combustvel reduzida, evitando a formao de fumaa. Nos grupos geradores, o uso do "papa fumaa" limitado a poucos equipamentos, em virtude das caractersticas construtivas das bombas e governadores de rotaes utilizados. Com o advento dessas novas tecnologias, tambm os motores estacionrios sero melhorados em futuro prximo.TURBOCOMPRESSOR VGT HOLSET Alguns sensores so utilizados para informao primria ao sistema de gerenciamento do motor,

TURBOCOMPRESSOR VGT HOLSET Alguns sensores so utilizados para informao primria ao sistema de gerenciamento do motor, outros para proteo ou para o algoritmo de segurana usado na unidade de controle eletrnico e diagnstico ativo de outros sensores. Muitos j disponveis nas aplicaes atuais.

2.4.8 - ENERGIA TRMICA DO COMBUSTVEL A energia trmica liberada na combusto no totalmente aproveitada para a realizao de trabalho pelo motor. Na realidade, a maior parcela da energia desperdiada de vrias formas. Motores Diesel de grande porte e baixa rotao tem melhor aproveitamento da energia obtida na combusto. O calor gerado pelo poder calorfico do leo Diesel se dispersa e apenas uma parcela transformada em potncia til. Para os motores Diesel de pequeno porte e alta rotao, em mdia, o rendimento trmico se situa entre 36 e 40%, o que para mquinas trmicas, considerado alto. Abaixo vemos um diagrama de fluxo trmico para um motor Diesel de grande cilindrada (diagrama Sankey), onde se pode ter uma idia de como o calor aproveitado.

Diagrama de fluxo trmico de um motor Diesel de grande cilindrada com turbocompressor acionado pelos gases de escape e refrigerao forada. Calor aduzido de 1508 Kcal / CVh com p e = 8 kp /cm. V-se que 41,5% do calor transformado em potncia til, 22,4% trocado com a gua de refrigerao e 36,1% sai com os gases de escape.

2.4.9 - CORREES POR INFLUNCIAS DE CONDIES ATMOSFRICAS O desempenho dos motores Diesel afetado pelas condies ambientais de temperatura, presso e umidade. Se o motor estiver trabalhando em local de baixa presso baromtrica, menor ser a potncia observada, porque piora o enchimento dos cilindros. Da mesma forma, temperaturas elevadas fazem com que menos massa de ar no mesmo volume seja admitida. Porm, desejvel um certo aquecimento para proporcionar a vaporizao do combustvel. Em conseqncia, a fim de permitir uma base comum de comparao dos resultados, deve ser aplicado um fator de reduo para transformar os valores correspondentes s condies da atmosfera padro.

CONDIES ATMOSFRICAS PADROSegundo a norma NBR 5484 da ABNT: Presso baromtrica Temperatura ambiente Presso de vapor Presso baromtrica de ar seco Densidade absoluta do ar seco Bp = 746 mmHg aproximadamente) Tp = 30C Hp = 10mmHg Bs = 736mmHg Ds = 1,129 Kg/m (150m de altitude,

FATORES DE REDUOO mtodo de reduo recomendado se baseia na premissa de que a relao ar/combustvel, o rendimento trmico indicado, a potncia de atrito e a eficincia volumtrica no se alteram com as variaes das condies atmosfricas de presso, temperatura e umidade ou que esse efeito desprezvel. Porm essa suposio s vlida se a faixa das condies ambientais for pequena, de modo a no serem afetadas as caractersticas da combusto do motor. A faixa recomendada : Presso baromtrica Temperatura de admisso do ar = 690 a 770mmHg = 15C a 45C

Em motores do Ciclo Otto, o fator de reduo calculado pela expresso: Para Pa em inHg e Ta em F ou

Para Pa em mmHg e Ta em C.

Pa = Presso baromtrica do ar seco (presso baromtrica observada = presso parcial de vapor levantada com auxlio da carta psicromtrica). Ta = Temperatura absoluta do ar aspirado (medida a 15 cm da entrada da admisso). Este fator permite a correo do torque, da potncia e da presso mdia efetiva observados durante o ensaio. No deve ser aplicado ao consumo especfico de combustvel, pois supe-se que o motor receba a quantidade correta de combustvel a ser queimado com o ar aspirado. Em motores Diesel funcionando com relao ar/combustvel constante, o fator de reduo d pela expresso: Para Pa em mmHg e Ta em C, ou: Para Pa em inHg e Ta em F. NOTA: Para motores Diesel, em ensaios com fornecimento constante de combustvel (limitao fixa da bomba injetora) o mtodo empregado para reduo dos resultados grfico. A descrio deste mtodo pode ser encontrada na norma NBR 5484 da ABNT.Geradores de Energia Economize at 35% em sua Conta. Locao e Venda. 0800 703 3073 www.megaenergy.com.br ARLUG-Locao 11 56672588 Grupo geradores at 450KVA Atendemos todo Brasil.Consultenos! www.arlug.com.br Geradores Toyama Os melhores preos em 6x sem juros Entregamos em todo o Brasil www.hsflorestaejardim.com.br ZRICH (11) 2021-0510 Instrumentos- Presso & Temperatura Automao e Engenharia de Aplicao www.zurichpt.com.br

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PARTE I - MOTORES DIESEL1 2 4 5 6 7 8

2.5 - COMBUSTO NO MOTOR DIESELProcesso por injeo: O gs de combusto aspirado ou induzido sob presso to comprimido (temperatura entre 550 e 600 C), que se d a auto-ignio. Uma parte do combustvel, injetado em primeiro lugar, queima rapidamente e o que injetado em seguida, em maior quantidade, queima a presso aproximadamente constante. A combusto no ocorre inteiramente, caso no se sucedam no tempo certo o aquecimento do combustvel e a ignio. A injeo comea antes do pisto atingir o PMS, no tempo de compresso. S se consegue uma boa combusto, quando h a melhor mistura possvel entre as gotculas de combustvel e o ar necessrio combusto. Para tanto, faz-se necessrio, entre outras coisas, a adequao do jato de combustvel forma da cmara de combusto (com ou sem reparties). Outras possibilidades: um ou mais jatos; disposio dos jatos; comprimento dos jatos; sua fora; tamanho das gotculas, turbilhonamento mais intenso do ar de combusto. Forma do pisto; cmara de combusto repartida, com cmaras de ar, pr-cmaras, ou cmaras de turbilhonamento e tambm fluxo de ar tangencial. Ignio: Pode no se dar uma sensvel vaporizao do combustvel Diesel, de elevado ponto de ebulio, devido rapidez do processo. As gotculas de combustvel que so injetadas, inflamam-se aps terem sido levadas temperatura de auto-ignio, pelo ar pr-aquecido e comprimido, no cilindro. O intervalo de tempo entre a injeo e a ignio deve estar sincronizado com a calagem da rvore de manivelas, correspondente a elevao adequada de presso. O retardo da ignio deve ser o mnimo possvel; caso contrrio, chega cmara de combusto, uma quantidade excessiva de combustvel no queimado, que ir produzir aumento de presso no prximo tempo de compresso e reduzir a lubrificao entre as camisas dos cilindros e os anis de segmento, resultando, com a continuidade do processo, em desgaste, que num primeiro momento, conhecido como " espelhamento" das camisas dos cilindros. Combustveis Diesel com boa ignio, tem um pequeno retardo; proporcionam compresso uniforme para a combusto e operao suave do motor. O retardo da ignio, depende do tipo de combustvel, presso e temperatura na cmara de combusto. Retardo da injeo: Medido pela calagem da rvore de manivelas, o intervalo de tempo necessrio ao pisto da bomba de injeo, para levar a quantidade de combustvel situada entre a canalizao da bomba e o assento da vlvula de injeo (bico injetor), presso de injeo. Infelizmente quase impossvel, especialmente nos motores de funcionamento rpido, controlar de maneira satisfatria o programa de combusto ("Lei de aquecimento") e a variao da presso durante a combusto mediante o incio e o desenvolvimento da injeo, a no ser com baixa compresso, que por outro lado diminui o rendimento e se ope frontalmente ao princpio do motor Diesel. No tempo de alguns centsimos de segundo entre o comeo da injeo e a ignio, uma parte importante da quantidade injetada penetra na cmara de combusto e se inflama rpida e simultaneamente com o imprevisto aumento de presso. Alm disto, durante a ignio na fase fluida se formam perxidos com um indesejvel carter explosivo. Estas "batidas" do aos carburantes um maior retardamento de ignio imprprio para motores Diesel. A temperatura dos gases tem como limite superior a resistncia das peas alta temperatura e a qualidade do leo lubrificante e como limite inferior, a temperatura da atmosfera. O limite superior de presso dado pelo fato de que um aumento de compresso, mesmo que pequeno, acarreta um aumento nas foras do motor e no seu peso. O limite inferior, o da presso atmosfrica. As limitaes de Volume so conseqncia da necessidade de se evitar expanses demasiado grandes, pois s se consegue uma pequena vantagem de potncia com a desvantagem de um motor muito grande. Para avaliar o nvel da converso de energia no motor, h processos de clculo que permitem determinar as limitaes acima.

2.5.1 TIPOS DE INJEOO ponto mais importante a formao da mistura mediante a injeo do combustvel diretamente antes e durante a auto-ignio e combusto na carga de ar fortemente comprimida. Durante seu desenvolvimento foram encontradas vrias solues que em parte coexistem ainda em nossos dias. Injeo indireta: Uma pequena parte da cmara de combusto (antecmara) separada da parte principal mediante um estreitamento. O combustvel, que em sua totalidade injetado na antecmara mediante uma bomba dosificadora a mbolo com funcionamento de excntrico, com uma presso entre 80 e 120 at, dependendo do projeto do motor, inflama-se e queima parcialmente ali; a sobre-presso instantnea assim formada sopra a mistura inflamada com um efeito de pulverizao e turbulncia violentas atravs do "canal de disparo" at a cmara principal rica de ar. As paredes da antecmara, sobretudo o ponto de impacto do jato entrante, so mantidas com a temperatura mais elevada possvel, pois desta forma auxiliam na preparao e ignio do combustvel. Embora tenha a vantagem de produzir menos componentes de gs de escape prejudiciais sade, produz maiores perdas de calor, devido a multiplicao de superfcies de permutao, o que resulta em maior consumo especfico de combustvel e, atualmente, um processo pouco utilizado nos motores modernos.

Antecmara no cabeote de um motor Diesel de 4 tempos.

Antecmara tipo esfrica.

A parte inferior da antecmara a quente, porque se encontra separada das paredes refrigeradas pelo entreferro. A cmara de turbulncia a contm quase toda a carga de ar que, no percurso de compresso, penetra Descontinuidade da presso na antecmara e insuflao na parte principal da cmara de combusto mediante um tangencialmente pelo canal b comeando um movimento circular; c = tubulao de combustvel. canal injetor. b = tubulao de combustvel; c = ignio auxiliar para partidas a frio; d = passagem da gua de refrigerao para o cabeote.

Injeo direta: O combustvel injetado diretamente sobre a cabea do pisto mediante um bico injetor, com um ou vrios pequenos furos (dimetros de 0,1 a 0,3 mm) direcionados segundo um ngulo apropriado. Funciona com presses muito elevadas (at 400 at) para conseguir uma pulverizao muito fina e uma distribuio adequada do combustvel no ar de carburao. O jato nico forma uma neblina composta de gotas minsculas que costuma se inflamar em primeiro lugar na proximidade de entrada. A formao da mistura acelerada e melhorada quando o ar de carburao executa um movimento rpido em relao nvoa do combustvel. Com isto o movimento circular e turbulento do ar se produz de vrias formas j com o processo de suco ou com a compresso. A maioria dos motores modernos utilizam o processo de injeo direta de combustvel, em virtude do seu melhor rendimento trmico.

Processos de injeo direta. a = injeo direta no ar parado (Cummins); b = jato sobre a cabea do pisto com cmara de mistura trmica (processo MAN-M).

Muitas pesquisas tm sido desenvolvidas sobre o processo da combusto em motores Diesel. Inicialmente, acreditava-se que ocorria uma exploso no interior do cilindro, razo pela qual, os motores de combusto interna eram tambm chamados de motor a exploso. Por meio de observaes, testes diversos, tentativas, erros e acertos, os componentes do sistema de injeo vm sendo aperfeioados nos seus desenhos, preservando, no entanto, o que de melhor se alcanou, em termos de resultados com o processo de injeo direta. Recentemente, descobriu-se mais

sendo aperfeioados nos seus desenhos, preservando, no entanto, o que de melhor se alcanou, em termos de resultados com o processo de injeo direta. Recentemente, descobriu-se mais detalhes do processo de combusto e isto, certamente, trar novos desenvolvimentos. Com o auxlio de um equipamento de raios-x de alta velocidade, foi possvel registrar os diversos instantes em que a combusto se processa. At ento, todas as observaes feitas eram por meio de iluminao estroboscpica, que permitia visualizar uma frao de cada tempo de combusto e, formando uma seqncia de imagens, tinha-se uma idia do processo. 2.5.1.1 SISTEMA DE INJEO Desde a construo do primeiro motor Diesel, o principal problema tem sido o processo de injeo do combustvel para a combusto ideal. Os sistemas existentes no sofreram grandes modificaes no correr dos anos. As principais alteraes, que resultaram em evoluo significativa, foram, primeiramente o advento da bomba rotativa em linha, desenvolvida por Robert Bosch em 1927, que permitiu aos motores alcanarem rotaes mais elevadas e, conseqentemente, mais potncia. Depois, no decorrer da dcada de 80, surgiram os primeiros sistemas de gerenciamento eletrnicos (EDC, de Electronic Diesel Control). O desenvolvimento dos sistemas EDC, embora trazendo considerveis resultados, esbarrava na limitao mecnica dos sistemas em uso, que no podiam prescindir de um meio de comprimir o leo Diesel pela ao de um pisto comandado no instante adequado. Assim, mantinham-se os componentes bsicos dos sistemas de injeo, utilizando-se os recursos eletrnicos para monitoramento e controle, sem possibilidade de intervenes importantes no processo de injeo. O incio, durao e trmino da injeo permaneciam acoplados posio da rvore de manivelas, uma vez que as bombas injetoras no permitiam variaes, por serem acionadas por engrenagens conduzidas pela rotao do motor. Diferentemente dos motores do ciclo Otto, que j utilizavam a injeo eletrnica de combustvel e sistema de ignio transistorizado independentes, os motores Diesel ainda esperavam por novas tecnologias. Em 1997, a Alfa Romeu lanou o seu modelo 156 equipado com um motor Diesel dotado de um sistema de injeo revolucionrio, que ela denominou de JTD. Tal sistema, aumentava a potncia e o torque com reduo do consumo e, por conseqncia, os nveis de emisses e abriu novas perspectivas para o futuro dos motores Diesel. Posteriormente, os direitos de fabricao deste sistema foram cedidos Robert Bosch, que comeou a equipar motores para a Mercedes Benz, BMW, Audi, Peugeot e Citron (estes ltimos denominam o sistema de HDI). Em 2003 chegar ao mercado um modelo da Fiat. A Ford est testando um modelo Focus e a Volkswagen j apresentou um Passat equipado com o novo sistema. No segmento de motores mais pesados, as fbricas Mercedes, Scania e Volvo j anunciaram os lanamentos dos novos motores equipados com este sistema, que ganhou a denominao de COMMON RAIL. Segundo a Robert Bosch do Brasil: O Sistema Common Rail Bosch um moderno e inovador sistema de injeo diesel. Ele foi desenvolvido para atender atual demanda do mercado em relao diminuio do consumo de combustvel, da emisso de poluentes e maior rendimento do motor exigidos pelo mercado. Para isto so necessrias altas presses de injeo, curvas de injeo exatas e dosagem extremamente precisa do volume do combustvel. Com a introduo da primeira bomba injetora em linha fabricada em srie no ano de 1927, estavam criadas as condies para o emprego do motor Diesel de alta rotao em veculos automotivos. O emprego da bomba injetora em linha ainda hoje est em diversos veculos utilitrios e motores estacionrios, chegando at a locomotivas e navios com presses de injeo para motores de at cerca de 160 kw por cilindro. Os diferentes requisitos para a utilizao dos motores Diesel levaram ao desenvolvimento de diversos sistemas de injeo, adequados s respectivas exigncias. O sistema de injeo de presso modulada "Common Rail" para motores de injeo direta abre perspectivas completamente novas: Ampla rea de aplicao (para veculos de passeio e utilitrios leves com potncia de at 30 kw / cilindro, para utilitrios pesados chegando at a locomotivas e navios com potncia de at 200 kw / cilindro); Alta presso de injeo de at cerca de 1400 bar; Incio de injeo varivel; Possibilidade de pr-injeo, injeo principal e ps-injeo; Volume de injeo, presso no "Rail" e incio da injeo adaptados a cada regime de funcionamento, assim como; Pequenas tolerncias e alta preciso durante toda a vida til. O sistema de injeo de presso modulada "Common Rail", produo de presso e injeo so acoplados. A presso de injeo produzida independente da rotao do motor e do volume de injeo e est no "Rail" (acumulador de combustvel de alta presso) pronta para a injeo. Momento e qualidade de injeo so calculados na unidade de comando eletrnica e transportados pelo injetor (unidade de injeo) em cada cilindro do motor atravs de uma vlvula magntica ativada. Com o injetor e a alta presso sempre iminente, obtm-se uma curva de injeo muito precisa. Com a ajuda dos sensores a unidade de comando pode captar a condio atual de funcionamento do motor e do veculo em geral. Ela processa os sinais gerados pelos sensores e recebidos atravs de cabos de dados. Com as informaes obtidas ela tem condio de exercer comando e regulagem sobre o veculo e, principalmente, sobre o motor. O sensor de rotao do eixo de comando, determina, com o auxlio do efeito "Hall", se o cilindro se encontra no PMS da combusto ou da troca de gs. Um potencimetro na funo de sensor do pedal do acelerador, informa atravs de um sinal eltrico unidade de comando, com que fora o condutor acionou o pedal (acelerao). O medidor de massa de ar informa unidade de comando qual a massa de ar atualmente disponvel para assegurar uma combusto possivelmente completa. Havendo um turbocompressor, atua ainda o sensor que registra a presso de carga. Com base nos valores dos sensores de temperatura do agente de refrigerao e de temperatura do ar. De acordo com o veculos so conduzidos ainda outros sensores e cabos de dados at a unidade de comando para fazer cumprir as crescentes exigncias de segurana e de conforto.

1. 2. 3. 4. 5.

medidor de massa de ar, unidade de comando, bomba de alta presso, acumulador de alta presso (Rail), injetores,

6. 7. 8. 9.

sensor de rotao do eixo da manivela, sensor de temperatura do motor, filtro de combustvel, sensor do pedal do acelerador.

Esta nova tecnologia ainda no est disponvel para os motores utilizados nos grupos geradores. Tudo indica que brevemente tambm os motores estacionrios e industriais sero incrementados com novos desenvolvimentos tecnolgicos. Um indicativo importante do sucesso do sistema, por exemplo, o anncio da Delphi Diesel de investimento de 2 bilhes de dlares no desenvolvimento das suas linhas de produo para fabricar componentes Common Rail. Com o advento destas inovaes, muda sensivelmente o perfil do profissional de manuteno de motores, que dever adquirir conhecimentos tambm de sistemas digitais e da utilizao de ferramentas computadorizadas para diagnstico de falhas e correo de defeitos.

3 COMPONENTES DO SISTEMA DE INJEOBomba injetora A injeo do combustvel Diesel controlada por uma bomba de pistes responsvel pela presso e dosagem para cada cilindro, nos tempos corretos. Na maioria dos motores Diesel, utiliza-se uma bomba em linha dotada de um pisto para cada cilindro e acionada por uma rvore de cames que impulsiona o combustvel quando o mbolo motor (pisto) atinge o ponto de incio de injeo, no final do tempo de compresso. Alguns motores utilizam bombas individuais para cada cilindro e h outros que utilizam uma bomba de presso e vazo variveis, fazendo a injeo diretamente pelo bico injetor acionado pela rvore de comando de vlvulas. H ainda aqueles que utilizam bombas rotativas, que distribuem o combustvel para os cilindros num processo semelhante ao do distribuidor de corrente para as velas utilizado nos motores de automveis. As bombas injetoras, rotativas ou em linha, para que funcionem, so instaladas no motor sincronizadas com os movimentos da rvore de manivelas. Ao processo de instalao da bomba injetora no motor d-se o nome de calagem da bomba. Cada fabricante de motor adota, segundo o projeto de cada modelo que produz, um processo para a calagem da bomba injetora. Na maioria dos casos, a coincidncia de marcas existentes na engrenagem de acionamento da bomba com as marcas existentes na engrenagem acionadora suficiente para que a bomba funcione corretamente. Em qualquer caso, porm, absolutamente necessrio consultar a documentao tcnica fornecida pelo fabricante, sempre que se for instalar uma bomba injetora, pois os procedimentos so diferentes para cada caso.

A dosagem do combustvel feita pela posio da cremalheira, conectada ao acelerador por meio do governador de rotaes.

Dosagem do combustvel. Com o mesmo deslocamento vertical, o pisto injeta mais ou menos combustvel em funo da sua posio. O que muda o tempo final de dbito.

Bicos injetores: Normalmente instalados nos cabeotes, tem a finalidade de prover o suprimento de combustvel pulverizado em forma de nvoa. A agulha do injetor se levanta no comeo da injeo devido ao impacto da presso na linha de combustvel, suprida pela bomba injetora. Durante os intervalos de tempo entre as injees, se mantm fechado automaticamente pela ao de uma mola. Uma pequena quantidade de combustvel, utilizada para lubrificar e remover calor das partes mveis dos injetores retornada ao sistema de alimentao de combustvel. Os bicos injetores,

Uma pequena quantidade de combustvel, utilizada para lubrificar e remover calor das partes mveis dos injetores retornada ao sistema de alimentao de combustvel. Os bicos injetores, assim como as bombas, so fabricados para aplicaes especficas e no so intercambiveis entre modelos diferentes de motores. Em muitos casos, um mesmo modelo de motor, em decorrncia de alguma evoluo introduzida na sua produo, utiliza um tipo de bico injetor at um determinado nmero de srie e outro a partir de ento, sem que sejam intercambiveis entre si. necessrio ter ateno especial quando for o caso de substituir bicos ou bombas injetoras, para que sejam utilizados os componentes corretos.

Porta-injetor e Bico injetor. A agulha do bico b que fecha com o auxlio de uma forte mola a, levantada pela elevada presso do combustvel bombeado em c. d = linha de presso; e = parafuso de ajuste para a regulao da presso de injeo; f = linha de retorno do combustvel utilizado para lubrificao e refrigerao do bico injetor.

Injetor Common Rail BOSCH

4 REGULAO DA VELOCIDADE A rotao de trabalho do motor Diesel depende da quantidade de combustvel injetada e da carga aplicada rvore de manivelas (potncia fornecida mquina acionada). Tambm necessrio limitar a rotao mxima de trabalho do motor, em funo da velocidade mdia do pisto (cm= s n / 30), que no deve induzir esforos que superem os limites de resistncia dos materiais, bem como da velocidade de abertura e fechamento das vlvulas de admisso e escapamento, que a partir de determinados valores de rotao do motor, comeam a produzir efeitos indesejveis. Nas altas velocidades, comea haver dificuldade no enchimento dos cilindros, devido ao aumento das perdas de carga e a inrcia da massa de ar, fazendo cair o rendimento volumtrico. Como a quantidade de combustvel injetada dosada pela bomba injetora, por meio da variao de dbito controlada pelo mecanismo de acelerao, limita-se a quantidade mxima de combustvel que pode ser injetada. Dependendo do tipo de motor, essa limitao feita por um batente do acelerador, que no permite acelerar o motor alm daquele ponto. O mecanismo de acelerao, por si s, no capaz de controlar a rotao do motor quando ela tende a cair com o aumento da carga ou a aumentar com a reduo da mesma carga. necessrio ento outro dispositivo que assegure controle da dosagem de combustvel em funo das solicitaes da carga. Na maioria dos motores, este dispositivo constitudo por um conjunto de contrapesos girantes, que por ao da fora centrfuga, atua no mecanismo de acelerao de modo a permitir o suprimento de combustvel sem variaes bruscas e respondendo de forma suave s solicitaes da carga. Conhecidos como reguladores ou governadores de rotaes, so utilizados em todos os motores Diesel e, dependendo da aplicao, como visto no incio deste trabalho, tem caractersticas distintas e bem definidas. No caso especfico dos motores para grupos Diesel-geradores, a regulao da velocidade um item particularmente crtico, uma vez que a freqncia da tenso gerada no alternador necessita ser mantida constante, ou seja, o motor Diesel deve operar em rotao constante, independente das solicitaes da carga. Isto significa que a cada aparelho eltrico que se liga ou desliga, o governador deve corrigir a quantidade de combustvel injetada, sem permitir variaes da RPM, o que quase impossvel, dado o tempo necessrio para que as correes se efetivem. Para solucionar o problema, existem trs tipos bsicos de governadores iscronos, que so: Governadores mecnicos: Constitudos por um sistema de contrapesos, molas e articulaes, atuam no mecanismo de acelerao aumentando ou diminuindo o dbito de combustvel sempre que a rotao se afasta do valor regulado, em geral, 1800 RPM. Tem tempo de resposta considerado longo e permitem oscilaes em torno do valor regulado. Dependendo da carga que for aplicada bruscamente, permitem quedas acentuadas da RPM e, na recuperao, permitem ultrapassar o valor regulado para, em seguida, efetuar nova correo de menor grau. So mais baratos e utilizados em grupos Diesel-geradores que alimentam equipamentos pouco sensveis s variaes de freqncia. Tem preciso de regulao em torno de 3%, podendo chegar at 1,5%. O tipo mais comum, utilizado em grande numero de motores equipados com bombas injetores Bosch em linha, o governador Bosch modelo RSV.

Governadores hidrulicos: De maior preciso que os governadores mecnicos, podem ser acionados pelo motor Diesel independentemente da bomba injetora e atuam sobre a alavanca de acelerao da bomba, exercendo a funo que seria do pedal do acelerador do veculo. So constitudos por um sistema de contrapesos girantes, que fazem o papel de sensor de rotao e uma pequena bomba hidrulica para produzir a presso de leo necessria ao acionamento. As variaes de rotao "sentidas" pelos contrapesos so transformadas em vazo e presso de leo para alimentar um pequeno cilindro ligado haste de acelerao da bomba. Por serem caros e necessitarem de um arranjo especial para montagem no motor, so pouco utilizados. O modelo mais conhecido em uso no Brasil o Woodward PSG.

Governador Hidrulico WOODWARD modelo PSG

Governador Hidrulico WOODWARD modelo PSG

Governadores eletrnicos: Atualmente esto sendo utilizados em maior escala, dado o custo, que vem se reduzindo nos ltimos anos. Oferecem a melhor preciso de regulao que se pode conseguir e so constitudos por trs elementos bsicos: 1) Pick-up magntico, que exerce a funo de sensor de RPM; 2) Regulador eletrnico, propriamente dito (ou unidade de controle) e 3) Atuador. A construo pode variar, conforme o fabricante, mas todos funcionam segundo os mesmos princpios. O pick-up magntico uma bobina enrolada sobre um ncleo ferromagntico e instalado na carcaa do volante, com a proximidade adequada dos dentes da cremalheira. Com o motor em funcionamento, cada dente da cremalheira, ao passar prximo ao pick-up magntico, induz um pulso de corrente eltrica que captado pelo regulador. A quantidade de pulsos por segundo (freqncia) comparada, pelo regulador, com o valor padro ajustado. Se houver diferena, o regulador altera o fluxo de corrente enviada para o atuador, que efetua as correes do dbito de combustvel, para mais ou para menos, conforme necessidade. H atuadores que trabalham ligados haste de acelerao da bomba injetora, como nos governadores hidrulicos e outros que so instalados no interior da bomba e atuam diretamente sobre o fluxo de combustvel. Os atuadores externos mais conhecidos so os fabricados pela Woodward, (governadores modelo EPG) e os internos so os utilizados nos motores Cummins (governador EFC).

Governador Eletrnico WOODWARD modelo EPG - 12 ou 24 Volts

Governador Eletrnico CUMMINS modelo EFC.

Governadores Digitais Os governadores digitais utilizados atualmente, embora possam oferecer recurso de comunicao via porta serial e funes de controle PID (Proportional Integral Derivate), dependem de um atuador analgico para comandar as correes de RPM do motor, o que os torna iguais, em termos de resultados, aos governadores eletrnicos analgicos.

Governador Eletrnico Digital Woodward 2301D Load Sharing and Speed Control

Nos grupos geradores, assim como em outras aplicaes, a variao de RPM funo da variao da carga e o tempo de correo tambm proporcional intensidade da mesma variao. No caso do veculo que sobe uma ladeira, o motorista aciona o pedal do acelerador para manter a rotao e vencer a subida. Nos grupos geradores, quem aciona o acelerador o governador de rotaes. Os governadores so ditos iscronos quando asseguram rotao constante entre vazio e plena carga, corrigindo no menor tempo possvel as variaes de RPM. Por mais iscronos que possam ser, no podem corrigir instantaneamente as variaes de rotao do motor, devido inrcia natural do sistema. necessrio, primeiro, constatar que houve uma variao de RPM para, em seguida, efetuar a correo. O tempo de resposta ajustado at um limite mnimo, a partir do qual o funcionamento do motor se torna instvel, por excesso de sensibilidade. Neste ponto, necessrio retroceder um pouco at que a rotao se estabilize. Uma vez obtido o melhor tempo de resposta, a quantidade de RPM que pode variar dentro deste tempo depende da solicitao da carga. Uma grande variao brusca na carga induz uma variao proporcional da RPM. Alm da sensibilidade, necessrio ajustar o valor mximo que se pode permitir de queda ou de aumento de RPM, entre vazio e plena carga, que nem sempre pode ser zero RPM. Esta variao conhecida como droop e necessria, especialmente para grupos geradores que operam em paralelo (mais de um grupo Diesel-gerador alimentando a mesma carga). Todos os governadores de rotao, atualmente, ajustam a quantidade de combustvel por meios mecnicos. Utiliza-se sempre um dispositivo atuador, que nos governadores eletrnicos acionado eletricamente, para fazer variar a quantidade de combustvel injetada e corrigir a rotao para o valor nominal. CARACTERSTICAS DE REGULAO O problema de manter constante a velocidade do motor o mesmo de qualquer sistema submetido a um controle para correo.

No grupo gerador, teramos:

Com reguladores ou governadores ditos proporcionais, as correes das variaes acontecem de forma semelhante curva:

Com governadores digitais PID (Proportional Integral Derivate) as correes so semelhantes curva:

Alguns exemplos de ajustes de governadores eletrnicos e digitais:

DROOP: a variao percentual entre as velocidades nominal em vazio e a final, com aplicao de 100% de carga. = (RPM nom RPMfin) / RPMnom

Rotao nominal em vazio: 1800 RPM Com 100% de carga: 1740 RPM Droop = (1800 1740) / 1800 = 0,0333.... ou 3,3% Para os motores das prximas geraes, no sero mais necessrios governadores de rotaes, uma vez que bastar programar a ECU do sistema de injeo eletrnica para operar em rotao constante sob qualquer condio de carga ou com o droop desejado. 5 O COMBUSTVEL Motores Diesel precisam, para a auto-ignio e queima perfeita, de combustveis de alto ponto de ignio. A pr-combusto a tendncia do combustvel auto-ignio quando da injeo, no motor Diesel, e caracterstica importante para o desempenho do combustvel, neste tipo de motor; medida pelo ndice de cetana. O leo Diesel uma mistura de hidrocarbonetos com ponto de ebulio entre 200 e 360C, obtido por destilao do petrleo por hidrogenao, sntese, ou craqueamento cataltico a baixas temperaturas. Tem poder calorfico mdio (ou calor de combusto) de 11.000 Kcal / Kg. O leo Diesel comum, ou comercial, utilizado universalmente, embora atenda aos requisitos bsicos em termos de caractersticas fsicas e qumicas, requer cuidados quanto ao manejo e utilizao. A gua, presente, em maior ou menor concentrao, o principal contaminante e deve sempre ser removida, por centrifugao ou filtragem especial com decantadores. Como os componentes das bombas e bicos injetores so construdos com folgas adequadas lubrificao pelo prprio leo Diesel, a presena de gua os danifica imediatamente. Alm de gua, todo leo Diesel tem um certo teor de enxofre, que no pode ser removido, do qual resulta, aps a combusto, compostos nocivos sade. So as seguintes as caractersticas e especificaes para o leo Diesel

adequado:

PROPRIEDADE ESPECIFICAO MTODO DE TESTE EM LABORATRIO Viscosidade ASTM D-445 1,3 a 5,8 CentiStoke a 40C No mnimo 40, exceto em clima frio e servio Numero de em marcha lenta por perodos prolongados, ASTM D-613 Cetana quando ser necessrio numero mais elevado. ASTM D-129 Teor de Enxofre Teor de gua e sedimentos Resduos de carbono ou 1552 ASTM D-1796 ASTM D524 ou D-189 No deve exceder a 0,25% em peso em 10% de resduos. 52C (125F) mnimo. Algumas sociedades classificadoras exigem ponto de fulgor mais elevado. 12C abaixo da temperatura esperada de operao. No deve exceder o n 2 aps 3 horas a 50C. No deve exceder a 0,02% em peso. A curva de destilao deve ser suave e contnua. 98% do combustvel deve evaporar abaixo de 360C. Todo o combustvel deve evaporar abaixo de 385C. No deve exceder a 1,0% em peso.

No deve exceder a 0,1% em peso.

Ponto de fulgor Ponto de Nvoa Corroso por enxofre ativo sobre lmina de cobre Teor de cinzas Destilao

ASTM D-93 ASTM D-97

ASTM D- 130 ASTM D-482 ASTM D-86

Os hidrocarbonetos no carburados (perdas na exausto e por vazamentos nas vedaes dos pistes), o formaldedo (reao parcial da mistura de combustvel e ar), o monxido de carbono, os xidos ntricos (reao do ar com presso e temperaturas elevadas) e todos os componentes de mau cheiro como a fuligem podem causar problemas. A importncia dos componentes carcingenos e txicos nos gases de escapamento preocupao no mundo inteiro e vem sendo objeto de padres e normas para a proteo ambiental. 6 GASES DE ESCAPE - EMISSES O processo de combusto uma reao qumica de oxidao que se processa em altas temperaturas. Nos motores em geral, o processo de combusto oxida uma parcela dos componentes que so admitidos no interior do cilindro. O combustvel, principalmente os derivados de petrleo, , na realidade uma mistura de hidrocarbonetos que contm tambm outros materiais, tais como enxofre, vandio, sdio, potssio, etc. Por outro lado, o ar, utilizado como comburente, uma mistura de gases diversos, como sabemos. O oxignio contido no ar o que realmente interessa ao processo de combusto. Os demais gases, como o nitrognio, ao se combinarem com alguns outros componentes do combustvel, podem produzir compostos indesejveis, os quais so lanados na atmosfera, misturando-se ao ar que respiramos. Alguns desses compostos, como o SO2, so prejudiciais e atualmente so objeto de preocupao mundial. As organizaes internacionais, como a EPA, nos Estados Unidos, o CONAMA, do Brasil e outras entidades, vem estabelecendo padres para controle dos nveis de emisses desses poluentes e, se considerarmos os milhes de motores que existem no planeta, emitindo milhes de toneladas desses produtos diariamente, veremos que, realmente, existem motivos para preocupaes. Para os automveis, na Europa j obrigatrio o uso de catalisadores e no Brasil essa obrigao ser estabelecida em futuro prximo. Os DETRAN j esto equipados com os equipamentos de medio de emisses e, a partir do prximo ano, no mais sero licenciados veculos com altos nveis de emisses. Os motores Diesel produzidos atualmente necessitam atender a limites estabelecidos em normas internacionais, sendo esses limites, periodicamente, reduzidos a fim de obrigar os fabricantes a desenvolverem motores capazes de produzirem potncia com o mximo aproveitamento do combustvel e o mnimo de emisses. Como ilustrao, vide abaixo tabela de emisses de um motor Diesel novo, em boas condies de operao e aprovado em testes de emisses:

HCNOx CO PM SO2 CO2 N2 O2 H2O

Hidrocarbonetos no queimados xidos de Nitrognio como N 2 Monxido de Carbono Material particulado Anidrido Sulfuroso Gs Carbnico Nitrognio Oxignio Vapor dgua Os valores so expressos em gramas/HPh

2,40 11,49 0,40 0,50 0,62 510 3.400 490 180

Para saber mais sobre as limitaes de emisses, consulte a Resoluo CONAMA n 001 de 08/03/90 e veja a norma brasileira NBR14489 - Motor Diesel - Anlise e determinao dos gases e do material particulado emitidos por motores do ciclo Diesel - ciclo de 13 pontos, publicada pela ABNT em 04/2000.Tecnovip Medio de Gases Geradores de Energia ARLUG-Locao 11 56672588

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GRUPOS GERADORESPRINCPIOS DE FUNCIONAMENTO, INSTALAO, OPERAO E MANUTENO DE GRUPOS GERADORES

PARTE I - MOTORES DIESEL1 2 3 5 6 7 8 7 - LUBRIFICAO DO MOTOR DIESEL O sistema de lubrificao do motor Diesel dimensionado para operar com um volume de leo lubrificante de 2 a 3 litros por litro de cilindrada do motor e vazo entre 10 e 40 litros por Cavalo-hora, conforme o projeto do fabricante. Os componentes bsicos do sistema de lubrificao, encontrados em todos os motores Diesel, so: - Crter de leo, montado sob o bloco, dotado de capacidade adequada potncia do motor; - Bomba de circulao forada, geralmente do tipo de engrenagem, acionada pela rvore de manivelas do motor; - Regulador de presso (geralmente uma vlvula na prpria bomba); - Trocador de calor do leo lubrificante; - Filtro(s) de fluxo integral e de desvio e - Acessrios, tais como sensores de presso, pressostatos e manmetro. Sistema de lubrificao:a = crter de leo, b = "pescador" com filtro de tela; c = bomba; d = linha de presso; e = vlvula para limitao da presso; f = filtro de fluxo total; g = linha de derivao ("bypass" para o filtro auxiliar); h = indicador de presso ou comutador de segurana; i = trocador de calor e k = linha para o motor.

Bomba de leo lubrificante e montagem do sensor de presso SCANIA

Sistema de Lubrificao do motor Cummins Srie N/NT/NTA-855.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 7.1 - FILTROS

Bomba de leo

Para o arrefecedor de leo Saindo do arrefecedor de leo Bico pulverizador de arrefecimento do pisto Galeria principal de leo Buchas da rvore de comando Lubrificao para a parte superior do motor Mancais principais Passagem para lubrificao das bielas Linha sinalizadora da presso do leo na galeria principal.

Os filtros, na maioria dos casos, so do tipo cartucho de papel descartvel e devem ser substitudos a cada troca do leo lubrificante, nos perodos recomendados pelo fabricante do motor. Atualmente, o tipo mais utilizado o "spin-on", atarrachante. O filtro de fluxo integral dotado de uma vlvula acionada por presso diferencial que, em caso de entupimento do elemento, abre-se, deixando circular o leo sem filtrar, no permitindo que o motor trabalhe sem circulao de lubrificante. Nem sempre vantajoso utilizar o elemento de filtro mais barato. Aparentemente, todos os elementos de filtro disponveis no mercado (e so muitos) so iguais. Entretanto, h diferenas imperceptveis que devem ser consideradas. Como no possvel, para o consumidor fazer testes de qualidade dos filtros aplicados nos motores que utiliza, recomendvel que se adquiram somente elementos de filtro que sejam homologados pelos fabricantes de motores, os quais j efetuarem os testes de qualidade apropriados. So conhecidos como marcas de primeira linha e, em geral, equipam motores que saem da linha de montagem.

7.2 - TROCADOR DE CALOR O trocador de calor (ou radiador de leo) tem a finalidade de transferir calor do leo lubrificante, cuja temperatura no pode ser superior a 130C, para o meio refrigerante utilizado no motor. Nos motores refrigerados a ar o trocador de calor instalado na corrente de ar. A transferncia de calor para o refrigerante de aproximadamente 50 Kcal / CVh para os motores refrigerados a gua e de 100 Kcal / CVh nos motores com refrigerao a ar.

7.3 - LEO LUBRIFICANTE O leo lubrificante est para o motor assim como o sangue est para o homem. Graas ao desenvolvimento da tecnologia de produo de lubrificantes, possvel, atualmente, triplicar a vida til dos motores pela simples utilizao do lubrificante adequado para o tipo de servio. Os leos lubrificantes disponveis no mercado so classificados primeiro, pela classe de viscosidade SAE (Society Of Automotive Engineers) e a seguir, pela classe de potncia API (American Petroleum Institute). A caracterstica mais importante do leo lubrificante a sua viscosidade, que a resistncia interna oferecida pelas molculas de uma camada, quando esta deslocada em relao a outra; o resultado de um atrito interno do prprio lubrificante. Existem vrios aparelhos para medir a viscosidade. Para os leos lubrificantes utilizados em motores, adotado o Viscosmetro Saybolt Universal. O sistema Saybolt Universal consiste em medir o tempo, em segundos, do escoamento de 60 ml de leo, determinada temperatura. A indicao da viscosidade em SSU (Segundos Saybolt Universal). As temperaturas padronizadas para o teste so 70, 100, 130 ou 210F, que correspondem, respectivamente, a 21,1C, 37,8C, 54,4C e 89,9C. Em essncia, consiste de um tubo de 12,25 mm de comprimento e dimetro de 1,77 mm, por onde deve escoar os 60 ml de leo.

7.3.1 - CLASSIFICAES A SAE estabeleceu a sua classificao para leos de crter de motor segundo a tabela: N SAE 5w 10 w 20 w 20 30 40 50 VISCOSIDADE SSU a 0 F SSU a 210 F Mnimo Mximo Mnimo Mximo 4.000 6.000 < 12.000 12.000 48.000 45 < 58 58 < 70 70 < 85 85 < 110

A letra w (Winter = inverno) indica que a viscosidade deve ser medida a zero grau Farenheit. Observa-se que o nmero SAE no um ndice de viscosidade do leo, mas sim uma faixa de viscosidade a uma dada temperatura; exemplificando, um leo SAE 30 poder ter uma viscosidade a 210 F entre 58 e 70 SSU. O API classificou os leos lubrificantes, designando-os segundo o tipo de servio. As classificaes API, encontradas nas embalagens dos leos lubrificantes, so: - ML (Motor Light). leos prprios para uso em motores a gasolina que funcionem em servio leve; tais motores no devero ter caractersticas construtivas que os tornem propensos formao de depsitos ou sujeitos corroso dos mancais. - MM (Motor Medium) leos prprios para motores a gasolina, cujo trabalho seja entre leve e severo; tais motores podero ser sensveis formao de depsitos e corroso de mancais, especialmente quando a temperatura do leo se eleva, casos em que se torna indicado o uso de leos motor medium. - MS (Motor Severe) leos indicados para uso em motores a gasolina sob alta rotao e servio pesado, com tendncia corroso dos mancais e formao de verniz e depsitos de carbono, em virtude no s de seus detalhes de construo como ao tipo de combustvel.

leos indicados para uso em motores a gasolina sob alta rotao e servio pesado, com tendncia corroso dos mancais e formao de verniz e depsitos de carbono, em virtude no s de seus detalhes de construo como ao tipo de combustvel. - DG (Diesel General) leos indicados para uso em motores Diesel submetidos a condies leves de servio, nos quais o combustvel empregado e as caractersticas do motor tendem a no permitir o desgaste e a formao de resduos. - DM (Diesel Medium) So leos prprios para motores Diesel funcionando sob condies severas, usando, alm disso, combustvel tendente a formar resduos nas paredes dos cilindros - sendo, porm, as caractersticas do motor tais, que o mesmo menos sensvel ao do combustvel do que aos resduos e ao ataque do lubrificante. - DS (Diesel Severe) leos prprios para motores Diesel especialmente sujeitos a servio pesado, onde tanto as condies do combustvel quanto as caractersticas do motor se somam na tendncia de provocar desgaste e formar resduos. Com a finalidade de facilitar a escolha dos leos pelo consumidor leigo, o API, com a colaborao da ASTM e SAE, desenvolveu o sistema de classificao de servio indicado pela sigla "S" para os leos tipo "Posto de Servio" (Service Station) e C para os leos tipo "comercial" ou para servios de terraplanagem. Abaixo a classificao de servio: AS = Servio de motor a gasolina e Diesel; SB = Servio com exigncias mnimas dos motores a gasolina; SC = Servio de motor a gasolina sob garantia; SD = Servio de motores a gasolina sob garantia de manuteno; SE = Servio de motores a gasolina em automveis e alguns caminhes; CA = Servio leve de motor Diesel; CB = Servio moderado de motor Diesel; CC = Servio moderado de motor Diesel e a gasolina e CD = Servio severo de motor Diesel. Tambm as foras armadas americanas estabeleceram especificaes para os leos lubrificantes, que so encontradas nas embalagens comerciais como MIL-L-2104-B e MIL-L-2104C, para motores Diesel. As diferenas entre os diversos tipos de lubrificantes reside nas substncias adicionadas ao leo para dot-lo de qualidades outras. So os Aditivos, que no alteram as caractersticas do leo, mas atuam no sentido de refor-las. Os aditivos comumente usados so: FINALIDADE Atioxidantes ou inibidores de oxidao Anticorrosivos, preventivos da corroso ou "venenos" catalticos Detergentes TIPO DE COMPOSTO USADO Compostos orgnicos contendo enxofre, fsforo ou nitrognio, tais como aminas, sulfetos, hidroxisulfetos, fenis. Metais, como estanho, zinco ou brio, freqentemente incorporados Compostos orgnicos contendo enxofre ativo, fsforo ou nitrognio, tais como sulfetos, sais metlicos do cido trifosfrico e ceras sulfuradas.

Compostos organo-metlicos, tais como fosfatos, alcoolatos, fenolatos. Sabes de elevado peso molecular, contendo metais como magnsio, brio e estanho. Compostos organo-metlicos, tais como naftenatos e sulfonatos. Sais orgnicos contendo metais com clcio, Dispersantes cobalto e estrncio. Compostos de fsforo, como fosfato tricreslico, leo de Agentes de presso banha sulfurado, compostos halogenados. Sabes de extrema chumbo, tais como naftenato de chumbo. Aminas, leos gordurosos e certos cidos graxos. Preventivos contra a Derivados halogenados de certos cidos graxos. ferrugem Sulfonatos. Produtos de condensao de alto peso molecular, tais Redutores do ponto como fenis condensados com cera clorada. Polmeros de de fluidez metacrilato. Reforadores do Olefinas ou iso-olefinas polimerizadas. Polmeros butlicos, ndice de viscosidade steres de celulose, borracha hidrogenada. Inibidores de espuma Silicones Como a viscosidade a caracterstica mais importante do leo lubrificante, natural que os centros de pesquisas do ramo dedicassem especial ateno a essa propriedade. Sabe-se que todos os leos apresentam uma sensibilidade temperatura, no que concerne viscosidade; alguns sero mais sensveis que outros, observando-se que os leos naftnicos sofrem mais a sua ao que os parafnicos. Com o desenvolvimento tcnico exigindo qualidades mais aprimoradas dos leos, muitas vezes chamados a trabalhar em condies de temperatura bastante variveis, tornou-se necessrio conhecer bem as caractersticas viscosidade versus temperatura em uma faixa bastante ampla. A variao da viscosidade com a temperatura no linear. Ou seja, no possvel estabelecer, a priori, quanto ir variar a viscosidade quando for conhecida a variao de temperatura. Os estudos desenvolvidos nessa rea at os dias atuais, levaram os fabricantes de lubrificantes a produzirem leos capazes de resistirem s variaes de temperatura, de forma a se comportarem como se pertencessem a uma classe de viscosidade a zero grau Farenheit e a outra classe a 210 graus Farenheit. Tais leos so conhecidos como " multigrade" ou multiviscosos. Os fabricantes de motores Diesel, tambm, como resultado das pesquisas que realizam, chegaram a desenvolver composies de leos que hoje so encontradas a venda no mercado. A Caterpillar desenvolveu o leo que hoje comercializado com a classificao denominada "Srie - 3", que indicado para uso em motores Diesel turbo-alimentados e supera todas as classificaes API. A Cummins desenvolveu um leo fortemente aditivado com componentes sintticos, que denominou de "Premium Blue", cuja licena de fabricao, nos Estados Unidos, j foi concedida Valvoline. Sua principal caracterstica a alta durabilidade. Atualmente, a melhor indicao para lubrificao dos motores Diesel que operam em temperaturas superiores a 14F (-10C), recai sobre os leos multiviscosos (15w40 ou 20w40), que mantm durante o funcionamento do motor a viscosidade praticamente constante e so aditivados para preservar suas caractersticas durante um maior numero de horas de servio.

8 - REFRIGERAO (OU ARREFECIMENTO)O meio refrigerante na maioria dos casos gua com aditivos para rebaixar o ponto de congelamento (por exemplo: etileno-glicol, recomendado para utilizao em regies mais frias) e para proteger contra a corroso (leos emulsionveis ou compostos que, em contato com a gua, tendem a formar pelculas plsticas). A quantidade do meio refrigerante pequena (de 3 a 6 litros), para poder chegar rapidamente temperatura de servio; eventual reserva feita no radiador e tanque de expanso. O rebaixamento da temperatura da gua no radiador da ordem de 5C. As bolhas de vapor que se formam nos pontos de presso mais baixa (antes da bomba) devem se