Cap. 03 - Sistema de Lubrificação
ATRITO ENTRE PEÇAS
O contato entre duas superfícies metálicas apresenta atrito, mesmo que elas estejam polidas, pois sempre restará asperezas microscópicas, que não podemos ver.
Com óleo
Quando utilizamos um óleo lubrificante entre essas superfícies, como neste mancal, forma-se uma fina película de óleo que mantém as peças separadas. Isso elimina o desgaste e o funcionamento torna-se mais fácil, porque o atrito interno do óleo é pequeno.
Além da função normal da lubrificação das peças móveis, o óleo tem como função secundária auxiliar o resfriamento do motor.
Sem óleo
A falta de lubrificação coloca as peças metálicas móveis em contato direto, provocando desgaste e calor por atrito.
O calor pode queimar o óleo, que se transforma numa borra pegajosa e impede o funcionamento das peças, que chegam em alguns casos a se fundir uma na outra.
PROPRIEDADES DO ÓLEO LUBRIFICANTE
As três principais propriedades do óleo lubrificante são: viscosidade, ponto de congelamento e ponto de fulgor.
VISCOSIDADE
Viscosidade é a resistência que o óleo oferece ao escoamento.
A viscosidade aumenta com o frio, tornando difícil o movimento das peças, e diminui com o calor, deixando o óleo fluir muito, a tal ponto de não manter a película lubrificante entre as peças. Devido a isso a temperatura do óleo deve ser mantida entre determinados limites.
DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE
A viscosidade de um fluido é determinada por um instrumento denominado viscosímetro.
O viscosímetro de Saibolt mede o tempo que 60 centímetros cúbicos de óleo levam para escoar por um orifício padrão a uma dada temperatura.
CLASSIFICAÇÃO DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES
Há dois métodos de classificação, SAE (Society of Automotive Engineers), bastante utilizada, e a classificação comercial própria das empresas de petróleo, que adotam a Classificação para Aviação.
É usual falar-se óleo SAE 40 ou simplesmente óleo 80.
Observe na tabela, que a Classificação Comercial de Óleo Para Aviação sempre é o dobro do SAE, exceto o 65 que corresponde ao SAE 30.
PONTO DE CONGELAMENTO
Ponto de Congelamento é a temperatura em que o óleo deixa de escoar.
Um bom óleo deve possuir baixo ponto de congelamento, propiciando o funcionamento do motor, mesmo a baixas temperaturas.
PONTO DE FULGOR
Ponto de Fulgor é a temperatura que o óleo se inflama quando em contato com uma chama.
Um bom óleo deve possuir alto ponto de fulgor, propiciando o funcionamento do motor, mesmo a elevadas temperaturas.
VISCOSIDADE - IMPORTANTE
Viscosidade é a resistência que o óleo oferece ao escoamento.
O frio excessivo aumenta a viscosidade, tornando difícil o movimento das peças. O calor excessivo diminui a viscosidade, tornando o óleo muito fluido e incapaz de manter a película lubrificante entre elas. Por isso a temperatura do óleo deve ser mantida dentro de determinados limites.
A viscosidade do óleo é determinada por meio de instrumentos chamados vicosímetros. Um deles é o Viscosímetro de Saybolt, que mede o tempo que 60 cm3 de óleo levam para escoar através de um orifício padrão, numa dada temperatura.
Por exemplo, se o óleo levar 120 segundos para escoar de um Viscosímetro Saybolt a uma temperatura de 210 graus Fahrenheit, ele receberá a designação 120SSU210.
As classificações mais comuns são:
Classificação SAE (Society of Automotive Engineers) - é um método muito utilizado, que classifica os óleos em sete grupos: SAE1O, SAE20, SAE30, SAE40, SAE5O, SAE60 e SAE70, na ordem crescente de viscosidade.
Classificação para Aviação - O óleo fornecido pelas empresas de petróleo, destinado à aviação, tem uma classificação comercial própria, indicada através de números: 65, 80, 100, 120 e 140. Esses números correspondem ao dobro dos valores da classificação SAE (exceto o 65), conforme mostra a tabela abaixo:
Na prática, dificilmente encontraremos a designação Saybolt.
A classificação SAE é muito usada nos Estados Unidos, com designações do tipo "SAE 10W-30" indicando que se trata de um óleo mutiviscoso, que se comporta como um óleo SAE 10 a baixas temperaturas e como SAE 30 a altas temperaturas.
No Brasil, os óleos para aviação seguem a classificação comercial que estudamos acima (os valores são próximos da viscosidade Saybolt a 210 graus Fahrenheit).
Por exemplo, se o mecânico de um aeroclube brasileiro referir-se ao "óleo 80", trata-se do "óleo 80 de Aviação", que corresponde ao SAE40.
Os óleos minerais derivados do petróleo, que nos referimos acima, sofrem decomposição química em temperaturas superiores a 250 graus Celsius, que são as que ocorrem nas turbinas dos motores a reação. Devido a isso as turbinas devem ser lubrificadas com óleos sintéticos, à base de ésteres orgânicos, que possuem boa estabilidade térmica.
Os óleos minerais possuem ação detergente, muito eficaz e por isso são preferidos para utilização nos motores a pistão, que são muito sujos, devido a subprodutos do chumbo tetraetila existente na gasolina de aviação, formando crostas que provocam efeitos indesejáveis aos anéis, devendo portanto serem limpos pelos detergentes. Além disso, os óleos sintéticos são muito mais caros que os minerais.
Uma dica importante, nunca voe com nível de óleo abaixo do previsto, e se por acaso, o óleo especificado não for encontrado, complete o nível com qualquer óleo disponível e assim que possível, proceda a troca do óleo do motor.
OUTRAS PROPRIEDADES DO ÓLEO LUBRIFICANTE
Vamos conhecer as demais propriedades do óleo lubrificante.FLUIDEZ
Fluidez é a facilidade do óleo em fluir.
Um bom óleo deve possuir elevada fluidez, para circular com facilidade pelo motor.
Infelizmente, no caso dos óleos, a fluidez não pode ultrapassar um certo limite, sem prejudicar a viscosidade, ou seja, além de um certo ponto deixaria de existir a película de lubrificante entre as peças.
ESTABILIDADE
Estabilidade é a propriedade do óleo de não sofrer alterações físicas e químicas durante sua utilização.
Como elas não podem ser evitadas totalmente, são admitidas algumas variações, obedecidas as tolerâncias estabelecidas pelas Normas.
NEUTRALIDADE
Neutralidade é a propriedade que o óleo deve possuir, para não agredir quimicamente as peças do motor, evitando a corrosão do mesmo, ou seja, não deve ser ácido e nem alcalino, devendo ser neutro.
OLEOSIDADE
Oleosidade é a propriedade de aderência do óleo às superfícies que devem ser lubrificadas.
ADITIVOS
Aditivos são compostos químicos adicionados ao óleo, a fim de aumentar a sua qualidade, melhorando assim:
- A sua anti-oxidação - evitando corrosão;
- O seu poder detergente - eliminando impurezas que se incrustam no motor; e
- A sua capacidade anti-espumante - evitando a formação de espuma, que provoca uma má lubrificação pela ausência de óleo na espuma.
SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO
O óleo lubrificante não pode contrariar a lei da gravidade, de vez que se acumula na parte mais baixa do motor, normalmente no cárter, contudo, todas as partes do motor precisam de lubrificação, dai a existência de três maneiras de processá-la.
LUBRIFICAÇÃO POR SALPICO
No sistema de lubrificação por salpico o óleo é espalhado pelo motor devido ao movimento das peças chocando-se com o óleo nele existente.
Na ilustração, a cabeça da biela bate no óleo do cárter, fazendo-o respingar para todos os lados e lubrificando assim várias peças internas do motor.
A grande vantagem da lubrificação por salpico é a simplicidade.
LUBRIFICAÇÃO POR PRESSÃO
Há algumas peças, de difícil acesso no motor, que só podem ser lubrificadas por um sistema conduzido e forçado. Na lubrificação por pressão o óleo é enviado sob pressão para algumas partes do motor, através da bomba de óleo.
Na ilustração, o óleo entra por um furo existente no mancal, percorrendo caminhos dentro do eixo de manivelas e da biela, como se fossem minúsculos oleodutos, chegando ao pino do pistão, onde escapa pelos seus lados, lubrificando assim as paredes do cilindro.
LUBRIFICAÇÃO MISTA
O sistema de lubrificação mista ou híbrido é o mais empregado.
Ele lubrifica algumas partes por salpico, como: as bielas, cilindros e pinos de pistões e outras por pressão, como: eixo de manivelas, eixo de comando de válvulas, balancins e muitas peças mais.
COMPONENTES DO SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO
Vamos agora conhecer os principais componentes do Sistema de Lubrificação.
RESERVATÓRIO
Há motores em que o próprio cárter serve como reservatório para o óleo lubrificante, são os motores de cárter molhado.
Há também, motores de cárter seco, ou seja, o reservatório de óleo fica à parte do motor, conforme o que observamos na ilustração.
O nível de óleo do reservatório deve ser verificado periodicamente, devido a perda que ocorre principalmente por vaporização, além da queima nos cilindros, vazamentos e outras causas.
RADIADOR
Quando o óleo atinge determinada temperatura, a válvula termostática do radiador se abre, permitindo a passagem do óleo pelo mesmo.
O radiador recebe vento nas alhetas de sua colméia, vindo da hélice ou de uma ventoinha, resfriando o óleo, absorvendo boa parte do calor.
Assim, o óleo entra no radiador com alta temperatura e baixa viscosidade e sai do mesmo mais frio e mais viscoso.
BOMBA DE ÓLEO
No Sistema de Lubrificação, as bombas de óleo são movimentadas pelo próprio motor e as mais utilizadas, como a da ilustração, são as do tipo engrenagens.
Conforme a sua utilização ela recebe o nome, tais como:
- Bomba de pressão ou de recalque, que retira óleo do reservatório e o envia sob pressão para o motor.
- Bomba de recuperação ou de retorno, retira o óleo que circulou no motor levando-o para o reservatório.
FILTRO
O filtro, serve para reter as impurezas do óleo, através de uma fina tela metálica, ou papelão especial corrugado (que é descartável), ou ainda discos ranhurados, como o da ilustração.
O filtro deve ser limpo periodicamente, para evitar que seu elemento filtrante fique obstruído.
Nessa ocasião, deve ser verificado a ocorrência de limalha ou partículas metálicas retidas no mesmo, o que indica um desgaste anormal e risco iminente de falha de algum componente do motor.
DECANTADOR
Em alguns aviões, o óleo que circulou pelo motor escoa por gravidade até um pequeno tanque chamado decantador ou colhedor. Na sequência, o óleo passa por um filtro e uma bomba o envia ao reservatório. Em muitas aeronaves não existe decantador, pois o próprio reservatório desempenha sua função.
VÁLVULAS
No Sistema de lubrificação existem vários tipos de válvulas, que controlam o fluxo de óleo.
As mais importantes são: a válvula reguladora de pressão, a unidirecional e a de contorno ou "by-pass". Elas são bastante simples, sendo constituídas de uma esfera e uma mola alojada em seu interior. A tensão dessa mola é que faz a válvula entrar em operação ou não de acordo com sua aplicação.
Válvula reguladora de pressão
A válvula reguladora de pressão serve para evitar que a pressão de óleo ultrapasse um determinado valor. Ela é colocada na linha de pressão, e é ativada pela própria pressão excessiva do óleo, que vence a tensão da mola que segura a esfera contra o orifício de passagem, aliviando o sistema e permitindo o retorno de parte do óleo direto para o reservatório. Normalmente isso ocorre em dias frios, nos primeiros minutos de funcionamento do motor, ocasião em que o óleo ainda está muito viscoso.
Válvula Unidirecional
Válvula unidirecional, como o próprio nome sugere, permite que o fluxo de óleo se dê apenas em um único sentido. Ela é bastante simples, sendo constituída de uma esfera e uma mola alojada em seu interior. O óleo passa no sentido da esfera para a mola, mas no caso de uma queda de pressão na linha, a mola pressiona a esfera de volta, obstruindo a passagem de retorno.
Válvula "by-pass"
A válvula de contorno ou "by-pass", funciona com esfera e mola, ou seja, a esfera é forçada a abrir um caminho alternativo para o óleo, sempre que uma determinada pressão supere a tensão da mola. Ela é muito usada nos filtros de óleo, que se por algum motivo ficarem obstruídos, o fluxo de óleo não seja interrompido, prosseguindo por um caminho alternativo. É preferível que o motor funcione, mesmo com óleo sem ser filtrado, do que sem óleo algum.
INSTRUMENTOS DO SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO
O manômetro de pressão do óleo e o termômetro de óleo são os principais instrumentos do Sistema de Lubrificação. Eles servem para verificar o bom funcionamento do Sistema e detectar alguma anomalia no mesmo.
MANÔMETRO DE ÓLEO
O manômetro de óleo é o primeiro instrumento a ser observado após a partida do motor.
É comum a pressão do óleo ultrapassar o limite verde do instrumento, logo após a partida, pois ele ainda está muito viscoso, devendo o ponteiro retornar a faixa normal a medida que o motor se aquece, o que ocorre em até 1 minuto, dependendo se o clima está muito quente ou frio. Caso isto não aconteça, desliga-se o motor para investigar a falha.
TERMÔMETRO DE ÓLEO
O aquecimento gradual do óleo pode ser observado no termômetro de óleo.
A decolagem só deve ser iniciada, se o termômetro estiver indicando valores próximos do mínimo recomendado pelo fabricante do motor.
SISTEMA DE RESFRIAMENTO
A eficiência do motor térmico melhora, a medida que aumenta a temperatura da combustão, contudo, o calor produzido aquece os cilindros do motor, a ponto de prejudicar o seu funcionamento e provocar danos ao mesmo.
Devido a isso é necessário o resfriamento ou arrefecimento do motor.
As partes metálicas do motor, mormente aquelas constituídas de liga de alumínio, devem ser mantidas a uma temperatura inferior a 300º C.
Inúmeros são os efeitos nocivos que o excesso de temperatura provoca no motor, tais como: - Detonação e pré-ignição;
- Distorção e rachadura da cabeça do cilindro; - Queima da válvula de escapamento;
- Aquecimento da vela, o que provoca pré-ignição;
- Lubrificação deficiente, devido a perda de viscosidade do óleo; e - Distorção e rachadura do pistão.
De outro lado, a temperatura não pode cair abaixo de um valor mínimo, sob pena do vapor de gasolina voltar ao estado líquido, empobrecendo a mistura e provocando a parada do motor. É comum ocorrer isso nas descidas longas, em regime de marcha lenta, quando o clima está frio.
Os motores podem ser resfriados por dois tipos de sistema, o resfriamento a líquido ou arrefecimento indireto e o resfriamento a ar ou arrefecimento direto, como veremos logo a frente.
Nos dois tipos de sistema, o óleo lubrificante também auxilia o resfriamento do motor, perdendo calor através do radiador de óleo.
No sistema de resfriamento a líquido, os cilindros são resfriados por água ou etileno-glicol, que apesar de ser mais caro e absorver menos calor que a água, apresenta a vantagem de não ferver ou congelar facilmente, além de seu volume diminuir quando congela, não danificando assim as tubulações e outras partes do sistema.
O líquido, após resfriar o motor, é enviado a um radiador, onde é resfriado pelo ar externo. O resfriamento demasiado é evitado através de uma válvula termostática.
O resfriamento a líquido proporciona boa troca de calor e melhor controle de estabilização da temperatura, por isso os motores podem ter folgas menores entre as suas peças. Os motores assim resfriados ganham em eficiência, potência, durabilidade e confiabilidade. Em contrapartida, são mais complexos, pesados (aumenta a relação massa-potência do motor) e de maior custo, por isso são fabricados, normalmente sob encomenda, para usos especiais.
O sistema de arrefecimento a ar é o mais utilizado, por ser simples, leve e barato.
Apresenta contudo, maior dificuldade de controle de temperatura e tendência ao superaquecimento. Isso requer maior folga entre suas peças, para suportar maiores dilatações decorrentes do calor, diminuindo assim a sua potência e eficiência.
Nos motores assim resfriados os cilindros e suas cabeças possuem alhetas de refrigeração para facilitar a troca de calor. Ainda para melhorar o resfriamento, conforme o tipo do motor são utilizados defletores e flapes de arrefecimento.
No cilindro de motor radial, o defletor é uma chapa metálica moldada de forma a envolver o cilindro, a fim de direcionar o fluxo de ar, aumentando o seu contato com o cilindro.
No motor com cilindros horizontais opostos, os defletores formam uma verdadeira caixa de ar sobre os cilindros. Com o impacto de ar que entra na carenagem, a pressão faz com que o ar se desloque para baixo, resfriando as alhetas do cilindro.
Os flapes de arrefecimento são lâminas ajustáveis que envolvem a carenagem do motor. A abertura ou fechamento delas controla o fluxo de ar, resfriando o motor conforme desejado.
Se o motor começar a superaquecer, o piloto pode reduzir a temperatura adotando os procedimentos que se seguem:
- Se a aeronave possuir flapes de arrefecimento, abri-los para aumentar o fluxo de ar; - Reduzir a potência do motor, para diminuir o calor produzido nos cilindros;
- Aumentar a velocidade para ter maior fluxo de ar sobre o motor, sem contudo aumentar a potência, o que se consegue fazendo uma descida ou deixando de subir; e
- Usar mistura rica, visto que o excesso de combustível resfria o motor, em que pese aumentar o consumo.
