Disciplina:
Motores a Combustão Interna
Sistema de Arrefecimento
• O sistema de arrefecimento de um motor automotivo de
combustão interna utiliza um fluido (normalmente água ou ar) para remover o calor residual.
Sistema de Arrefecimento a Ar
• O uso de arrefecimento a ar, em automóveis, tem sido restrito aos motores de pequena
potência. Os motores
refrigerados a ar mais famosos no Brasil são os Volkswagenwerk A. G. Wolfsburg 1.600 TI,
conhecidos como Typ 126, mas existe uma ampla gama de
motores automotivos e
aeronáuticos refrigerados a ar já produzidos em massa, ou ainda em produção, no mundo.
• Um dos motivos para seu uso restrito às baixas potências é o grande volume de ar necessário ao seu funcionamento: cerca de 25 a 40 m3/h de ar para cada CV, em motores a gasolina, podendo chegar a 60 m3/h por CV em motores diesel.
• Além disso, é necessário ter em mente a presença de uma
superfície de refrigeração, cerca de 10 a 15 cm2 por centímetro cúbico de cilindrada, significando que um motor 1600 cc
precisa de uma área de refrigeração entre 1,6 e 2,4 m2 para funcionar adequadamente.
• Entretanto, devido a simplicidade e pouco peso do sistema de arrefecimento a ar, este tem sido usado em uma grande gama de motores de combustão interna, especialmente em
motocicletas e aeronaves, mas também em automóveis:
Pioneira na utilização de motores refrigerados a ar, a Franklin lançou o modelo “Light Roadster” em 1902 (EUA)
Franklin 1907 Modelo D Roadster (EUA)
Porsche 356 (1948–1965) – Aústria / Alemanha
Trabant (1957-1991) – RDA
Fiat 500 Nuova “Cinquecento” (1957 - 1975) – Itália
Chevrolet Corvair Monza (1960–1969) – EUA
Porsche 911 Neunelfer (1963 – hoje) - Alemanha
2.0 a 3.6L 6cil.
Produzido com motores refrigerados a ar até 1998. Considerado como um dos mais icônicos carros do século XX.
VW-Porsche 914
(1969–1976) - Alemanha
Honda 1300 ou 145 (1969 –1973) – Japão
1.3L 4cil.
Citroën GS (1970–1986) – França 1.0 a 1.3L 4cil.
ZAZ-968 (1971-1980) – União Soviética
1.2L MeMZ-968 V4
A ZAZ produziu uma grande variedade de carros pequenos (os Zaporozhets), de motor refrigerados a ar, de 1958 a 1994.
Fiat 126 (1972 - 2000) – Itália
0.6 a 0.7L 2cil.
Produzido somente de 1972 a 1980 na Itália, mas na Polônia sua produção foi até 2000 pela FSM, como Polski Fiat 126p.
Tatra 613-2 (1974 a 1996) – República Tcheca
Arrefecimento a Água
• O meio refrigerante normalmente é água com aditivos para rebaixar o ponto de congelamento (por exemplo, etileno-glicol) e proteger da corrosão (mais detalhes sobre aditivos serão apresentados adiante).
• A quantidade de meio refrigerante (3 a 6 litros em motores de automóveis) em serviço deve ser pequena, para poder chegar rapidamente à temperatura de serviço, podendo haver uma reserva mantida no mesmo circuito.
• A temperatura no radiador decresce pouco, na ordem de 5oC, evitando choques térmicos e decréscimos na temperatura ótima de funcionamento do motor.
Retorno da água do radiador Fluxo da água no radiador Mangueira inferior do radiador Bomba d’água Dutos de refrigeração Mangueiras de água Central de aquecimento
da cabine Termostato Mangueira superior do radiador
Retorno da água do radiador Fluxo da água no radiador Mangueira inferior do radiador Bomba d’água Dutos de refrigeração Mangueiras de água Central de aquecimento
da cabine Termostato Mangueira superior do radiador
retorno
Saída de água a 5 m/s Entrada a 1 m/s P entrada e
saída entre 1 a 2 atm
• As bolhas de vapor que se formam nos pontos de pressão mais baixa, antes da bomba, são eliminadas do circuito no
reservatório.
• A condução do meio de refrigeração é comandada pela válvula
termostática (em alguns casos, por mais de uma) de acordo
com a temperatura. Faixa de operação entre 82ºC a 108ºC. Fechada
Motor em baixa temperatura
Aberta
Motor em alta temperatura
fluxo fluxo Via bypass Via bypass
• A circulação no cabeçote deve ser garantida também com temperaturas muito baixas para evitar prejuízos nas válvulas durante acelerações rápidas.
• A sobrepressão no sistema de refrigeração (1 atm) permite um radiador menor e eleva a temperatura de ebulição,
entretanto submete as mangueiras, as juntas e o próprio radiador a solicitações mais elevadas. O retardamento da
ebulição é importante pois evita a formação de bolhas, as quais provocam cavitação nas partes internas do motor, e de espuma (mais detalhes a seguir).
• Quando a pressão ultrapassa um determinado valor, a tampa do radiador funciona como válvula de alívio, reduzindo o excesso de pressão. A pressão de acionamento varia conforme o
fabricante e modelo do carro (abaixo, a direita).
• As tampas também operam como válvulas de alivio de vácuo, admitindo ar atmosférico no sistema no momento em que este começa a se esfriar. Isto evita a contração das mangueiras e o colapso do radiador (abaixo, a esquerda).
Líquido Arrefecedor
• Sistemas que utilizam somente água são mais sujeitos à formação de escamas, resultando na diminuição da vida do motor, devido à perda de eficiência na troca de calor nas
camisas de cilindros, trocador de calor do óleo lubrificante, e trocador de calor do ar de admissão.
• Por este motivo recomenda-se o uso de água destilada ou
deionizada de alta qualidade. Quantidade excessiva de cálcio e magnésio contribui para a formação de escamas e o nível
• São funções primárias do sistema refrigerante:
1. Absorver o calor liberado durante o funcionamento do motor, e transmiti-lo para atmosfera.
2. Proteger as peças e componentes do sistema de arrefecimento. • O líquido refrigerante é normalmente composto de
anticongelante*, água, aditivos complementares de refrigeração (ACR), incluindo o anticongelante.
• As superfícies aquecidas do motor (camisas, cabeçotes, etc.) podem ser revestidas com incrustação mineral, produtos da corrosão, assim como altas concentrações de aditivos. Isto pode causar sérios problemas de troca de calor.
• Uma incrustação de 1/16 de polegada (1,59mm) proporciona o mesmo isolamento que 4 polegadas (101mm) de ferro fundido, não permitido, portanto, a absorção do calor das superfícies quentes do motor pelo líquido de refrigeração.
• A corrosão interna do motor, em geral, pode ser causada por: 1. Prolongar excessivamente a vida do líquido, até que este se
deteriore ao ponto de gerar corrosão no sistema.
2. A inexistência de ACR suficiente no sistema para proteger apropriadamente os componentes do sistema.
3. As ligas utilizadas nos componentes não serem compatíveis com o líquido arrefecedor.
• Tratar excessivamente o sistema com ACR é uma das maneiras mais rápida de gerar problemas de corrosão de solda.
• Isto porque o nitrito, aditivo normalmente usado para proteger as camisas do fenômeno da cavitação, é muito agressivo ao chumbo quando muito concentrado no líquido de refrigeração. • Níveis de ACR 3 vezes superiores a dosagem recomendada
normalmente levam à rápida corrosão do chumbo.
• O baixo nível de ACR no sistema de refrigeração também pode expô-lo a problemas de corrosão.
• O “pitting” ou cavitação é causado pelo movimento normal das peças durante o funcionamento do motor.
• O movimento do pistão dentro da camisa e a energia liberada pelo processo de combustão provocam a vibração da camisa. A energia liberada pelo processo de combustão provoca a
vibração da camisa em alta frequência. A camisa move-se com rapidez suficiente para se afastar do líquido refrigerante, e
formando “bolhas” de vácuo. Quando a camisa retorna, as bolhas virtualmente implodem contra a parede da camisa. • A energia liberada no processo erode o material desta. Os
aditivos complementares de refrigeração recomendados
formam uma camada de óxido nos componentes. As bolhas de vácuo continuam se formando, mas estas implodem contra o filme de óxido, não fazendo contato com o metal.
O movimento do pistão dentro da camisa e a energia liberada pelo processo de combustão provocam a vibração da camisa. A energia liberada pelo processo de combustão provoca a vibração da camisa em alta frequência. A camisa move-se com rapidez suficiente para se afastar do líquido refrigerante, e formando “bolhas” de vácuo. Quando a camisa retorna, as bolhas virtualmente implodem contra a parede da camisa. A energia liberada no processo erode o material desta.
• A causa mais comum da cavitação é a subconcentração do ACR. Ela também pode ocorrer no rotor da bomba d’água, onde as bolhas implodem contra as próprias pás.
• A formação de espuma é causada pela penetração de bolhas de ar no sistema. Estas inibem a capacidade do líquido de
absorver o calor dos componentes. Sendo o ar um bom isolante térmico, contribui para problemas de