ANALISE DE FALHAS
EM MOTORES
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 4
2. ANÁLISE DE FALHAS E TROUBLESHOOTING EM EQUIPAMENTOS ... 4
2.1 Troubleshooting como uma extensão da análise de falhas. ... 4
2.2 Causas de falhas em equipamentos. ... 5
2.3 Troubleshooting em equipamentos ... 6
3. ANÁLISE DE FALHAS E TROUBLESHOOTING EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA ... 8
4 - RECONDICIONAMENTO DE MOTORES ... 9
4.1 Redução De Potencial Do Motor ... 9
4.2 Aumento Do Consumo De Óleo Lubrificante ... 10
4.3 Queda Da Pressão De Óleo ... 10
4.4 Excesso De Fumaça Branco-Azulada Na Descarga ... 10
4.5 Ruídos Internos No Motor ... 10
5 FALHAS MAIS COMUNS RELACIONADAS COM A LUBRIFICAÇÃO DE MOTORES ... 11
5.1 Consumo Excessivo De Óleo ... 11
5.2 Desgaste Excessivo De Cilindros/Camisas, Pistões E Anéis De Segmento ... 12
5.3 Formação De Borras ... 12
5.4 Desgaste Excessivo Nos Mancais (Bronzinas) ... 13
5.5 Formação De Depósitos Em Pistões, Cilindros/Camisas, Válvulas E Colagem De Anéis De Segmento ... 13
5.6 Perda Da Pressão Do Óleo ... 14
A) BAIXA PRESSÃO DE ÓLEO ... 14
B) ALTA PRESSÃO DE ÓLEO ... 14
C) PRESSÃO DE OLEO COM FLUTUAÇÃO ... 15
D) AUSÊNCIA DE PRESSÃO DE ÓLEO ... 15
5. 7 Dificuldade na Partida ... 15
5.8 Corrosão No Carter ... 15
ANEXO1 - FALHAS PREMATURAS EM PISTÕES 1. INTRODUÇÃO ... 16
2 FALHAS PREMATURAS CA USADAS POR ERROS NA MONTAGEM ... 16
2.1 Explosão da Argola de Retenção do Pino ... 16
2.2 Insuficiência de Folga ... 17
2.3 "Flutter” dos Aneis ... 18
2.4 Engripamento por Deformação da Camisa ... 19
2.5 Zona De Contato Inclinada ... 20
3 FALHAS PREMATURAS CAUSADAS POR MAU FUNCIONAMENTO DO MOTOR ... 21
3.1 Danificação por Pré-ignição ... 21
3.2 Danificação por Detonação ... 22
3.3 Excesso de Combustível Injetado ... 23
3.4 Refrigeração ... 24
3.5 Erosão do Topo ... 25
3.6 Interferência do Pistão Contra Cabeçote e/ou Válvula ... 26
3.7 Trincas na Saia ... 27
3.8 Deformação da Parte Superior da Camisa ... 29
3.9 Fratura do Pistão na Região dos Cubos ... 29
3.10 Trincas na Borda da Câmara ... 31
ANEXO2 - FALHAS PREMATURAS EM BRONZINAS 1. INTRODUÇÃO ... 32
1.1 Dimensão Livre ... 32
1.2 Altura de Encosto ... 32
1.3 Ressalto de Localização da Bronzina ... 32
1.5 Excentricidade das Bronzinas ... 32
2. FALHAS PREMATURAS CAUSADAS POR ERRO DE MONTAGEM ... 33
2.1 Contaminação por Impurezas ... 33
2.2 Folga Axial (longitudinal) Insuficiente ... 34
2.3 Alojamento Ovalizado ... 35
2.4 Altura de Encosto Insuficiente... 36
2.5 Altura de Encosto Excessiva ... 37
2.6 Biela Empenada ou Torcida ... 39
2.7 Capa Deslocada A capa do mancal, uma vez deslocada, força um lado de cada bronzina contra o eixo. 40 2.8 Virabrequim Deformado ... 41
2.9 Bloco Deformado ... 42
2.10 Colos não cilíndricos ... 44
2.11 Raio de Concordância Incorreto ... 45
2. 12 Montagem Incorreta por Falta de Atenção ... 46
3 FALHAS PREMATURAS CAUSADAS POR MAU FUNCIONAMENTO ... 47
3.1 Corrosão ... 47
3.2 Fragilidade a Quente ("HOTSHORT”) ... 47
3.3 Fadiga Generalizada ... 49
3.4 Insuficiência de óleo ... 49
3.5 Erosão Por Cavitação . ... 51
ANEXO3 - FALHAS PREMATURAS EM BUCHAS 1. INTRODUÇÃO ... 52
2. FALHAS PREMATURAS CAUSADAS POR ERRO DE MONTAGEM ... 52
2.1 Alojamento Deformado ... 52
1. INTRODUÇÃO
A prevenção de danos potenciais (falhas) em equipamentos, está associada à uma série de fatores que vão desde as especificações de projeto, até questões relacionadas com a operas manutenção dos equipamentos.
Este trabalho pretende apresentar as eventuais falhas documentadas em motores de combustão interna e analisar os procedimentos empregados para definir a seqüencia de eventos que conduziram à falha os respectivos componentes.
Em função da impossibilidade de se apresentar todos os tipos concebíveis de falhas motores de combustão interna, este trabalho está estruturado para abordar o processo de identificação das falhas e os métodos de análise que podem ser aplicados para virtualmente todas as mais corriqueiras situações que possam surgir.
A monitoração eficaz durante a vida operativa dos motores de combustão interna ou de quaisquer outros equipamentos, através de uma minuciosa análise dos sintomas, identificando as suas possíveis causas e corrigindo-as à tempo antes da ocorrência de falhas potenciais, é a melhor forma de se reduzir ou evitar o tempo de parada dos mesmos bem como o risco de falha dos seus componentes.
2. ANÁLISE DE FALHAS E TROUBLESHOOTING EM EQUIPAMENTOS
2.1 Troubleshooting como uma extensão da análise de falhas.
A analise de falhas de um equipamento está associada às atividades de investigação realizadas no mesmo ou em algum componente, apos a ocorrência de sintomas ou problemas na sua operação. Neste sentido a análise de falhas tem duas finalidades:
• Apurar a razão da falha para que sejam tomadas medidas visando eliminar a possibilidade de repetição futuro;
• Alertar o usuário sobre o que poderá acontecer se o equipamento for usado ou tratado indevidamente.
Para que a análise seja bem feita, não basta examinar a peça falhada. É necessário fazer um levantamento de como ocorreu; quais eram os sintomas; se já aconteceu antes; quanto tempo trabalhou o equipamento desde a compra até a última reforma; quais foram os reparos que já sofreu; em quais condições de serviço ocorreu a falha; quais foram os serviços anteriores; qual era o operador e por quanto tempo; e todo e qualquer dado que possa contribuir para encontrar a causa da ocorrência.
Muito freqüentemente, falhas de equipamentos revelam uma cadeia de reações de causa e efeito. O fim da cadeia é usualmente uma deficiência de performance e eventual falha. TROUBLESHOOTING está associado ao início desta cadeia, de modo a evidenciar a causa principal de um problema existente ou potencial. Para todos os propósitos práticos, as atividades de análise de falhas e de TROUBLESHOOTING integram-se umas com as outras, cabendo às últimas a investigação das causas de mau funcionamento, cujos
mecanismos serão apresentados a seguir, antes que tenha ocorrido uma falha no equipamento.
2.2 Causas de falhas em equipamentos.
De uma forma simplificada, falha pode ser definida como qualquer mudança em uma parte ou componente do equipamento que acarrete com isto uma incapacidade do mesmo em desempenhar a sua função satisfatoriamente.
As causas mais significativas para a ocorrência de falha em equipamentos são:
• Erros de projeto ou de especificação. O equipamento ou alguns de seus componentes não correspondem às necessidades de serviço. Trata-se de dimensões, rotações, materiais, ajustes, etc.
• Erros de fabricação (de componentes ou montagem mal feita). Trata-se de trincas, concentrações de tensão, folgas exageradas ou insuficientes, etc., não previstas no projeto.
• Instalação imprópria. Trata-se de desalinhamentos, fundações, vibração, etc.
• Manutenção imprópria. Trata-se de perda de ajustes e da eficiência do equipamento devido à contaminantes, falta momentânea ou total de lubrificação, lubrificante impróprio que resulta em ruptura do filme ou em sua decomposição, falta de controle de vibrações, etc.
• Operação imprópria. Trata-se de sobrecarga, choques e vibrações que acabam em ruptura do componente mais fraco, cujas partes provocam, geralmente, um grande dano nas outras peças.
As causas das falhas são usualmente determinadas relacionando-as a um ou mais mecanismos de falha. Esta é a idéia central para qualquer atividade de análise de falhas. Mecanismo de falha é a apresentação, maneira ou forma pela qual a falha de um componente ou um equipamento ou de uma unidade se manifesto. A tabela I abaixo, lista os mecanismos de falhas básicas encontradas em 99 por cento das falhas ocorridas em equipamentos.
TABELA I
Classificação dos mecanismos de falha em equipamentos • Deformação (plástica, elástica, etc)
• Fratura (trinca, "pitting”, fratura por fadiga, etc) • Alteração de superfície (desgaste, trinca, etc)
• Alteração de material (contaminação, corrosão, etc) • Deslocamento (folga excessiva, travamento, etc)
• Vazamentos • Contaminação
Mecanismos de falha não devem ser confundidos com causas de falha: o primeiro refere-se ao efeito e o último à causa da ocorrência de uma falha. Mecanismo de falha pode ser também o resultado de uma longa corrente de causas e efeitos, levando à uma falha funcional de uma parte do equipamento. Os agentes básicos dos mecanismos de falhas de componentes dos equipamentos estão apresentados na Tabela II (página seguinte). Neste sentido, eles se prestam a esclarecer, associados às considerações de projeto e das propriedades dos materiais envolvidos, como e porque uma determinada falha ocorreu.
TABELA II
Agentes dos mecanismos de falhas
FORÇA Constante Transiente Cíclica TEMPERATURA Baixa Ambiente Elevada TEMPO Muito curto Curto Longo Constante Transiente Cíclica MEIO REATIVO (contaminações) VAZAMENTO
2.3 Troubleshooting em equipamentos
Se a análise de falhas representa a ação "post mortem" em um componente do equipamento onde ocorreu a falha, então o troubleshooting, como uma extensão da análise de falhas, engloba todas as atividades para a determinação das suas causas. Freqüentemente, o processo de troubleshooting não para aí, mas sim com a eliminação do problema. Dois casos básicos ilustram este princípio:
O primeiro, um fabricante de equipamento constata freqüentes falhas por fadiga em um eixo acionador durante os testes de protótipo de seu recentemente projetado equipamento. O segundo, um proprietário de um equipamento experimenta falhas semelhantes após anos de operação sem ter tido qualquer falha.
No primeiro caso, a analise de falha descobrirá a causa da falha (erro de projeto) e uma ação corretiva alterando os parâmetros de projeto será processada. No segundo caso, a analise de falhas será parte de um processo geralmente chamado de troubleshooting. Aqui, uma vez a análise de falhas tenha sido realizada digamos, Fratura por fadiga devido a vibrações torcionais de baixa freqüência", as investigações sobre a causa da ocorrência deste distúrbio vibracional ttroubleshooting), se iniciam.
Na Tabela III estão listados alguns típicos problemas ou sintomas de performance em equipamentos.
TABELA III
Típicos problemas de performances em equipamentos Compressores Ventiladores Bombas Turbinas Elétricos Motores combustão Motores
interna Redutores Sistemas de distribuição Mudança de eficiência x x x Falha no sistema de controle e segurança x x x x x x x x Baixa capacidade x x x x x x Ausência de fluxo (descarga) x x Pressão anormal x x x x Elevado consumo de energia x x x Excessivo vazamento x x x x x x Excessivo ruído x x x x x x x Superaquecimento x x x x x x x Batidas internas x x x Elevada temperatura de descarga x x x x Falha na partida x x x x x x Perda de potência x x x Elevado consumo de combustível x x Paradas freqüentes x x x x x x x x Excessiva vibração x x x x x x x
A aparição de um ou mais destes sintomas requererá do técnico resposta das seguintes questões:
• Se o equipamento está operando, deverá o mesmo ser desligado a fim de se reduzir os danos conseqüentes? Quão sério é o problema? Quão rápido devemos reagir a ele? Está o problema aumentando, mantendo-se constante ou decrescendo?
• Se o equipamento está disponível para manutenção, deve o mesmo ser aberto para inspeção e reparo?
• Quais componentes e seus respectivos mecanismos de falha (Tabela I) devem ser os causadores de tais sintomas?
3. ANÁLISE DE FALHAS E TROUBLESHOOTING EM MOTORES DE
COMBUSTÃO INTERNA
Todo motor como qualquer outro equipamento sofre envelhecimento com o tempo e com o uso, chegando a apresentar falhas. As Tabelas IV e V, abaixo, apresentam respectivamente distribuições estatísticas de mecanismos de falha, observados em motores de combustão interna (ciclos Diesel e Otto) e seus componentes, onde primeiramente se manifestam esses efeitos. Nestas mesmas Tabelas também se encontram as distribuições de custos totais referentes às reparações dos mecanismos de falhas (Tabela IV) e dos componentes, onde se manifestaram as falhas (Tabela V), ao longo da vida do motor.
TABELA IV
Distribuição estatística dos principais mecanismos de falha e seus custos totais de reparação em motores de combustão interna.
MECANISMO DE FALHA OCORRÊNCIA (%) CUSTO - $ (% DO CUSTO)
QUEBRA 49,3 46,7 FRATURA (TRINCA) 27,1 19,4 DESGASTE ABRASIVO (RISCAMENTO) 5,6 8,2 DEFORMAÇÃO 1,1 0,4 OUTRAS 18,9 25,3 TOTAL 100,0 100,0 TABELA V
Distribuição estatística dos principais componentes de motores de combustão interna, e seus custos totais de reparação, sujeitos a eventuais falhas.
COMPONENTE OCORRÊNCIA (%) CUSTO - $ (% DO TOTAL)
MANCAIS (BRONZINAS) 24,4 33,5
PISTÕES – ANEIS 19,4 17,3
BLOCO, CABEÇOTE, CILINDRO, BUCHAS 16,7 8,3
EIXO DE MANIVELAS 6,1 24,2
VÁLVULAS 5,6 3,2
TUCHOS, VARETAS, BALANCINS 4,4 3,3
SIST. LUBRIFICAÇÃO (BOMBA, ETC) 2,2 0,8
EIXO DE CAME 2,2 0,8
CARCAÇA (FUNDIDA) 1,7 0,4
ACOPLAMENTOS 1,7 0,2
ROTOR TURBOCARREGADOR 1,1 1,1
DISPOSITIVOS PARA CONTROLE DE
PRESSÃO E TEMPERATURA 1,1 0,3
OUTROS 7,3 4,1
TOTAL 100,0 100,0
Por encabeçarem a lista das falhas mais freqüentes e ao mesmo tempo apresentarem um custo acumulado expressivo ao longo da vida do motor (vide Tabela V), serão mostradas
nos Anexos 19 2, e 3, respectivamente, os aspectos (troubleshooting) dessas falhas prematuras em pistões, bronzinas e buchas.
4 - RECONDICIONAMENTO DE MOTORES
O serviço de retífica em um motor de combustão interna consiste na substituição e recondicionamento das peças desgastadas, devolvendo-lhe as características de um motor novo. Devido ao desgaste a que estão sujeitos em função de suas condições de trabalho, o motor mais cedo ou mais tarde deverá ser aberto para reforma.
A vida útil de um motor não pode ser expressa, nem relacionada, com a quilometragem apresentada pelo veículo em que este motor está instalado. À medida que se aproxima do seu limite de vida útil, no entanto, pode-se notar o aparecimento de alguns sintomas indicativos da necessidade de uma manutenção mais profunda. Estes sintomas não aparecem de repente, mas de uma forma lenta e gradual.
• Dentre eles, podemos citar como os principais: • Redução de potência do motor.
• Aumento do consumo de óleo lubrificante. • Queda da pressão de óleo.
• Excesso de fumaça branco-azulada na descarga do veículo. • Ruídos internos no motor.
Comprovado o aparecimento de um desses sintomas e verificados os fatores que pudessem contribuir para um mau desempenho do motor, pode-se supor a ocorrência das seguires causas:
• Folgas excessivas entre pistões e cilindros/camisas. • Desgaste excessivo ou quebra dos anéis de segmento. • Desgaste das guias, hastes ou sedes de válvulas. • Desgaste nas buchas, bronzinas centrais ou de biela.
A seguir serão analisados, um a um, os sintomas anteriormente descritos.
4.1 Redução De Potencial Do Motor
A perda de potência pode não estar relacionada com a lubrificação do motor, sendo muitas vezes resultante de uma má combustão devido a deficiências no sistema de injeção de combustível ou a má regulagem do motor. Uma outra corrente é a obstrução da admissão do ar, reduzindo o rendimento volumétrico. Isto é geralmente devido ao entupimento do
filtro de ar e pode ser normalmente evitado com inspeções mais freqüentes do filtro ou sua substituição por outro com malha maior.
Contudo, a perda de potência pode resultar de uma ou mais das seguintes das quais relacionadas com a lubrificação do motor:
• Cilindros/camisas e anéis com desgaste.
• Anéis de compressão com gomas, agarrados ou partidos.
• Em motores de dois tempos lavagem ineficaz por obstrução das janelas.
• Válvulas mal vedadas com ação retardada por formação de depósitos ou desgaste.
4.2 Aumento Do Consumo De Óleo Lubrificante
O aumento do consumo de óleo se deve ou à vazamentos externos ou a excessiva passagem do mesmo para a câmara de combustão, em função de folgas existentes entre pistões e cilindros/camisas ou do desgaste dos anéis de segmento.
Este sintoma, quase sempre, está associado à perda de potência do motor.
4.3 Queda Da Pressão De Óleo
A queda na pressão de óleo pode estar relacionado exclusivamente com problemas no sistema de lubrificação (óleo e componentes), os quais serão mencionados no capítulo seguinte. Neste caso a sua resolução torna-se trivial.
No entanto, quando a causa do falo estiver na elevada diluição de combustível no lubrificante, devido às excessivas folgas entre pistões e cilindros/camisas, o motor necessariamente deve ser aberto e recondicionado.
4.4 Excesso De Fumaça Branco-Azulada Na Descarga
A ocorrência de fumaça de coloração branco-azulada na descarga, implicará mais cedo ou mais tarde na abertura do motor para recondicionamento das folgas entre pistão e cilindro Através desta folga, o lubrificante do cárter passa para a câmara de combustão, onde é queimado junto com o combustível, gerando a tal fuma,ca.
Quando se verifica um excesso de fumaça escura, quase preta, pode-se afirmar que se trata de um problema de mistura muito rica (excesso de combustível), que não foi queimada, saindo sob forma de fuligem. Basta uma regulagem no sistema de injeção e o problema estará sanado
4.5 Ruídos Internos No Motor
O aparecimento de qualquer ruído interno num motor, implica quase sempre em sua abertura. No entanto, o ruído provocado por combustão irregular (por exemplo: detonação) pode ser confundido com outros provenientes de problemas de origem mecânica no motor (por exemplo: batidas de biela; bronzina central ou anéis partidos).
5 FALHAS MAIS COMUNS RELACIONADAS COM A LUBRIFICAÇÃO DE
MOTORES
Neste capítulo serão apresentadas algumas notas sobre as causas das falhas mais freqüentes relacionadas com a lubrificação, e que podem surgir durante o funcionamento de motores. São elas:
• Consumo excessivo de óleo;
• Desgaste excessivo de cilindros/camisas, pistões e anéis de segmento; • Formação de borra;
• Desgaste excessivo nos mancar; (bronzinas);
• Formação de depósitos em pistões, cilindros/camisas, válvulas e colagem de anéis de segmento;
• Perda de pressão do óleo; • Dificuldade na partida; • Corrosão no cárter.
A seguir serão analisadas cada uma das falhas mencionadas acima.
5.1 Consumo Excessivo De Óleo
Os motores de combustão interna apresentam diferenças muito consideráveis nas características de consumo de óleo, de acordo com o tipo do motor e até mesmo dentro do mesmo tipo. O aspecto da curva do consumo de óleo em função do tempo ou quilometragem depende de vários fatores, especialmente da utilização do motor, tipos de anéis de segmento, pistões, mancais e das condições de amaciamento do motor. Contudo, de uma maneira geral, pode dizer-se que em um motor novo o consumo de óleo é de início relativamente alto, diminuindo gradualmente no decurso do amaciamento, até que acabado este, a curva de consumo se mostre horizontal (consumo mais ou menos constante). Nos motores de quatro tempos este valor é aproximadamente 1% do consumo do combustível e nos motores a dois tempos é um pouco mais alto. O consumo mantém-se com esse valor durante bastante tempo até que, devido a desgastes dos cilindros/camisas, anéis de segmento e pistões, e conseqüente formação de depósitos, o consumo de óleo aumenta de novo e só um recondicionamento e limpeza do motor permite de novo valores razoáveis. Conforme mencionado no capítulo anterior, a outra possibilidade para um excessivo consumo de óleo, além da passagem do mesmo para a câmara,de combustão, é vazamento externo Os locais mais prováveis para vazamentos são os seguintes: plugue de dreno; conexão do filtro de óleo; selos; gaxetas; e unidade sensora de tomada de pressão. A viscosidade dos óleos de cárter é o fator primordial para o consumo do lubrificante. Usualmente, quanto menor a viscosidade, maior o consumo. Entretanto, um grau de
viscosidade mais leve (acima do mínimo) melhora a partida e economia de combustível, devido ao fato de reduzir o atrito do motor. Dessa forma, um compromisso deve ser feito entre consumo de óleo e outros fatores de performance, quando um óleo de cárter é selecionado.
5.2 Desgaste Excessivo De Cilindros/Camisas, Pistões E Anéis De Segmento
Deve-se reconhecer que é praticamente impossível evitar o desgaste destes elementos, e que a única solução consiste em retardá-lo o mais possível. O desgaste mecânico relacionado com o movimento do pistão e anéis, ao longo das paredes do cilindros/camisa, ocorre quer do contata metálico entre as peças em movimento, quer da interposição de matérias abrasivas entre as superfícies. A pequenas velocidades do pistão, a película de óleo, que o separa das paredes do cilindro, tende a romper-se. Por este motivo, o desgaste mecânico é inevitável nas extremidades do curso, sendo mais intenção no topo do cilindro, onde a temperatura e a pressão do gás são mais elevadas. Tanto as matérias estranhas, como as substâncias formadas na câmara de combustão, podem atuar como abrasivos, desde que rompam a película de óleo.
Considerando o acima exposto, as causas possíveis de um desgaste anormal desses componentes, são as que se seguem:
• Quantidade insuficiente de óleo na lubrificação do cilindro/camisa.
• Desalinhamento do pistão/distorção do cilindro, tornando impossível o acamamento dos anéis nos pistões.
• Contaminação do óleo por substâncias abrasivas. • Anéis que não vedam a passagem dos gases (blow-by).
• Temperaturas da parede do cilindro/camisa demasiadamente altas, provocando a ruptura da película de óleo.
• Óleo lubrificante com viscosidade inferior à adequada.
• Sobrecarga do motor, originando taxas de desgaste elevadas.
5.3 Formação De Borras
A formação de borras no cárter e as avarias que daí resultam são devidas principalmente à contaminação do óleo. Os lubrificantes tornam-se escuros depois de períodos de serviço relativamente curtos, por solução ou suspensão no óleo de resíduos de combustível não queimado e outros produtos de combustão, e por forma,cão de produtos de deterioração do óleo, que nele são solúveis e não tem uma ação prejudicial imediata. O poder dispersante do óleo impede a floculação e sedimentação dos resíduos e torna possível a eliminação de muitas substâncias indesejáveis, quando da sua troca.
A seguir damos algumas notas sobre as causas mais comuns da formação de borras:
• Contaminação excessiva do óleo do cárter por substâncias provenientes das câmaras de combustão.
• Filtração insuficiente do ar e do óleo. • Intervalo de troca de óleo excessivo. • Contaminação com água.
· Substituição do óleo por outro com mais elevado grau de dispersância, tendendo a soltar os depósitos que se tenham acumulado durante o período de serviço anterior. Ao se mudar de óleo deve-se fazer uma lavagem adequada no motor, do contrário há probabilidade de se formarem depósitos de borras com entupimento dos filtros e canais de óleo.
5.4 Desgaste Excessivo Nos Mancais (Bronzinas)
Em adição às notas feitas no Anexo 2 deste trabalho, vale mencionar uma estatística das causas mais comuns de falhas em mancais:
SUJEIRAS 47% DESALINHAMENTO 14% ERRO MONTAGEM 12% SOBRECARGA 10% FALTA LUBRIFICAÇÃO 8% CORROSÃO 5% OUTROS 4%
Dessa forma, pode-se constatar que falhas em mancais, cuja origem é atribuída ao lubrificante, referem-se à falta de lubrificação e sujeira no óleo, cujos efeitos foram discutidos no Anexo 2.
5.5 Formação De Depósitos Em Pistões, Cilindros/Camisas, Válvulas E
Colagem De Anéis De Segmento
Existe uma tendência geral para a entrada no cárter de grande parte da fuligem e outros produtos da combustão incompleta, que são levados para o sistema de circulação e formam, mais tarde, depósitos ou borras. O funcionamento a baixa temperatura e a ventilação inadequada do cárter são as causas de tais depósitos. As substâncias insolúveis, que darão origem a depósitos compactos, acumulam-se nas cabeças dos pistões, cilindros e hastes e sedes de válvulas.
A colagem dos anéis de segmento depende principalmente da rapidez com que se acumulam os produtos de combustão incompleta e da oxidação do óleo nas canaletas dos anéis. Quando o ritmo de acumulação desses depositas excede a sua possibilidade de remoção pela circulação do óleo, a colagem dos anéis é inevitável.
Para manter os pistões, anéis e canaletas, e outros componentes do motor praticamente livres de depósitos, é essencial que, além da grande estabilidade à oxidação? o óleo possua um grau suficiente de dispersância.
5.6 Perda Da Pressão Do Óleo
A única propriedade do óleo de motor que pode possivelmente afetar a pressão de óleo é sua viscosidade. Entretanto, a viscosidade do óleo tem pouco efeito em sua pressão quando o motor está em boas condições mecânicas. Se a pressão responder, entretanto, às variações nos graus SAE, é uma indicação que o motor requer uma atenção em sua parte mecânica. Isto é válido para temperaturas normais de operação, visto que é possível haver variações na pressão do óleo se temperaturas extremas ocorrerem. Temperaturas de motor bastante baixas resultam em elevadas pressões de óleo e vice-versa. Uma causa comum de baixas pressões de óleo é o resultado de excessiva diluindo de combustível. A seguir está apresentada uma lista das possíveis causas das pressões anormais de óleo:
A) BAIXA PRESSÃO DE ÓLEO
• Óleo diluído com combustível;
• Mancais excessivamente desgastados; • Óleo insuficiente;
• Viscosidade do óleo inferior à adequada; • Bomba de óleo danificada;
• Mola da válvula de alívio danificada;
• Tela de aspiração, da bomba de óleo, entupida; • Vazamentos na linha de descarga da bomba de óleo; • Excessiva temperatura do óleo;
• Elevada formação de espuma;
• Sensor de pressão do óleo, danificado.
B) ALTA PRESSÃO DE ÓLEO
• Óleo com grau de viscosidade elevado; óleo com baixa temperatura; • Válvula de alívio danificada;
• Constante (K) da mola da válvula de alívio excessivamente alta (dura); • Linha de óleo entupida;
C) PRESSÃO DE OLEO COM FLUTUAÇÃO
• Baixo nível de óleo no cárter;
• Elevado grau de viscosidade do óleo;
• Tela de aspiração da bomba de óleo parcialmente entupida; • Vazamentos na linha de aspiração da bomba;
• Tomada de aspiração do óleo no cárter excessivamente alta; • Válvula de alívio danificada.
D) AUSÊNCIA DE PRESSÃO DE ÓLEO
• Bomba de óleo inoperante;
• Entupimentos na linha de sucção; • Linhas danificadas;
• Baixo nível de óleo;
• Sensor de pressão do óleo danificado.
5. 7 Dificuldade na Partida
Para dadas folgas dos pistões e mancais, quanto maior for a viscosidade do óleo, tanto maior será o torque de arranque requerido. A viscosidade referida é aquela correspondente à temperatura quando o motor se encontra frio. Uma vez atendida a recomendação do fabricante quanto a viscosidade adequada, as causas para dificuldades de arranque são várias. Excluindo a mais óbvia - falta de combustível - serão apresentadas abaixo as mais comuns:
• Falta de compressão, motivada pelo desgaste dos anéis ou vazamentos pelas juntas do cabeçote e válvulas, impossibilitando a inflamação do combustível;
• Má regulagem do sistema de injeção de combustível.
5.8 Corrosão No Carter
A condição essencial para que haja hipótese de corrosão no cárter é a presença de água. A água é um sub-produto da combustão e pode condensar-se no cárter se a temperatura de operação do motor for insuficiente (baixa). Em aplicações onde a umidade do ar se encontra acima de 85%, ácidos são gerados no cárter em virtude da presença adicional de água no ar, gerando com freqüência, ataques corrosivos.
Um cárter contaminado com água pode ser limpo através da drenagem do óleo, ainda quente, e posterior enchimento com lubrificante recomendado. O motor, então, deve operar por dois meses ou 5.000km e ter o seu óleo trocado, após o que retornará a sua periodicidade recomendada nas trocas futuras.
ANEXO1 - FALHAS PREMATURAS EM PISTÕES
1. INTRODUÇÃO
O pistão constitui a parede móvel da câmara de combustão, e por isso fica submetido as altas temperaturas aí reinantes, como também a esforços devido a pressão dos gases. Estas pressões, que na cabeça do pistão alcançam 4 MPa (40 atmosferas) no motor a gasolina/álcool e 8 MPa (80 atmosferas) no motor diesel, dão origem a pressões de trabalho na saia (parte compreendida entre a região dos anéis e a extremidade inferior aberta do pistão) de 40 à 60 N/cm2 (4 à 6 kgf/cm2) e no furo do pino alcançarem de 3 à 5 kN/cm2 (300 à 500 kgf/cm2).
O consumo de óleo e a vedação entre a câmara de combustão e o cárter dependem da precisão de usinagem tanto do pistão, quanto da camisa/cilindro e dos anéis. Mas, através das canaletas, o pistão desempenha o importante papel de garantir apoio uniforme e carreto aos anéis, e também transferir para a camisa/cilindro uma parte do calor gerado através do controle de seu fluxo.
Apresentados os esforços a que estão submetidos os pistões, serão analisadas a seguir as suas principais falhas prematuras, enfocando o aspecto visual das mesmas suas causas e correções.
2 FALHAS PREMATURAS CA USADAS POR ERROS NA MONTAGEM
2.1 Explosão da Argola de Retenção do Pino
Estas peças de ação, geralmente em forma de argola, destinam-se a limitar o movimento longitudinal do pino. Geralmente, a ocorrência se dá por uma componente de força que empurra o pino contra uma das argolas até sua expulsão e/ou sua fratura;
O aspecto da falha é o rompimento da canaleta da argola de retenção, com destruição parcial do pistão por martelamento efetuado pelos fragmentos da argola rompida.
CAUSAS
• Bielas empenadas;
• Cilindros/camisas desalinhados em relação ao eixo de manivelas; • Montagem incorrera da argola;
• Folga longitudinal excessiva no eixo de manivelas; • Folga excessiva entre o pino e a argola;
• Falta de paralelismo entre o centro da bucha do pé da biela e da bronzina.
CORREÇÃO
• Alinhar corretamente as bielas (trocar se necessário);
• Ratificar as camisas/cilindros devidamente alinhados em relação ao virabrequim; • Montar corretamente a argola, cuidando para não deforma-la durante a montagem; • Retificar corretamente os colos do virabrequim;
• Verificar a folga axial do virabrequim.
2.2 Insuficiência de Folga
A tendência nos motores modernos é montar o pistão na camisa/cilindro com folga cada vez menor, a fim de se reduzir ruídos e “blow-by". Com o aquecimento normal do motor a folga entre o pistão e a camisa/cilindro tende a diminuir, pois o coeficiente de dilatação do pistão é maior.
Evidentemente, esta dilatação está calculada no projeto do pistão. A diminuição desta folga a valores que ultrapassam o indicado em projeto, faz com que ocorra um contato metálico entre o pistão e a camisa/cilindro. Este funcionamento anormal, leva inevitavelmente ao engripamento da região da saia do pistão, preferencialmente no lado de maior pressão.
ASPECTO
• Faixas de engripamento ao lado do furo para pino (cubos).
CAUSAS
CORREÇÃO
• Observar a folga de montagem entre o pistão e a camisa/cilindro recomendada pelo fabricante.
2.3 "Flutter” dos Aneis
O "flutter" ou vibração dos anéis, em suas respectivas canaletas, pode ocasionar a fratura das mesmas e conseqüentes danos nas camisas/cilindro.
O problema ocorre geralmente no primeiro anel de compressão (anel de fogo), que é a zona mais solicitada da região dos anéis, devido à sua exposição direta aos gases da combustão.
A combustão superaquecendo o pistão, aliado ao fato de os anéis não estarem exercendo perfeitamente sua função de transferir calor para a camisa/cilindro, faz com que o pistão tenha sua resistência diminuída, podendo vir a fraturar.
ASPECTO
• Canaletas de anéis destruídas, principalmente as primeiras, atingindo também zona de fogo do pistão.
CAUSAS
• Montagem de pistões com anéis de dimensões incorreras. O excesso de folga lateral além de prejudicar o fluxo de calor, possibilita a vibração do anel. O anel com diâmetro maior que o especificado, quando montado tende a fletir, criando pontos de concentração de tensão na canaleta.
• Excesso de depósitos de materiais carboníferos. O superaquecimento desta região do pistão, acrescido pela abrasão provocada pelos materiais carboníferos, desgastam excessivamente a canaleta, proporcionando a vibração do anel.
CORREÇÃO
• Verificar minuciosamente, quando da troca dos anéis, as condições das canaletas nos pistões, principalmente as primeiras, que recebem os anéis de compressão. • Manter a folga entre anéis e canaletas dentro das tolerâncias especificadas.
2.4 Engripamento por Deformação da Camisa
A deformação da camisa por deficiência de ratificação, dilatação das gaxetas de vedação e/ou aperto defeituoso do cabeçote, dão origem a um tipo de engripamento onde aparecem faixas estreitas de cantata com o pistão e tendem a ir se alargando com o funcionamento. A camisa apresenta-se nesses casos com uma superfície irregular, com diminuição de folga local em alguns trechos, onde as altas pressões resultantes impedem a manutenção do filme de óleo adequado. O contato metálico que se segue eleva a temperatura no local, atingindo-se o ponto de fusão da liga com o aparecimento de faixas por arrancamento de material. A continuação do processo leva ao engripamento dos pistões. Este fato é muito frequente em motores encamisados devido ao não cumprimento das normas exigidas para o processo, ocorrendo o engripamento geralmente durante a fase de emaciamento do motor.
ASPECTO
• Engripamento em faixas estreitas, geralmente em toda a circunferência da saia do pistão.
CAUSAS – (Deformação da camisa devido a)
• Irregularidade na montagem do bloco;
• Dilatação das gaxetas de vedação, durante o funcionamento do funcionamento do motor;
• Diâmetro dos alojamentos das gaxetas de vedação acima do valor especificado.
CORREÇAO
• Usinar corretamente os furos no bloco para a instalação das camisas. • Utilizar gaxetas de vedação de boa qualidade.
• Verificar o diâmetro dos alojamentos das gaxetas de vedação.
2.5 Zona De Contato Inclinada
No recondicionamento do motor é importante que todos os componentes, principalmente bielas, sejam verificadas quanto a empenamento.
A montagem de uma biela empenada ou torcida pode acarretar sérios danos ao pistão, como também contribuir para um aumento do consumo de óleo lubrificante, provocar ruídos e ocasionar a expulsão da argola de retenção.
ASPECTO
• Área de contato inclinada em relação ao eixo do pistão.
CAUSAS
• Bielas empenadas;
CORREÇAO
• Alinhar corretamente as bielas Trocar se necessários,
• Ratificar os cilindros devidamente alinhados em relação ao virabrequim; • Mandrilhar a bucha do pé da biela no esquadro em relação à biela.
3 FALHAS PREMATURAS CAUSADAS POR MAU FUNCIONAMENTO
DO MOTOR
3.1 Danificação por Pré-ignição
A formação de uma segunda frente de chama, com a queima espontânea do combustível, recebe o nome de pré-ignição. Esta queima ocorre antes do tempo normal de combustão, ao contrário da detonação que a atrasa.
A pré-ignição é extremamente danosa ao motor pois ela cria duas frentes de chama sendo queimadas quase simultaneamente, submetendo o topo do pistão a elevadíssima temperatura (maior que 2.200° C) e pressões, durante tempos cada vez mais longos.
ASPECTO
• Zona dos anéis e cabeça do pistão parcialmente destruidas e furo no topo do pistão.
CAUSAS
• Depósitos de carvão que permanecem incandescentes, ocasionando pontos quentes;
• Velas inadequadas para o tipo de serviço requerido;
• Pontos quentes ocasionados por sistema de arrefecimento defeituoso.
CORREÇÃO
• Instalar velas adequadas ao motor; • Verificar sistema de arrefecimento,
• Descarbonizar o topo dos pistões e o cabeçote sempre que possível;
• Regular periodicamente as válvulas do motor conforme prescrito pelo fabricante
3.2 Danificação por Detonação
A detonação pode ser definida como uma combustão proveniente da reação rápida e espontânea de uma parte da mistura ar/combustível quando esta é submetida a pressões e temperaturas crescentes, originadas da combustão normal. A frente de chama avançando, superaquece os gases ainda não queimados, fazendo surgir uma chama não controlada que pode provocar algo semelhante a uma explosão na câmara. Esta frente de chama secundário avança até colidir com a frente original, criando o ruído característico de "batida".
A detonação ocasiona uma erosão na cabeça do pistão, no lado em que os gases sofrem a combustão espontânea, e, em seus últimos estágios, excessivo desgaste da primeira canaleta como quebra e aprisionamento dos anéis.
ASPECTO
CAUSAS
• Combustível inadequado com baixo índice de octana;
• Taxa de compressão muito alta; Má regulagem da mistura ar/combustível (mistura pobre); Ignição muito avançada; Carga excessiva do motor;
• Depósitos de carvão nos pistões ou no cabeçote.
CORREÇÃO
• Proceder periodicamente a uma revisão dos sistemas de alimentação e ignição, mantendo-os em condições de funcionamento recomendadas pelo fabricante
• Evitar sobrecargas operacionais no motor.
3.3 Excesso de Combustível Injetado
O excesso de combustível injetado pode diluir a película de óleo lubrificante existente nas paredes dos cilindros/camisas, propiciando o seu rompimento, o que acarretará contato metálico entre o pistão e o cilindro, conduzindo ao engripamento. Geralmente o engripamento ocorre na direção dos jatos de combustível e posteriormente propaga-se para outras regiões do pistão. Lubrificação deficiente ou sistema de lubrificarão inoperante, também podem contribuir para o engripamento.
ASPECTO
• Faixas de engripamento da cabeça à boca do pistão, geralmente na direção dos jatos de combustível.
CAUSAS
• Lavagem do lubrificante por excesso de combustível injetado (diesel); • Pulverização incorreta (esguicho) dos injetores.
CORREÇÃO
• Revisar periodicamente bomba e bicos injetores conforme recomendado pelo fabricante.
3.4 Refrigeração
O conjunto pistão-cilindro é montado com folgas bastante pequenas, sendo que estas folgas tendem a diminuir com o aquecimento do motor. Qualquer alterarão que ocorra na refrigeração do motor faz com que tenhamos um superaquecimento do conjunto, com a eliminação das folgas de projeto, rompimento do filme de óleo e contato metálico entre pistão e cilindro/camisa.
ASPECTO
• Engripamento do pistão, geralmente sobre o eixo do pino (cubo).
CAUSAS
• Arrefecimento deficiente, devido a vazamentos, falta de líquido refrigerante, formação de depósitos no bloco, radiador parcialmente obstruído e termostato com mau funcionamento,
• Falhas mecânicas na bomba de água;
• Correia do ventilador frouxa (patinando) em demasia originando queda do fluxo de ar através da colméia do radiador;
• Tampo do radiador defeituoso, não oferecendo estanqueidade suficiente; • Depósito de sujeira nas aletas dos cilindros (motor arrefecido a ar).
CORREÇÃO
• Revisar periodicamente o sistema de arrefecimento (bomba drama radiador, correia, ventilador e válvula termostática.
3.5 Erosão do Topo
Pulverização inadequada, falta de estanqueidade nos injetores, excesso de combustível injetado por ciclo e/ou ponto de injeção inadequado (adiantado) têm como conseqüência a queima repentina de uma grande quantidade de combustível, fazendo com que a pressão máxima ocorra antes de o pistão atingir o ponto morto superior.
Como conseqüência decorrem altíssimas temperaturas, que aliadas à sobrecarga térmica, tem como efeito destruir o topo do pistão, zona de fogo e anéis. Estas irregularidades geram picos de pressão (ondas de choque) na câmara de combustão que produzem altas solicitações às paredes da mesma, uma das quais é 0 topo do pistão.
ASPECTO
• Erosão da cabeça do pistão, devido a sobrecarga mecânica e desintegrado
CAUSAS
• Inflexão prematura (ponto adiantado); Pulverização incorrera; • Falta de estanqueidade nos injetores.
CORREÇÃO
• Regular bomba e bicos injetores para obter carreta injeção e pulverizado de óleo diesel;
• Corrigir o ponto de injeção de combustível.
3.6 Interferência do Pistão Contra Cabeçote e/ou Válvula
Na montagem do pistão no motor é muito importante observar a distância entre o topo e a face do bloco. Outro detalhe a ser observado é o espaço entre a cabeça da válvula e a face do cabeçote. Em ambos os casos, a não observância dos valores especificados pelo fabricante do motor irá acarretar sérios danos aos mesmos, ou seja, a batida do topo do pistão contra o cabeçote e a válvula contra o topo do pistão.
ASPECTO
• A cabeça do pistão apresenta-se deformada a batidas contra o cabeçote e/ou válvula do motor.
CAUSAS
• Aumento do curso do pistão devido a afrouxamento de um parafuso da biela;
• Depósito de carvão e/ou cinzas na cabeça do pistão que se torna maior que a folga entre o mesmo e o cabeçote/válvulas;
• Altura do bloco abaixo do especificado;
• Variação do curso devido a retificação incorreta dos colos do virabrequim; • Alteração do comprimento da biela;
• Redução da altura do cabeçote sem o devido ajuste na profundidade das sedes das válvulas;
• Flutuação das válvulas;
• Sincronismo incorreto do eixo comando de válvulas.
CORREÇÃO
• Verificar o sincronismo do eixo comando de válvulas, • Verificar a medida da folga;
• Verificar as posições demasiadamente avançadas dos pistões nos cilindros/camisas em relaciono ao topo do bloco;
• Na retificação dos colos manter o curso dentro dos valores especificados pelo fabricante;
• Verificar o comprimento das bielas;
• Corrigir a profundidade das sedes das válvulas,
• Não exceder a rotação máxima especificada pelo fabricante; • Regular o ponto de injeção;
• Ajustar a bomba de acordo com as instruções do
3.7 Trincas na Saia
O aparecimento de trincas na saia dos pistões é sempre um estágio bastante avançado de falhas iniciais. A trinca em alguns tipos de pistão tem início no furo da fenda existente na canaleta de óleo e em outros, na fenda existente na saia.
Este tipo de trinca é característico de supersolicitação do motor, e conseqüentemente do pistão, e geralmente ocorre no lado de maior pressão, pois a região mais solicitada é a saia que é submetida a esforços de flexão excessiva.
A trinca ou as trincas evoluem em direção à parte inferior (boca) da saia do pistão, chegando a destacar a parte central da mesma.
ASPECTO
• A trinca na saia tem início no furo da fenda existente na canaleta de oleo ou na fenda existente na saia.
CAUSAS
• Aumento da relação de compressão acima dos limites estabelecidos no projeto; • Aumento da rotação do motor acima do especificado pelo fabricante;
• Combustível não adequado para esta relação de compressão; • Folga excessiva entre o pistão e o cilindro/camisa;
• Montagem do pistão invertido.
CORREÇÃO
• Manter a relação de compressão e a rotação especificadas pelo fabricante; • Utilizar o combustível adequado para a relação de compressão;
• Observar a folga pistão/cilindro indicada pelo fabricante;
3.8 Deformação da Parte Superior da Camisa
A deformação da parte superior da camisa tem como conseqüência a danificação da zona de fogo do pistão, pois nessa região haverá um contato metálico com arrancamento de material.
ASPECTO
• Arrancamento do material da zona de fogo do pistão.
CAUSAS
• Deformação da camisa por aperto irregular; • Junta do cabeçote incorreta.
CORREÇÃO
• Efetuar a montagem da camisa e aperto do cabeçote seguindo as especificações do fabricante;
• Utilizar junta do cabeçote de boa qualidade seguindo as instruções do fabricante; • Verificar as dimensões do alojamento do colar da camisa.
3.9 Fratura do Pistão na Região dos Cubos
A fratura do pistão na região dos furos para pino ou na parte inferior da saia normalmente ocorre devido a problemas de funcionamento com engripamento e travamento da cabeça do pistão e/ou parte superior da saia.
No momento em que o pistão é arrastado pelos demais, a saia é arrancada a partir da seca média do furo para pino.
ASPECTO
• Trincas profundas na região caos furos para pino ou na parte inferior da saia, podendo chegar à fratura da mesma.
CAUSAS
• Folga de montagem pistão/cilindro inadequada (insuficiente); • Supersolicitação do motor ainda em fase de amaciamento, • Deficiência de refrigeração;
• Deficiência de lubrificação • Combustão anormal.
CORREÇÃO
• Observar as instruções do fabricante relativas a folga de montagem pistão/cilindro; • Seguir as instruções do fabricante do motor relativas ao amaciamento do mesmo; • Verificar se os sistemas de refrigerarão, de lubrificação e de injeção funcionam
3.10 Trincas na Borda da Câmara
As trincas que se originam radialmente à borda da câmara de combustão em pistões de motores diesel, são decorrentes de tensões térmicas cíclicas.
A parte mais aquecida da câmara, circundada pelas regiões menos aquecidas, não podendo expandir-se como deveria, tende a dilatar-se na direção da superfície livre O limite de elasticidade, que é baixo em altas temperaturas, é excedido, proporcionando uma deformação plástica ou uma concentração de tensão na periferia da cansara. Quando o pistão se esfria até a sua temperatura normal, esta deformação persiste, criando tensões de tração, que conduzem às trincas na borda câmara.
ASPECTO
• Trincas originadas radialmente na borda da câmara de combustão de pistões de motores diesel.
CAUSAS
• Injeção de combustível adiantada elou excessiva Podem levar a solicitações térmicas e mecânicas mais elevadas no topo do pistão.
CORREÇÃO
• Regular o ponto de injeção;
ANEXO2 - FALHAS PREMATURAS EM BRONZINAS
1. INTRODUÇÃO
A função principal de uma bronzina é reduzir o atrito entre uma parte móvel de um motor e a parte estática a ela ligada. Além disto ela deve suportar a parte móvel. Esta última função exige que a bronzina resista a cargas muito altas. Particularmente a cargas de alto impacto causadas pela combustão que ocorre no motor.
Para desempenhar perfeitamente suas funções, uma bronzina deve permanecer fixa em seu alojamento: toda superfície exterior deve estar em contato com a superfície do alojamento, para permitir que a dissipa,cão de calor seja perfeita. No seu projeto também são levados em consideração outros fatores que descreveremos a seguir.
1.1 Dimensão Livre
Todas as bronzinas são fabricadas com determinada dimensão livre. Isto quer dizer que a distancia entre as bordas- exteriores da bronzina é um pouco maior que o diâmetro do alojamento. Isto faz com que a bronzina se ajuste sob pressão no alojamento.
1.2 Altura de Encosto
Quando se introduz uma bronzina sob pressão em seu alojamento, as bordas superiores da mesma sobressaem ligeiramente do alojamento, o que indica que a bronzina é um pouco maior que a semi-circunferência do mesmo. Esta saliência acima da linha de parti,cão do alojamento é denominada "pré-carga da bronzina". Uma vez apertando os parafusos das capas dos mancais, ocorre uma pressão radial que acomoda a bronzina contra seu alojamento, garantido um contato completo entre eles.
1.3 Ressalto de Localização da Bronzina
O ressalto de localização é o dispositivo mais simples e efetivo para posicionar a bronzina, enquanto se apertam os parafusos dos mancais. O ressalto se encaixa suavemente na ranhura existente no alojamento, eliminando a possibilidade de movimento durante a operação de montagem do motor.
1.4 Canais de óleo
Os canais de óleo servem para distribuir o lubrificante sobre toda a superfície da bronzina e do eixo, a fim de suportarem as cargas impostas ao mancal. Estes canais também servem, em parte, como condutos para permitir a passagem do óleo para outras partes do motor. A disposição dos canais de óleo é um dos itens de projeto do fabricante de bronzinas em função das características de lubrificação do motor.
1.5 Excentricidade das Bronzinas
Procura-se projetar as bronzinas de forma a proporcionar a maior espessura possível do filme de óleo, compatível com as características do sistema de lubrificação do motor.
A forma de muitas bronzinas, quando montadas, não é vigorosamente cilíndrica no seu diâmetro interno, sendo fabricadas com ligeira excentricidade. Esta folga horizontal maior que a vertical permite auxiliar a rápida formação da cunha de óleo lubrificante, evitando desta maneira o cantata metal-metal prolongado ao se iniciar o movimento de rotação do virabrequim.
2. FALHAS PREMATURAS CAUSADAS POR ERRO DE MONTAGEM
2.1 Contaminação por Impurezas
A contaminação por impurezas é a causa mais comum de danos em bronzinas, e é responsável por aproximadamente 40% das falhas. Impureza pode ser definida como qualquer material estranho, ferroso ou não, resultantes de desgaste, de usinagem, etc. Danos causados por impurezas são comumente observados quando o motor foi recondicionado e o virabrequim ratificado. Durante a retífica do virabrequim os resíduos entram em suas galerias de óleo e, caso elas não sejam devidamente limpas, o óleo do motor levará estes resíduos para o eixo e a bronzina. As impurezas podem provir também do desgaste das partes metálicas do motor.
ASPECTO
• Área localizada de desgaste na superfície da liga, correspondendo tanto a uma marca provocada pela presença de partícula estranha nas costas da bronzina, quanto a riscos na sua superfície.
CORREÇÃO
• Instalar novas bronzina, seguindo cuidadosamente as instruções de limpeza recomendadas;
• Retificar o eixo, caso seja necessário;
• Recomendar que o operador troque o óleo e o respectivo filtro periodicamente nos intervalos recomendados pelo fabricante do motor e mantenha limpo o filtro de ar e o respiro do cárter.
2.2 Folga Axial (longitudinal) Insuficiente
Uma folga axial insuficiente provocada por montagem incorreta ou por colocação incorreta do disco e platô, força o virabrequim contra o flange da bronzina a tal ponto que, pelo atrito gerado e pela falta de formação do filme de óleo, ocorre a danificação total nessas áreas.
ASPECTO
• Desgaste excessivo na lateral do flange e na região da superfície interna da bronzina, no lado de maior carga axial, enquanto que o outro encontra-se com aspecto normal de funcionamento. Nas áreas de desgaste houve a fusão e desprendimento da liga antifricção.
CORREÇÃO
• Obedecer a folga de montagem especificada pelo fabricante.
2.3 Alojamento Ovalizado
As flexões da biela devido às cargas alternadas podem produzir a ovalização do alojamento. As bronzinas tendem a adquirir essa forma, resultando daí uma superfície interna não cilíndrica. A folga próxima da linha de partição, pela deformação do alojamento fica muito reduzida, podendo haver cantata da liga antifricção com o colo do eixo.
ASPECTO
• Áreas de desgaste excessivo, próximo as linhas de partição da bronzina.
CORREÇÃO
• Examinar a circularidade do alojamento da bronzina e se estiver fora das especificações, recondicionar o mesmo ou trocar a biela;
• Examinar o colo do eixo, retificando caso seja necessário.
2.4 Altura de Encosto Insuficiente
O aperto insuficiente não permite que se estabeleça a pressão radial que retém a bronzina no alojamento. O contata é inadequado, a condução do calor é dificultada e ao mesmo tempo o atrito adicional provocado pela pulsação da bronzina aumenta o calor gerado.
ASPECTO
• Áreas brilhantes (polidas) são visíveis nas costas da bronzina e, em algures casos, também na superfície de partição.
CAUSAS
• Limagem na superfície de partição da bronzina; Capa afastada por sujeira ou rebarba na superfície de partição;
• Torque insuficiente,
• Parafuso encostando no fundo de um furo não possante;
• Alojamento da bronzina com o diâmetro acima do especificado.
CORREÇÃO
• Limpar as superfícies de partição antes de apertar os parafusos
• Examinar as dimensões e o estado dos alojamentos, recondicionando-os caso seja necessário;
• Aplicar no aperto dos parafusos ou porcas o torque recomendado pelo fabricante.
2.5 Altura de Encosto Excessiva
Quando se coloca a bronzina no alojamento, ela fica saliente na linha de partição (altura de encosto). Ao se apertar os parafusos da capa, as bronzinas serão forcadas contra o alojamento, garantindo um bom contato. Existindo o excesso de altura de encosto, a força
radial que se desenvolve pode provocar a flambagem da bronzina, próximo à linha de partição.
ASPECTO
• Áreas de desgaste excessivo junto à linha de partição, em uma das bronzinas ou em ambas.
CAUSAS
• Superfície de partição do alojamento usinada; • Torque excessivo (aperto).
CORREÇÃO
• Se tiver sido usinada a superfície de partição da capa, do bloco ou da biela, reusinar o alojamento para se obter uma circularidade perfeita;
• Verificar se a ovalização está dentro dos valores permitidos depois de ter dado o aperto carreto nos parafusos da capa, com a chave de torque;
• Aplicar no aperto dos parafusos ou porcas o torque recomendado pelo fabricante.
2.6 Biela Empenada ou Torcida
Numa biela empenada ou com torção, os alojamentos estão desalinhados originando áreas de elevadas pressões e até contato metal-metal entre a bronzina e o colo do virabrequim.
ASPECTO
• Áreas de desgaste excessivo nos lados diametralmente apostos de cada bronzina.
CAUSAS
• Introdução forçada do pino;
CORREÇÃO
• Examinar a biela, e caso seja necessário substituí-la; • Evitar esforços de torção na biela.
2.7 Capa Deslocada A capa do mancal, uma vez deslocada, força um lado de
cada bronzina contra o eixo.
ASPECTO
• Áreas de desgaste excessivo nos lados diametralmente apostos de cada bronzina, próximo à linha de partição.
CAUSAS
• Uso de chave inadequada para aperto dos parafusos; o Inverso da capa; • Furos ou pinos ou outros sistemas de centralização das capas alterados.
CORREÇÃO
• Escolher a chave adequada e apertar alternadamente os parafusos para perfeito assentamento da capa;
• Certificar-se que a posição da capa é carreta;
• Verificar se o sistema de centragem das capas não está alterado ou danificado, e substituí-lo caso seja necessário.
2.8 Virabrequim Deformado
O virabrequim deformado submete as bronzinas centrais a cargas excessivas, sendo as pressões máximas obtidas nos pontos de maior distorção. Nestes pontos a folga também se reduz e pode haver contato metal-metal entre a bronzina e o colo do virabrequim.
ASPECTO
• Uma faixa de desgaste bem definida pode ser observada no conjunto de bronzinas centrais superiores ou conjunto das inferiores. O grau de desgaste varia de bronzina para bronzina, mas geralmente na do meio ele é bem mais acentuado.
CAUSAS
• Manuseio inadequado do virabrequim; • Armazenagem incorreta;
• Condições operacionais extremas.
CORREÇÃO
• Verificar se o eixo está deformado;
• Desempenar, através de processo adequado, o virabrequim.
2.9 Bloco Deformado
O aquecimento e o resfriamento brusco do motor é uma das causas da distorção dos blocos quando ele (motor) opera sem válvula termostática.
ASPECTO
• Uma faixa de desgaste bem definida pode ser observada no conjunto de bronzinas centrais superiores ou no conjunto das inferiores. O grau de desgaste varia de bronzina para bronzina, mas geralmente na do meio ele e bem mais acentuado.
CAUSAS
• Procedimentos de aperto Acarreto dos parafusos do cabeçote.
CORREÇÃO
• Determinar a existência de deformação do bloco; • Realinhar (mandrilhar) os alojamentos,
2.10 Colos não cilíndricos
Colos não cilíndricos impõem uma distribuição irregular de cargas na superfície da bronzina, gerando em certas áreas maior quantidade de calor e acelerando o desgaste. As folgas poderão tornar-se insuficientes e haver contato metal-meta l entre a bronzina e o colo do virabrequim. E m outros casos as folgas serão excessivas.
ASPECTO
• Faixa de desgaste desigual na bronzina. De acordo com as regiões que ficam submetidas a maiores pressões, distinguem-se três aspectos principais que correspondem respectivamente aos defeitos de forma dos colos ilustrados na figura (A, B, C).
CAUSAS
• Retificação incorrera.
CORREÇÃO
• Retificar corretamente os colos e os alojamentos.
2.11 Raio de Concordância Incorreto
Raios de concordância dos colos incorretos ocasionam o contato metal-metal ao longo das superfícies laterais da bronzina, levando a um desgaste excessivo e uma fadiga prematura localizada.
ASPECTO
• Áreas de desgaste excessivo ao longo das superfícies laterais da bronzina.
CAUSAS
• Raios de concordância dos colos do eixo incorretos.
CORREÇÃO
• Retificar os colos tomando o cuidado de executar os raios com a curvatura carreta. • Não deixar cantos vivos, devido à concentração de tensões.
2. 12 Montagem Incorreta por Falta de Atenção
As bronzinas não funcionarão adequadamente se não forem montadas de maneira carreta ou se sofrerem alterações de seu projeto. A montagem incorrera quase sempre provoca uma falha prematura da bronzina. As figuras abaixo mostram os erros mais comuns de montagem.
3 FALHAS PREMATURAS CAUSADAS POR MAU FUNCIONAMENTO
3.1 Corrosão
Corrosão é um ataque químico sobre a liga das bronzinas por compostos existentes, como contaminantes, no lubrificante. Tais compostos podem ser estranhos ao sistema de lubrificação, como no caso de água ou podem ser produzidos durante a operação, como resultado da oxidação do óleo lubrificante.
ASPECTO
• A aparência típica da ocorrência de corrosão é identificada pela formação de compostos escuros e pequenas cavidades ('pita") na superfície da bronzina
CAUSAS
• Resíduos de oxidação ou água no óleo lubrificante;
• Passagem de gases de combustão (“blow-by”) para o cárter e a queima de combustível com alto teor de enxofre.
CORREÇÃO
• Troca de óleo dentro do prazo especificado pelo fabricante,
• Se a corrosão foi provocada por (“blow-by”), efetuar a troca dos anéis e retificar o motor se necessário.
3.2 Fragilidade a Quente ("HOTSHORT”)
Quando uma bronzina em operação se aquece acima da temperatura de fusão do chumbo (326 C) ou do estanho (231 C) e está sujeita ao esforço de arraste considerável do atrito com o eixo, o material antifricção da bronzina assume a condição de quebradiço a quente. Sob esta condição, pode ocorrer uma movimentação do chumbo, separando-se do cobre, e a camada superficial perderá a aderência com a capa de aço, provocando conseqüentemente o destaque do material.
ASPECTO
• Grandes áreas da camada antifricção da bronzina são arrancadas, ficando exposta a capa de aço.
CAUSAS
• Calor excessivo provocado por insuficiência da folga radial, impurezas, deformação dos colos do virabrequim ou ainda desalinhamento do bloco e/ou virabrequim.
CORREÇÃO
• Montar as bronzinas com a folga recomendada pelo fabricante;
• Observar o máximo de limpeza na troca de óleo e na montagem do motor, retirando resíduos de usinagem e outras sujeiras existentes;
• Antes da montagem de novas bronzinas, fazer uma inspeção dimensionei cuidadosa dos colos do virabrequim;
3.3 Fadiga Generalizada
As fraturas por fadiga são iniciadas por cargas excessivas, propagando-se perpendicularmente à superfície da bronzina. Estas fraturas podem chegar a se unir provocando o destaque do material da bronzina.
ASPECTO
• A superfície da bronzina apresenta áreas irregulares de onde se destacou o material antifricção.
CAUSAS
• Esforço direto, excessivo e cíclico sobre a bronzina. (Picos de cargas).
CORREÇÃO
• Se a durabilidade da bronzina for menor que a prevista, verificar as condições de temperatura e carga em que trabalhou o motor eliminando os defeitos que houver; • Evitar sobrecargas operacionais do motor observando as recomendações do
fabricante.
3.4 Insuficiência de óleo
A insuficiência ou diluição do filme de óleo lubrificante entre a bronzina e o eixo, que ocasiona o desgaste da camada eletrodepositada, é normalmente provocado por:
• Folga vertical insuficiente; • Diluição de óleo lubrificante,
• Motor trabalhando em marcha lenta por longos períodos. Falta de óleo lubrificante, ocasionando desgaste excessivo pelo arrastamento do material antifricção é normalmente provocado por:
• Galerias de óleo parcialmente obstruídas;
• Montagem invertida das bronzinas centrais (parte inferior no angar da superior); • Mau funcionamento da bomba de óleo ou válvula de alívio
Quando a falha é devido a insuficiência ou diluindo do óleo lubrificante, sua superfície de trabalho normalmente torna-se brilhante. Para o caso de falta completa de lubrificação, apresenta desgaste excessivo pelo arrastamento de material pelo eixo no contato da superfície de deslizamento da bronzina com o colo do virabrequim.
CORREÇÃO
• Verificar as dimensões dos colos para a escolha carreta das novas bronzinas; • Ratificar os colos do virabrequim, caso seja necessário;
• Verificar o bom funcionamento da bomba de óleo e da válvula de alívio;
• Observar se os furos de óleo das bronzinas estão alinhados com os existentes no bloco do motor e nas bielas;
• Evitar o funcionamento do motor na marcha lenta por períodos prolongados;
3.5 Erosão Por Cavitação .
A erosão por cavitação é um tipo de dano causado pela explosão instantânea de bolhas de vapor de óleo a baixa pressão na superfície da liga antifricão da bronzina. As cargas em uma bronzina do motor flutuam rapidamente, tanto em intensidade como em direção, durante o ciclo de trabalho do motor. Isso ocasiona mudanças rápidas na pressão hidrodinâmica do filme de óleo na bronzina.
A mudança de pressão é mais pronunciada a cada tempo do motor, durante o qual ocorre uma deformação relativamente grande entre a bronzina e o colo correspondente.
A erosão da bronzina pode também ser cansada pela alta velocidade do fluxo de óleo nos furos do virabrequim e pela variação do fluxo em descontinuidades da superfície da mesma, como rebaixos, canais e cantos vivos.
ASPECTOS
• Algumas regiões da superfície da bronzina ficam erodidas. Em algumas ocasiões a erosão pode atravessar todo o material da liga da bronzina e chegar até a capa de aço.
CORREÇÃO
• Usar óleo lubrificante com viscosidade recomendada para o motor; • Verificar a pressão do óleo;
• Evitar contaminação do óleo lubrificante; • Verificar a folga de montagem.
