PREPARAÇÃO DE CABEÇOTE:
O primeiro Trabalho desta natureza deve ser feito com cautela. Você não deve dispor de uma bancada de fluxo, então, o controle dimensional é fundamental. Comece o trabalho com rebolos de óxido de alumínio (ponta montada) para alargar os dutos e suaviza as curvas dos dutos e reduzir o nariz das guias, que é aquele ressalto/ reforço ao redor das guias. Uma boa dica é abrir os dutos de admissão primeiro e usar um gabarito, alargando a sede e a parte posterior posterior do duto duto até que ele, ele, o gabarito gabarito entre deslizando, deslizando, porém porém sem folga. Gabaritos podem ser confeccionados a partir de válvulas usadas, torneadas para a medida desejada. No caso do AP, por exemplo, exemplo, uma uma válvula válvula de descarga descarga serve como como base para um gabarito gabarito de admissão. Todos os dutos devem ser trabalhados para que fiquem iguais em geometria e quanto menos irregularidades como ressaltos ou depressões, melhor. Um gabarito com a forma da junta pode ser usado para igualar a face de assento do coletor com seu correspondente duto no cabeçote. O ideal é polir os dutos com o coletor montado, aí é possível igualar tudo, coletor junta e dutos do cabeçote. Depois que você fizer os dutos de admissão, já vai estar malandreado e os dutos de descarga serão feitos com facilidade. No caso dos dos cabeçotes cabeçotes AP tem-se tem-se um certo certo sossego, pois pois há bastante bastante sobrematerial sobrematerial,, mas cada caso deve ser estudado com calma antes de mais nada. Como exemplo, aponto que um duto com 33mm de diâmetro interno tem uma área de 85,53 mm². Se aumentarmos apenas 1mm do diâmetro, a área passará a ser de 90,79 mm², ou seja, um aumento de 6,15% na área de passagem, retirando meio milímetro de material das paredes do duto. duto. A questão do fluxo é afetada por vários fatores, sendo que os mais notáveis são: - Área da seção transversal dos dutos ou área de passagem => Quanto maior a área, maior o fluxo; - Geometria dos dutos => Quanto mais uniforme a superfície interna dos dutos, com menos variações do relevo, com menor perfil de rugosidade, menos curvas e curvas menos acentuadas (maiores raios), menores as perdas de carga; - Comprimento dos dutos => Em um motor de aspiração natural há uma diferença de pressão nítida entre os dutos de admissão e descarga, sendo zonas de baixas e altas pressões respectivamente, considerando o regime pleno ou próximo deste. A perda de carga aumenta em função do comprimento de uma tubulação, logo, tende a ser menor em dutos mais curtos. Esta característica em combinação com as anteriores determina
o regime de escoamento ou fluxo; - Regime de escoamento => Aos olhos da mecânica dos fluidos existem 3 regimes básicos de escoamento ou fluxo, sendo laminar, turbulento e de transição. No regime laminar o fluido se comporta como se desloca-se em lâminas sobrepostas ou melhor dizendo tubos intrapostos (um tubo por dentro do outro), sedo que a velocidade é maior próximo ao centro do duto devido ao atrito molecular ser menor no interior da massa fluídica que junto as paredes do duto. No fluxo turbulento não há linhas de fluência definidas, sendo formados torvelinhos (vórtices) ao longo do duto que acarretam várias zonas de variação de pressão, sendo que para obtermos uma mesma vazão em um regime turbulento que em um laminar será necessário aplicar mais energia ao fluido, quão mais turbulento for o fluxo. O fluxo de transição como o próprio nome sugere é aquele que ocorre quando a combinação de todos os fatores promove um regime intermediário, onde as linhas de fluência não se encontram na direção do duto nem formam vórtices, sendo curiosamente mais danoso ao fluxo que o regime puramente turbulento. Em um sistema e que apresenta velocidade e pressões variáveis do fluxo, com a geometria existente em um motor, em que o número de acidentes (obstáculos) no interior dos dutos tais como filtros, emendas, juntas, curvas, borboletas, elementos aerodinâmicos (venturis, centradores, difusores...), válvulas, etc encontraremos apenas o regime turbulento, mesmo lançando mão de todos os recursos. A questão então não é se o regime é laminar, turbulento ou de transição, mas o quão turbulento ele é em uma dada velocidade e em certa faixa de rotação (momento máximo de torque/ momento de máxima potência). Para alargar os dutos do cabeçote deve-se trabalhar em duas etapas: - Desbaste => Feito com pontas montadas de óxido de alumínio, comumente chamado de pirulito ou rebolinho. Este tipo de abrasivo deve ser usado preferencialmente em altas rotações (em retíficas manuais tipo Dremmel), para um melhor desempenho e durabilidade. É possível utilizar as pontas montadas em furadeiras manuais, mais sua vida útil é drasticamente reduzida. As limas rotativas trabalham muito bem em alumínio, mas tem um desempenho sofrível em materiais duros como o das sedes. Ademais, a facilidade com que as limas rotativas arramcam material pode ocasionar desbastes excessivos, em especial quando se tem pouca esperiência em ajustagem mecânica As pontas PG ou pirulitos de lixas são uma boa opção de desbaste e acabamento, dependendo da granulometria disponível - Acabamento => obtido através de lixamento, aplicando uma seqüência de lixas para ferro de várias granulometrias. Tal processo é iniciado lixas grosseiras como 60 passando por etapas com
lixas 100, 150, 220, 320, indo para as chamadas lixas dágua 440, 520, 600, 800 e 800 com óleo de máquina. Para os dutos de admissão eu recomendo parar o lixamento na lixa 600 e se o carro for carburado recomendo ainda que os dutos de admissão sejam atacados com solupam ou similar e posteriormente lavado e neutralizado com óleo lubrificante de motor diesel, que possui um pH mais alto. Durante o processo de preparo, as guias de válvulas deverão ser esmerilhadas até que fiquem faceadas com a parede dos dutos. Para motores com propostas mais radicais, não haverá necessidade de substituir as guias após o desbaste, mas guias cortadas apresentam desgaste prematuro se comparadas as originais. Para motores que rodam no dia a dia é preferível respeitar a altura da extremidade da guia ao ressalto no interior do duto (comumente chamado de nariz) ou reduzi-lo pouco. Como o nariz das guias será reduzido com o trabalho nos dutos (nos trabalhos radicais ele é eliminado), já obteremos guias mais curtas, porém com comprimento suficiente para manter a vida útil praticamente inalterada. Recomenda-se ainda chanfrar (bizelar) ou ogivar a extremidade da guia para reduzir turbulências no fluxo e promover um pequeno ganho na área de passagem. Vale ressaltar que para os trabalhos mais radicais é recomendável o corte das guias rente ao duto não apenas para ganho de fluxo, mas para que não haja quebra das guias decorrente da combinação do canto vivo gerado com a remoção do nariz, com as cargas mecânicas geradas em altas rotações e por comando de válvulas de grande levante. O lixamento pode ser feito com a retífica manual, bastando para isso que uma haste de aço de 1/4 (semelhante a haste das pontas montadas) seja entalhada em uma das extremidades em uma profundidade de aproximadamente 8mm. Para fazer tal entalhe pode-se utilizar um arco de serra e fazer um corte longitudinal (de comprido, para quem como eu é da roça... Rsrsrs) em uma das pontas. Neste rasgo se introduz um pedaço de lixa dobrado ao meio (para que haja abrasivo para os dois lados) que tenha o comprimento 1,5 vezes o diâmetro do duto a ser lixado. Com a rotação, a força centrífuga empurra as extremidades da lixa contra as paredes do duto, proporcionando um lixamento rápido e uniforme, garantido um excelente acabamento final, com menos sacrifício. Quando usamos gasolina como combustível, podemos em alguns casos até mesmo espelhar as paredes dos dutos de admissão, já o álcool requer mais cuidado. O grande problema com o álcool é o alto ponto de fulgor se comparado com a gasolina. Algumas frações da gasolina são emanadas a - 64°c (isso mesmo, a 64° NEGATIVOS a gasolina já desprende vapores!), enquanto o álcool fica na casa dos 14°c. É obvio que você já respirou próximo a uma superfície de vidro ou cromada e percebeu que as mesmas propiciam a condensação do vapor dágua. Estes fenômenos ocorrem com qualquer vapor, mesmo com o vapor de álcool. Com as temperaturas encontradas nos dutos de admissão, que são superiores a 70°c, a condensação é bem difícil de ocorrer, mas, até que o motor aqueça... Quanto mais rica a mistura, maiores as chances de ocorrer condensação, e todos sabemos que veículos voltados para performance pedem misturas entre o ideal e rico... Não bastasse a vocação do álcool para a condensação, ele tem ainda uma razão estequiométrica 40% maior em volume que a gasolina. Junte a isso um acerto com mistura
mais rica e terá um motor falhando, consumindo mais e andando menos do que poderia. É por estes motivos que é preferível um acabamento uniforme, sem arranhões aparentes, que propicia um bom rendimento volumétrico mesmo sendo a superfície opaca. A parte dos dutos que antecede os bicos injetores pode e deve ser espelhada, mas o trecho posterior deve ser liso e isento de arranhões, porém fosco para que a condensação seja minimizada. Um cabeçote com dutos de admissão espelhados em todo seu comprimento trará um ganho volumétrico muito pequeno (muito pequeno mesmo!) se comparado a um semelhante, porém, como descrito acima. Tal ganho insignificante só seria possível se a temperatura do motor estivesse bem alta, acima da média. O prejuízo não se dá apenas pelo combustível escorrer para dentro do cilindro em forma de gotas, deixando de ser misturando ao ar, mas devido à perda de carga que tais gotas provocam enquanto são arrastadas ao longo dos dutos, reduzindo o próprio volume admitido. Se o objetivo é um motor sempre pronto a responder e não apenas para gerar um pico de potência no gráfico de um dinamômetro de rolos sob condições especiais (motor beem quente!), faça o trabalho de forma a obter um acabamento uniforme, deixando a parte dos dutos que antecede os bicos injetores espelhada, mas mantendo trecho posterior fosco e isento de arranhões, para que a condensação seja minimizada. Em qualquer fase do trabalho de preparo de um cabeçote o bom senso deve ser regra. Há cabeçotes que são verdadeiras obras de arte já de fábrica, levando em conta o comando de válvulas selecionado e, portanto, o índice de March alcançado, (falaremos mais adiante sobre tal índice de March), chegando até mesmo a não valer a pena mexer no cabeçote isoladamente sob pena de até prejudicar o desempenho. Quanto ao desenho das câmaras de combustão, este é um fator importante, pois durante o cruzamento das válvulas (tempo em que as válvulas de admissão e descarga encontram-se simultaneamente abertas) a mistura flui levada pela sua própria inércia e portanto a câmara faz o papel de duto neste instante. Quão maior o cruzamento de um comando (lob center baixo), maior o tempo em que a câmara trabalha como duto e mais importante é sua geometria para o escoamento da massa gasosa. Qualquer obstáculo na câmara ao fluxo da mistura no sentido válvula admissão => válvula de escape pode gerar turbulência, reduzir a velocidade do fluxo, comprometer a lavagem do cilindro e portanto reduzir o rendimento volumétrico. Os melhortes formatos de câmaras de combustão são os hemisféricos simétricos e assimétricos, sendo que os simétricos propciam rotações mais elevadas e os assimétricos uma maior elasticidade. Um exemplo de câmara assimétrica é a dos motores VW AP. - Índice de Mach. Trata da eficiência volumétrica do motor como um todo, sendo influenciado pelo coeficiente de fluxo da válvula de admissão, diâmetro do cilindro, diâmetro da válvula de admissão, velocidade dos pistões,temperatura de entrada e velocidade da mistura ar/combustível.... u/a= z = (b/D)ao quadrado * (s/a*Ci) Ci => coeficiente de fluxo da válvula de admissão
b => diâmetro do cilindro D => diametro da válvula de admissão s => velocidade do pistão a => velocidade do som na temperatura de entrada z => índice de Mach Falhas no projeto dos dutos dos cabeçotes são conhecidos e variam de um projeto para outro. Isto é facilmente identificável e até mesmo corrigido em qualquer motor. Tais imperfeições dos dutos não são o maior obstáculo rendimento volumétrico dos motores, mas o Índice de Mach efetivo O Índice de Mach é um número adimensional que compara a velocidade da mistura ar combustível nos dutos de admissão com a velocidade do som nas mesmas condições. Quando a velocidade da mistura excede 0,65 X a velocidade do som, os efeitos de compressibilidade tornam-se cada vez mais prejudiciais ao escoamento neste duto. É possível evitar perdas (por variações de pressão, turbulência, entropia...) mantendo o índice de Mach com valor até 0,5 para a rotação de potência máxima pretendida. Existe uma correlação entre o índice de Mach e o rendimento volumétrico do sistema de admissão. Tal co-relação denota que quando o índice de Mach ultrapassa o valor de 0,5 o rendimento cai progressivamente, não adiantando trabalhos no cabeçote e/ou válvulas. O mais importante é estabelecer uma perfeita relação entre diâmetro das válvulas, seu lift e entre diâmetro das válvulas (Dv), diâmetro dos pistões (Dp) e velocidade média de deslocamento dos pistões. A velocidade Média dos pistões (VMP), dada em m/s, pode ser calculada através da seguinte fórmula: VMP= (RPM x curso do virabrequim) / 30000 Deve-se conhecer também o coeficiente de escoamento das válvulas de admissão (Ci), mas este é um item difícil de se levantar sem uma Bancada de Fluxo, façamos uma estimativa pela seguinte fórmula: Ci = Kv * (Lv / Dv) onde Lv é o lift na válvula e Dv é o diâmetro da válvula., e Kv é um coeficiente que depende do tipo de assentamento da válvula. Para válvulas assentadas convencionalmente (tudo a 45° com largura do contato = ou > 1,5mm), adotemos Kv = 1,45. Já com válvulas em 44° e sede 45° Kv = 1,50, Para casos em que além do assentamento se faz um retrabalho com múltiplos ângulos em válvulas e sedes, obtém-se Kv de até 1,55. Obs: Informação sobre estimativa dos Valores para Kv extraida do site Fusca4Ever, sendo bastante compatível com dados encontrados em bancada de fluxo.
Sabendo que a velocidade do som pela atmosfera (c) é 340m/s, em condições normais de temperatura e pressão, obtemos à equação que do índice de Mach (Z): Z= ((Dp/Dv)^2) x (VMP/(Ci x c)) Vale ressaltar ainda que a relação Lv/Dv deve se manter entre 0,25 e 0,35 preferencialmente. Abaixo disso temos muita turbulência pela pequena área útil de abertura da válvula e acima disto queda muito grande da velocidade de escoamento na garganta da válvula, diminuindo as reações do motor. Por exemplo, vejamos um motor VW 1300 a ar: (Exemplo extraido pronto do site fusca4Ever) Ci = 1,45 x (7,7/33) => Ci = 0,338 VMP = (4400 x 69) / 30000 => VMP = 10,12 m/s E Finalmente: Z= ((77 / 33)^2) x (10,12 / (0,338 x 340)) Z = 0,479, que é um bom valor. Neste motor a conclusão é a seguinte: Devemos aumentar um pouco o lift para estas válvulas, para que a relação Lv/Dv fique próxima de 0,3. Assim com as válvulas indicadas, o ideal é fazer uma usinagem de 44 graus nas válvulas alterando o Kv para 1,50 e utilizar comandos que o lift na válvula seja de: Lv (mínimo) = 0,25 x 33 => Lv (mínimo) = 8,25mm Lv (máximo) = 0,35 x 33 => Lv (máximo) = 10,9mm Desta forma devemos escolher um comando com lift neste intervalo. Porém além do lift maior, um diagrama mais esportivo gera ainda ganhos de rotação, por exemplo: Lv = 10,6mm e RPM = 6000 rpm Neste caso para calcular o novo índice de Mach: VMP = (6000 x 69) / 30000 = 13,8 m/s Lv/Dv= 10,6 / 33 Lv/Dv = 0,321 Ci = 1,50 x Lv/Dv => Ci = 1,50 x (10,6/33) = 0,482 Z= ((77/33)^2) x (13,8 / (0,482 x 340)) Z= 0,458 ainda melhor e com a rotação subindo a 6000 rpm. Proponho que o cálculo seja refeito, porém com mantendo o lift do comando em 7,7mm kv = 1,45 e adotando uma rotação de 6000 rpm.
É Surpreendente! O ideal é trabalhar com as grandezas de modo a restringir o Índice de Mach abaixo de 0,5. Estas equações nos permitem visualizar qual seria o comando adequado às válvulas que utilizamos e considerando-se rotação e diâmetro do pistão. Sem dúvida um cabeçote bem trabalhado traz bastante ganho, mas a melhora obtida com o Índice de Mach adequado é muito mais expressiva. Por estas e por outras que preparar um motor aspirado requer redimensionamento de vários componentes em conjunto para que: - A VMP seja a mais baixa possível, sem comprometer o regime de operação (RPM); - O rendimento volumétrico seja maximizado dentro de uma faixa de giro exeqüível; - O motor resista ao novo regime de operação (Relação R/L adequada e Balanceamento perfeito) _II KIKO II_
Mensagens: 5979 Registro: 13/08/2006 Localização: Cornélio Procópio - Pr •
