SISTEMA DE ARREFECIMENTO

Sistema de refrigeração nos motores de combustão interna

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Índice Objectivo......................... ..................................... ........................ ......................... ......................... ...................................... .......................... 2 1.

Funç Fu nção ão do do Sist Sistem emaa de ref refrig riger eraç ação ão no no moto motor. r...............................................3

1.11 1.

Sist Si stem emas as de ref refri rige gera raçã çãoo indi indire rect ctaa por por água água......................... ..................................... ....................3 ........3

1.2

Sist Si stem emaa de re refr frig iger eraaçã çãoo po porr ar ar ..............................................................4

1.3

Refrigeração po por ól óleo....................... .................................... ......................... ......................................5 ..........................5

2.

Cons Co nsti titu tuiç ição ão do Si Sist stem emaa......................... ..................................... ......................... .....................................6 ........................6

2.1

O radiador....................... .................................... ......................... ......................... ........................................6 ...........................6

2.2

O ventilador......................... ..................................... ........................ ......................... ..................................... ........................6 6

2.3

Bomba de Agua......................... ..................................... ......................... ......................... ........................ ....................7 ........7

2.4

Termóstato........................ .................................... ........................ ......................... ......................... ...........................7 ...............7

2.5

Vaso de expansão...............................................................................8

3.

Evol Ev oluç ução ão do liq liquid uidoo re refr frig iger eran ante te....................... .................................... ......................... ........................ ...............9 ...9

4.

Prin Pr inci cipa pais is pro probl blem emas as téc técni nico coss................................................................10

5.

Perg Pe rgun unta tass ma mass fr freq eque uent ntes es........................ ..................................... ......................... ........................ ...........................12 ...............12

6.

Conclusão........................ .................................... ......................... ......................... ........................ ......................... ........................12 ...........12

7.

Referencias......................... ..................................... ........................ ......................... ......................... .................................12 .....................12

8.

Índi Ín dice ce de Il Ilus ustr traaçõ ções es........................ ..................................... ......................... ........................ ..................................13 ......................13


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Objectivo O motor é uma máquina que transforma a energia gerada pela combustão em energia mecânica a queima do combustível nos cilindros liberta grande quantidade de calor o que conduziria à deformação e "gripagem" dos órgãos do motor. Um dos pontos mais mais deli delica cado doss dos dos mo moto tore ress actu actuai aiss é a manu manute tenç nção ão do func funcio iona name ment ntoo a um umaa temperatura ideal, pelo maior tempo possível, independentemente das exigências a que esteja sendo submetido. submetido. Este trabalho permite compreender a importância importância do sistema de refrigeração no bom funcionamento do motor, para tal será necessário conhecer o correc correcto to funci funciona onamen mento to do siste sistema ma caract caracteri eriza zando ndo os vário várioss equipa equipamen mentos tos que o constituem constituem e a sua evolução no decorrer do tempo.

1. Função Função do do Si Sistema stema de refriger refrigeração ação no motor motor.. Como já observado o sistema de refrigeração impede o sobreaquecimento do motor, mas o seu funcionamento no motor dependera do fluido e estes podem ser divididos: - Água; - Ar;


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- Óleo. 1.1

Sistemas de refrigeração indirecta por água

Nos Nos mo moto tore ress refr refrig iger erad ados os por por água água o bloc blocoo mo moto torr e a cabe cabeça ça do mo moto tor r apresentam cavidades, por onde circula a água, que estão ligadas a um radiador, por onde se perde a maior parte do calor; esta perda é acelerada pela corrente de ar promo promovi vida da pelo pelo venti ventilad lador or e pela pela bomba bomba de água água que aumen aumenta ta a veloci velocidad dadee de deslocamento desta (refrigeração ( refrigeração por circulação forçada); forçada ); o deslocamento da água provocado apenas pela diferença de temperatura não é suficiente. Enquanto o motor não atinge atinge sua temperat temperatura ura ideal ideal de funciona funcionament mento, o, o líqu líquido ido de arrefeci arrefeciment mentoo circula circula apenas apenas por um pequeno pequeno circuitou, circuitou, que percorre percorre somente somente as galerias galerias do motor. motor. Este circuito é controlado pela válvula termostática. termostática. Quando a temperatura temperatura é alcançada (85ºC a 95ºC), esta válvula abre-se e então o líquido de arrefecimento começa a circular pelo circuito completo. Neste circuito, passa pelo radiador. Ali, o ar exterior e a corrente de ar gerada pelo ventilador baixam a temperatura do líquido de arrefecimento.

Figura 1- Representação de um circuito de refrigeraçã o por água de um motor mot or de quatro Cilindros. 1- Tampão 2- Radiador 3- Ligação de borracha 4- Termóstato 5- Bomba de água 6- Circulação de água 7- Palhetas 8Ventilador 9- Torneira 10- Ligação de borracha Fonte: CNEEMA (1976)

Nestes sistemas as camisas húmidas dos cilindros têm um efeito insonorizante sendo a água utilizada para aquecimento da cabine.

1.2 Sistema de refrigeração refrigeração por ar Os sistemas de refrigeração por ar, em virtude da sua simplicidade, são utilizados Geralmente em motores monocilindricos, embora alguns construtores os utilizem em tractores de potências mais elevadas. A simplicidade destes sistemas resulta da maior segurança no funcionamento funcionamento dos motores e na diminuição diminuição dos cuidados de manutenção.


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Nestes sistemas sistemas a necessidade de ar é cerca de 30 % inferior à dos sistemas refrigerados a água pois a transmissão do calor para o ambiente é mais directa.

Figura 2- Sistema de refrigeração por ar 1-

Cabeça Cab eça do moto motorr 2- Cil Cilind indro ro 33- Vent Ventila ilador dor

Fonte: CEMAGREF (1991)

Este sistema consiste, fundamentalmente, em separar o bloco motor da cabeça motor mot or e munir munir estes estes element elementos os de várias várias palhet palhetas as de forma forma a aumen aumenta tarr a área área de contacto com o ar movimentado pela ventoinha; o ar é recolhido e canalizado para uma espécie de blindagem envolvente dos órgãos a refrigerar, nomeadamente a cabeça motor, bloco motor e colector de escape. A peça peça prin princi cipa pall dest destee sist sistem emaa é o vent ventil ilad ador or que que pode pode ser ser de palh palhet etas as,, produzindo uma corrente de ar paralela ao eixo de rotação (axial) ou centrífugo, centrífugo, em que o ar entra pelo centro e é projectado para a periferia. Em relação ao seu accionamento este pode ser obtido directamente da cambota ou utilizando uma transmissão com correias e polias. Comparando este sistema com o da água, embora exija menos cuidados de Manutenção, não permite uma boa regulação da temperatura de funcionamento do motor e são mais ruidosos; nos motores refrigerados a ar o óleo de lubrificação aquece mais pelo que a refrigeração destes motores deve ser complementada com o circuito de refrigeração de óleo. Relativamente aos principais cuidados de manutenção destes sistemas tem-se: - Palhetas dos cilindros: limpeza frequente com escova dura ou com gasolina utilizando Um pincel limpando bem em seguida com um pano seco e absorvente; - Ventilador: limpeza das pás e lubrificação dos rolamentos segundo instruções do Construtor, verificando-se verificando-se a tensão da (s) correia (s) de transmissão. transmissão. 1.1 Refriger Refrigeração ação por óleo óleo


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A refrigeração por óleo utiliza-se geralmente para complementar a refrigeração por ar poi poiss esta, esta, espec especia ialme lmente nte para para os mot motore oress mais mais pot poten entes tes,, não não é sufic suficie iente nte para para arrefecer o topo dos cilindros. Assim, embora o circuito de lubrificação já contribua significativamente significativamente para o arrefecimento do motor, este pode ser melhorado caso se faça circular o óleo em torno dos cilindros.

Figura 3- Representação de um motor refrigerado por ar e óleo. 1- Cabeça do motor 2- Ventilador 3- Radiador de óleo 4- Cavidades de refrigeração 5- Condutas de óleo 6- Filtro 7Bomba de óleo.

Fonte: CEMAGREF (1991)

Em qualquer das soluções utilizadas é importante verificar a temperatura do motor, com a maior frequência possível, durante o trabalho. Uma preciosa indicação sobre esta temperatura é fornecida pelo termómetro termómetro da água ou do óleo, conforme o tipo de refrigeração. Se a temperatura subir a valores perigosos (> que 100 oC) deve parar-se imediatamente o trabalho, mantendo, no entanto, o motor a trabalhar ao "ralenti" durante alguns segundos, de modo a evitar ainda maior sobreaquecimento por inércia térmica, devendo depois parar o motor para tentar descobrir a causa do aquecimento intempestivo constatado.

1. Cons Constit titui uiçã çãoo do Sis Siste tema ma 1.1 O radiad radiador or Relativamente ao radiador, que funciona assim como um permutador de calor onde a água quente é arrefecida pelo ar, apresenta um grande número de pequenos canais por onde aquela passa. Está posicionado geralmente à frente do motor, de forma a receber o fluxo de ar causado pelo movimento do ventilador. O radiador possui ductos intern int ernos os para para a circu circula lação ção do lí líqui quido do de arref arrefeci ecime mento nto,, provid providos os de alhet alhetas as que


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direccionam o fluxo de ar e auxiliam a dissipar o calor, diminuindo a temperatura do líquido. Existem vários tipos de radiadores, mas a constituição é sempre de ductos e alhet alhetas. as. No passa passado, do, o conce conceit itoo era que quant quantoo maior maior fosse fosse o radia radiador dor,, melhor melhor funciona funcionaria. ria. Os veículos veículos tinham grandes radiadores radiadores feitos de cobre e latão, latão, mas que demoravam a aquecer-se. Os radiadores actuais são mais estreitos, possuem poucas fileiras horizontais de dutos, confeccionados com materiais mais finos, permitindo que o líquido permaneça mais tempo dentro deles, fazendo a troca de calor com mais eficiência. Com dutos horizontais, os radiadores são também mais baixos e mais largos, permitindo uma configuração de veículos com perfil de carroçaria mais aerodinâmica.

Figura 4- Esquema de um radiador. A- Vista g eral de um radiador B- Corte transversal de um radiador 1-

Tubo de de de desca carg rgaa

Fonte: Estevez (1976)

Como Como se pode pode obse observ rvar ar na figu figura ra 2 o radi radiad ador or para para além além do tamp tampão ão de enchimento, tem uma torneira colocada no fundo do depósito inferior, para vazamento do líquido, e um tubo de descarga para que a água em excesso saia e se mantenha a comunicação com a atmosfera; nos circuitos selados este tubo está ligado ao vaso de expansão. O tampão de enchimento apresenta uma válvula que impede a comunicação do interior do radiador com o tubo de descarga, fazendo com que exista uma certa pressão no interior do radiador r adiador o que permite uma elevação elevação da temperatura temperatura de ebulição, ebulição, diminuindo as perdas das soluções anticongelantes. 1.1 O ventilador

O ventilador, cuja função é forçar a passagem de ar pelo radiador, encontra-se Geralmente montado na extremidade anterior do mesmo veio da bomba de água, que tem também um tambor de gornes (polia trapezoidal) que é accionado por uma outra corre correia ia mo mont ntad adaa na extr extrem emid idad adee ante anteri rior or da camb cambot ota, a, atra atravé véss de um umaa corre correia ia trape trapezoi zoidal dal,, que accion accionaa també também m o alte alterna rnador dor.. Nos automó automóvei veiss mais mais recen recentes tes o accionamento da ventoinha é feita electricamente a partir de determinada temperatura no circuito de refrigeração. Normalmente veículos equipados com ventilador eléctrico ou com embraiagem eléctrica para accionamento do ventilador utiliza-se um interruptor térmi térmico co do venti ventila lador dor sua funçã funçãoo é reagi reagirr confor conforme me a tempe temperat ratura ura do lí líqui quido do de arrefe arrefeci cimen mento to do radia radiador dor.. Ao atin atingir gir a tempe temperat ratura ura máxim máximaa especi especifi fica cada, da, este este inte interru rrupt ptor or fech fechaa um circ circui uito to eléc eléctr tric ico, o, acci accion onan ando do o vent ventil ilad ador or para para baix baixar ar a temperatura. temperatura. Ao atingir esta outra temperatura mínima especificada, especificada, o interruptor abre o circuito, desligando o ventilador. Dessa forma o sistema pode manter a temperatura


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dentro de uma faixa pré-determinada. Assim como as válvulas termostáticas, cada motor possui um interruptor térmico específico. Um interruptor térmico actuando fora da faixa operacional especificada (devido à incrustação incrustação de sujeira ou elementos fixados ao bolbo de contacto), fará o motor funcionar fora de sua temperatura ideal. 1.2 Bomba de Agua

Em relação às bombas de água, que são geralmente do tipo centrífugo, são Constituídas por um tambor com palhetas, que roda dentro de um corpo (cárter), entrando a água pelo centro sendo projectada, pela força centrífuga, para a periferia por onde sai para a conduta que a leva ao motor.

Figura 5- Representação da bomba de água. 1- Rolamentos 2- Corpo da bomba 3- Turbina 4- Mola 5- Eixo 6- Saída da água 7- Manga de Apoio 8- Ventilador 9- Polia. Fonte: CNEEMA (1976)

1.3 Termóstato

Para além dos elementos mencionados existe uma válvula accionada por um Termóstato que a mantém fechada, quando a temperatura da água é inferior a ± 85o, abrindo-a para temperaturas superiores; quando a válvula se encontra aberta a água passa para o radiador. O termóstato, que está colocado na conduta que liga a cabeça do motor à parte superior do radiador, permite assim que o motor atinja mais rapidamente a temper temperat atura ura de funci funciona onamen mento to,, mante mantendo ndo-a -a depois depois consta constante nte.. A indic indicaçã açãoo da temperatura de funcionamento é dada por um indicador de temperatura colocado no painel de instrumentos. Enquanto o motor está frio, o líquido circula somente em suas galerias internas, para aquecer-se rapidamente. Ao atingir a temperatura especificada, a válvula abre-se através da acção da cera expansiva (aumenta seu volume em função da temperatura) permitindo que o líquido passe para o radiador, abaixando a temperatura e mantendo a pressão no sistema. Quando o motor esfria, a válvula fecha-se novamente. Em especial os equipados com injecção electrónica, pois o motor não alcançará a temperatura ideal especificada. especificada. O módulo de controlo electrónico electrónico enriquecerá a mistura de ar e combustível, causando falhas, consumo excessivo de combustível e maior emissão de poluentes.


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Figura 6- Representação de um termóstato fole 1- Válvula 2- Conduta 3- Corpo do termóstato 4- Colar 5- Fole Fonte: CNEEMA (1976)

Relativamente aos principais tipos de termóstatos existem os de fole e os de cera; o primeiro consiste de uma caixa metálica, fechada, de paredes muito delgadas, em forma de fole, que contem um líquido muito volátil, que se encontra no estado líquido a baixa temperatura mas, quando a temperatura da água sobe, expande-se; na primeira situação o líquido não exerce nenhuma pressão nas paredes mas quando a temperatura sobe exerce-se uma pressão suficiente para alargar o fole. Os termóstatos de cera são pouco utilizados. 1.4 Vaso de expansão

Do que que foi foi expo expost stoo cons consta tata ta-se -se que que o sist sistem emaa de refr refrig iger eraç ação ão está está em comunicação com a atmosfera, para se evitar sobrepressões resultantes do aquecimento do lí líqui quido do refrig refrigera erante nte,, que conduz conduziri iriam am a perdas perdas,, espec especia ialme lmente nte dos produt produtos os anticongelantes, pelo que se aconselha verificar regularmente a quantidade de água e renová-la com certa frequência para repor a concentração concentração daqueles produtos. Para evitar este problema, a aplicação de vasos de expansão ( refrigeração por circulação forçada com circuito selado) selado) tem-se tem-se tornado tornado uma prática prática corrente, corrente, pois permite permite visualiz visualizar ar o nível do líquido refrigerador e não permite perdas por evaporação; este nível, em virtude da água se encontrar sob pressão, o que torna seguro o funcionamento funcionamento do motor a ± 100 oC, varia em função da dilatação e contracção da água, não devendo, no entanto, ser inferior à marca do nível mínimo quando o motor está frio, nem superior à marca do nível máximo, quando o motor está quente. Os vasos de expansão têm uma válvula que funciona como segurança no caso de uma sobrepressão no sistema e de re-aspiração do ar para compensar a contracção da água quando da sua refrigeração. ATENÇÃO: Esta tampa deve ser testada periodicamente.


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Figura 7- Esquema de um sistema de refrigeração por água com o circuito selado. 1- Válvula de sobrepressão 2- Tampão 3- Válvula de ré -aspiração 4- Vaso de expansão 5- Termóstato 6- Circulação de água em volta dos cilindros 7- Radiador 8Ventilador 9- Bomba de água. Fonte: CEMAGREF (1991)

2. Evoluç Evolução ão do do liquid liquidoo refri refriger gerant antee A água foi por muito tempo utilizada como fluido refrigerante, no entanto devidas as suas propriedades químicas foi necessário fazer algumas alterações muito pelo facto de ter um pH elevado. Se o pH for ácido (menor que 7) a solução terá mais facilidade para conduzir materiais ferrosos, e se for alcalina (maior que 7), para conduzir materiais não ferrosos. Nas duas situações, há um aumento da capacidade de conduzir elementos metálicos, que aumentam a capacidade de condução de electricidade e ficam depositados nas galerias internas, diminuindo a capacidade de fluxo e prejudicando o arrefecimento do motor. Esses elementos metálicos da bomba de água, cabeçote etc, apresentam uma corrosão chamada corrosão galvânica, causada pela electrólise, devido a esses problemas o fluido refrigerante sofreu uma evolução, a utilização de uma solução alcalina (pH maior 7), para facilitar a decomposição de alguns componentes de alumínio que contenham partículas de cobre em sua composição, retirando-as e depositando-as em outros componentes. Uma solução ácida (pH menor que 7) que facilita a decomposição de alguns componentes de ligas que contenham partículas de ferro, retirando-as e depositando-as em outros componentes.


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Com uma elevada temperatura de ebulição, cerca de 197ºC (sob pressão atmosférica) e uma mistura perfeita, à água além de possuir qualidades antioxidantes permite manter todo o sistema limpo, impedindo a formação de crostas que dificultam a circulação do líquido de arrefecimento. Por outro lado água, misturada ao etileno glicol em proporções ideais, ferve a 118 ou 119ºC, reduzindo a possibilidade de formação de vapor no interior das galerias do sistema, possibilitando que os componentes actuem de forma mais efectiva. Outra função do aditivo é sua actuação no ponto de congelamento da água (congela-se a 0ºC). Quando a água se congela seu volume aumenta, pressionando os elementos internos do motor. Com aditivo o congelamento da água ocorre a aproximadamente – 25ºC.A quantidade de aditivo misturado à água é determinada pelo fabricante do sistema de arrefecimento, arrefecimento, mas na maioria dos veículos a proporção é, em média, 60% de água e 40% de aditivo 3. Princi Principai paiss probl problema emass técni técnico coss Relativamente aos principais cuidados de manutenção dos sistemas de refrigeração Indirecta por água tem-se: - Radiador (vaso de expansão): verificação periódica do nível da água que no radiador Se deve situar 5 cm abaixo do orifício de enchimento e no vaso de expansão nas Marcas aí existentes; adição de um bom anticongelante durante o Inverno e um Produto anti-ferrugem no Verão; limpeza periódica externa dos alvéolos do radiador Com uma escova macia; - Não deixar o sistema sem líquido pois o contacto do ar com as paredes internas dos Motores aceleram a sua corrosão; - Bomba de água: lubrificação lubrificação moderada, sob pressão, com o tipo de massa Consiste Consistente nte recomendad recomendadoo pelo pelo construt construtor, or, a não ser que se trate trate de uma bomba bomba pré lubrificada lubrificada (solução mais usual nos tractores mais recentes); - Correia do ventilador (ventoinha): verificação verificação da tensão e eventual regulação segundo Instruções do construtor (alterando a posição do gerador, solução mais usual).


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Figura Figu ra 8- Regulação correcta da correia da ventoinha A- Posição correcta B- Flexão possível pela pressão exercida à mão

Fonte: CNEEMA (1976)

A presença do ventilador, embora fundamental em todos os tipos de refrigeração tem, devido à potência mecânica necessária ao seu funcionamento, 3 a 7 % da potência motor, mot or, sofrid sofridoo vária váriass altera alteraçõe ções, s, nomea nomeadam dament entee as que se relac relacion ionam am com o seu accionamento. Assim, a utilização de embraiagens nos ventiladores e o accionamento destes apenas quando se atinge determinada temperatura, temperatura, tem vindo a ser introduzidas nos sistemas de refrigeração dos tractores.


4.

Perguntas mas frequentes

5.

Conclusão

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O trabalho de pesquisa permite verificar que para os motores de combustão interna e imprescindível a existência de um sistema de refrigeração dada as fortes temperaturas a que o motor esta sujeito, embora se fala que este sistema depende do fluido refrigerante na pratica os veículos modernos utilizam um misto isto é tem um sistema sistema que funciona funciona com agua a circular circular pelas galerias galerias do motor motor mas no interior interior o liquido a circular nas camisas do motor é o óleo pelas propriedade que tem, a agua após aquecida é enviada para o radiador e arrefecida pelo ar. Tem – se em atenção que para um correcto funcionamento do sistema é importante que periodicamente se faça a manutenção. 6. Refe Referrencia nciass Briosa, F. (1984). Glossário ilustrado de mecanização mecanização agrícola. Sintra. Galucho. CEMAGREF CEMAGREF (1991). (1991). Les tracteur tracteurss agricole agricoles. s. Technol Technologie ogiess de l'agricu l'agricultur lture. e. Antony. CEMAGREF. CNEEMA- Livre du maitre. (1976). Tracteurs et machines agricoles. Antony. CNEEMA. Estévez, S. (1976). Tecnologia do automóvel. Lisboa. Plátano Editora.

Sistema de refrigeração nos motores de combustão interna 7.

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Índice de Ilustrações

Figura 1- Representação de um circuito de refrigeração por água de um motor de quatro Cilindros......................... .................................... ........................ ......................... ......................... ...................................... .................................3 .......3 Figura 2- Sistema de refrigeração por ar ..................................................................4 ..................................................................4 Figura 3- Representação de um motor refrigerado por ar e óleo. .....................................5 Figura 4- Esquema de um radiador. ........................ .................................... ......................... ....................................6 .......................6 Figura 5- Representação da bomba de água. .............................................................7 Figura 6- Representação de um termóstato fole ......................... ..................................... ................................8 ....................8 Figura 7- Esquema de um sistema de refrigeração por água com o circuito selado. .............9 Figura 8- Regulação correcta da correia da ventoinha ...............................................11

Figura 8- Regulação correcta da correia da ventoinha A- Posição correcta B- Flexão possível pela pressão exercida à mão

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