Trabalho de cabeçote
No mês anterior, tratamos sobre comandos de válvulas “ENVENENADOS” e de que forma eles
podem ser usados para se conseguir melhores níveis de desempenho do motor. Neste artigo vamos dar continuidade ao assunto, abordando um item que está intimamente relacionado aos comandos, na tentativa de se conseguir um melhor resultado nos carros que são equipados com um comando esportivo. Para tanto, vamos continuar falando sobre como melhorar os índices de ar e combustível queimados pelos motor, só que de uma forma mais profissional e avançada. Nesta nossa busca por potência, vamos procurar melhorar o fluxo da mistura no interior do cabeçote. Como em qualquer tipo de preparação, aqui também você vai precisar de profissionais qualificados para que possam extrair o máximo de desempenho sem prejudicar a vida útil do motor. Para isso, o primeiro passo é retirar o cabeçote do motor e levá-lo para uma r etífica experiente no serviço, para que eles possam avaliar o estado geral do cabeçote, como por exemplo, a existência de eventuais trincas, sem o que a realização da preparação pode ser desastrosa. Para a realização desta avaliação, existem máquinas específicas como também programas de computador capazes de gerar a "receita" mais adequada a cada tipo de cabeçote, daí a necessidade de um profissional devidamente capacitado.
As alterações que serão serão feitas, objetivam na verdade aumentar aumentar o volume de ar na câmara de combustão, bem como otimizar a sua fluidez. Mas para melhorar esses índices existem caminhos que significam vários obstáculos, como filtro de ar, carburador, TBI (para veículos com injeção eletrônica), coletor de admissão, guias e sedes de válvulas, câmara de combustão, além de outros fatores. A esta altura você já deve ter percebido, que não adianta nada você só melhorar a capacidade volumétrica do cabeçote e negligenciar estes outros itens também tão importantes.
Como já explicamos na matéria anterior, para melhorar a capacidade do motor de admitir ar, é necessário entre outras coisas, mudar o filtro de ar, alterar a giclagem do carburador ou fazer um trabalho no corpo de borboleta e também no coletor de admissão. Todos esses itens influem na melhora ou piora do rendimento. Entretanto, tudo isso vai depender do investimento que você pretende fazer. Para se ter uma ideia de como isto funciona, em média um motor de 1800 cc só admite 80% de sua capacidade e com o trabalho feito no cabeçote ele passa a admitir 90% ou mais dependendo do tipo de cabeçote, do comando escolhido assim como da troca da carburação. Note que fazendo o serviço no cabeçote e trocando o comando de válvulas por um mais esportivo você não vai ter perdas em baixas rotações como aconteceria simplesmente se você apenas trocasse o comando deixando o cabeçote original. Com o trabalho feito no cabeçote à perda que você teria em baixa rotação é compensada com o aumento do fluxo. Outra dica importante é que se pode colocar válvulas maiores de admissão, porém devido à complexidade da determinação do seu tamanho exato, este aspecto deve ser estudado com muito critério e cuidado. Antes de tudo é necessário definir o uso do carro. Se for um carro para uso no dia-dia, aumentando o diâmetro das válvulas você vai ficar com um carro um pouco fraco em baixa é médias m édias rotações, assim como em retomadas de velocidade. Você só vai perceber o ganho em altas rotações e para isso será necessário esticar as marchas a todo instante, tornando o veículo um tanto cansativo de dirigir, além de aumentar bastante o consumo de combustível. Há vários tipos de serviço que podem ser feitos em um cabeçote para melhorar o desempenho. Os principais são:
Aumentar o volume da câmara câmara de combustão e equalizá-los equalizá-los Eliminar arestas vivas Fazer o assentamento perfeito dos condutos entre coletor e cabeçote e otimi zá-los Mudança no perfil das válvulas Mudança nas guias de válvulas Polimento das válvulas e coletor (dependendo do material do coletor) Retrabalho das câmaras para melhorar a entrada e a saída dos gases Alteração no diâmetro do Venturi antes antes da sede Minimizar a largura da área de contato das sedes das válvulas Se você ainda optar por carburadores múltiplos, coletor de escapamento dimensionado ou ainda a adoção de um kit turbo, sem dúvida os níveis de potência e desempenho vão aumentar muito, porém são assuntos que abordaremos em breve. Mas só com a troca de comando de válvulas por um de maior duração e fazendo o trabalho na carburação ou no corpo de borboleta e colocando um filtro de ar esportivo, o ganho já é bastante significativo. Você terá um motor mais cheio e com mais força quase em todas as faixas de rotação. Mas sempre vale lembrar que tudo isso é conseguido com um razoável investimento. E por último, não se esqueça de que estas dicas têm por finalidade produzir mais potência para disputas esportivas ou carros com condições mais confortáveis e seguras de dirigibilidade, como em ultrapassagens, por exemplo, e não para disputas de rua (rachas). Portanto pense bem antes de fazer qualquer alteração em seu carro, pois além de ser proibida por lei, a prática de disputas no trânsito, mata.
Aqui vão algumas dicas dicas pra quem quiser preparar cabeçotes, cabeçotes, tanto o seu como o de alguma cobaia (RS). Tem bons cálculos tbm 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 r eduzir 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 do duto até que ele, o gabarito entre deslizando, porém sem folga. Gabaritos podem ser confeccionados a partir de válvulas usadas, torneadas para a medida desejada. No caso do AP, por exemplo, uma válvula de descarga serve como base para um gabarito de admissão. Todos os dutos devem ser trabalhados para que fiquem i guais 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, admi ssão, já vai estar "malandreado" e os dutos de descarga serão feitos com facilidade. No caso dos cabeçotes AP tem-se certo sossego, pois há bastante sobre material, mas cada caso deve ser estudado com calma antes de tudo. Como exemplo, aponto que um duto com 33 mm de diâmetro interno tem uma área de 85,53 mm². Se aumentarmos apenas 1 mm 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. A questão do fluxo é afetada afetada por vários fatores, sendo que os mais notáveis são: - Área da seção transversal t ransversal 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 alt as pressões respectivamente, considerando o regime pleno ou próximo deste. A perda de carga aumenta aumenta em função do comprimento 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 mecânica dos fluidos existem 3 regimes básicos de escoamento escoamento ou fluxo, sendo laminar, turbulento e de transição. No regime laminar o fluido f luido 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 às 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 r egime 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, filt ros, 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 t rabalhar 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 bem em alumínio, mas tem um desempenho desempenho sofrível em materiais duros como o das sedes. Ademais, a facilidade com que as limas rotativas arrancam material pode ocasionar desbastes excessivos, excessivos, em especial quando
se tem pouca experiência em ajustagem mecânica Às pontas PG ou "pirulitos de lixas" são uma boa opção opção de desbaste e acabamento, acabamento, dependendo da granulometria disponível Acabamento => obtido através através de lixamento, aplicando aplicando uma sequência 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 d'água 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 ól eo 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 t rabalhos radicais ele é eliminado), já obteremos guias mais curtas, porém com comprimento suficiente para manter a vida útil praticamente inalterada. Recomenda-se ainda chanfrar (biselar) 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 f luxo, mas para que não haja quebra das guias decorrentes 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 à haste das pontas montadas) seja entalhada em uma das extremidades em uma profundidade de aproximadamente 8 mm. 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 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 d'água. 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 desempenho 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 injetores pode e deve ser espelhada, 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 f orma 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 Marc h 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 simultaneamente abertas) a mistura flui f lui 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 f luxo, 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 f luxo 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 m istura 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 dos pistões (VMP), dada em m/s, pode ser ser calculada através da 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, 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 convencionalmente (tudo a 45° com largura l argura 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. 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 r elação 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:
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 coma ndo em 7,7mm kv = 1,45 e adotando uma rotação de 6000 rpm. É Surpreendente! O ideal é trabalhar t rabalhar 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 req uer 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) Para tanto, vale saber quando é vantajoso aumentar o diâmetro dos pistões ou seu curso, pois nem sempre é possível para os demais elementos do motor em questão “acompanhar” o regime de rotação pretendido ou o aumento de dimensões necessário para manter o índice de March em tal RPM. O primeiro passo portanto é estimar o índice de March original do motor, a possibilidade Mais alguns dados em teoria de cabeçotes: Segundo Prof. Eng. Oswaldo Garcia em conjunto com o Engenheiro Franco Brunetti no
livro Motores de Combustão Interna usado no curso de graduação, diz-se: “O rendimento volumétrico é a relação entre a massa de ar realmente admitida no motor e a massa de ar que poderia ser admitida nas condições de entrada do motor. ” “O rendimento volumétrico representa a eficiência do enchimento do cilindro, em
relação àquilo que poderia ser admitido com a mesma densidade do ambiente circunstante”
Fazendo uma analogia para se entender este conceito imagine um motor 4 tempos ciclo Otto de 2.0L e 4 cilindros. Cada cilindro terá um volume de 0,5L entre o ponto morto inferior e o ponto morto superior, Se considerarmos um cilindro que esteja no final do processo de admissão, ou seja quando a válvula de admissão fecha e o pistão está um pouco acima do ponto morto inferior, inf erior, o pistão terá deslocado um volume um pouco inferior a 0,5L. Imagine este motor completamente submerso na água. No final do processo de admissão o pistão terá deslocado um volume um pouco inferior a 0,5 litro de água e preenchido completamente o cilindro. Isto ocorre por que a água é um fluido incompressível. incompressível. Como este volume de água tem uma massa igual tanto fora do motor como dentro do cilindro, a eficiência volumétrica que é representada pela razão entre as massas será: 1 ou percentualmente 100%. Na realidade sabemos que o motor funciona com uma mi stura de ar + combustível. O ar é uma mistura de gases, que por sua vez, são fluidos compressíveis compressíveis e tem um comportamento diferente dos fluidos incompressíveis, ou seja, a densidade deles varia muito com a pressão e a temperatura. Devido a estas diferenças, e as diferenças que são geradas pelas perdas de carga do sistema de admissão, alta temperatura da câmara de combustão, e dos gases remanescentes do ciclo de escapamento, a densidade de ar fora do motor é diferente da densidade de ar dentro do cilindro após o término do ciclo de admissão. Portanto para calcularmos a eficiência volumétrica do nosso motor, teríamos que medir a massa de ar que ocupa o volume dentro do cilindro após o encerramento do ciclo de admissão, e determinarmos a massa deste mesmo volume nas condições de temperatura e pressão local fora do m otor. “Um motor ordinário de baixo desempenho tem uma VE (eficiência volumétrica) em torno de 75% a velocidade máxima; em torno de 80% a torque tor que máximo. Um motor de alto desempenho tem uma VE em torno t orno de 80% a velocidade máxima; em torno t orno de 85% a torque máximo. Um motor de competição tem uma VE em torno de 90% a velocidade máxima; em torno de 95% a máximo torque. Um sistema de admissão e escape bem dimensionado com um trabalho eficiente no cabeçote, e um comando de válvulas dimensionado para obter toda vantagem dos outros equipamentos do motor, pode prover um enchimento completo do cilindro na qual a eficiência volumétrica de 100% ( ou um pouco maior ) é obtida na velocidade para qual o sistema foi dimensionado.”
Existem alguns métodos para se aumentar a eficiência volumétrica de um motor ciclo Otto naturalmente aspirado, entre eles: 1) A substituição do comando de válvulas. 2) Modificações no Sistema de Admissão e Escape. 3) “Intake Supercharge Effect”.
1) A simples substituição do comando de válvulas poderá aumentar a eficiência volumétrica, pelo menos em um determinado regime de rotação, porém, prejudicará em outro. Caso a escolha do comando de válvulas em conjunto com o cabeçote seja errônea, você poderá prejudicar a eficiência volumétrica em todo regime de giro do motor, causando uma perda de torque e potência desde a marcha lenta até a rotação de máxima potência. 2) Usando técnicas de modificações no sistema composto pelo carburador ou corpo de borboleta, cabeçote e coletores de admissão e escape, melhorando assim o fluxo através destes componentes. Neste caso tudo tem que ser t rabalhado como um sistema único, não adianta usar um cabeçote preparado com um coletor de admissão original, quase todo o trabalho será perdido. É importante observar que os dutos de escape no cabeçote e o conjunto dos tubos de escapamento tem uma grande influência sobre a admissão pois os cilindros do m otor somente poderão ser devidamente “enchidos” se forem anteriormente a fase de admissão devidamente “esvaziados”. “ esvaziados”. 3) “Intake Suprcharge Effect” ou Efeito de Sobrealimentação na Admissão. Trata-se de
um modelo matemático através do qual calculamos o comprimento dos coletores e dutos de escape e admissão, como também o momento exato da abertura da válvula de admissão para que as ondas de pressão que são criadas nestes caminhos devido ao “Abre e Fecha” das válvulas e a Inércia dos gases, trabalhem em sinergia, fazendo
com que os ciclos de admissão e escape sejam mais eficientes. Rendimentos volumétricos acima de 100% são atingidos com o uso deste m odelo. A contrapartida deste método é que você terá que fabricar os coletores de admissão e escape com o comprimento determinado nos cálculos, uma vez que os coletores originais provavelmente não terão as dimensões requeridas. Para existir fluxo de ar atravéz de um duto ou orifício qualquer, é necessário haver uma diferença de pressão entre eles. Quando um orifício é separado por duas pressões iguais, não há fluxo. P=P
Orifício ( PP
( Se este mesmo orifício estiver separado pelas pressões P1 e P sendo que a pressão P1 é maior que a pressão P, teremos fluxo no sentido da esquerda para a direita. P1>P
Orifício
( P1 -->-->---->---->---->-- P ( Se este mesmo orifício estiver separado pelas pressões P2 e P sendo que P2 é maior que P1 o fluxo através do orifício será maior do que o fluxo do exemplo anterior, mesmo que orifício não seja alterado. P2>P1
Orifício ( P2 > > > > > > > > > > > P ( É importante observar que o fluxo f luxo atravéz de um duto irá variar conforme a diferença de pressão que ele estiver exposto, isto quer dizer que, quanto maior a dif erença de pressão maior será o fluxo, mesmo que o cabeçote permaneça inalterado. O banco de fluxo nos permite fixar um diferencial de presssão que, por sua vez, irá gerar um fluxo atravéz de qualquer dispositivo que ali estiver convenientemente acoplado, exemplo: cabeçote, coletores de admissão e escape, intercooler, carburadores, filtros de ar, etc… . Então pode -se efetuar uma mudança neste dispositivo e expô-lo novamente ao mesmo diferencial de pressão previamente determinado, e assim verificar se o f luxo aumentou ou diminuiu. Portanto quando o fluxo de um cabeçote for medido é importante saber qual foi o diferencial de pressão usado. Um cabeçote medido com um diferencial de pressão de 20 polegadas de coluna de H 2O terá um fluxo maior do que o mesmo cabeçote medido com um diferencial de pressão de 10 polegadas de H 2O. O banco de Fluxo nos informa o fluxo em - cfm – eet per minute, ou pés cfm – cubic f eet cúbicos por minuto. Estamos mais acostumados com as unidades do sistema métrico, e fica mais fácil visualizar o fluxo se ele for f or expresso em - l/s - Litros por Segundo.
Existe uma relação muito importante entre estas duas unidades. 1 cfm é igual a 0,472 litros/segundo. 1 cfm 0,5 l/s
uma Portanto caso se deseje converter os cfm’s em li tros por segundo para se ter uma melhor idéia do fluxo, basta dividir os cfm’s pela metade. Ou seja, se tivermos um fluxo de 100 cfm’s, o fluxo f luxo equivalente em l/s é de aproximadamente 50 l/s. E qual seria o diferencial de pressão mais conveniente para se medir o fluxo de um cabeçote? No catálogo de cabeçotes da Edelbrock existe uma nota que diz: “ All Edelbrock heads are flowed f lowed at 28 inches of water, which more closely represents
what an engine will see ” “ Todos os cabeçotes Edelbrock são medidos com 28 polegadas de coluna de águ a, que representa o mais de perto aquilo que o motor verá ”
Smokey Yunick, um dos pioneiros a trabalhar com banco de f luxo no mundo, agora com mais de 35 anos de experiência, autor do livro “POWER SECRETS” descreve: “Quando nós começamos nossa pesquisa, p ercebemos que a maioria dos testes em outros lugares estavam sendo feitos com uma diferença de pressão de 10 – 12 polegadas de coluna de H 2O. Então no início nós medimos como todos t odos os outros, mas
depois de um tempo mudamos nossas mentes sobre isto. O balan ço de fluxo entre todos os cilindros é importante. Nós queriamos que cada duto de admissão tivesse a mesma eficiência operacional de modo que cada cilindro recebe-se a mesma quantidade e qualidade de mistura. Quando nós testávamos os dutos com 10 polegadas de H 2O nós percebemos que poderiamos fazer modificações drásticas entre dois dutos e o f luxo medido não alterava significativamente. Decidimos então realizar uma série de testes para determinar uma técnica que detectaria diferenças válidas entre dois dutos. Nós começamos os testes com 10pol. H2O e checamos a variação de fluxo f luxo entre os dutos que obviamente seriam diferentes. Então, aumentamos a diferença de pressão em 2 pol. H 2O e o mesmo teste era executado. Este procedimento foi repetido até uma diferença de pressão de 34pol. H2O. Quando a série de testes foi completada nós percebemos que a qualquer diferencial de pressão inferior a 26pol. H2O não havia uma variação dicernível no balanço dos dutos, mas a níveis acima de 28pol. H 2O as diferenças realmente começaram a aparecer. Em adição nós verificamos que conforme a diferença de pressão aumenta-se além de 28pol. H2O, a percentagem de mudança pelo aumento da diferença de pr essão era muito pequena. Então selecionamos 28pol. H 2O como pressão padrão para todos os nossos testes e desenvolvimentos.”
Infelizmente nem todos os bancos de fluxo tem a capacidade de gerar diferenciais de pressão iguais ou superiores a 28pol. H 2O. No caso do meu equipamento o Super Flow SF-110 Flow Bench a máxima diferença gerada é de 16pol. H 2O. Portanto eu conduzo muitos dos meus testes com 15pol. H 2O. Dimensionamento das Válvulas
Grandes válvulas não necessariamente significam grandes fluxos. Dutos com um alto volume (dutos abertos) podem indicar um alto f luxo, porém nem sempre são desejáveis, pois a velocidade e a turbulência dos gases podem diminuir a ponto de prejudicar o desempenho do motor por não permitir que o combustível se misture corretamente com o ar e tenha uma queima eficiente na câmara de combustão. Este efeito é menos pronunciado nos motores equipados com injeção eletrônica devido aos bicos injetores pulverizarem o combustível no ar. Existem vários modelos matemáticos e empíricos para se determinar as dimensões de uma válvula e o fluxo necessário no cabeçote para uma determinada potência desejada. Mas, uma vez que nós não iremos criar um motor novo, e sim trabalhar com cabeçotes já existentes, estes modelos algumas vezes não podem ser usados devido a restrições como configuração da câmara de combustão, diâmetro dos cilindros, desenho dos dutos, etc. O modelo matemático mais simples usado para ilustrar o cálculo do diâmetro da válvula é baseado na velocidade dos gases atravéz da área de secção transversal
mínima do duto no cabeçote. Considera-se que a área da secção mínima transversal será o orificio localizado ½ polegada antes da válvula e terá um diâmetro igual a 85% do diâmetro da válvula. Empiricamente sabe-se que para obter uma ótima eficiência efi ciência volumétrica de um cabeçote a velocidade máxima dos gases na área de secção transversal mínima do duto tem que estar em torno de 700 ft/s (pés por segundo) na rotação de máxima potência. Acima deste valor a eficiência volumétrica começa a cair, e velocidades muito inferiores a esta provocam uma atomização incorreta entre o combustível combustível e o ar causando perda de potência. No livro “How to Build and Modifiy CHEVROLET Small Block CYLINDER HEADS” da Motorbooks International Powerpro Series, escrito pelo preparador americano e estudioso no assunto DAVID VIZARD, ele sugere a seguinte fórmula para o cálculo da rotação limite do motor que irá causar a velocidade de 690 ft/s (pés por segundo) dos fluidos na área de secção transversal mínima do duto para rotação de máxima potência: “Power - Limiting Port Area” - Limiting
RPM Limite = A x 177.780 / S x D2 Onde: Constante = 177.780 RPM Limite = rotação de potência máxima do motor. A = Área de menor secção transversal transversal (pol. quadradas) S = Curso (pol.) D2 = Diâmetro do pistão ao quadrado (pol. quadradas) Se considerarmos a área de secção transversal mínima do duto como sendo a garganta localizada ½ polegada atrás da válvula com 85% de seu diâmetro, para uma válvula de 38 mm nossa área limite li mite seria de 1,27 pol.2 (polegadas quadradas). Portanto segundo este modelo matemático este motor terá o limite de potência máxima na seguinte rotação: RPM Limite = 1.27 x 177.780 / 3.39 x 10.17 RPM Limite = 6550 rpm
A partir dessa rotação a eficiência eficiência volumétrica do cabeçote começa começa a ser prejudicada . Neste caso não se deve adotar um comando de válvulas que gere potência máxima acima de 6.550 rpm. Caso uma válvula de 40,0mm seja instalada no cabeçote deste motor, qual seria a RPM Limite? Considerando a área de secção mínima transversal como sendo 85% do diâmetro da válvula teremos: RPM Limite = 1.41 x 177.780 / 3.39 x 10.17 RPM Limite = 7.255 rpm . Portanto este motor poderá ser beneficiado com um comando desenhado para potência máxima de 7.255 rpm.de aumentar o diâmetro dos pistões. Pistões maiores possibilitam além de maior deslocamento (cilindrada) o uso de válvulas maiores, que possibilitam levantes maiores e por aí vamos (iremos)...
