Atuadores Rotativos e Lineares

Os atuadores hidráulicos convertem a energia de trabalho em energia mecânica. Eles constituem os pontos onde toda a atividade visível ocorre, e são uma das principais coisas a serem consideradas no projeto da máquina. Os atuadores hidráulicos podem ser divididos basicamente em dois tipos: lineares e rotativos.

Lineares (Cilindros)

 Cilindros hidráulicos transformam trabalho hidráulico em energia mecânica linear, a qual é aplicada a um objeto resistivo para realizar trabalho.

       Os cilindros hidráulicos obtém a energia de um fluido hidráulico pressurizado, que é tipicamente algum tipo de óleo. O cilindro hidráulico consiste basicamente em duas peças: um cilindro e um pistão móvel conectado a uma haste. O cilindro de contenção está fechado pelos dois extremos, em um está o fundo e no outro, a "cabeça" por onde se introduz o pistão, que tem uma perfuração por onde sai a haste. O pistão divide o interior do cilindro em duas câmaras: a câmara inferior e a câmara da haste. A pressão hidráulica atua no pistão para produzir o movimento linear.

A força máxima é função da superfície ativa do êmbolo e da pressão máxima admissível, de onde:

Esta força é constante desde o início até a finalização do percurso. A velocidade depende do caudal de fluido e da superfície do êmbolo. Segundo a construção, o cilindro pode realizar forças de tração e/ou compressão.

Rotativo (Motores)

Nos atuadores lineares, como você viu, o movimento do pistão é de movimento de translação. Muitas vezes, no entanto, o movimento a ser feito pela máquina acionada requer do atuador um movimento de rotação. 

Basicamente, esses atuadores podem ser de dois tipos: de cremalheira e de aleta rotativa. O primeiro tipo constitui-se da união de um cilindro pneumático com um sistema mecânico. Na haste do pistão de um atuador linear é usinada uma cremalheira. A cremalheira aciona uma engrenagem, fazendo girar o eixo acoplado a ela. No cilindro de aleta rotativa, apresentado na figura, uma pá ou aleta pode girar de um determinado ângulo ao redor do centro da câmara do cilindro. A aleta, impulsionada pelo fluido sob pressão, faz girar o eixo preso a ela num ângulo que raramente ultrapassa 300°.

BY.: Bruno Bonfim Lopes

Fluídos Hidráulicos

É o conhecimento de leis que regem o transporte, a conversão de energia, a regulação e o controle do fluido agindo sobre suas variáveis (pressão, vazão, temperatura, viscosidade, etc).

Também chamado de óleo hidráulico, são um grande grupo de fluidos usados como o meio de transmissão de energia em maquinário hidráulico, sendo qualquer equipamento ou dispositivos que possuam um sistema hidráulico de transmissão de energia e força. O único elemento mais importante no sistema hidráulico, é o fluido trabalhando. As características do fluido têm um efeito crucial sobre o desempenho e vida do equipamento. É importante usar um fluido limpo e de alta qualidade, a fim de que o sistema hidráulico opere com eficiência.

Os modernos fluidos hidráulicos são compostos complexos que são cuidadosamente preparados para atingir as exigências de suas tarefas. Além do que para ter um fluido base, os fluidos hidráulicos contém aditivos especiais para fornecer características desejadas:

Essencialmente, um fluido hidráulico tem quatro funções primárias:

1. Transmitir potência
2. Lubrificar partes móveis
3. Vedar folgas entre conjuntos
4. Dissipar calor

Para realizar de forma apropriada essas funções primárias e ser prático de um ponto de vista de segurança e custo, um fluido hidráulico deve ter as seguintes propriedades:

1. Boa capacidade de lubrificar
2. Viscosidade ideal
3. Estabilidade química e ambiental
4. Compatibilidade com os materiais do sistema
5. Extenso módulo de compressibilidade
6. Resistência ao fogo
7. Boa capacidade de transferir calor
8. Baixa densidade
9. Resistência à espuma
10. Não ser tóxico
11. Baixa volaticidade
12. Ser barato
13. Facilidade de utilização

Essa é uma lista desafiadora, pois em um único fluido hidráulico não é possível obter todas essas características desejáveis. O projetista deve escolher aquele fluido que esteja mais próximo do que seria ideal para sua aplicação particular.

Os fluidos hidráulicos também devem ser trocados com uma certa periodicidade, a freqüência não depende apenas do fluido mas também das condições de operação. Análises em laboratório é o melhor método para determinar quando um fluido deve ser trocado. Geralmente, um fluido deve ser trocado quando sua viscosidade e acidez aumentam devido ao envelhecimento ou contaminação do fluido. Preferivelmente, o fluido deveria ser trocado enquanto o sistema está em sua temperatura de operação. Dessa forma a maioria das impurezas estão em suspensão e serão drenadas.

Muitos fluidos hidráulicos forma descartados no passado devido a possibilidade que a contaminação existia - custava mais testar o fluido do que trocá-lo. Essa situação mudou como a necessidade de conservação dos fluidos hidráulicos desenvolveram-se. Hoje em dia, já dispomos de kits de teste de fluido hidráulico sendo um método rápido e fácil de testar a contaminação em fluido hidráulico. Até mesmo para pequenos sistemas hidráulicos podem ser testados. O kit de teste pode ser usado no local a ser determinado se a quantidade de fluido permite uso contínuo. Três qualidades chaves são avaliadas como indicadores: viscosidade, conteúdo de água e nível de contaminação por partículas estranhas.

É importante entender as características mais importantes em fluido hidráulico e seus efeitos sobre a operação dos sistemas hidráulicos.

BY.: Bruno Bonfim Lopes

Divisão do motor a Diesel

Divisão do motor a Diesel

É dividido basicamente em Cabeçote, bloco e Carter.

Cabeçote do motor

O cabeçote é a parte superior do motor. Normalmente os cabeçotes de motores resfriados a água são fabricados em ferro fundido, e em circunstâncias especiais que exige pouco peso, são fabricados em alumínio.

Atualmente, quase todos os motores apresentam as válvulas no cabeçote. No cabeçote dos motores de quatro tempos existe para cada cilindro, uma válvula de descarga, uma válvula de admissão, uma câmara de combustão, um coletor de admissão, um coletor de descarga.

Bloco do motor

O bloco de cilindros é a maior peça de um motor e tem a função de integrar todas as demais. Dentro do bloco há galerias e orifícios para a circulação do óleo lubrificante nos componentes móveis internos do motor. Há também câmaras internas para circulação da água de refrigeração. Os cilindros podem ser fixos no bloco ou removíveis, chamados de camisas. As camisas podem ser do tipo "molhada" ou "seca". O tipo "molhada" é aquele no qual a água do sistema de arrefecimento tem contato direto com a camisa. O do tipo "seca" é aquele que faz contato indireto através do bloco. As camisas, quando desgastadas, podem ser substituídas por outras novas. Dando assim sobrevida ao bloco do motor.

Cárter do motor

O cárter é a parte inferior do motor. Nos motores de quatro tempos é basicamente o reservatório de óleo lubrificante. A bomba de óleo lubrificante está localizada no cárter.

BY.: Bruno Bonfim Lopes

Temperatura ideal do Motor a Diesel

A faixa adequada de temperatura do líquido de arrefecimento do motor é de 75°C a 95°C. Porque se a temperatura do líquido for muito baixa, o motor não poderá desenvolver toda a sua potência. Neste caso haverá vazamentos de óleo para o cilindro, causando pressão excessiva durante a queima com a mistura normal de combustível, criando formação de carbono, óleo sujo e sopro no cárter. A temperatura do líquido muito alto, além de superaquecer o motor, acelera a deterioração do óleo lubrificante, vedadores e anéis “O”.

O motor de combustão interna ciclo Diesel, é uma máquina térmica que gera potência e consequentemente temperatura, que em índices alterados torna-se um empecilho para o motor, contribuindo para o desgaste e perda da vida útil das peças e conjuntos mecânicos. A temperatura ideal para o bom funcionamento do motor fica em torno dos 75ºC a 95ºC. A temperatura é um fator muito importante para que o motor forneça toda a sua potência, se fizermos uma análise, o combustível que explode no terceiro tempo do ciclo de funcionamento gera calor, expansão de gases e consequentemente a geração de movimento.É ai que precisamos observar que a cada ciclo do motor este processo acontece e o calor das explosões é transferido para todas as peças fixas e conjuntos móveis do motor. Os conjuntos móveis e as peças fixas são fabricados com certa tolerância dimensional, e quando o calor incide sobre estes materiais acaba trabalhando na estrutura atômica, os materiais se expandem, e as peças, quando ultrapassam as medidas toleráveis, acabam não funcionando como deveriam, por exemplo, o pistão com os anéis podem trancar dentro do cilindro ou ainda as capas de mancais do virabrequim trancam o eixo em função de muita dilatação do material. O cabeçote também sofre com a temperatura, se empenando e gerando perda de potência do motor, necessitando do processo de retífica destes componentes.
Os motores são equipados com sistemas como o de arrefecimento e lubrificação para controlar a temperatura e reduzir o efeito da temperatura sobre os componentes do motor. A temperatura elevada ainda causa a pré-ignição e detonação gerando falhas no funcionamento do motor. Ao contrário do que se pensa, temperaturas abaixo da ideal a do funcionamento do motor também geram falhas, o motor quando não alcança a temperatura térmica de funcionamento gera perda de potência e funcionamento irregular do motor, o consumo aumenta e o desgaste das peças também ocorre devido a folga entre os componentes causado pela redução dimensional nos componentes em função da baixa temperatura.Nos dois modos de trabalho, com temperatura levada aos dois extremos, o motor gera desgaste, consumo, problemas com a ignição e perda da vida útil de funcionamento, por isso, é necessário um excelente controle e manutenção preventiva do automóvel.

BY.: Bruno Bonfim Lopes

Mecânica - Bomba Injetora

Bomba Injetora é um sub-sistema de alimentação dos motores diesel. O sistema utilizado inicialmente em motores estacionários Rover é responsável pelo bombeamento de óleo em alta pressão, nos grupos geradores e nas grandes maquinas de navios, posteriormente nos veículos menores como caminhões e automóves.Consiste num sistema de bombeamento mecânico a pistões que funciona imerso e lubrificado no próprio óleo combustível.

O sistema é calculado para fornecer alta pressão de (Hoje chega-se a mais de 2000 Bar ) na agulha do bico (Firad)e assim vencer a contrapressão do oxigénio no interior do cilindro já comprimido. Essa operação que acontece no momento da compressão e exato instante que o êmbolo do pistão encontra-se 6º antes do ponto morto superior, uma quantidade predeterminada de combustível é pulverizado. Na realidade, as válvulas que retém o bico injetor fechado, é que cedem “sob pressão” e liberam a passagem do óleo, que entra atomizado na câmara e detona.

Os motores Série "B" usam BOMBAS INJETORAS DE COMBUSTÍVEL DO TIPO "DISTRIBUIDOR", ("bombas rotativas") fornecidas pela LUCAS/CAV. ou pela R. BOSCH. Em aplicação Komatsu a bomba injetora é em linha da Bosch, ressalto na árvore de comando. O fluxo de combustível se inicia quando a bomba de transferência suga combustível do tanque de combustível. A bomba de transferência fornece combustível a baixa pressão (20,7 a 48,3 KPa) (3 a 7 PSI) para o cabeçote do filtro de combustível, através do filtro, e finalmente para a bomba injetora.

Bombas injetoras em linha Tipo Bosch. São dois os tipos de bomba Bosch, o qual para a aplicação na escavadeira hidráulica Komatsu é aplicada a bomba para motores estacionários, o outro é para a aplicação veicular. Quanto ao outro tipo de Bomba Injetora é o CAV que é tipo rotativo, em que o fabricante tem como opção na aplicação.  A bomba injetora eleva a pressão do combustível para os valores necessários para serinjetado nas câmaras de combustão. Este combustível sob alta pressão é levado a cada injetor através de tubos individuais de alta pressão.

BY.: Bruno Bonfim Lopes

Turbina

Turbo compressor

Turbocompressores é um tipo de sistema de indução forçada. Eles comprimem o ar que entra no motor. A vantagem da compressão do ar é que isso permite ao motor receber mais ar dentro de um cilindro - e mais ar significa que mais combustível pode ser adicionado. Obtém-se, portanto, mais potência das explosões em cada cilindro. Um motor turbocomprimido produz mais potência do que o mesmo motor sem o dispositivo. Isso pode melhorar significativamente a relação peso/potência do motor.

Para conseguir essa compressão do ar, o turbo compressor utiliza o fluxo dos gases de escapamento do motor para girar uma turbina, que, por sua vez, gira um compressor. A turbina no turbo compressor gira a velocidades de até 150 mil rotações por minuto (RPM), aproximadamente 30 vezes mais rápido do que a maioria dos motores de automóveis, e, como está ligada ao escapamento, a temperatura dentro dela também é bem elevada.

Uma das maneiras mais garantidas de se obter mais potência de um motor é aumentar a quantidade de ar e de combustível que ele pode queimar. Uma forma de se fazer isso é adicionando cilindros ou tornando maiores os cilindros existentes. Porém, algumas vezes, essas alterações não são possíveis. Um turbo pode ser uma forma mais simples e compacta de adicionar potência, especialmente como acessório vendido em lojas ou oficinas de preparação de motores.

Turbocompressores permitem que um motor queime mais ar e combustível ao colocá-los em maior quantidade dentro dos cilindros existentes. A pressão de superalimentação típica fornecida por um Turbocompressor é de 6 a 8 libras por polegada quadrada (lb/pol2). Como a pressão atmosférica normal é de 14,7 lb/pol2 ao nível do mar, o turbo coloca 50% mais ar no motor. Com isso, espera-se um ganho de 50% na potência do motor, mas, por não haver eficiência na mesma proporção, é normal atingir um ganho de 30% a 40%.

Uma causa da ineficiência vem do fato de que a potência para girar a turbina não é livre. Ter uma turbina no fluxo de escapamento aumenta a restrição de saída dos gases queimados. Isso significa que, no curso de escapamento, o motor tem que empurrar uma contrapressão. Isso faz diminuir um pouco a potência. Um Turbocompressor ajuda em altitudes elevadas, onde o ar é menos denso. Motores normais têm perda de potência em altitudes elevadas, pois, para cada curso do pistão, o motor recebe uma massa de ar menor. Um motor turbocomprimido pode ter também redução de potência, mas a redução é menos problemática, já que o ar mais fino é mais fácil de ser bombeado pelo Turbocompressor. O Turbocompressor é parafusado ao coletor de escapamento do motor. O fluxo dos gases queimados que sai dos cilindros gira a turbina, que funciona como um motor de turbina a gás. A turbina é conectada por uma árvore ao compressor localizado entre o filtro de ar e o coletor de admissão. O compressor pressurizado o ar que vai para os cilindros.

Os gases de escapamento, ao deixar os cilindros, passam pelas palhetas da turbina, fazendo-a girar. Quanto mais gases passam pelas palhetas, mais rapidamente elas giram. Do outro lado da árvore à qual a turbina está conectada, o compressor bombeia ar para dentro dos cilindros. O compressor é um tipo de bomba centrífuga que suga o ar para dentro no centro de suas palhetas e lança-as para fora à medida que gira.

Para aguentar velocidades de até 150 mil RPM, a árvore da turbina tem que estar cuidadosamente sustentada. A maioria dos rolamentos explodiria a velocidades como essa, portanto, a maioria dos Turbocompressores utiliza um mancal fluido. Esse tipo de mancal mantém a árvore em uma fina camada de óleo que é constantemente bombeada em torno dela. Isso serve a dois propósitos: resfria a árvore e algumas das outras peças do Turbocompressor e permite que o eixo gire sem muito atrito.

BY.: Bruno Bonfim Lopes

Válvula Termostática

A função da válvula termostática é controlar a temperatura do motor. Ela possui um bulbo com cera que se expande ou contrai em função da temperatura do fluído que a envolve. Esse bulbo com cera controla mecanicamente a válvula que abre e fecha a passagem do fluído de arrefecimento do motor até a entrada da bomba de água ou do radiador.

Quando o fluído de arrefecimento atinge a temperatura de trabalho, as válvulas se abrem e parte do fluxo migra para o radiador. A válvula termostática exerce duas tarefas muito importante: Quando fechada acelera o processo de aquecimento do motor até a temperatura ideal de funcionamento, impedindo a circulação de água pelo radiador. Neste caso, a água circula entre a bomba, bloco e cabeçote.
Mantém a temperatura do motor em nível ideal para o bom funcionamento, através da regulagem da abertura e fechamento da passagem para o radiador. Nunca remova a válvula termostática do motor. Se tiver algum problema, verifique em uma oficina autorizada a causa.

Quando o motor atingir a temperatura normal de funcionamento, o sistema de arrefecimento estará sob uma pressão entre 1,0 e 1,5 bar, o que faz com que o ponto de ebulição da água mude de 100º C para 125ºC. Como consequência disto, o motor pode trabalhar com pontos internos de temperatura superiores a 100ºC, sem que exista o perigo da formação de vapor de água no sistema.

Com o aquecimento do motor, a válvula termostática abre gradativamente a passagem de água refrigerada do radiador, e fecha a passagem do circuito do motor.

Cada motor, dependendo de sua fabricação, do tipo de combustível que utiliza, trabalha com uma temperatura específica, por isso, usa uma válvula termostática específica.

A avaliação quanto ao funcionamento da válvula termostática deve ser feita através da comparação entre as distâncias nas temperaturas de início e final de abertura.

Sabendo-se que a água vai passar pelas galerias do motor, tubos, bomba d’água, radiador e reservatório, fazendo um ciclo, você já possui o entendimento básico do sistema de arrefecimento. No entanto, os engenheiros sempre colocam algo mais.

Enquanto o motor está frio, a válvula termostatica fica fechada, deixando a água circular apenas dentro do motor. Com isso, ele atinge certa temperatura e fica numa condição quase que perfeita de funcionamento. Deixar o motor quente logo no inicio ajuda na queima do combustível (principalmente álcool) e até na deformação que os pistões devem sofrer.

Quando o motor esquenta, normalmente a 70º C, a válvula se abre e o liquido começa a circular pelo sistema todo, passando pelo radiador, sofrendo troca de temperatura e voltando ao motor. A função do sistema de arrefecimento não é deixar o motor gelado, mas sim impedir que ele passe da temperatura aceitável, que é na maioria dos casos, 100º C. Com o sistema trabalhando assim, o motor não fica muito frio e nem muito aquecido.

A desculpa que alguns mecânicos e até leigos dão para remover a válvula, é que com ela o motor fica sobre aquecido, mas isso é uma grande mentira. Como eu já disse antes, a válvula se abre antes dos 100º C. O que pode acontecer, é que a válvula tenha algum defeito e fique travada. Quando isso acontece, basta trocá-la.

É sempre bom ficar de olho nos componentes do sistema de arrefecimento. O mais visível é o radiador, mas você verifica o restante? Mangueiras com rachaduras, abraçadeiras corroídas, cebolão em perfeito estado de funcionamento. Aliás, foi bom ter falado do cebolão.

O cebolão do radiador tem o papel de medir a temperatura do liquido/motor. Pelo fato de ser um componente metálico e ficar em contato permanente com a água, que por muitas vezes não é a desmineralizada, acaba acontecendo uma corrosão.

Com o acumulo de sujeira no sistema, ou mesmo a falta dos fluidos necessários, a leitura da temperatura pode ficar comprometida. Você só vai perceber que o motor aqueceu quando ver aquele vapor subindo.

BY.: Bruno Bonfim Lopes