Relatórios da máquinas térmicas, Trabalhos de Mecânica

Baixe Relatórios da máquinas térmicas e outras Trabalhos em PDF para Mecânica, somente na Docsity! CAMPUS ALEGRETE CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA AL0199 – LABORATÓRIO DE MÁQUINAS TÉRMICAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DE COMANDOS DE VÁLVULAS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA (MCI) Luiz Felipe de Oliveira – 141150476 Alegrete, Outubro de 2018 Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 2 1. INTRODUÇÃO O presente trabalho tem como motivação conhecer quais são os principais parâmetros de um comando de válvulas. O objetivo é apresentar as características de um comando de válvulas, juntamente, com as características geométricas dos comandos de válvulas de motores de combustão interna (MCI), sendo feita uma breve apresentação no decorrer do trabalho. A justificativa se dá pelo grau de importância em que diferentes parâmetros podem alterar a eficiência de um motor de combustão interna. 2. EMBASAMENTO TEÓRICO Os motores de combustão interna (MCI) de ciclo Otto possuem uma série de processos e componentes os quais são essenciais para fazerem com que o motor tenha o melhor rendimento possível. Um desses componentes o qual deve ser analisado e conhecido é o comando de válvulas e, juntamente, os seus processos. Segundo Rocha (2009), o comando de válvulas tem como função fazer a admissão da mistura ar/combustível na câmara de combustão do motor e a retirada dos gases queimados provenientes da combustão através da abertura e fechamento das válvulas conhecidas como válvulas de admissão e escape, que na maioria das vezes se encontram no cabeçote do motor. O funcionamento deste componente se dá através de uma correia dentada e de polias que fazem a sincronização mecânica do mesmo com o virabrequim. Ressalta-se que, nos motores de ciclo Otto, os comandos giram uma vez (360°) a cada duas rotações (720°) do virabrequim. O comando é basicamente composto por um eixo árvore, que em sua extensão possui ressaltos conhecidos como cames ou lobes. Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 5 A Fig. 4 apresenta uma comparação do formato de cada tipo dos comandos de válvulas citados anteriormente. Fig. 4 - Comparativo entre comando de válvula OHV, OHC, DOHC e SOHC Fonte: http://www.mannheim.cl/sitio/noticias/detalle/que-hay-de-nuevo-dohc acesso em: 28/09/2018 2.2. Cames Os cames são os ressaltos existentes no eixo árvore do comando de válvula e têm a função de fazer a abertura das válvulas ao passo que a árvore gira, enquanto as molas possuem o trabalho de fazer as válvulas retornarem a sua posição fechada. Eles possuem a capacidade de transformar o movimento rotativo em movimento retilíneo Segundo Rocha (2009), a construção do came possui grande importância no desempenho do motor, pois são eles que definem o tempo e o curso de abertura das válvulas a partir do seu ângulo de desenho e o seu formato, ressalta-se que os mesmos possuem um ângulo de defasagem entre um e outro. A estrutura do came é dividida conforme a Fig. 5 mostrada abaixo. Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 6 Fig. 5 – Cotas Came Fonte: http://www.kuir.com.br/general-motors-do-brasil/07-ressalto-gasto-em-toda-a-volta.html acesso: 28/09/2018 Como se observa é possível distinguir as principais partes do came que é o círculo base (onde ocorre o repouso da válvulas, não há pressão), as rampas de abertura e fechamento (determinam a velocidade do abrir e fechar da válvula, onde há alta pressão mecânica), e o nariz (abertura máxima da válvula, onde há alta pressão). Vale-se observar que na rampa de abertura é o ponto que o came empurra o balancim ou o tucho. Já na região de permanência é determinado o tempo em que a válvula fica aberta. Na região de fechamento, a mola começa a empurrar o came e na região de tempo de fechamento o came apenas tangencia o balancim ou o tucho. A Fig. 6 apresenta um esquema de acionamento das válvulas de um motor de ciclo Otto, onde cada ciclo do pistão é caracterizado como um semicírculo. Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 7 Fig. 6 – Diagrama de Válvulas. Fonte: Adaptado de http://www.carlinicompetizione.com.br/-biblioteca-tecnica/o-comando-de-valvulas- no-lugar-certo-primeira-parte.php acesso em: 28/09/2018. Onde: • PMS – Ponto Morto Superior; • PMI – Ponto Morto Inferior; • AAA – Avanço Abertura de Admissão; • RFA – Retardo Fechamento Admissão; • AAE – Avanço Abertura Escape; • RFE – Retardo ao Fechamento Escape; Um parâmetro muito importante que deve ser considerado é o quanto o came desloca a válvula de sua posição de repouso (assento). Esse levantamento é chamado de Lift ou Levante da Válvula que é o momento quando a válvula atinge a sua abertura máxima (Passos, 2016). O levante é mostrado na Fig. 7. RCA AAA RFE AAE PMS PMI Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 10 Fig. 8 – Lobecenter do comando de válvulas. Fonte: http://spartaepa.blogspot.com.br/2012/05/coma-ndos-em-acao-voce-sabe-tudo-que.html acesso: 28/09/2018 Vale-se ressaltar que se esse parâmetro for aumentado, o overlap será diminuído, sendo uma vantagem para o torque em baixas rotações. 2.2.3. Duração A duração é o comprimento medido em graus de rotação do comando, onde a válvula encontra-se afastada da sede. Quanto mais longa a duração, maior é o tempo que leva para ocorrer à abertura da válvula. Para a determinação da duração deve-se levar em conta os seguintes ângulos: • Ângulo da abertura da válvula de escape; • Ângulo de fechamento da válvula de escape; • Ângulo de abertura da válvula de admissão; • Ângulo de fechamento da válvula de admissão. Também deve-se levar em consideração as localizações do ponto morto inferior (PMI) e do ponto morto superior (PMS) para ter um ponto de referência e saber o quanto antes ou depois as válvulas abrem e fecham. As equações utilizadas são mostradas abaixo. Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 11 𝐴𝑑𝑚𝑖𝑠𝑠ã𝑜 = 𝐴𝐴𝐴 + 180° + 𝑅𝐹𝐴 (1) 𝐸𝑠𝑐𝑎𝑝𝑒 = 𝐴𝐴𝐸 + 180° + 𝑅𝐹𝐸 (2) 2.3. Motor Renault 1.0 SOHC 16V Motores como exemplo o motor Renault SOHC necessita possuir uma relação para obter-se valores exatos do deslocamento da abertura e fechamento das válvulas de admissão e de escape devido a presença dos balancins os quais fazem com quem acionem as válvulas. A presença desta relação se dá pelo fato de que quando o came levanta um lado do balancim, o outro lado que está em contato com a haste válvula não terá o mesmo deslocamento, ou seja, o deslocamento entre o came e o balancim não será o mesmo entre o deslocamento do balancim e a válvula. Isso se dá devido ao eixo do balancim não possuir centralidade conforme mostrado na Fig. 9. Fig. 9 – Balancim. Fonte: Adaptado de https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-968911196-balancim-valvula-admissao- pajero-tr4-02-06-gravado-p--_JM acesso em: 05/10/2018 O cálculo é feito através das seguintes relações trigonométricas baseado a partir da Fig. 10: Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 12 𝑇𝑔 𝛼 = 𝐶 𝐵 (3) 𝑇𝑔 𝛼 = 𝐷 𝐴 (4) 𝐶 𝐵 = 𝐷 𝐴 = 𝑅 = 𝐵 𝐴 = 𝐶 𝐷 (5) Fig. 10 – Relação trigonométrica do balancim. Fonte: Próprio autor. A partir dessas relações é possível calcular o valor da relação final da folga 𝑅𝑓 a qual deve-se ser descontada. O 𝑅𝑓 é o valor que deve ser girado no comando de válvulas, marcado no relógio comparador a partir da folga. 𝑅𝑓 é representada pela seguinte expressão. 𝑅𝑓 = 𝐹𝑜𝑙𝑔𝑎 𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑅𝑒𝑙𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑖𝑚 A partir dessa expressão se obtém o resultado da abertura e do fechamento das válvulas com a folga. Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 15 3.1.4. Medidor de ângulo O medidor de ângulo utilizado no experimento foi preso na ponta do comando de válvulas a fim de facilitar a visualização dos ângulos necessários para o alcance dos resultados. O medidor é mostrado na Fig. 14. Fig. 14 – Medidor de ângulo na extremidade do comando de válvulas. Fonte: Próprio autor. 3.2. Medições Conforme já mencionado anteriormente, o motor Renault utiliza-se de balancins para o acionamento de suas válvulas, portanto o primeiro passo foi medi-los através do paquímetro. Após de tomadas as medidas, calculou-se suas relações, juntamente, com o valor que deve ser descontado no relógio comparador com a finalidade de obterem-se os valores de abertura e fechamento das válvulas com folga. Após a realização dessa primeira etapa, a segunda utilizou-se o relógio comparador para a obtenção de algumas medidas do rolete do balancim de admissão. Para isso o relógio deve permanecer inclinado para a obtenção de resultados mais precisos devido haver uma inclinação local e lembrando que o mesmo também deve ter dois alinhamentos para aumentar essa precisão. Um alinhamento com o centro do rolete e outro com o eixo do comando de válvulas. Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 16 Logo depois de ser feito esse alinhamento, necessita-se obter medições sem folgas para isso foi posto uma lâmina com uma espessura de 0,10 mm relativo a folga da válvula entre os balancins e a ponta da válvula de admissão. A movimentação realizada no comando de válvulas se iniciou no sentido horário até que o ponteiro do relógio comparador começasse a se mexer. Vale lembrar que quando o relógio se mexe, inicia-se a abertura da válvula. Então com o auxílio do marcador de ângulo, conseguiu-se anotar o ângulo no momento em que a válvula iniciou a sua abertura com folga. Ao continuar com a movimentação do comando de válvulas, buscou-se a obtenção das medidas do centro do came e do levantamento. O ângulo de fechamento da válvula de folga foi obtido girando o comando até os momentos em que os ponteiros do relógio pararam. Com o fim de obter o ângulo de fechamento com folga, girou-se o comando em sentido anti-horário. Vale-se lembrar que esse processo descrito foi utilizado apenas para obtenção de informações sobre a válvula de admissão. Portanto esses processos também foram executados para a válvula de escape com a diferença da folga a qual é de 0,20 mm. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Nessa seção são apresentados resultados obtidos pelas medições e cálculos realizados. 4.1. Admissão Para o balancim de admissão obteve-se as seguintes medidas, mostrada na Fig. 15, e cálculos. Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 17 Tabela 1 – Relações do balancim da válvula de admissão. Admissão 1,9157 1,997 1,941 Com esses valores fez-se uma média onde definiu-se a relação 𝑅 como sendo: 𝑅 = 1,9512 A partir da relação 𝑅 é possível obter a relação final da folga. 𝑅𝑓 = 𝐹𝑜𝑙𝑔𝑎 𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑅 = 0,10 19512 = 0,0512 O valor da relação final da folga é 0,0512 a qual se descontou para fazer as devidas medições na válvula de admissão. 4.2. Escape Para o balancim de escape obteve-se as seguintes medidas, mostrada na Fig. 16, e cálculos. Tabela 2 – Relações do balancim da válvula de escape. Descarga 1,8673 1,8610 1,916 Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 20 5. CONCLUSÕES O presente trabalho tem grande relevância devido possibilitar a compreensão do funcionamento de um comando de válvulas com balancins. Com os resultados obtidos é possível observar a discrepância entre os ângulos obtidos com e sem folga. A mudança desses ângulos torna-se um fator que altera por exemplo a duração de abertura e fechamento das válvulas, que por sua vez alteram o seu Overlap. Vale-se ressaltar que a necessidade da folga se torna algo imprescindível na construção de um comando de válvulas devido a grande variação de temperatura que ocorre no motor durante o seu funcionamento. Observa-se que as dimensões do comando de válvulas interferem diretamente no rendimento do motor uma vez que que são elas que definem os parâmetros, por exemplo, a abertura, permanência e fechamento de válvulas de admissão e escape. Faz-se necessidade a menção de alguns fatores que podem alterar o resultado final tais como a imprecisão nas medições, devido serem realizadas a olho nu, também o rotacionamento do marcador de ângulos o qual foi feito a mão e também possíveis erros humanos durante a realização do experimento o que acarretariam em uma série de erros. 6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA Como funcionam os comandos de válvulas. Carro de Garagem. Disponível em: <https://www.carrodegaragem.com/como-funcionam-os-comandos-de-valvulas/> Acesso em: 28/09/2018. COSTA, Charles. Comando de válvulas. 3c Automotive, 2014. http://3cpreparacoesautomotivas.blogspot.com/2014/11/comando-de-valvulas-levante- duracao-e.html>. Acesso em: 28/09/2018. Ministério da Educação Fundação Universidade Federal do Pampa Campus Alegrete Unipampa - Campus Alegrete: Avenida Tiarajú, 810 – Bairro Ibirapuitã Alegrete, RS - CEP: 97546-550. Fone/fax: (55) 3421-8400 http://porteiras.unipampa.edu.br/alegrete/ 21 MANNHEIM, Qué hay de nuevo DOHC. Mannheim. Disponível em: < http://www.mannheim.cl/sitio/noticias/detalle/que-hay-de-nuevo-dohc> Acesso em: 28/09/2018. PASSOS, R. Comando de Válvulas: O Maestro Mecânico do Motor. FlatOut, 2016. Disponível em: < http://www.flatout.com.br/comando-de-valvulas-o-maestro-mecanico- do-motor/>. Acesso em: 28/09/2018. REDAÇÃO. O que significam as siglas DOHC e SOHC?. Quatro Rodas, 2016. Disponível em: <http://www.quatrorodas.abril.com.br/auto-servico/o-que-significam- as-siglas-dohc-e-sohc/amp/> Acesso em: 28/09/2018 ROCHA, G. 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