MANUAL TCNICOCurso MAHLE Metal Leve Motores de Combusto Interna AFTERMARKET

ANIS DE

PISTO

98

7 Anis de pisto

7.1 Objetivos e princpios de funcionamentoAntigamente os anis de pisto eram circulares e a fora que eles faziam contra a parede do cilindro era dada por deformao trmica. Com a evoluo dos motores, cada vez mais potentes e sofisticados, houve um aumento na rotao dos anis, o que provocou alguns problemas no funcionamento, tais como flutuao e perda de carga. Isso fez com que o pacote de anis sofresse algumas modificaes, evoluindo simultaneamente com os motores. A partir da primeira crise de energia, em 1973, o conseqente acrscimo nos custos do combustvel e lubrificante gerou novas necessidades de uma maior durabilidade e potncia, o que colocou o projeto dos anis de pisto diante de exigncias extras, como: Mais recentemente, com as legislaes sobre emisses de poluentes nos vrios continentes, surgiram novos desafios com relao performance e durabilidade dos anis. Estes desafios esto sendo superados com o aprimoramento tecnolgico dos processos de fabricao e o desenvolvimento de novas alternativas de material base, coberturas e perfis dos anis.l l l l l

melhor vedao; reduo do consumo de leo; maior resistncia ao desgaste; reduo do tempo de assentamento (amaciamento do motor); reduo de atrito.

7.2 Nomenclatura dos anis de pistoNas Figuras 7.2.1, 7.2.2 e 7.2.3, apresentamos as nomenclaturas usuais para os anis de pisto de acordo com as normas tcnicas internacionais.

ABERTURA LIVRE TOTAL

FOLGA ENTRE PONTAS

FORA TANGENCIAL

FORA DIAMETRAL

Fig. 7.2.1

Fig. 7.2.2

DO CILINDRO

99

Fig. 7.2.3

Anel um elemento circular elstico com elevada fora de expanso. Tem por finalidade promover a vedao dos gases da cmara de combusto, fazer

o controle do filme de leo lubrificante na parede do cilindro e servir como elemento de transmisso de calor do pisto para o cilindro.

7.3 Tecnologia dos anis de pistoTECNOLOGIAS DE FABRICAO De forma geral, o anel um elemento auto-expansivo e tem suas dimenses finais obtidas atravs dos processos de usinagem, tais como: mandrilhamento, torneamento, retificao, lapidao, topejamento, etc. Os anis de ao so conformados. Constitui um dos componentes do motor combusOs anis so montados dentro dos canaletes dos pistes com a marca existente na face lateral (Figs. 7.3.1 a 7.3.5), para o lado de cima. A face externa do anel, conhecida como face de trabalho, a parte que fica em contato com o cilindro do motor. to interna, sendo desenvolvido e aperfeioado para se obter melhor rendimento do conjunto motriz.

6 T4Fig. 7.3.1 Fig. 7.3.2

H

7Fig. 7.3.3

100

Fig. 7.3.4

Fig. 7.3.7

Fig. 7.3.5 Os anis fabricados em ferro fundido possuem propriedades mecnicas melhoradas devido aos elementos de liga acrescentados em sua composio, que lhes conferem elevada resistncia ao desgaste e fadiga, assim como excelentes condies de trabalho, mesmo em situaes severas como a de temperaturas elevadas e pouca lubrificao. Os anis fabricados em ao tm como principal caracterstica seu alto mdulo de elasticidade. Isso permite projetar anis com alturas reduzidas, sem risco de quebra quando forem montados no canalete do pisto ou em funcionamento dentro do motor. De uma forma mais simplificada, podemos classificar os materiais utilizados em 3 grandes grupos: Ferro Fundido Cinzento Obtido atravs do processo de fundio esttica (Figs. 7.3.6 e 7.3.7), possui elevada resistncia ao desgaste, boa usinabilidade e baixo custo. Na Figura 7.3.8 apresentamos a estrutura metalogrfica do ferro fundido cinzento. Ferro Fundido Nodular

Fig. 7.3.8

Obtido atravs do processo de fundio centrfuga (Figs. 7.3.9, 7.3.10 e 7.3.11), possui maior mdulo de elasticidade e dureza se comparado ao ferro fundido cinzento. Geralmente, os anis feitos com este material requerem algum tipo de cobertura em sua face de trabalho, sendo o cromo e o molibdnio os mais usuais. Na Figura 7.3.12 apresentamos a estrutura metalogrfica do ferro fundido nodular.

Fig. 7.3.6

Fig. 7.3.9

101

Coberturas Os anis, em condies de trabalho, esto sujeitos s situaes mais adversas possveis, que podem lev-los a sofrer um desgaste prematuro. Dentre os principais causadores destes desgastes podemos citar: motor trabalhando com filtro de ar saturado ou sem filtro, sistema de injeo desreguFig. 7.3.10 lado ocasionando a lavagem do cilindro, lubrificao insuficiente, sistema de arrefecimento com problema, motores com cilindros retificados de forma incorreta, etc. Todos estes fatores mencionados expem as faces dos anis a um severo processo de desgaste por abraso e scuffing (escoriaes). Com o objetivo de minimizar os desgastes e aumentar a vida til dos anis, utilizam-se na face de trabalho coberturas/revestimentos com materiais mais duros e resistentes que o material dos anis. Dentre os materiais mais usados para revestimenFig. 7.3.11 tos dos anis podemos citar o cromo, o molibdnio e o ferrox. Cromo um material que tem como caractersticas: dureza, alta resistncia ao desgaste e a escoriaes por abraso, alto ponto de fuso (aproximadamente Fig. 7.3.12 1.800C) e baixo coeficiente de atrito. depositado na face de trabalho do anel atravs de processo eletroqumico (Fig. 7.3.14). Ao Obtido atravs de processo de laminao, possui mdulo de elasticidade maior que os ferros fundidos, sendo muito utilizado em anis com altura reduzida. Os aos inoxidveis recebem tratamento de nitretao e os aos carbonos recebem coberturas de cromo ou molibdnio na face de trabalho. Na Figura 7.3.13 apresentamos, respectivamente, as estruturas metalogrficas do ao inoxidvel e do ao carbono. CAMADA DE CROMO

Fig. 7.3.13

Fig. 7.3.14

102

Molibdnio um material poroso, resistente a escoriaes e a altas temperaturas (ponto de fuso de aproximadamente 2.620C). Os microporos servem como pequenos reservatrios de leo, auxiliando na lubrificao e no amaciamento do motor. aplicado na face de trabalho do anel por processo de metalizao por chama ou plasma (Fig. 7.3.15). CAMADA DE MOLIBDNIO

Cromo Channel uma cobertura de cromo com microfissuras (Figs. 7.3.17 e 7.3.18) abertas atravs do processo de reverso durante a aplicao do cromo. Estas microfissuras melhoram a lubrificao no contato cilindro/ anel durante o amaciamento do motor. Aps a fase de amaciamento, as microfissuras desaparecem, passando a ser um cromo normal.

Fig. 7.3.17Microfissuras

Profundidade das microfissuras Fig. 7.3.15 Cromo Multilayer Enchimento de Ferrox (mistura de xido de ferro e silicato de sdio) Material poroso que retm o leo lubrificante, melhorando assim a lubrificao e reduzindo o desgaste do cilindro e do anel (Fig. 7.3.16). ENCHIMENTO DE FERROX

Fig. 7.3.18

Possui microestrutura de mltiplas camadas feitas por reverses sucessivas durante toda a cromao (Fig. 7.3.19). A reverso feita para se obter acabamento similar ao channel, porm h fissuras para reteno de leo ao longo de toda a camada. Enquanto as primeiras camadas possuem maior nmero de fissuras que contribuem significativamente durante o amaciamento, as camadas inferiores contribuem continuamente por toda vida do motor. Apresenta elevada resistncia ao engripamento e ao desgaste se comparado ao cromo channel e ao cromo normal.

Fig. 7.3.16

Alm das coberturas j mencionadas, citamos a seguir um breve resumo das tecnologias mais recentes.103

Fig. 7.3.19

Cromo Cermico Tambm conhecido como CKS, semelhante ao cromo multilayer, porm possui partculas de alumina, depositadas nas fissuras da sua microestrutura, que aumentam a sua resistncia ao desgaste e ao scuffing. A sua elevada dureza confere maior durabilidade a este produto. a melhor opo, entre os recobrimentos de cromo, para motores de alta solicitao. Apresentamos na Figura 7.3.20 uma ampliao da face de trabalho de um anel revestido com cromo cermico.

molibdnio), alta adeso ao material base, menor risco de desplacamento, baixo desgaste do cilindro e elevada resistncia corroso. A Figura 7.3.22 uma representao esquemtica de uma pistola de HVOF metalizando um tubo de anis.

ESQUEMA DE UMA PISTOLA HVOF

FISSURAS NA FACE DE TRABALHO ALUMINA Fig. 7.3.20 Entrada do p metlico para o revestimento Tubo de anis Fig. 7.3.22

PVD (Physical Vapor Deposition) um processo cujos tomos ou molculas de nitreto de cromo (CrN) so vaporizados de uma fonte slida ou lquida, transportados na forma de um vapor atravs do vcuo e condensados sobre a face de trabalho do anel. Apresenta maior resistncia ao scuffing e ao desgaste se comparado com a cobertura de cromo duro. Na Figura 7.3.21 temos uma imagem da estrutura metalogrfica de um anel com cobertura de PVD e suas fases. Cobertura PVD Nitreto de Cromo (CrN) Camada de interface com Cromo Normal Metal Base Ao Nitretado

Tratamentos superficiais Com o objetivo de auxiliar no amaciamento do motor e fornecer ao anel maior proteo contra a corroso provocada por uma eventual estocagem incorreta em ambientes midos, ou mesmo no transporte martimo, os anis so submetidos a tratamentos superficiais como: Fosfatizao uma camada de cristais de fosfato de mangans que, alm de proteger a superfcie do anel contra a corroso, se desgasta mais facilmente que o material base, proporcionando um assentamento mais rpido. Como a superfcie porosa, tambm retm leo lubrificante, evitando a escoriao no incio do funcionamento. Ferroxidao Fig. 7.3.21 Trata-se de uma camada de xido de ferro, extremamente duro, que tem a funo de proteger o anel contra a corroso e proporcionar um assentamento rpido nas primeiras horas de funcionamento, sem o perigo de escoriao. Estanhagem A camada de estanho protege o anel contra a corroso e tem propriedades lubrificantes que auxiliam no incio de funcionamento.

HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) o nome dado ao processo de metalizao em alta velocidade. No caso dos anis, o processo HVOF deposita sobre sua face de trabalho uma liga metlica de Cr3C2 + NiCr que lhes confere caractersticas como: alta resistncia ao scuffing e ao desgaste (mesmo nvel que as camadas de

104

7.4 Tipos de anis

Forma dos anis e foras atuantes A forma do anel outra caracterstica importante, pois responsvel pela distribuio de presso na parede do cilindro. Tal forma obtida no torneamento do dimetro externo do anel atravs de um torno CNC, podendo ser feita de trs maneiras diferentes. Sem Ovalizao Possui forma redonda e tem a distribuio de presso homognea ao redor de todo o permetro do anel (Fig. 7.4.1). FORMA REDONDA

Ovalizao Positiva Tem a distribuio das presses em forma de pra, como mostra a Figura 7.4.3. Ou seja, a presso maior na regio das pontas do anel. FORMA DE PRA

Fig. 7.4.3

O esquema a seguir representa uma distribuio das foras atuantes nos anis, quando em funcionamento dentro do motor (Figura 7.4.4).

Fig. 7.4.1

Ovalizao Negativa A distribuio das presses em forma de ma, como mostra a Figura 7.4.2, ou seja, a presso menor nas pontas do anel. FORMA DE MA Fig. 7.4.4

Os anis podem ser divididos em: Anel de Compresso responsvel por efetuar a vedao da cmara de combusto, evitando assim a passagem de gases da combusto para o crter. Grosseiramente, o anel de compresso tem uma capacidade de vedao Fig. 7.4.2 de 80%. Efetua a troca do calor absorvido pelo pisto durante a combusto e transmite-o para a

105

parede do cilindro (Fig. 7.4.5). Os perfis podem ser dos tipos: Face Retangular, Trapezoidal / Semi-Trapezoidal, Face Cnica (Fig. 7.4.6), Face Abaulada / Abaulada Assimtrica, Torsional Positivo e Cnico Torsional Negativo (Fig. 7.4.7).

Fig. 7.4.5

Fig. 7.4.6

Fig. 7.4.9

Anel de leo responsvel pelo controle do filme de leo lubrificante na parede do cilindro e por devolver o excesso de leo para o crter. Apresentamos a seguir os principais tipos. Fig. 7.4.7 Uma pea: composto apenas pelo prprio anel de ferro fundido, cuja fora tangencial dada por ele Anel Raspador ou Napier responsvel pela raspagem do excesso de leo lubrificante existente na parede do cilindro e tambm auxilia na troca de calor (Fig. 7.4.8). Pode ser dos tipos 6, T7Z, T6 e T7, entre outras combinaes de perfis (Fig. 7.4.9). mesmo. Mostramos, na Figura 7.4.10, dois exemplos de perfis.

Fig. 7.4.8

Fig. 7.4.10

106

Duas peas: composto por um anel de ferro fundido ou de ao (I-Shaped) com um canal interno para o alojamento da mola, sendo esta a responsvel pela fora tangencial do conjunto (Fig. 7.4.11). A Figura 7.4.12 mostra dois perfis existentes.

TIPO 9

TIPO 81 Anel Mola Fig. 7.4.11

FERRO FUNDIDO

TIPO 98

I-SHAPED

Fig. 7.4.13

Fig. 7.4.12

Trs peas: o conjunto formado por dois segmentos e um espaador, que o responsvel pela fora tangencial do conjunto. As peas so todas em ao e os espaadores podem ser dos tipos 9, 81 e 98, respectivamente mostrados na Figura 7.4.13. A Figura 7.4.14 mostra a foto do conjunto 81. Fig. 7.4.14

107

Evoluo do pacote de anis Com a constante necessidade de oferecer ao mercado, motores mais econmicos e mais potentes, os anis tambm passaram por uma evoluo no material utilizado em sua fabricao,

quanto ao revestimento da face, os perfis. Esta evoluo ocorreu tanto para motores ciclo Otto como para motores ciclo Diesel, representados respectivamente nas Figuras 7.4.15 e 7.4.16 .

CICLO OTTO

Atual

Fig. 7.4.15 Fig. 7.4.15

CICLO DIESEL

Fig. 7.4.16

108

8 Falhas prematuras em anis de pisto Caractersticas normais de trabalhoAs caractersticas dos anis apresentados nas As caractersticas dos anis apresentados nas Caractersticas normais de trabalho figuras a seguir so normais de funcionamento, figuras a seguir so normais de funcionamento, pois o desgaste da face de contato compatpois o desgaste da face de contato compatdesgaste da face de contato compatvel com a vel com a vida til de todo o conjunto motriz. vel com a vida til de todo o conjunto motriz.vida til de todo o conjunto motriz.

As caractersticas dos anis apresentados nas figuras a seguir so normais de funcionamento, pois o

Anel de 3 canalete. Anel de 3 canalete. Anel de canalete. Anel de 33 canalete. Face de trabalho Face de trabalho -de trabalho Face de trabalho faixa de faixa decom o cilindro. o contato contato com o faixa de contato com o de contato com faixa cilindro. GAP. do GAP 180 do 180 cilindro. 180 do GAP cilindro. 180 do GAP

Anel Anel de 11 canalete. de canalete. Face de 1 canalete. faixa Anel de trabalho faixa Face de trabalho Face de trabalho - faixa de contatotrabalho o- faixa contatocom o com Face de de de contato dodo o cilindro. 180 com oGAP cilindro. 180 de contato comGAP. cilindro. 180 do GAP cilindro. 180 do GAP

Anel de 1 canalete.

Pontas Pontas Pontas

Pontas

Anel de canalete. Anel de 22 canalete.faixa Face de 2 canalete. Anel de trabalho faixa Face de trabalho Face de trabalho - faixa de contatotrabalho o- faixa Face de com o de contato com de contato com oGAP cilindro. 180 dodo o cilindro. 180 de contato comGAP. cilindro. 180 do GAP cilindro. 180 do GAP

Anel de 2 canalete.

Pontas Pontas Pontas

Pontas

Pontas Pontas Pontas

Pontas

8.1 Falhas prematuras em anis 3. Falhas prematuras em anis por por erros de montagem 3. Falhas prematuras em anis por

erros de montagemMontagem invertida do anel Aspectol aparncia visual dos anis anel 3.1AMontagem invertida domontados no pisto

erros de montagem

Correesl

Substituir o jogo de anis e mont-lo com a marcao voltada para o topo do pisto.

bustvel dentro da cmara de combusto. Poder tambm da cmara ade combusto. contaminao bustvel dentro aumentar bustvel dentro da cmara de combusto. do leotambm aumentar agases, o qual Poder lubrificante pelos contaminao Poder tambm aumentar a contaminao

3.1 Montagem invertida do anel Montagem invertida do anel 3.1seja, com a gravao existente na superfcie laAspecto A aparncia visual dos anis montados no teral virada para o lado de baixo do pisto. Aspecto Aspecto pisto mostra que estes foram montados A aparncia visual dos anis montados no A aparncia visual dos anis montados no

mostra que estes foram montados invertidos, ou

Causas invertidos, ou seja, com a gravao existente pisto mostra que estes foram montados l pisto mostra que estes foram montados Montagem errada/invertida dos anis dentro de na superfcie lateral virada para o lado dos

diminuir lubrificante do lubrificante o qual do leo a vida til pelos gases, e prodo leo lubrificante pelos gases, o qual duzir danos aos demais componentes do diminuir a vida til do lubrificante e prodiminuir a vida til do lubrificante e pro-

baixo pel como pisto. Causas do pisto. permitindo que os gases da baixo do deveriam, Causas ocasionando o crter, Causas canaletes do uma mistura ar/combusttro dos pisto (figs. 3.1 e 3.1.1). Montagem admitido na cmara de combusto. anis denvel irregular errada/invertida dos cumprem o Montagem errada/invertida dos anis denQuando isto ocorre, os anis no

invertidos, ou seja, com a gravao existente ou seja, gravao existente invertidos,do pisto com a8.1.1 e 8.1.2). Quancanaletes baixo do pisto. (Figs. na superfcie os anisvirada para o lado de do superfcie lateral no cumprem seu de na isto ocorre, lateral virada para o olado pacmara de errada/invertida dos anis para Montagem combusto passem facilmente den-

duzir danos aos demais componentes do duzir danos aos demais componentes do buchas). motor (bronzinas de mancais e biela e motor (bronzinas de mancais e biela e buchas). buchas).Fig. 8.1.1Marca do anel montado para o lado de baixo

motor (bronzinas de mancais e biela e

tro dos canaletes do pisto (figs. 3.1ae que os 3.1.1). A papel como leo lubrificante e trotemperatura dodeveriam, permitindopresso seudos canaletes do pisto (figs. 3.1 e 3.1.1). no crter aumentam. os Quando isto ocorre, E alm disso, a montagem gases isto ocorre, de anis no cumprem o combusto passem Quandoda cmara os anis no cumprem oinvertida dos anis provoca permitindo que os seu papel como deveriam, o aumento no confacilmente para o crter, ocasionando uma seu papel como deveriam, permitindo que os sumo leo lubrificante, pois, ao invs de rasgasesdear/combustvel combusto passem mistura da cmara de combusto passem gases da cmara de irregular admitido na

facilmente para cmara depara o crter, ocasionando uma combusto. ocasionando do facilmente com a o crter, A temperaturauma queimado mistura ar/combustvel dentro mistura ar/combustvel presso no crter leo lubrificante e a irregular admitido na mistura ar/combustvel irregular admitido na

par, ele ir bombear o leo lubrificante, para ser da cmara de combusto. Poder tambm au-

aumentam. combusto. A montagem invercmara contaminao do A temperatura do de combusto. a lubrificante pelos cmaraa de E alm disso,leotemperatura do mentar tida dos qual diminuir a vida til do nonocrter conleo lubrificante e presso lubrificante gases, o anis provoca o aumento leo lubrificante e aa presso no crter sumo de leoalm disso, apois, ao invs de aumentam. E alm disso, a montagem invere produzir E lubrificante, componentes do aumentam. danos aos demaismontagem inverraspar,(bronzinasbombear oo aumento no conleo lubrificante, motor tida dosele ir provoca anis de mancais e biela e no contida dos anis provoca o aumento buchas). para ser queimado com apois, ao invs de sumo de leo lubrificante, mistura ar/comsumo de leo lubrificante, pois, ao invs de

Fig. 3.1 Marca do anel montado para o lado de baixo

Fig. 8.1.2Fig. 3.1.1 Marca do anel montado para o 109 lado de baixo

Fig. 3.1 Marca o anel de anis e o lado de baixo 3.1 Marca do anel montado para o lado de baixo Fig. Substituir do jogo montado para mont-lo com a

Correesmontado para o lado de baixo Marca do anel

marcao Correes voltada para o topo do pisto. Correes

Fig. 3.1.1 Marca do Fig. 3.1.1 Marca do

Montagem sobreposta das pontas da mola helicoidal ou das pontas do espaador

Montagem com corpo estranho Aspecto

Aspectol

l

Os anis apresentam corpo estranho impregnado na face de trabalho e na face lateral do anel (Fig. 8.1.5).

Mola helicoidal do anel de leo ou espaador montados com as pontas sobrepostas.

Causasl

Causasl

A montagem da mola helicoidal (Fig. 8.1.3) ou do espaador com as pontas sobrepostas (Fig. 8.1.4), no conjunto anel de leo, comprometem a presso radial do anel e, conseqentemente, a funo de controlar o excesso de leo lubrificante existente na parede do cilindro, aumentando sensivelmente o consumo.

A contaminao dos anis pelo material impregnado ocorreu durante a montagem do motor. A utilizao de adesivos para vedao nos motores, em regies prximas aos cilindros, no procedimento recomendado por nenhuma montadora/fabricante. Neste caso, os anis contaminados tiveram a sua funo de vedao comprometida, pois as presses, ao longo de sua periferia, estavam distribudas de forma irregular devido ao "calo" provocado pelo adesivo. Isto compromete a vida til dos anis, causando o aumento no consumo de leo lubrificante e desgaste irregular dos cilindros.

Os anis de leo com molas helicoidais devem ter as pontas da mola posicionadas a 180 do GAP. No caso dos anis de leo de 3 peas, as pontas devem estar deslocadas uma da outra em 90. Correesl

Correesl

No anel de 2 peas, montar a mola do anel de leo com as pontas a 180 do GAP. No caso do anel de 3 peas, no sobrepor as pontas do espaador.

Fazer a montagem, seguindo as recomendaes da montadora/fabricante do motor.

l

Efetuar a limpeza de todos os componentes internos do motor, utilizando um procedimento adequado, com materiais e produtos isentos de sujeiras e impurezas.

Fig. 8.1.3

Fig. 8.1.5

Montagem dos anis com ferramentas inadequadas ou danificadas Aspectol

O anel apresenta-se torcido (com as pontas desalinhadas) e deformado (Figs. 8.1.6 a 8.1.8).

Causasl

A montagem dos anis nos canaletes do pisto sem a utilizao de ferramentas apropriadas (alicate expansor) cria tenses e deformaes indesejveis, podendo deix-los com a forma espiral. Desta maneira, as pontas dos anis montados

Fig. 8.1.4110

nos canaletes exercero presses localizadas contra as faces laterais dos canaletes do pisto, promovendo um desgaste nessa regio, alm de comprometer a vedao lateral. Devido a estas condies, os anis no tero o movimento de rotao dentro do canalete, provocando o desgaste irregular na face de trabalho do anel e no cilindro, tendo, como conseqncia, o aumento do consumo de leo do Blow-by (fluxo de gases da combusto para o crter). A ferramenta utilizada para comprimir os anis montados no pisto, quando se coloca o mesmo dentro do cilindro, chama-se "cinta". Se a cinta no conseguir fechar totalmente o anel dentro do canalete, a lateral do anel ir bater contra a borda do cilindro (o qual deve ter um pequeno chanfro para auxiliar a montagem), podendo provocar danos ou at a quebra do anel (Fig. 8.1.8). A recomendao de abertura para a instalao do anel no canalete no pode exceder a 8,3 vezes a espessura radial do anel. Por exemplo: um anel com espessura radial de 3,00mm ter a abertura mxima entre pontas de: 3,00mm x 8,30 = 24,90mm. Correesl

l

Montar os anis utilizando ferramentas apropriadas e em boas condies, como o alicate expansor para anis.

l

Utilizar cintas adequadas para cada motor, para a colocao do conjunto anel/pisto no cilindro.

Fig. 8.1.6Pontas desalinhadas devido montagem incorreta

Fig. 8.1.7Anel montado torcido

No montar os anis utilizando as mos para a abertura entre pontas.Face de contato lascada

Fig. 8.1.8

8.2 Partculas estranhas no ar admitidoContaminao por abrasivo Aspectol

radial, aumento da folga entre pontas, reduo da presso e riscos profundos nos cilindros e na saia dos pistes. A contaminao dos anis por abrasivo pode ocorrer em virtude de:l

Os anis apresentam riscos e desgaste prematuro na face de trabalho (Figs. 8.2.1, 8.2.2, 8.2.3, 8.2.6 e 8.2.7), bem como nas faces laterais (Figs. 8.2.4 e 8.2.5). Os anis de leo apresentam a face de trabalho lisa e larga (em alguns casos, inexistentes). deficincia no sistema de filtrao de ar elemento filtrante saturado ou de aplicao incorreta, furo ou rachadura na mangueira de ar, braadeiras danificadas e junta do coletor de admisso danificada;l

Causasl

Partculas slidas de diferentes tamanhos e durezas esto presentes no ar. Tais partculas, como a areia (slica), a poeira, o carvo, entre outros, quando aspirados para dentro do motor, acarretam grandes danos aos anis, provocando: desgaste prematuro do revestimento da face de trabalho e da face lateral, reduo da espessura

resduo de usinagem limpeza malfeita das partculas abrasivas do brunimento daquelas levadas pelo vento e resduos de jateamento de componentes do motor, como, por exemplo, o cabeote;111

l

Sistema de filtrao de combustvel aplicao incorreta dos filtros de combustvel e combustvel de m qualidade.

Fig. 8.2.4Anel com riscos na face lateral

Fig. 8.2.1Anis com riscos na face de contato

Correesl

Utilizar elementos filtrantes somente para as aplicaes recomendadas, verific-los e substitulos, segundo as recomendaes da montadora/ fabricante.

l

Efetuar um check-up peridico no sistema de filtrao (mangueiras, braadeiras, juntas, etc.). Preparar e limpar corretamente os componentes internos para a montagem do motor.Anel com partculas abrasivas na lateral

Fig. 8.2.5

l

l

Utilizar combustveis de boa qualidade, assim como elementos filtrantes e filtros separadores corretos.

Fig. 8.2.2Danos/riscos provocados na face de contato do anel Anel da terceira canaleta desgastado

Fig. 8.2.6

Fig. 8.2.3Anel com riscos na face de contato Desgaste acentuado da terceira canaleta

Fig. 8.2.7

112

8.3 Lubrificao insuficienteLavagem de cilindro Aspectol

o circuito do leo, comprometendo, assim, a lubrificao do motor, levando-o a sofrer os danos anteriormente citados.

Os anis apresentam sinais de escoriaes scuffing na face de trabalho (Figs. 8.3.1 a 8.3.5).

Causasl

A existncia de leo lubrificante tem vrias funes, dentre elas: auxilia no resfriamento dos componentes internos do motor e diminui o atrito entre as partes mveis. Quando ocorre a combusto no topo do pisto, o calor gerado dissipado para os anis (principalmente o anel da primeira canaleta) que, por sua vez, transferem este calor para a parede do cilindro e para o leo lubrificante ali existente. A pelcula de leo existente entre os anis e o cilindro, apesar de ser muito fina, reduz consideravelmente o atrito, evitando o contato direto do metal com metal.l l

Fig. 8.3.1

Correesl

Manter o sistema de injeo ou de carburao sempre regulado, seguindo as recomendaes da montadora/fabricante. Verificar periodicamente o sistema de lubrificao do motor. Verificar e manter a originalidade da turbina.

A lavagem do leo lubrificante existente na parede do cilindro tem como principais causas:l

deficincia do sistema de injeo e/ou carburao as principais causas da lavagem do cilindro so quando a bomba e os bicos injetores esto desregulados no que diz respeito alterao do dbito de leo diesel, rotao da bomba injetora, ao sincronismo entre o regulador e a bomba, ao sincronismo entre os elementos da bomba injetora, projeo e presso de abertura dos bicos injetores fora do recomendado e alterao do topo do pisto no caso dos motores Ciclo Diesel. Para os motores Ciclo Otto, o "grande vilo" o carburador com aplicao errada e/ou desregulado. Isto provocar a retirada do leo lubrificante da parede do cilindro. Tanto no motor Diesel como no Otto, a insuficincia de leo lubrificante no cilindro ir aumentar o atrito e o aquecimento dos anis, que podem chegar a soltar placas (Fig. 8.3.5) e iniciar o processo de engripamento (travamento do cilindro), ou mesmo desgastar excessivamente o cilindro; Fig. 8.3.3 Fig. 8.3.2

l

deficincia do sistema de lubrificao a bomba de leo lubrificante desgastada reduzir sua capacidade de bombeamento, tendo, como conseqncia, a diminuio da presso em todo Fig. 8.3.4Desplacamento da cobertura do anel

Fig. 8.3.5

113

8.4 Outros fatoresBrunimento Aspectol

Correesl

No efetuar retrabalhos de nenhuma espcie nos anis. Utilizar os anis somente para as aplicaes indicadas pela montadora/fabricante.

Os anis apresentam riscos na face de trabalho, principalmente os de primeiro canalete (Fig. 8.4.1).

l

Anel de 1o Canalete Causasl

Face/canto externo das pontas (Figs. 8.4.2 a 8.4.5). Ponta adulterada esmerilhada, eliminando o chanfro externo/acabamento irregular.

A principal causa est relacionada com a rugosidade do brunimento dos cilindros. A rugosidade elevada provocar desgaste e risco na face de trabalho do anel. A baixa rugosidade dificultar o assentamento dos anis e reter menos leo lubrificante na parede dos cilindros.

Fig. 8.4.2

Fig. 8.4.1

Correesl

Efetuar a retfica do cilindro (brunimento), seguindo as recomendaes da montadora/fabricante, respeitando o ngulo de inclinao e a rugosidade especificados.

Fig. 8.4.3

Ponta sem adulterao acabamento original, com o chanfro externo na face cromada.

Adulterao dos anis Aspectol

Os anis de 1o, 2o e 3o canaletes apresentam evidncias de adulterao nas pontas.

Causasl

Fig. 8.4.4

O retrabalho das pontas dos anis tem como principal objetivo diminuir o dimetro externo dos mesmos, para adapt-los em aplicaes diferentes daquelas recomendadas pela montadora/fabricante. A alterao das caractersticas construtivas dos anis procedimento no recomendado pela MAHLE Metal Leve S.A., implicando na perda total da garantia. Fig. 8.4.5

114

Anel de 2o Canalete Face das pontas (Figs. 8.4.6 e 8.4.7). Ponta adulterada esmerilhada, ausncia do fosfato/tratamento superficial.

Aspecto das pontas dos espaadores (Figs. 8.4.10 e 8.4.11).

Fig. 8.4.10 Fig. 8.4.6Adulterao em uma das pontas

Ponta sem adulterao acabamento original, com o tratamento superficial.

Fig. 8.4.7

Anel de 3o Canalete Face das pontas (Figs. 8.4.8 e 8.4.9). Ponta adulterada esmerilhada, ausncia do fosfato/tratamento superficial. Fig. 8.4.11Forma e cores das pontas da mola nova (sem retrabalho)

Fig. 8.4.8

Ponta sem adulterao acabamento original, com o tratamento superficial.

Fig. 8.4.9

115

CAMISAS

9 Camisas

Camisa um elemento esttico que compe a estrutura do bloco, proporcionando ao conjunto um sistema fechado para os gases em expanso, assim como promove a troca trmica do

calor gerado na combusto com a gua ou o ar que circulam ao redor desta. Algumas camisas proporcionam o reaproveitamento de blocos.

9.1 Objetivos e princpios de funcionamentoOs principais objetivos dos diferentes tipos de camisas so:l l

mara durante a compresso da mistura (lcool e gasolina). A combusto dos gases em expanso ocorrer dentro de um sistema fechado, para que parte da energia gerada impulsione o pisto para baixo e assim sucessivamente movimente o eixo virabrequim, conseqentemente, transformando a energia em movimento.

manter a cmara de combusto vedada; efetuar a troca trmica do calor gerado dentro da cmara de combusto com o meio refrigerante (gua ou ar);

l

reaproveitamento de bloco.

A mistura de combustvel, ao ser admitida para dentro do cilindro, entrar em combusto espontnea aps ser comprimida (diesel) ou por intermdio de fasca de ignio criada dentro da cAs camisas proporcionam ao sistema a condio fechada e necessria ao processo de transformao da energia.

9.2 Nomenclatura das camisas utilizada no intuito de se obter melhor padronizao no uso das denominaes utilizadas para a identificao das partes que compem a camisa, bem como definir os principais termos identificados nas Figuras 9.2.1 e 9.2.2.

CAMISA MIDA E SECA

A - dimetro flange B - dimetro do ressalto anti-chama (Lip) C - altura do ressalto anti-chama (Lip) D - altura do flange E - comprimento total F - dimetro interno G - dimetro externo (camisa seca)

Fig. 9.2.1 Camisa mida

Fig. 9.2.2 Camisa seca117

CAMISA ALETADAAleta

L altura total B dimetro interno C dimetro externo do apoio superior D dimetro externo do apoio inferior

Fig. 9.2.3

9.3 Tecnologia das camisasAs camisas so produzidas em ferro fundido e atravs do acrscimo de elementos de liga se obtm melhora em suas propriedades mecnicas, como o aumento da resistncia fadiga, mesmo em condies severas de trabalho como a de temperatura elevada e presso. As camisas so fabricadas pelo processo de fundio esttica e por centrifugao. Na fundio centrfuga (Fig. 9.3.1), so produzidas camisas secas e camisas molhadas. As camisas obtidas pelo processo de centrifugao possuem maior mdulo elstico e dureza. Na fundio esttica, se produz a camisa denominada camisa aletada. As camisas obtidas a partir deste processo possuem boa resistncia ao desgaste, boa usinabilidade e baixo custo.

Fig. 9.3.1

Fig. 9.3.1Fund. centrfuga: alimentao da mquina, retirada do tubo e alvio de tenso.

Fig. 9.3.1

118

Brunimento a operao que tem como objetivo remover os riscos horizontais deixados nas camisas aps a usinagem interna, proporcionando ao cilindro um acabamento final uniforme, com ngulo de brunimento (Fig. 9.3.2) e rugosidade controlada (Fig. 9.3.3). Uma de suas funes reter o leo lubrificante.

l

Uniforme sulcos com ngulo definido de profundidade e largura uniformes. POSITIVO

Fig. 9.3.2O ngulo de brunimento deve estar entre 30 e 60

OBSERVADA COM LUZ INCLINADA

Fig. 9.3.3

Vista em corte do brunimento

O brunimento tem suas caractersticas determinadas pela velocidade de corte, presso das pedras, especificao das pedras de brunir e ferramental. Caractersticas do brunimento ngulo de brunimento so os ngulos formados pelo cruzamento dos sulcos que so originados pela presso aplicada nas pedras brunidoras contra a parede interna do cilindro e que giram com movimento alternativo de subida e descida. A determinao do ngulo de brunimento est relacionada com o nmero de acionamentos e com a velocidade de corte aplicada nas pedras de brunir. Suas principais funes so auxiliar na rotao dos anis e reter leo lubrificante em toda a superfcie interna da camisa. A especificao do ngulo de brunimento pode variar para cada fabricante de motores. O ngulo de brunimento pode ser de trs tipos. NEGATIVOl

Inclinado sulcos formando ngulos abertos de profundidade e largura variadas.

119

NEGATIVO

Existem vrios fatores que alteram a configurao e a orientao dos sulcos de brunimento. FATORES Ferramenta.em.estado.insatisfatrio,. fixao.insuficiente.da.ferramenta.e. repetio.do.brunimento.com.pedras. e.velocidades.diferentes. Configurao Orientao

l

Pouco inclinado sulcos formando ngulos fechados de pouca profundidade e largura.

FATORES Pouca.remoo.de.material..(foi.deixado. pouco.material.para.o.brunimento),.com. baixa.presso.de.corte;.granulao.muito. fina;.liga.muito.dura,.com.distoro. localizada. Configurao Orientao

FATORES Pedras.de.brunir.com.granulao.cbica. e.macia,.que.desgasta.rapidamente.e. carrega.os.gros.soltos;.pedra.muito. dura.e.sem.fio;.liga.muito.dura,.que. mais.pressiona.do.que.corta;.leo.de. brunimento.incorreto.ou.muito.sujo;. pouca.refrigerao.do.brunimento. Configurao Orientao

120

FATORES Ferramenta.em.estado.insatisfatrio,.folga. na.ferramenta.de.brunir,.m.fixao.da.guia. de.brunir,.articulao.danificada,.insuficiente. fixao.da.ferramenta.e.cursos.desiguais.no. caso.de.repetidos.brunimentos.l

a quantidade de comprimento de medio. O controle destes parmetros feito com o uso de rugosmetro. Para que o conjunto pisto / camisa / anis tenha bom funcionamento, necessrio que a geometria das camisas seja a adequada para a aplicao. So utilizados medies e grficos para o controle das principais caractersticas da camisa. Grfico de Retilinidade e Paralelismo Identifica a condio de deformao vertical que a camisa apresenta. Como exemplo, temos a deformao de fechamento causada pelo anel de vedao oring quando este se desloca do alojamento durante a instalao de camisa molhada. Na camisa seca, este grfico mostra a deformao do bloco

Configurao

Orientao

l

Rugosidade os parmetros de rugosidade so definidos para um comprimento de medio unitrio. Os resultados so apresentados como sendo o valor mdio de vrios comprimentos de medio unitria. Caso contrrio, indicada

transmitida para a camisa seca.

121

Grfico de Circularidade Identifica a deformao circular da camisa. Podemos citar como exemplo a deformao causada na

camisa molhada devido deficincia de apoio da camisa no bloco. A deficincia de apoio tambm vlida para a camisa seca que utiliza colarinho.

Grfico de Cilindricidade Identifica a deformao circular e vertical sofrida pela camisa. Como exemplo, podemos considerar

a deformao provocada pelo excesso de aperto ou excesso de interferncia.

122

9.4 Tipos de camisasTodos os diferentes tipos de camisas, aps a fundio, passam por um processo de estabilizao e alvio de tenso. Suas dimenses finais so obtidas atravs de processos de usinagem como torneamento, mandrilhamento, retificao e brunimento. As camisas secas s tero suas dimenses finais aps sua instalao no alojamento / bloco. Para que os diferentes tipos de camisas desempenhem sua funo, so necessrios controles que permitiro o correto apoio, assentamento e vedao da camisa com o cabeote e bloco. Camisa molhada Sua parede externa tem contato com a gua do sistema de arrefecimento. A montagem realizada sem nenhum ponto de interferncia e a vedao externa realizada por anis oring, que so posicionados, geralmente, na parte superior e inferior da camisa. Aps a instalao da camisa, esta fica apoiada no bloco, somente na parte superior. Em alguns motores, a camisa se apia na regio central do bloco (Fig 9.4.1). CAMISA MOLHADAApoio da camisa no bloco Camisa

Cada motor j projetado para utilizar um tipo de sistema de refrigerao e, conseqentemente, um tipo de camisa. Os motores refrigerados gua utilizam dois tipos de camisas:

Galeria de refrigerao

Bloco

Anis de vedao o`ring

Fig. 9.4.1

Para a instalao de camisa molhada so necessrios alguns cuidados. preciso limpar cuidadosamente o alojamento (colarinho) da camisa no bloco, assim como o alojamento dos anis de vedao oring. Verificar o desgaste e deformao do alojamento, pois o apoio da camisa neste deve ser uniforme. Esta verificao evita que a camisa se deforme e trinque, apre-

sente vazamento ou provoque a queima da junta de cabeote. Utilizar produtos lubrificantes que no contenham solventes nos anis oring, evitando sua toro ou mesmo seu deslocamento do alojamento durante a instalao da camisa. Conferir a altura da camisa em relao ao bloco, assim como conferir seu dimetro interno aps sua instalao.

123

Camisa seca Sua parede externa no tem contato direto com a gua. Este tipo de camisa utilizado normalmente para o reaproveitamento de blocos. Para sua instalao necessrio que exista interferncia entre o alojamento no bloco e a superfcie externa da camisa. Este tipo de camisa no utiliza anis o`ring

para a vedao, pois no mantm contato com a gua do sistema de arrefecimento. Aps sua instalao no alojamento, sua fixao se faz atravs da interferncia da parte cilndrica da camisa com o bloco e, em alguns motores, o apoio tambm ocorre na parte superior (Fig. 9.4.2).

CAMISA SECAApoio da camisa no bloco

Bloco Camisa Galeria de refrigerao

Regio de ^ interferencia

Fig. 9.4.2

Para a instalao da camisa seca tambm so necessrios cuidados, como a retirada de todo o depsito de carvo (age como isolante trmico entre a camisa e o cilindro), brunindo o bloco antes da instalao. Tambm preciso verificar as deformaes e medidas do alojamento, evitando

que haja diminuio da rea de apoio da camisa no bloco e comprometimento da troca trmica. Devese verificar ainda a existncia de trincas no bloco. Durante a instalao, devem-se observar as orientaes de carga aplicada na camisa durante a instalao, lubrificao e interferncia recomendadas para cada motor.

Apoio superior

Camisa

Os motores refrigerados a ar utilizam: Camisa aletada Este tipo de camisa contm aletas na parte externa. So montadas sem interferncia e no utilizam anis

Aletas

de vedao. Para a sua montagem, necessrio que na parte inferior se apie no bloco e na parte superior,Apoio inferior

Bloco

no cabeote. A vedao se faz por estes apoios, portanto no tem interferncia com o bloco nem utiliza anis de vedao. O resfriamento se faz pela passagem do ar pelas aletas (Fig. 9.4.3).

Fig. 9.4.3

124

10 Falhas prematuras em camisas

Caractersticas normais de trabalho As caractersticas das camisas apresentadas so as normais de funcionamento, pois o desgaste do brunimento e os possveis riscos so decorrentes de contaminao por corpo estranho durante o perodo de sua vida til.

Camisa com caractersticas normais de funcionamento

10.1 Falhas prematuras em camisas por erros de montagem10.1.1 Montagem da camisa com cola/adesivo Aspectosl

A aparncia visual indica a utilizao de cola/ adesivo no apoio da camisa no bloco.

Causas A utilizao de cola/adesivo, aps a sua secagem, causa deformaes no controladas na parede da camisa, podendo comprometer sua vida til. As conseqncias podem ser:l l

Fig. 10.1.1Camisa montada com cola na superfcie de apoio com o cabeote (lado superior da camisa)

Correes ovalizao; deformaes localizadas e no controladas, onde no ocorrer a vedao do anel de compresso ou mesmo a raspagem do leo lubrificante pelos anis raspadores;l l

Seguir corretamente as recomendaes da montadora/fabricante quanto utilizao ou no da cola/adesivo.

deformaes localizadas e no controladas que podero comprometer a folga entre o pisto e a saia, chegando ao engripamento;

l

a cola/adesivo pode escorrer e obstruir os canais de lubrificao; deficincia de apoio com o cabeote (falta de perpendicularidade entre o apoio da camisa e o cabeote).Cola na regio do colarinho da camisa

l

Fig. 10.1.2

125

Fig. 10.1.3Silicone na base inferior da camisa Camisa montada com cola na base inferior

Fig. 10.1.5

Fig. 10.1.4Cola na regio de apoio da camisa no bloco Apoio irregular da camisa com o cabeote

Fig. 10.1.6

10.2 Usinagem irregular do bloco e/ou cabeoteMontagem da camisa com irregularidade do apoio Aspectol

pela prensa acima do recomendado pela montadora/fabricante tambm provoca a fratura do "colarinho".

A camisa apresenta fratura do colarinho e/ou deficincia de vedao com o cabeote.

Correesl

Manter as dimenses do apoio da camisa no bloco, segundo as recomendaes da montadora/fabricante.

Causasl

Tanto em camisa seca como em molhada, necessrio respeitar as recomendaes da montadora/fabricante no que se refere ao apoio da camisa no bloco. A existncia de irregularidade no apoio faz com que ocorra uma distribuio irregular, em todo o dimetro da camisa, das tenses criadas em funo do torque aplicado nos parafusos de fixao do cabeote no bloco. Nos motores que trabalham com camisa seca, a presso aplicada

l

Seguir as recomendaes da montadora/fabricante quanto ao procedimento de encamisamento.

l

Usinar corretamente o apoio da camisa no cabeote. Rebaixar a altura do cabeote sem rebaixar o canal de alojamento do apoio da camisa no cabeote (LIP), por exemplo, o cabeote do motor Volvo TD-102 FS.

l

126

Causas Nos motores que trabalham com camisa seca, as irregularidades existentes no alojamento no bloco, devido usinagem ou no, podem provocar: Fig. 10.2.1 Fig. 10.2.2l

contato irregular da camisa com o alojamento, comprometendo a troca trmica entre os dois e, conseqentemente, o engripamento entre o pisto e a camisa;

Camisa molhada. Regio do colarinho da camisa rompido e carbonizado

l

o comprometimento da vedao dos anis de segmento, com possvel aumento de consumo de leo lubrificante ou mesmo aumento de Blow-by (passagem dos gases) para o crter.

Fig. 10.2.3

Fig. 10.2.4

Nos motores que trabalham com camisa molhada, as irregularidades no alojamento dos anis de vedao oring ou mesmo o deslocamento do anel durante a instalao da camisa podem provocar:l

Camisa seca. Regio do colarinho da camisa carbonizado

comprometimento da folga entre o pisto e a camisa devido deformao, com possvel engripamento iniciando devido ao arraste de material da regio da saia do pisto na regio onde o anel instalado no bloco, podendo posteriormente o engripamento se expandir para a regio dos anis. Se necessrio,remov-la e reinstal-la, eliminando deformaes excessivas.

Fig. 10.2.5Regio do colarinho da camisa carbonizado

Fig. 10.2.6Apoio irregular entre a parte superior da camisa e o cabeote Camisa com marcas da usinagem do bloco

Fig. 10.2.7

Montagem da camisa com irregularidade do bloco Aspectol

Correesl

Usinar o cilindro, seguindo as recomendaes da montadora/fabricante que se referem usinagem. Instalar a camisa, tanto seca como molhada, segundo as recomendaes da montadora/fabricante.

l

Camisa seca com marcas irregulares de contato do lado externo da camisa com o alojamento no bloco. Nos motores que trabalham com camisa molhada, engripamento e/ou deformao na regio prxima ao alojamento dos anis de vedao instalados no bloco.l

Aps a instalao da camisa molhada no alojamento, medir o dimetro interno com equipamento especfico e registrar qualquer deformao da camisa.

127

Fig. 10.2.12Camisa "espelhada" devido rotao constante

Causasl

Bomba e bicos injetores com regulagem incorreta. Turbina. Projeo incorreta dos bicos injetores em relao ao cabeote. Ponto incorreto de injeo/ignio. Comando torcido ou com os cames comprometidos. Carburador com regulagem incorreta. Amaciamento incorreto do motor.

l l

l l

Fig. 10.2.8Marcas escuras no lado externo da camisa, identificando a falta de interferncia com o alojamento.

l l

Correesl

Regular bomba e bicos injetores, segundo recomendaes da montadora/fabricante. Manter o ponto de injeo correto. Conferir o comando e os cames. Regular corretamente o carburador. Aplicar corretamente os componentes internos (pistes, camisas e anis). Evitar rotaes constantes do motor durante o perodo de amaciamento.

l l l

Fig. 10.2.9

Fig. 10.2.10

l

Fig. 10.2.9: Engripamento originado devido ao deslocamento do anel o'ring. Fig. 10.2.10: Impureza no alojamento do anel o'ring na camisa.

l

Fig. 10.2.13

Fig. 10.2.14

Engripamento originado pela diluio do leo lubrificante existente na parede do cilindro

Fig. 10.2.11Anel o'ring cortado durante a instalao da camisa no bloco

Lubrificao insuficiente / diluio do leo lubrificante Aspectol

A diluio do leo lubrificante existente na parte interna das camisas faz com que os anis desgastem prematuramente o brunimento e provoca riscos verticais e marcas de engripamento com arraste de material.

128

10.3 Outros fatoresCorroso escamas cavitao Aspectol

que so conseqncia da combusto e mistura ar/combustvel no seu interior. Assim, quando ocorre a combusto, ocorre tambm a expanso da parede da camisa em fraes de milmetro, devido fora dos gases em expanso contra as paredes internas. Aps passada a expanso dos gases, as paredes do cilindro voltam s suas dimenses normais. Esta volta ocorre em um espao de tempo muito curto: a gua do sistema no tem tempo suficiente para preencher de imediato o espao criado, originando minsculas bolhas de vcuo que, ao implodirem junto parede da camisa, arrancam-lhe pequenas partculas de metal, perfurando-a.

Pequenos furos e/ou formao de escamas.

Causasl

Corroso eletroltica ou eletrlise Resulta da decomposio qumica do metal devido ao de pequenas correntes eltricas, que surgem quando dois metais diferentes, como o ferro e o cobre, entram em contato com a gua. Esta corrente eltrica, apesar de fraca, com o tempo acaba atacando as paredes externas da camisa. Nos motores modernos, utiliza-se, abaixo do colarinho da camisa, um anel de lato, para que esta eletricidade passe para o bloco e deste para o chassi, atravs de um cabo-terra.

l

Corroso qumica resultado, principalmente, do ataque do oxignio presente na gua ao ferro, de que so construdas as camisas, dando origem ao xido de ferro ou ferrugem. Este fenmeno acelerado quando h maior presena de oxignio na gua, devido a falhas na vedao do sistema de arrefecimento, podendo haver penetrao de ar atravs das mangueiras, conexes, tampas defeituosas, baixo nvel de gua, entre outros. A corroso qumica tambm acelerada por utilizao de gua no tratada,com presena de substncias corrosivas, como a gua cida ou alcalina, ou ainda pela falta dos inibidores de corroso recomendados pela montadora/fabricante do motor.Camisa em fase de expanso

Fig. 10.3.1

l

Formao de escamas Estas escamas se formam devido a minerais contidos na gua no tratada para o sistema de arrefecimento, que vo se depositando por sobre as paredes externas dos cilindros, quando aquecidos. As escamas acabam por formar uma barreira trmica que dificulta a transferncia de calor, criando os chamados pontos quentes, causadores de escoriaes, desgastes na parede interna dos cilindros e engripamento dos anis e pistes. Fig. 10.3.2

l

Cavitao As camisas, durante o funcionamento do motor, so submetidas a pulsaesBolhas ao redor da camisa

129

Correesl

Manter, em condies normais de funcionamento e compatveis com o projeto do motor, todos os componentes do sistema de arrefecimento (tampa do reservatrio e/ou radiador, mangueiras e mangotes, vlvula termosttica, vlvula pressosttica, bomba dgua, etc.).

l

Utilizar sempre os aditivos inibidores de corroso e anticongelantes, recomendados pela montadora/fabricante do motor.

l

Manter o nvel de gua do reservatrio e/ou radiador. Quando houver necessidade de completar o nvel de gua do sistema, seguir as recomendaes da montadora/fabricante quanto quantidade de aditivo a ser utilizado.

l

Montar o motor, seguindo as recomendaes da montadora/fabricante, quanto alterao em pistes, sistema de injeo ou mesmo atravs de qualquer outro artifcio.Cavitao sem corroso

Fig. 10.3.5

Fig. 10.3.6Escamas

Fig. 10.3.3Cavitao e escamas

Fig. 10.3.7Cavitao

Fig. 10.3.4Cavitao

130

Expulso da trava Aspectol

A camisa apresenta marca interna provocada pelo contato com o pino.

Causasl

Falta de paralelismo entre o centro do alojamento da bucha de biela e o centro do alojamento da bronzina na biela. Fig. 10.3.9Marca provocada pelo deslocamento do pino aps a expulso da trava

l l l

Biela empenada e/ou torcida. Embielamento incorreto. Posicionamento incorreto do anel trava no alojamento. Conicidade do colo de biela do eixo virabrequim.

Contaminao por abrasivo Aspectol

l

A camisa apresenta desgaste excessivo na regio superior.

Estes fatores fazem com que ocorra desalinhamento, seja criada uma fora lateral e que a biela empurre o pino contra o anel trava. Quando o anel trava for expulso, o pino se deslocar at ter apoio na camisa. O anel trava expulso, com o movimento vertical de subida e descida do pisto, provocar desgaste da regio (alumnio) at que consiga sair.l l l

Causasl

Filtro de ar obstrudo e/ou danificado, ou vlvula de segurana inoperante. Mangueira e/ou mangote de admisso de ar danificados. Limpeza incorreta dos cilindros quando da montagem do motor. Alojamento do filtro de ar deformado ou amassado e com m vedao.

Correesl

Substituir sempre o filtro, segundo a recomendao da montadora/fabricante quanto sua manuteno.

l

Inspecionar periodicamente os mangotes e as mangueiras de ar. Efetuar a limpeza correta dos cilindros.

l

Fig. 10.3.8Desgaste do pisto na regio do cubo e topo provocado pela trava

Correesl

Manter o paralelismo entre o centro do alojamento da bucha e o centro do alojamento dabronzina na biela;

l

Embielar o pisto, segundo a recomendao da montadora/fabricante; Instalar e posicionar corretamente o anel trava no alojamento; Retificar o eixo virabrequim e manter os colos dentro dos padres recomendados pela montadora/fabricante.

Fig. 10.3.10Desgaste e risco provocados por partculas slidas admitidas para dentro do cilindro

l

l

131

BRONZINAS

132

11 Bronzinas

11.1 Objetivos e princpios de funcionamentoFunes da bronzina A funo principal de uma bronzina reduzir o atrito entre uma parte mvel de um motor e a parte esttica a ela ligada. Alm disso, ela deve suportar a parte mvel. Esta ltima funo exige que a bronzina resista a cargas muito altas, particularmente, cargas de alto impacto causadas pela combusto que ocorre no motor. O reparo ou a substituio de partes do motor, tais A capacidade de uma bronzina de reduzir o atrito est baseada no fenmeno de que dois materiais no similares, deslizando um contra o outro, apresentam atrito e desgaste menores, quando comparados ao caso de materiais similares (materiais com dureza da mesma ordem de grandeza). Por isso que as bronzinas devem ser substitudas. Portanto, ligas de alguns metais, tais como cobre, estanho, chumbo ou alumnio, apresentam um melhor desempenho ao suportar uma parte mvel de ao, do que aquele apresentado por um alojamento de ao ou ferro fundido. Embora uma bronzina possa realizar sozinha essa funo de reduo de atrito, seu desempenho enormemente melhorado pela adio de um lubrificante entre a parte mvel e a superfcie interna da bronzina. Por isso, um dos objetivos principais do projeto de uma bronzina estabelecer e manter um filme de leo entre essas superfcies, geralmente sob cargas variveis. Um pequeno desgaste ocorre quando o motor funciona, mesmo quando bronzinas do projeto mais avanado so instaladas em um novo modelo de motor altamente eficiente. As duas causas principais desse fato so: 1) o filme de leo lubrificante torna-se muito fino ou desaparece inteiramente por um curto perodo Um entendimento sobre bronzinas no pode ser completo sem uma boa compreenso do atrito. Embora todos j tenham conhecimento dos resultados do atrito, somente algumas pessoas conheceram suas causas. Em primeiro lugar, deve-se examinar a superfcie lisa de uma pea de metal sob um microscpio. Princpios bsicos do atrito Apesar dos fabricantes continuarem a se esforar para tornar a substituio de bronzinas to segura quanto possvel, preciso uma certa parcela de conhecimento para realizar essa tarefa. Portanto, um dos objetivos do projeto de bronzinas modernas permitir que essa substituio se faa fcil e corretamente. A nova bronzina a ser instalada, quando devidamente selecionada e colocada, atender normalmente s especificaes de durabilidade da montagem original. como virabrequim e eixo comando, caro. Por essa razo que as bronzinas so projetadas e fabricadas para assumir o desgaste produzido pelo atrito, protegendo dessa forma as partes mais caras do motor. Este desgaste pode ser assumido pela bronzina, pelo eixo ou por ambos. 2) partculas estranhas, misturadas ao leo lubrificante, passam pela bronzina. de tempo sob certas condies de operao, por exemplo, no instante da partida do motor;

133

Como se v na Figura 11.1.1, ela no muito lisa, pois parece mais o relevo de uma cadeia de montanhas (picos e vales). Na Figura 11.1.2 podemos observar as superfcies de duas peas metlicas quando em contato.

Seco de uma superfcie de metal ampliada 20.000 vezes

Fig. 11.1.2

Seco de duas superfcies de metal em contato

Fig.11.1.1 Em seguida, aplica-se uma carga a uma das peas de metal. Visto que a rea de contato dos picos muito pequena, mesmo uma carga de poucos quilos provoca presses muito elevadas nesses pontos. O resultado que os poucos pontos de contato ficam sobrecarregados. Agora, faz-se deslizar uma superfcie sobre a outra. Como mostra a Figura 11.1.4, esse movimento quebra os minsculos pontos de contato e deforma os picos, estabelecendo uma resistncia ao movimento de deslizamento, assim como a gerao de calor considervel. Alm disso, os picos quebrados criam um composto agressivo que tende a desgastar as superfcies. O que se discutiu at aqui tpico do atrito desenvolvido entre duas peas do mesmo metal. Contudo, grande parte dessa ao minimizada, se uma pea de metal duro e a outra, de metal mole. Com base neste conceito que a maior parte das bronzinas projetada. A superfcie destas recoberta com uma fina camada de algum metal de baixa dureza, especial para a sua fabricao. Um desses materiais uma liga de estanho e chumbo, chamada Babbitt (metal branco). As propriedades dessa liga so tais que um eixo de ao, girando sobre uma bronzina cuja superfcie Babbitt, fica sujeito a um atrito inferior aproximadamente igual metade daquele que seria produzido se o material fosse ferro fundido ou metal semelhante. Outros materiais sero discutidos no item Materiais para Bronzinas. Fig. 11.1.4Ruptura dos pontos de contato devido ao movimento relativo das partes

Fig. 11.1.3

Pontos de contato das superfcies sob carga

134

Os estudos visando a reduo do atrito no param no material da bronzina: a sua lubrificao um fator vital. Um filme de leo entre as duas superfcies de metal em contato tem duas caractersticas importantes: I as molculas de leo tendem a deslizar mais livremente umas sobre as outras; II as molculas de leo aderem mais firmemente sobre as superfcies do metal, do que uma sobre as outras. A Figura 11.1.5 mostra o fenmeno. A camada superior das molculas de leo adere superfcie do metal em movimento e move-se com ela. Dessa forma, ela se desloca sobre a segunda camada de molculas de leo, aplicando um esforo que faz esta camada mover-se tambm, porm numa proporo menor. Do mesmo modo, esta segunda camada desloca-se sobre a terceira e a arrasta numa velocidade bem menor. Isso continua a ocorrer atravs de todas as camadas de leo subseqentes at a camada mais inferior, que permanece esttica, grudada na superfcie da pea de metal parada. Essa ao reduz o atrito a um valor bastante inferior quele atingido pelas duas superfcies de metal, quando no existe o filme de leo. Fig. 11.1.5

11.2 Nomenclatura da bronzinaNo sentido de se obter uma maior padronizao no uso das denominaes das diversas partes componentes da bronzina, apresentamos na Figura 11.2.1 a nomenclatura adotada.

NOMENCLATURA DA BRONZINA

Fig. 11.2.1

135

11.3 Tecnologia de bronzinasPara desempenhar perfeitamente suas funes, uma bronzina deve permanecer fixa em seu alojamento. Toda sua superfcie exterior deve estar em contato com a superfcie do alojamento, para permitir que a dissipao do calor seja perfeita. No seu projeto tambm so levados em considerao outros fatores que descreveremos a seguir. PRESSO Dimenso livre Todas as bronzinas so fabricadas com determinada dimenso livre. Isto quer dizer que a distncia entre as bordas exteriores da bronzina um pouco maior que o dimetro do alojamento (Fig. 11.3.1). A dimenso livre faz com que a bronzina se ajuste sob presso no alojamento, o que ajuda a mant-la em seu lugar durante a montagem (Fig. 11.3.2). Altura de encosto Quando se introduz uma bronzina sob presso (com os dedos) em seu alojamento, suas bordas superiores sobressaem ligeiramente do alojamento. Isso indica que a bronzina um pouco maior do que a semicircunferncia do alojamento. Essa salincia acima da linha de partio do alojamento denominada pr-carga da bronzina (Fig.11.3.3). Quando se apertam os parafusos das capas dos mancais com as bronzinas colocadas, as faces de partio vo se aproximando uma da outra at ocorrer o contato. Nesse momento se cria uma presso radial que aperta as bronzinas contra o seu alojamento, garantindo um contato completo entre a parte externa da bronzina e o alojamento desta (Fig.11.3.4). Ressalto de localizao da bronzina O ressalto de localizao o dispositivo mais simples e efetivo para posicionar a bronzina, enquanto se apertam os parafusos dos mancais. O ressalto se projeta para fora na linha de separao da bronzina e encaixa suavemente na ranhura existente no alojamento, eliminando a possibilidade de movimento durante a operao de montagem do motor (Fig.11.3.5). Em alguns casos usam-se outros dispositivos para posicionamento da bronzina. Um deles o boto (Fig. 11.3.6). Fig. 11.3.4 Fig. 11.3.3 PR-CARGA Fig. 11.3.2 ALTURA DE ENCOSTO Fig. 11.3.1 DIMENSO LIVRE

Fig. 11.3.5

136

Fig. 11.3.6

CANAIS DE LEO MAIS COMUNS

Fig. 11.3.7

Canais de leo Os canais de leo servem para distribuir o lquido de lubrificao sobre toda a superfcie da bronzina e do eixo, o qual faz com que se forme uma pelcula lubrificante, capaz de suportar as cargas impostas ao mancal. Algumas bronzinas so projetadas com um canal de leo, que as circunda ao longo de sua circunferncia interna. Estes canais tambm servem, em parte, como condutos para permitir a passagem do leo para outras partes do motor (Fig.11.3.7). A disposio dos canais de leo um dos itens de projeto do fabricante de bronzinas em funo das caractersticas de lubrificao do motor.

Neste manual s o mencionamos com o objetivo de que o leitor se familiarize com os diversos propsitos dos diferentes tipos de canais. Excentricidade das bronzinas Procura-se projetar as bronzinas de forma a proporcionar a maior espessura possvel do filme de leo compatvel com as caractersticas do sistema de lubrificao do motor. As formas de muitas bronzinas, quando montadas, no so rigorosamente cilndricas no dimetro interno, sendo fabricadas com ligeira excentricidade. Isto origina uma folga horizontal maior que a vertical, a fim de auxiliar a rpida formao da cunha de leo lubrificante, evitando desta maneira o contato

137

EXCENTRICIDADE EM BRONZINAS

Fig. 11.3.8

metal-metal ao se iniciar o movimento de rotao do virabrequim. Esta excentricidade serve tambm para compensar a eventual deformao do alojamento, que iria afetar a folga. As bronzinas excntricas apresentam uma reduo gradativa da espessura da parede (X), que diminui a partir da linha de centro. A excentricidade deve ser medida a uma altura (Y) que est localizada a aproximadamente 40 da linha de partio (Fig. 11.3.8). Pode-se recorrer a um maior fluxo de leo, fazendo-se chanfros e bolsas na superfcie interna da bronzina, prximo linha de partio, os quais, elevando o custo de fabricao, s devem ser utilizados em casos de necessidade. Materiais para bronzinas Propriedades Como estabelecido no item relativo a Objetivos e Princpio de Funcionamento, a funo de uma bronzina reduzir o atrito entre a parte mvel de um motor e a parte de suporte a ela associada. Dessa definio, algum poderia considerar que a nica exigncia para o material da bronzina seria ter uma boa qualidade de deslizamento. Apesar do deslizamento ser uma caracterstica importante do seu material, ela est longe de ser a nica exigncia. H pelo menos seis outras caractersticas necessrias para a mesma funcionar de forma apropriada.

As propriedades dos materiais de bronzina so as seguintes:l l l l l l l

resistncia fadiga; conformabilidade; incrustabilidade; deslizamento (ao de superfcie); resistncia corroso; resistncia a altas temperaturas; condutividade trmica.

Resistncia fadiga a propriedade do material para bronzina de resistir carga intermitente que aplicada sobre ela por um espao de tempo especificado. Os diversos materiais de bronzinas tm capacidades diferentes para resistir a essas cargas sem se deteriorarem. Essa caracterstica s vezes definida como o mximo esforo ou carga em MPa ou N/ cm2 ou kgf/cm2, para uma vida especificada em horas de operao. Conformabilidade a propriedade do material de bronzina que confere a esta a caracterstica de assumir a forma do alojamento e/ou colos. Incrustabilidade (embedabilidade ou absoro) a propriedade do material para bronzina de absorver partculas slidas estranhas, que poderiam vir a riscar o eixo que a bronzina est suportando. Em outras palavras, o material de bronzina deve ser suficientemente capaz de permitir que essas partculas fiquem incrustadas na superfcie da pea.

138

Deslizamento (ao de superfcie) a propriedade do material de bronzina de resistir ao arraste que poderia ocorrer entre bronzina e eixo, quando entram em contato direto, durante a operao do motor. Resistncia corroso a propriedade do material de bronzina de resistir corroso qumica, tal como a causada pelos cidos que se formam na reao dos produtos de combusto. Resistncia a altas temperaturas a propriedade do material de bronzina de suportar altas temperaturas de operao do motor, sem que este perca as caractersticas responsveis pela capacidade de carga e/ou ao de superfcie. Condutividade trmica a propriedade do material de absorver e transferir calor da superfcie interna da bronzina para o alojamento. Esta caracterstica importante porque a bronzina se comporta melhor quanto menor for a sua temperatura de operao. Sistemas de fabricao do material de bronzina A maioria das bronzinas em uso hoje so compostas de vrias camadas. A Figura 11.3.9 mostra uma bronzina com duas camadas, chamada de bimetlica, sendo composta por uma capa de ao e por uma camada de material anti-frico. Alguns projetos incorporam uma terceira camada que um revestimento sobre o material anti-frico da bronzina. O material da camada de revestimento, porm, diferente do usado na camada antifrico. Este tipo chamado de bronzina trimetlica. Escolha do material Existem diversos materiais e combinaes de materiais que podem ser usados na fabricao de uma bronzina. Cada um deles apresenta combinao diferente dessas sete propriedades discutidas. Por exemplo, um material A pode apresentar um bom deslizamento, mas baixa resistncia fadiga, enquanto que um material B pode ter boas qualidades de resistncia ao calor e ao desgaste, mas ser muito limitada a sua capacidade de deslizamento (ao de superfcie). A seleo do material para qualquer bronzina depende da aplicao

que se quer dar para ela. A razo para isso tornase evidente quando examinamos os exemplos de aplicao seguintes:APLICAO DA BRONZINA Servio pesado em estradas Pequenos tratores e equip. agrcolas Bombas de irrigao e mot. martimos PROPRIEDADE PRINCIPAL DA BRONZINA Resistncia fadiga Absoro Resistncia temperatura

bvio, ento, que nenhum material de bronzina o melhor indicado para todas as aplicaes. Em vista disso, os fabricantes de bronzinas desenvolvem uma ampla variedade de materiais para atender s necessidades especficas de cada motor.

Fig. 11.3.9

139

11.4 Tipos de bronzinasTipos de bronzinas quanto ao material empregado As bronzinas, quanto ao material empregado na sua fabricao, podem ser classificadas nos seguintes tipos principais: I Babbittl l

Micro-babbitt Com este material obtm-se bronzinas com melhor resistncia fadiga, bom deslizamento (ao de superfcie) e boa resistncia corroso, mas conformabilidade e incrustabilidade menores que com a Babbitt.

Babbitt Micro-Babbitt

O efeito da espessura de Babbitt na vida da bronzina aument-la rapidamente, quando esta espessura diminui para menos de 0,356 mm (0,014 in) (Fig. 11.4.1). As bronzinas de Babbitt que podem trabalhar com cargas de at 130 kgf/cm2 deram origem s chamadas bronzinas micro, em que a espessura da camada de metal branco foi reduzida de 0,5 mm, da bronzina normal, para cerca de 0,1 mm, a fim de aproveitar o aumento de resistncia fadiga, com diminuio da espessura da camada de metal branco, e que pode chegar a at 70%. Nas bronzinas micro podemos chegar a at cerca de 190 kgf/cm2 (Fig. 11.4.2). Naturalmente, se as bronzinas convencionais, devido ao acabamento superficial com rugosidade extremamente baixa, j no admitem qualquer modificao ou adaptao, nas micros, at o simples rasqueteamento poder ser suficiente para eliminar a camada antifrico.

II Cobre-chumbo sinterizadal

Bimetlicas de cobre-chumbo-estanho (Cu-PbSn) sinterizadas (sem camada de revestimento). Trimetlicas de cobre-chumbo-estanho (Cu-PbSn) sinterizadas (com camada de revestimento eletrodepositada) de cobre-chumbo-estanho (Cu-Pb-Sn).

l

III Cobre-chumbo fundidasl

Bimetlicas de cobre-chumbo-estanho (Cu-PbSn) fundidas (sem camada de revestimento). Trimetlicas de cobre-chumbo-estanho (Cu-PbSn) fundidas (com camada de revestimento eletrodepositada) de cobre-chumbo-estanho (CuPb-Sn).

l

IV Alumniol

Alumnio slido (com camada de revestimento de chumbo-estanho [Pb-Sn] eletrodepositada). Bimetlicas de alumnio. Trimetlicas de alumnio.

l l

V Cobre-estanho com PTFEl

Cobre-estanho (Cu-Sn) impregnado com politetrafluoretileno (PTFE) e lubrificante slido (20% Pb).

Principais caractersticas das ligas Apresentaremos, a seguir, uma descrio das principais caractersticas das ligas de bronzina. I. Ligas de babbitt Babbitt Com este material, obtm-se boa conformabilidade, incrustabilidade, deslizamento (ao de superfcie) e resistncia corroso, mas baixa resistncia fadiga.140

Fig. 11.4.1

DIFERENAS ENTRE AS CARGAS SUPORTADAS PELA BRONZINA NORMAL E PELA MICRO

Fig. 11.4.2

II. Ligas de cobre-chumbo-estanho sinterizadas

III. Ligas de cobre-chumbo fundidas Bimetlicas

Bimetlicas A tcnica de sinterizao usada para produzir bronzinas de liga de cobre um processo em tira contnua. Um p de cobre-chumbo-estanho pr-ligado aplicado uniformemente de maneira contnua, com uma espessura predeterminada, dependendo da bronzina a ser produzida, sobre uma tira de ao em movimento. Para ligar as partculas de p metlico umas s outras aplicado calor em forno contnuo com atmosfera controlada (sinterizao). O chumbo funde no interior do forno e ocupa parte dos espaos entre as partculas ligadas por sinterizao. A seguir o material sofre uma laminao, fechando-se a porosidade restante e existente entre as partculas sinterizadas. Materiais produzidos por este processo so geralmente de um teor de cobre elevado (70 a 80%). Trimetlicas Tm uma camada de revestimento de estanhochumbo ou cobre-estanho-chumbo eletrodepositada com uma espessura aproximada de 0,025 mm (0,001 in). Elas so particularmente convenientes para aplicaes automotivas, apresentando bom desempenho nas reas de resistncia carga mais elevada, boa conformabilidade e incrustabilidade, assim como bom deslizamento e resistncia corroso maior do que o material cobre-chumbo sinterizado sem camada de revestimento.

Neste processo, os metais bsicos a serem usados so inicialmente aquecidos at a fuso. A liga lquida ento aplicada continuamente sobre uma tira de ao e a seguir solidificada atravs de resfriamento por leo e gua. Trimetlicas Tm uma camada de revestimento de cobreestanho-chumbo eletrodepositada com espessura de 0,025 mm (0,001 in). As bronzinas com este material so especialmente indicadas para aplicaes em servios pesados. Elas apresentam tima resistncia fadiga, boa conformabilidade e bom deslizamento (ao de superfcie), alm de excelente resistncia corroso, especialmente em altas temperaturas. Algumas bronzinas so projetadas com o mesmo revestimento eletrodepositado de 0,013 mm (0,0005 in), para proporcionar maior resistncia fadiga e aumentar a capacidade de carga. Nas bronzinas trimetlicas sinterizadas ou fundidas, h tendncia do estanho da camada superficial migrar para o cobre, enfraquecendo a resistncia corroso destas. Nestas bronzinas, uma camada finssima de nquel, depositada eletroliticamente, impede este empobrecimento em estanho da camada superficial.141

A micrografia da camada antifrico da bronzina mostra nitidamente a finssima, mas importante, barreira de nquel (Figs. 11.4.3 e 11.4.4). interessante observar, tambm, a importncia do teor de cobre, que deve ter a liga branca eletrodepositada na superfcie (Fig. 11.4.4).

culiaridade apresenta problemas no projeto das bronzinas e, como conseqncia, elas devem ser montadas com uma folga maior para compensar essa caracterstica. Paralelamente, devem ser fabricadas com espessura de parede mais grossa, a fim de manter a capacidade de carga. Conseqentemente, as bronzinas de alumnio sli-

IV Ligas de alumnio Ligas de alumnio slido As bronzinas de alumnio-silcio surgiram muitos anos aps considervel pesquisa de ligas de alumnio. Isso resultou no desenvolvimento de uma liga fundida de estanho, cobre, nquel e alumnio (ML-83). Geralmente as bronzinas feitas com esse material no tm capa de ao e so conhecidas como bronzinas de alumnio slido. O alumnio apresenta a caracterstica particular de ter um coeficiente de expanso trmica aproximadamente duas vezes maior do que a do ao ou a do ferro. Esta pe-

do no podem ser usadas nos motores em que os dimetros do alojamento (mancal) e do virabrequim exigem uma parede fina. Normalmente, as bronzinas de alumnio slido so fabricadas com uma camada de revestimento de estanho-chumbo eletrodepositada. Bimetlicas de alumnio So empregadas com diversas ligas diferentes de alumnio em tiras, unidas capa de ao e so geralmente de parede fina. As ligas de alumnio usadas nas bronzinas bimetlicas so: alumnio-estanho (Al-Sn), alumnio-silcio-cdmio (Al-Si-Cd), alum-

NECESSIDADE DE BARREIRA DE NQUEL PARA EVITAR A MIGRAO DO ESTANHO

Fig.11.4.3

Fig.11.4.4

142

nio-zinco (Al-Zn). Um material agora empregado universalmente a liga de alumnio com estanho, usada, geralmente, na faixa de servio intermedirio de resistncia fadiga. Trimetlicas de alumnio Tem uma camada de revestimento eletrodepositada de cobre-estanho-chumbo aplicada liga bsica de alumnio. A espessura da camada de revestimento eletrodepositada nominalmente de 0,025mm (0,001 in) apresentando boa resistncia corroso, alta capacidade de carga e bom deslizamento (ao de superfcie). Algumas bronzinas so projetadas com uma camada de revestimento de 0,013 mm (0,0005 in). V Ligas de cobre-estanho com politetrafluoretileno (PTFE) As peas de material PTFE so constitudas por trs camadas. A primeira uma capa de ao. Sobre essa capa de ao sinterizada uma camada de cobre-estanho poroso com uma espessura, geralmente, de 0,30 mm a 0,35 mm. Essa camada impregnada por uma mistura composta basicamente por politetrafluoretileno (PTFE) e p de chumbo que preencher os poros. Acima disso h, adicionalmente, uma camada superficial, normalmente de 10m a 30m, de mistura PTFE/chumbo. Essa mistura depois curada. A capa de ao e a estrutura de bronze sinterizada do ao material uma alta resistncia compresso e uma boa condutividade trmica, sendo tambm auto-lubrificante. No momento esse material usado basicamente para fabricao de buchas. As principais aplicaes tpicas desse material so as seguintes:l l

CARGA UNITRIA

Fig.11.4.5 Cargas relativas a materiais de bronzinas Cargas relativas s ligas mais usuais da Metal Leve encontram-se no grfico da Figura 11.4.5. Os valores so baseados em condies ideais de testes, com leo adequado, alinhamento perfeito e acabamento de eixo correto. Eles se relacionam s cargas cclicas suportadas por bronzinas bipartidas em motores alternativos. A seleo do material, entretanto, deve levar em conta outros fatores, tais como: tipo de servio, filtragem do lubrificante, presso de pico do filme de leo, temperatura de operao, etc.

equipamentos agrcolas; eixos de acionamento de freios, embreagem e acelerador; braos de suspenso veicular; hastes de amortecedores.

l l

143

12 Falhas prematuras em bronzinas

Caractersticas normais de trabalho A maior parcela de desgaste normal de uma bronzina ocorre quando da partida do motor ou no incio da operao, aps o que o desgaste continua, mas em ritmo bastante reduzido. Se efetuada uma manuteno preventiva adequada, apenas as partculas de dimenses reduzidas, no retidas no filtro de leo, estaro presentes no processo de abraso da superfcie da bronzina. Nessa condio, as bronzinas devem ter uma vida consideravelmente longa. riscos na superfcie da bronzina, provocados por A maior evidncia de que o tempo de vida til da bronzina foi ultrapassado o aparecimento de rudos no motor (rajadas) e uma diminuio da presso do leo lubrificante. O desgaste normal , comumente, indicado por pequena quantidade de partculas estranhas no retidas pelo filtro. Esses riscos no representam problemas, desde que a liga-base no seja atingida, sendo que, com a operao contnua, o desaparecimento desses riscos ainda pode ocorrer.

12.1 Falhas prematuras em bronzinas por mau funcionamentoCorroso Aspectol

No primeiro caso, o metal atacado removido da matriz, tornando-a frgil com respeito capacidade de carga, ocorrendo a fadiga. Igualmente, uma pelcula frgil de xido na superfcie de deslizamento pode ser removida por fadiga ou mesmo por eroso, dada a dificuldade desta superfcie de incrustar partculas estranhas. A indstria de leos lubrificantes tem desenvolvido aditivos que inibem a oxidao do leo por um prolongado tempo de servio, tornando esse tipo de falha bastante minimizado, mas no de todo eliminado. O calor gerado na operao acelera o processo de oxidao, bem como a exposio ao ar, gua ou a outros materiais estranhos no leo, incluindo certos metais que podem atuar como catalizadores. Outros fatores contribuintes incluem a passagem de gases para o crter ("blow-by") e a queima de combustvel contendo alto teor de enxofre, com a possibilidade, inclusive, da formao de cidos inorgnicos.

A aparncia tpica da ocorrncia de corroso identificada pela formao de compostos escuros e pequenas cavidades (pits) na superfcie da bronzina.

Causasl

Corroso um ataque qumico sobre a liga das bronzinas por compostos existentes no lubrificante. Tais compostos podem ser estranhos ao sistema de lubrificao, como no caso a gua, ou podem ser produzidos durante a operao, como resultado da oxidao de leo lubrificante. A ao nociva que se desenvolve quando uma bronzina opera em meio corrosivo pode ocasionar a remoo direta de um ou mais elementos de liga ou a formao de frgeis xidos sobre a superfcie de deslizamento.

144

pode ocorrer uma movimentao do chumbo, separando-se do cobre, e a camada superficial perder a aderncia com a capa de ao, provocando, conseqentemente, o destaque do material. A condio de fragilidade a quente provocada por uma elevao excessiva de calor em alguma rea da bronzina. O calor excessivo pode ser devido insuficincia de folga radial, s impurezas, deformao dos colos do virabrequim ou, ainda, ao desalinhamento do bloco e/ou virabrequim.

Fig.12.1.1

Correesl

Troca de leo dentro do prazo especificado pela montadora/fabricante. Caso seja observado que a corroso tenha sido provocada por passagem de gases para o crter (blow-by), efetuar a troca dos anis e retificar o motor, se necessrio. Fig.12.1.4

l

Fig.12.1.2

Fig.12.1.3

Fragilidade a quente (hot short) Aspectol

Fig.12.1.5

Grandes reas da camada antifrico da bronzina so arrancadas, ficando exposta capa de ao.

Correesl

Montar as bronzinas com a folga recomendada pela montadora/fabricante. Na troca de leo, observar o mximo de limpeza e na montagem do motor, retirar todos os resduos de usinagem e outras sujeiras existentes.

l

Causasl

Quando uma bronzina em operao se aquece acima da temperatura de fuso do chumbo (326C) ou estanho (231C) e est sujeita ao esforo de arraste considervel do atrito com o eixo, seu material antifrico assume a condio de fragilidade a quente. Sob essa condio,l l

Antes da montagem de novas bronzinas,fazer uma inspeo dimensional cuidadosa dos colos do virabrequim. Verificar o alinhamento do bloco e do virabrequim.

145

Fadiga generalizada Aspectol

da de bronzinas trimetlicas, onde as fraturas, aps a penetrao perpendicular, propagam-se paralelamente barreira de nquel, ocasionando a remoo desta em reas reduzidas (Fig. 12.1.8).

A superfcie da bronzina apresenta reas irregulares de onde se destacou o material antifrico.

Fig.12.1.6

Causasl

Os danos por fadiga podem ser causados por esforo anormal e cclico, ou seja, picos de carga (Fig. 12.1.7). Fig.12.1.8

As fraturas por fadiga so iniciadas por cargas excessivas, propagando-se perpendicularmente superfcie da bronzina. Antes de alcanar a linha de ligao entre a liga da bronzina e o material suporte (ao), a fratura muda de direo, propagando-se paralelamente linha de ligao. Essas fraturas podem chegar a se unir, provocando o destacamento do material da bronzina. Um dos tipos mais comuns de fadiga ocorre na sobrecamaFADIGA

Correesl

Se a durabilidade da bronzina foi menor que a prevista, verificar as condies de temperatura e carga em que trabalhou o motor, eliminando os defeitos que houverem.

l

Evitar sobrecargas operacionais do motor, observando as recomendaes da montadora/fabricante.

Fig.12.1.9

Ampliao 350

Insuficincia de leo na bronzina Aspectol

Quando uma bronzina falha por insuficincia ou diluio do leo lubrificante, a sua superfcie de trabalho pode tornar-se brilhante (Fig. 12.1.11).

Fig.12.1.7146

No caso de falta completa de lubrificao, apresenta desgaste excessivo pelo arrastamento de material pelo eixo no contato da superfcie de deslizamento da bronzina com o colo do virabrequim.

Correesl

Verificar as dimenses dos colos para a escolha correta das novas bronzinas. Retificar os colos do virabrequim, caso seja necessrio. Verificar o bom funcionamento da bomba de leo e da vlvula de alvio. Caso seja necessrio, recondicion-las ou troc-las.

l

l

Causas A insuficincia ou a diluio do filme de leo lubrificante entre a bronzina e o eixo, que ocasiona o desgaste da camada eletrodepositada, normalmente provocada por:l l l l l

Observar se os furos de leo das bronzinas esto alinhados com os existentes no bloco do motor e nas bielas. Evitar o funcionamento do motor na marcha lenta por perodos prolongados. Verificar a diluio do leo lubrificante por combustvel ou lquido de arrefecimento.

folga vertical insuficiente; diluio do leo lubrificante; motor trabalhando em marcha lenta por longos perodos.l

Eroso por cavitao A falta de leo lubrificante, que ocasiona um contato metal-metal da bronzina com o colo do virabrequim, com desgaste excessivo pelo arrastamento do material antifrico, normalmente provocado por:l l l

Aspectol

Algumas regies da superfcie da bronzina ficam erodidas. Em algumas ocasies, a eroso pode atravessar todo o material da liga da bronzina e chegar at a capa de ao.

galerias de leo parcialmente obstrudas; escolha incorreta de submedida da bronzina; montagem invertida das bronzinas centrais (parte inferior no lugar da superior); mau funcionamento da bomba de leo ou da vlvula de alvio.

l

Fig.12.1.12

Causasl

A eroso por cavitao um tipo de dano causado pela exploso instantnea de bolhas de vapor de leo baixa presso na superfcie da

Fig.12.1.10

liga antifrico da bronzina. As cargas em uma bronzina do motor flutuam rapidamente, tanto em intensidade como em direo, durante o ci-

INSUFICINCIA DE LEO NA BRONZINA

clo de trabalho do motor. Isso ocasiona mudanas rpidas na presso hidrodinmica do filme de leo na bronzina. A mudana de presso mais pronunciada a cada tempo do motor em que ocorre uma deformao relativamente grande entre a bronzina e o colo correspondente.

Fig.12.1.11147

A eroso da bronzina tambm pode ser causada pela alta velocidade do fluxo de leo nos furos do virabrequim e pela variao do fluxo em descontinuidades de sua superfcie, como rebaixos, canais e cantos vivos. A eroso por cavitao nas bronzinas pode ser dividida em quatro grupos principais:l

Causasl

As medidas dimensionais dos moentes ou munhes estando abaixo da medida mnima recomendada, assim como o dimetro do alojamento das bronzinas estando acima do dimetro mximo recomendado, proporcionaro folga de leo lubrificante acima da mxima permitida. A folga excessiva no gera sustentao hidrodinmica do eixo. Desta maneira, h contato do eixo com a superfcie da bronzina, podendo ocasionar fuso e deformao superficial da liga antifrico da bronzina (Figs. 12.1.14 a 12.1.17).

Eroso por cavitao de suco ocorre por trs do movimento do eixo; Eroso por cavitao de descarga ocorre frente do movimento do eixo; Eroso por cavitao de fluxo; Eroso por cavitao de impacto.

l

l l

Fig.12.1.14Escoamento da liga

Correesl

Conferir as medidas do dimetro dos mancais, bielas e colos do moente e munho do eixo virabrequim.

l

Aplicar sempre o torque correto nos parafusos e substitu-los sempre que recomendado pela montadora/fabricante.

Fig.12.1.13

l

Utilizar leo lubrificante adequado ao motor e recomendado pela montadora/fabricante.

Correesl

Usar leo lubrificante com viscosidade recomendada para o motor. Verificar a presso do leo. Evitar contaminao do leo lubrificante. Verificar a folga de montagem.

l l l

Folga excessiva Aspectol

A pea apresenta riscos provocados por partculas e deformao/migrao da liga antifrico para a regio prxima borda lateral da bronzina.Escoamento da liga (foto ampliada)

Fig.12.1.15

148

Fig.12.1.16Escoamento da liga Escoamento da liga

Fig.12.1.17

12.2 Falhas prematuras em bronzinas por erros de montagemFolga axial (longitudinal) insuficiente Aspectol

Correesl

Obedecer folga de montagem especificada pela montadora/fabricante. Verificar a colocao correta dos elementos de ligao entre o motor e o cmbio.

Desgaste excessivo na lateral do flange e em uma regio da superfcie interna da bronzina, no lado de maior carga axial, enquanto que o outro lado encontra-se com aspecto normal de funcionamento. Nas reas do desgaste, h fuso e desprendimento da liga antifrico.

l

Causasl

Uma folga insuficiente provocada por montagem incorreta ou por colocao incorreta do disco e do plat, que foram o virabrequim contra o flange da bronzina a tal ponto que, pelo atrito gerado e pela falta da formao do filme de leo, h uma elevao de temperatura a nveis onde o chumbo presente na liga se separa do cobre, com conseqente danificao total dessas reas.Flange totalmente desgastado

Fig.12.2.2

Fig.12.2.3Flange do lado dianteiro da bronzina sem desgaste e do lado traseiro com desgaste

Fig.12.2.1

149

Impurezas slidas Aspectol

Correesl

Instalar novas bronzinas, seguindo cuidadosamente as instrues de limpeza recomendadas. Retificar o eixo, caso seja necessrio. Recomendar que o operador troque o leo e o respectivo filtro, periodicamente, nos intervalos recomendados pela montadora/fabricante do motor e mantenha limpos o filtro de ar e o respiro do crter.

Partculas estranhas ficam impregnadas na liga antifrico, provocando deslocamento do material. Pode-se encontrar tambm riscos na superfcie da bronzina.

l l

Fig.12.2.6

Fig.12.2.4

Causasl

Poeira, sujeira, abrasivos ou partculas metlicas presentes no leo incrustam-se na superfcie da bronzina, deslocando a liga antifrico. As salincias, da liga ou da partcula, podem tocar no eixo, criando pontos de atrito localizados e provocando o rompimento do filme de leo (Fig. 12.2.5).

As impurezas podem provir da limpeza incorreta do motor antes ou durante a montagem. Pode ocorrer tambm falha de funcionamento pelo desgaste de partes metlicas.

Fig.12.2.7

Fig.12.2.5Impurezas slidas

Fig.12.2.8Bronzinas de mancal contaminadas e com riscos circunferenciais

150

Sujeira no alojamento Aspectol

rea localizada de desgaste na superfcie da liga, correspondendo a uma marca provocada pela presena de partcula estranha nas costas da bronzina.

Fig.12.2.9Foto ampliada do canal aberto pelo corpo slido estranho na bronzina

Fig.12.2.13

Causasl

Partculas entre o alojamento e a bronzina impedem o contato adequado e dificultam o fluxo de calor. O aquecimento e as cargas localizadas provocam a fadiga nessa rea e o material se destaca (Fig. 12.2.14).

Fig.12.2.10 CorreesBronzinas de biela contaminadas e com riscos circunferenciaisl

Limpar cuidadosamente o alojamento, retirando todas as rebarbas, as sujeiras ou as partculas slidas, antes de instalar novas bronzinas.

l

Examinar o estado dos colos e retific-los, caso seja necessrio.

Fig.12.2.11Foto ampliada dos riscos e dos corpos estranhos na bronzina

Fig.12.2.14Sujeira no alojamento

Alojamento ovalizado Fig.12.2.12 AspectoBronzinas de biela contaminadas e com riscos circunferenciais na direo do furo de lubrificaol

reas de desgaste excessivo prximas s linhas de partio da bronzina.

151

Altura de encosto insuficiente

Fig.12.2.15

Causasl

As flexes da biela devido s cargas alternadas podem produzir a ovalizao do alojamento. As bronzinas tendem a adquirir essa forma, resultando, da, uma superfcie interna no-cilndrica. A folga prx