MAHLE MANUAL TECNICA TERCEIRA PARTE

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MAHLE MANUAL TECNICA TERCEIRA PARTE

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MANUAL TCNICOCurso MAHLE Metal Leve Motores de Combusto Interna AFTERMARKET

BUCHAS

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14 Buchas

14.1 Objetivos e princpios de funcionamentoA funo principal da bucha reduzir o atrito entre uma parte mvel de um motor e a parte esttica a ela ligada. Tambm deve resistir a cargas altas, particularmente s de alto impacto causadas pela combusto do motor.

14.2 Nomenclatura da buchaNo sentido de padronizar as denominaes da bucha, apresentamos na Figura 14.2.1 a nomenclatura adotada. NOMENCLATURA DA BUCHA

Fig.14.2.1

14.3 Tecnologia de buchasA maioria dos elementos de projetos para buchas semelhante aos das bronzinas. As diferenas bsicas esto no formato, sendo que a terminologia varia muito pouco. A escolha das dimenses e do material das buchas varia de acordo com a sua aplicao, ou seja, carga, velocidade, tamanho do eixo e forma de lubrificao a ser utilizada. As buchas podem ser inteirias ou com partio. Os tipos de partio mais comuns so retas ou com clinch.

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Montagem da bucha Interferncia A interferncia de montagem representa a diferena entre o dimetro externo da bucha e o dimetro interno do alojamento. Essa interferncia necessria para fixar firmemente a bucha no seu alojamento de forma a impedir que ela se movimente em funcionamento. Folga A folga diametral representa a diferena entre o dimetro interno da bucha e o dimetro do eixo. A experincia tem provado que a folga diametral deve ser proporcional ao dimetro do eixo. Recomenda-se que a folga diametral mnima seja aproximadamente igual ao dimetro nominal do eixo dividido por 1.000.

Materiais As buchas so fabricadas com os mesmos materiais antifrico usados nas bronzinas. As buchas normalmente no apresentam a camada de revestimento, porm recebem uma camada de estanho protetora contra oxidao. Portanto, elas so bimetlicas. Os materiais mais empregados so os seguintes:l

ligas de chumbo-estanho fundidas sobre tira de ao; ligas de cobre-chumbo fundidas sobre tira de ao; ligas de cobre-chumbo sinterizadas sobre tira de ao; ligas de alumnio sobre tira de ao; alumnio slido; ligas de cobre-chumbo sinterizadas com PTFE.

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166

15 Falhas prematuras em buchas

Caractersticas normais de trabalho As buchas, assim como as bronzinas, apresentam maior parcela de desgaste normal quando da partida do motor para o incio da operao. Para que o desgaste seja sempre o menor possvel, necessrio que as manutenes de troca de leo, filtro lubrificante e filtro de ar sejam executadas segundo as recomendaes da montadora/fabricante. importante tambm a ateno para qualquer evidncia de falha da bomba de leo lubrificante ou, de

maneira geral, falhas nos sistemas de lubrificao, de filtrao de ar, de alimentao/injeo e de arrefecimento durante o perodo de vida til do motor.

Riscos normais e espessura correta da parede

15.1 Falhas prematuras em buchas por erros de montagemFolga de montagem incorreta Aspectol

Alojamento deformado Aspectol

A superfcie externa da bucha apresenta riscos circunferenciais profundos.

A superfcie externa da bucha apresenta reas de pouco contato com o alojamento. Na superfcie interna, a pea apresenta destacamento da liga antifrico.

Causasl

O processo de fabricao das buchas de eixo comando adotado pela MAHLE Metal Leve S. A. o denominado "G Die" (estampagem progressi-

Fig.15.1.1

Causasl

Montagem do eixo na bucha com folga diametral insuficiente, fazendo com que o eixo fique agarrado na bucha e provoque a rotao desta no alojamento.

Correesl

Utilizar a folga de montagem especificada pela montadora/fabricante do motor. Fig.15.1.2

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va). Neste processo, as buchas na conformao assumem a forma cilndrica com tolerncias para garantir o perfeito assentamento aps terem sido montadas no alojamento do bloco do motor. As tolerncias de forma do alojamento so especificadas pela montadora/fabricante do motor. Caso o alojamento no atenda s caractersticas de forma definida dentro da tolerncia estabelecida pela montadora/fabricante, haver diminuio da rea de contato da bucha com o alojamento, ocorrendo, assim, o mau assentamento desta. Este fato no permite a perfeita dissipao do calor gerado em operao do mancal, podendo ocorrer a fuso da liga da bucha. Pode acarretar tambm erro de forma do dimetro interno aps a bucha ser montada, quebrando o filme de leo lubrificante e, conseqentemente, podendo haver fadiga, engripamento e destacamento do material. Correesl

Fig.15.1.5Fratura da liga

Fig.15.1.6Marca de apoio irregular da bucha com alojamento

Verificar a circularidade do alojamento antes da montagem de uma nova bucha. No caso de alojamento muito deformado, retific-lo e utilizar uma bucha com sobremedida externa.

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Manter as especificaes de tolerncia e interferncia entre a bucha e o alojamento recomendadas pela montadora/fabricante do motor.

Fig.15.1.7Marca interna provocada pelo corpo estranho

Fig.15.1.8 Fig.15.1.3

Fig.15.1.4

Marca externa provocada pelo corpo estranho

168

Embuchamento incorreto Aspectol

A superfcie externa da bucha apresenta marcas profundas.

Fig.15.1.9 Causasl

Fig.15.1.11Marca do embuchamento inclinado

Quando da preparao para a instalao da bucha no alojamento, ocorre o desalinhamento entre o centro da bucha e do alojamento, provocando certa inclinao nesta. Como a pea instalada com interferncia no dimetro externo, ocorrer o no-assentamento da bucha no alojamento, podendo ocorrer trincas no material desta devido aos esforos envolvidos quando do motor em operao.Marca do embuchamento inclinado

Fig.15.1.12

Correesl

Utilizar ferramentas adequadas para a instalao das buchas no alojamento. No utilizar a pea deformada.

l

Fig.15.1.13Marca do embuchamento incorreto

Fig.15.1.10Marca do embuchamento incorreto Marca do embuchamento inclinado

Fig.15.1.14

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VLVULAS

170

16 Vlvulas

Vlvulas so elementos de alta preciso, compostos por ponta, haste e cabea. So componentes de motores a combusto interna, sujeitos s altas tenses trmicas e mecnicas. Desta forma, so fabricadas por diferentes processos e utilizados desde materiais de baixo teor de carbono at super ligas com blindagem da sede de vlvulas. As

vlvulas tambm so diferentes em suas formas, aplicaes e tamanhos. As vlvulas esto posicionadas, na maioria das vezes, no cabeote dos motores de quatro tempos (Fig. 16). Em alguns casos, as vlvulas de admisso ou escapamento so instaladas no bloco do motor.

1 Eixo comando admisso 2 Tucho 3 Mola 4 Guia de vlvula 5 Vlvula de admisso 6 Vlvula de escapamento 7 Sede de admisso 8 Sede de escapamento 9 Cabeote

Fig.16

16.1 Objetivos e princpios de funcionamentoA vlvula tem como principais finalidades vedar as reas de fluxo dos gases no cabeote e na cmara, e dissipar o calor gerado na combusto, transferindo-o para a sede do cabeote e para a guia. A abertura e fechamento das vlvulas controlada pelo eixo comando, atravs dos ressaltos do came. Nos motores em que o eixo comando est posicionado no bloco, o ressalto fora o conjunto tucho/vareta/ balancim no movimento de abertura da vlvula. Ao mudar a posio, o ressalto alivia a presso no conNos motores em que o eixo comando se posiciona no cabeote, o ressalto do came pode atuar diretamente no tucho ou no balancim. Aps a mudana de posio do ressalto, nas duas condies, a mola retorna a vlvula posio de fechamento. junto de acionamento e a vlvula retorna posio de fechamento por expanso da mola.

171

16.2 Nomenclatura da vlvulaNo intuito de se obter uma padronizao no uso das denominaes utilizadas para a identificao das partes que compem uma vlvula, foram definidos os principais termos identificados na Figura 16.2.1.l l

Localizao da solda a regio das vlvulas de escapamento em que se encontra a solda por frico de diferentes materiais da haste e da cabea (Fig. 16.2.3). As vlvulas monometlicas no utilizam este processo de soldagem.

Ponta a parte superior da vlvula onde se apia uma das extremidades do balancim ou tucho. Canaletas o local em que se posiciona a trava da vlvula, evitando que ela caia para dentro da cmara de combusto. As canaletas podem variar de 1 a 4 por vlvula (Fig. 16.2.2).

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Enchimento a regio da cabea da vlvula definida durante a fabricao (forjado) ou atravs de usinagem e retificao (Fig. 16.2.4).

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Cabea composta pela sede, ngulo e pelo enchimento. Sede a regio de apoio da vlvula na sede instalada no cabeote (Fig. 16.2.5). o ngulo de assentamento entre a sede e a sede do cabeote. Face a regio inferior da cabea e que fica dentro da cmara de combusto. Apresentam diferentes configuraes de fabricao (Fig. 16.2.6).

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Haste a regio da vlvula que atua junto guia (instalada no cabeote), no posicionamento da vlvula durante sua abertura e fechamento.l

l

Final frio a parte menos quente da haste, ou seja, a regio afastada da cabea. Final quente a parte quente da haste, pois est mais prxima da cabea da vlvula.

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l

Fig.16.2.1

172

TIPOS DE CANALETAS

Fig.16.2.2

Fig.16.2.3Regio da solda na vlvula bimetlica

Fig.16.2.4Cabea retificada e sem ser retificada

Fig.16.2.5Sede da vlvula Diferentes faces da cabea

Fig.16.2.6

173

16.3 Processos de fabricaoPara a fabricao das vlvulas so utilizados diferentes tipos de materiais.l

CS Ao Baixo Carbono. Utilizado em vlvulas de admisso e para haste de vlvulas de escapamento (bimetlicas).

l

M Ao Cromo Silcio. Utilizado em vlvulas de admisso e de escape usadas em servios moderados, tambm para haste de vlvulas de escapamento (bimetlicas).

l

MN Ao Cromo Silcio Nquel. Utilizado em vlvulas de admisso com alta resistncia corroso e a altas temperaturas.

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MV Ao Cromo Molibdnio Vandio. Utilizado em vlvulas de admisso com alta resistncia ao desgaste, corroso e s altas temperaturas.

l

A/AB Ao Austentico Cromo Nquel Mangans. Utilizado em vlvulas de escape resistentes a severas condies de operao.

l

AN Ao Austentico Cromo Nquel. Utilizado em vlvulas de escape resistentes a severas condies de operao.

l

X Super ligas utilizadas em vlvulas de escapamento. ST Ligas utilizadas para a blindagem da sede de vlvulas de escapamento, com alta resistncia oxidao, ao desgaste e corroso.

l

Dependendo da solicitao, as vlvulas de admisso e escapamento podem ter o endurecimento parcial ou total das pontas, que pode ser por chama ou induo, variando apenas o tempo (Fig. 16.3.2). A ponta pode receber um inserto por soldagem (Fig. 16.3.1). As hastes produzidas em material de baixo carbono recebem revestimento de cromo duro com espessuras que podem variar de 10 a 25 m ou receber tratamento de nitretao (Fig. 16.3.3).Endurecimento por tratamento trmico

Fig.16.3.2

1000:1 Fig.16.3.1Inserto soldado na ponta

Fig.16.3.3Ampliao da camada de cromo aplicado na haste

174

As vlvulas so produzidas em vrios processos Forja, recalque e estampagem. O processo consiste na deformao por aquecimento da vareta previamente cortada. A vareta submetida compresso e a deformao inicial ocorre na extremidade aquecida da haste (Fig. 16.3.4). Com a deformao atendendo ao tamanho necessrio da estrutura da cabea (Fig. 16.3.5), esta ser posicionada na matriz que definir a forma da vlvula (Fig. 16.3.6). Posteriormente, a cabea ser reaquecida para uma ltima estampagem, na qual se obtm melhor uniformidade do assento e do material da base (Fig. 16.3.7). Soldagem Tambm neste processo, a vareta cortada antecipadamente. O prximo passo colocar, em uma mquina de dois cabeotes, as duas extremidades do que ser uma vlvula bimetlica. Aps a instalao, aplicada presso contrria aos cabeotes ao mesmo tempo em que giram em sentidos opostos. O atrito gerado aquece as duas partes, fazendo com que se soldem de forma uniforme e sem falhas (Fig. 16.3.8).Aquecimento e estampagem final

Fig.16.3.7

Fig.16.3.4Deformao inicial da vareta

Fig.16.3.8Processo de soldagem

Blindagem da sede da vlvula (Stelitle) O processo consiste na blindagem pelo processo Fig.16.3.5Definio do tamanho da cabea

de plasma na sede de vlvulas (Fig. 16.3.9). O objetivo propiciar sede melhor resistncia e menor desgaste.

Fig.16.3.6Definio da forma geral da vlvula Blindagem da sede da vlvula

Fig.16.3.9

175

16.4 Tipos de vlvulasExistem dois tipos distintos de vlvulas quanto s funes: vlvulas de admisso e vlvulas de escapamento. As vlvulas de admisso so as aplicadas na regio de entrada de gases no cabeote. Elas tm como principais funes: controlar a entrada de ar ou ar/combustvel para dentro da cmara de combusto do motor e dissipar o calor gerado na combusto. Elas tambm vedam a cmara de combusto, permitindo que a mistura admitida para dentro desta seja comprimida a ponto de entrar em combusto espontnea (ciclo Diesel) ou forada, atravs de centelha (ciclo Otto). Durante o processo da combusto, estas vlvulas so submetidas a elevadas tenses na regio de contato da sua sede. Como a vlvula de admisso est posicionada na cmara de combusto, existe a necessidade de ser refrigerada. Sua refrigerao ocorre atravs do ar admitido pelo duto, da troca de calor realizado pela rea de apoio da sede da vlvula com a sede do cabeote e pela troca trmica do leo lubrificante existente entre a guia e a haste da vlvula. As vlvulas de admisso so produzidas, em sua maioria, com um s material e por isso so denominadas monometlicas. VLVULA OCA O segundo tipo de vlvulas so as vlvulas de escape. Estas vlvulas so utilizadas para permitir a sada dos gases queimados durante a combusto. Sua principal funo a de controlar a sada dos gases. Aps a combusto na cmara, os gases gerados tm elevada temperatura (superior a 800 C) e so altamente corrosivos. A sada destes gases tambm ocorre grande velocidade. Temos ento outra funo da vlvula, que a troca trmica do calor absorvido atravs da dissipao entre o contato da sua sede com a sede do cabeote. O calor, assim como o atrito gerado durante o acionamento da vlvula de escapamento, tambm minimizado pelo leo lubrificante existente entre a guia e a haste da vlvula. As vlvulas ocas com enchimento de sdio (Fig.16.4.2) so utilizadas como vlvulas de escapamento. Nas vlvulas com enchimento, a haste um tubo de preciso preenchido parcialmente com sdio. A cabea forjada e estampada a frio. Sua funo tambm reduzir a temperatura em Fig.16.4.1 80 a 150 C. Existem vlvulas de admisso denominadas vlvulas ocas (Fig. 16.4.1). As vlvulas ocas tm como principal funo o alvio de peso. Fig.16.4.2 VLVULA COM ENCHIMENTO DE SDIO

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Em funo de sua condio de funcionamento ser mais exigida na regio da cabea da vlvula, o material utilizado em sua fabricao deve resistir s elevadas tenses mecnicas e trmicas, corroso e ao atrito. Normalmente, em funo da severidade de funcionamento, as vlvulas de escape so produzidas com dois materiais diferentes e, em muitos casos, a sede da vlvula pode receber blindagem (Stelitle). Para a cabea das vlvulas bimetlicas, so utilizadas super ligas. Em casos severos, utiliza-se blindagem na sede da vlvula, atravs da aplicao de p de plasma (Fig. 16.4.3). 1000: 1

Fig.16.4.3Ampliao do revestimento aplicado na sede da vlvula

177

17 Falhas prematuras em vlvulas

Caractersticas normais de trabalho A vida til das vlvulas compatvel com a dos demais componentes do motor. Os sistemas de injeo de combustvel, lubrificao, arrefecimento e filtrao de ar, assim como a operao do equipamento (veicular, agrcola, estacionrio, industrial e martimo), quando em condies normais de funcionamento, contribuem para que as vlvulas tenham desgaste normal.

l

aplicao incorreta da folga entre a haste de vlvula/guia e vedadores/retentores. Tanto a folga da haste com a guia de vlvulas, assim como os vedadores/retentores aplicados incorretamente comprometem o filme de leo existente entre a haste de vlvula e a guia, podendo ocasionar o engripamento com arraste de material (Fig. 17.2);

l

operao inadequada do motor. O motor funcionando com sobrecarga/rotao inadequada para a condio de trabalho, tambm pode comprometer o filme de leo lubrificante existente entre a haste de vlvula e a guia;

l

sincronismo incorreto. O atropelamento das vlvulas pelos pistes em funo do sincronismo incorreto pode provocar o empenamento da haste e, conseqentemente, o comprometimento da folga entre a haste/guia. O atropelamento pode tambm comprometer a vedao entre o assento da vlvula e a sede do cabeote (Fig. 17.3);

l

resduos da combusto. Os resduos de carbono gerados na combusto podem se fixar na parte inferior da haste da vlvula, comprometer a folga entre a haste/guia na regio e iniciar o engripamento (Fig. 17.4).

Fig.17

Correes Engripamento da haste de vlvulas Aspectol l

Verificar o alinhamento entre os componentes: mola/prato/guia/sede. Deve ser conferida a folga, assim como a aplicao correta.

Haste de vlvula com marcas de engripamento com a guia. O engripamento ocorrido provoca, em alguns casos, o arraste de material.

l

Verificar o sincronismo, assim como evitar o excesso de rotao do motor. Manter as recomendaes do fabricante do motor quanto regulagem do sistema de injeo de combustvel (lcool/gasolina/diesel).

l

Causas O engripamento da haste com a guia de vlvulas ocorre quando a folga existente entre a vlvula/guia comprometida por falhas relacionadas :l

alinhamento incorreto entre prato/mola, guia e sede de vlvulas. O desalinhamento proporciona folga excessiva em determinada regio e, em outra, compromete a folga entre a haste/guia a ponto de causar o engripamento (Fig. 17.1);Engripamento na regio inferior da vlvula

Fig.17.1

178

Fig.17.2Engripamento com arraste de material

Fig.17.3Empenamento devido ao atropelamento da vlvula pelo pisto

Fig.17.5Desgaste na regio do assento

Fig.17.4Engripamento em funo de resduos de carvo fixados na haste

Desgaste da sede da vlvula Aspectol

O assento da vlvula apresenta desgaste excessivo na forma de canal em todo o dimetro da sede.Desgaste na regio do assento da vlvula

Fig.17.6

Causasl

Fraturas e quebras das vlvulas Aspectol

O desgaste na regio do assento da vlvula ocasionado pelo desalinhamento entre a sede de vlvula do cabeote e a guia. Este desgaste tambm pode ser provocado pela utilizao inadequada de combustvel em relao vlvula. Molas de vlvulas deficientes tambm podem provocar o desgaste na regio da sede da vlvula. A rotao elevada do comando faz com que a vlvula flutue (a vlvula mal fecha e abre novamente) quando a mola est "fraca" (Fig.17.5 e Fig. 17.6). Causasl

A vlvula apresenta fratura e quebra total da cabea na regio do raio e haste. Este tipo de falha est relacionada a causas mecnicas.

A quebra na regio do raio e haste est relacionada ao aumento excessivo da tenso cclica na haste. O movimento de abertura da vlvula provocado pelo ressalto do came, que alm de forar sua abertura tambm comprime e fecha a mola. O fechamento da vlvula feito pela parte menor do came do eixo comando e principalmente pela descompresso e abertura das molas. Elevadas rotaes provocam a flutuao e o aumento da tenso na regio do raio/haste. O atropelamento das vlvulas pelo pisto pode ocorrer em funo do sincronismo incorreto das engrenagens da distribuio ou ainda da utilizao incorreta do freio-motor. Estes so alguns

Correesl

Verificar o alinhamento entre a sede e a guia de vlvulas. As molas de vlvulas devem ser testadas seguindo as recomendaes do fabricante do motor quanto s dimenses das molas em estado livre e quando comprimidas.

179

fatores que comprometem a condio normal de funcionamento da vlvula (Fig. 17.7 e 17.8). Correesl

danificadas, folga excessiva na regulagem de vlvulas e flutuao da vlvula (Fig. 17.9 a 17.12). Correesl

As molas de vlvulas devem ser testadas quanto s suas dimenses, quando submetidas carga. Devem-se seguir as recomendaes quanto aos limites admissveis. Tanto o sincronismo da distribuio, quanto o excesso de rotao e/ou a utilizao do freio-motor devem seguir as recomendaes de limites de cada motor/ veculo.

Substituir as travas e testar as molas de vlvulas, assim como efetuar a regulagem correta da folga de vlvulas.

Fig.17.9 Fig.17.7Vlvula deformada e quebrada na regio do raio e haste Quebra na regio do canal de trava

Fig.17.10Trava danificada

Fig.17.8Cabea da vlvula quebrada na regio do raio e haste Quebra na regio do canal de trava

Fig.17.11

Fratura na regio dos canais de travas com a haste Aspectol

As vlvulas apresentam quebra/fratura ou desgaste na regio dos canais de trava. Este tipo de falha est relacionado a causas mecnicas.

Causasl

Durante a substituio das vlvulas, no s as molas devem ser inspecionadas e testadas, como tambm as travas. Podemos considerar os fatores que causam este tipo de falha como sendo irregularidades nos ressaltos do eixo comando e travasDesgaste na regio do canal de trava provocado por irregularidade na trava

Fig.17.12

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Trinca e/ou fissura na regio da sede de vlvulas

Fratura na regio da cabea da vlvula Aspecto

Aspectol

l

A vlvula apresenta quebra de parte da cabea. Este tipo de falha est relacionado a causas trmicas.

A vlvula apresenta trinca/fissura na regio da sede da cabea. Este tipo de falha est relacionado a causas trmicas. Caso a fissura aumente, parte da cabea vai se desprender (vide item Fratura na regio da cabea da vlvula).

Causasl

A quebra de parte da cabea da vlvula tem incio com uma fissura na regio do assento desta, que originada pelo aumento das presses de combusto e temperatura na cmara. Este tipo de falha ocorre somente nas vlvulas de escapamento e est relacionado utilizao de combustvel inadequado, ponto de ignio incorreto, excesso de carvo no topo do pisto, velas inadequadas e vlvulas aplicadas incorretamente. O apoio incorreto da vlvula com a sede tambm pode originar a fratura da regio da cabea (Fig. 17.15 e 17.16).

Causasl

A fissura tem incio devido a um choque trmico causado pelo aquecimento e resfriamento desproporcionais da cabea da vlvula, provocando fadiga trmica. Desalinhamento entre a haste de vlvulas e a sede do cabeote causa deficincia de apoio, contribuindo para o resfriamento inadequado. A operao incorreta do veculo, assim como a utilizao de ponto morto nas descidas, tambm contribui para a fadiga trmica (Fig. 17.13 e 17.14).

Correes Correesl l

Manter as caractersticas originais do motor quanto taxa de compresso do cilindro, utilizar combustvel e vela adequados ao motor, manter a curva de permanncia recomendada pelo fabricante do motor (motores carburados) e efetuar a correo do assento da vlvula em relao sede.

Corrigir as deficincias de apoio e de alinhamento, assim como operar o veculo segundo as recomendaes da montadora/fabricante.

Fig.17.15 Fig.17.13Parte da cabea quebrada Quebra de parte da cabea

Fig.17.14Fissura no assento da vlvula Quebra de parte da cabea

Fig.17.16

181

Desgaste generalizado na cabea da vlvula Aspectosl

em um s ponto, provocando a desintegrao da cabea da vlvula. A vedao irregular do assento da vlvula com a sede do cabeote se d devido a resduos de carbono gerados na combusto irregular (mistura pobre). Estes resduos se alojam na regio de sede e comprometem a vedao entre a vlvula e a sede do cabeote. Outro fator a refrigerao deficiente devido obstruo parcial dos dutos de arrefecimento do cabeote. Conseqentemente, a vlvula ser resfriada de forma inadequada. Podemos ainda considerar que a folga incorreta de regulagem outro fator que compromete a vedao e vai propiciar o surgimento deste tipo de falha (Figs. 17.19 e 17.20). Correesl

A vlvula apresenta desgaste na regio da cabea e no assento da vlvula. Este tipo de falha est relacionado a causas trmicas.

Causasl

O desgaste est relacionado ao aumento da fora de fechamento da vlvula combinado com elevadas temperaturas de operao e presso de combusto. Pr-ignio, detonao, mistura pobre de combustvel e relao inadequada de compresso so fatores que alteram e desgastam a cabea da vlvula (Figs. 17.17 e 17.18).

Correesl

Manter as caractersticas originais do motor, assim como a taxa de compresso, ponto de ignio/injeo e utilizar combustveis adequados s especificaes do motor.

Efetuar o assentamento correto, assim como manter a mistura de ar e combustvel homognea e efetuar a limpeza das galerias de arrefecimento do cabeote, utilizando produtos recomendados pela montadora. Evitar o funcionamento prolongado em marcha lenta.

Fig.17.17Desgaste na regio da cabea da vlvula

Fig.17.19Desintegrao localizada na regio do assento da vlvula

Fig.17.18Desgaste na regio da cabea da vlvula

Assento de vlvulas queimadas e com desgaste localizado Aspectol

Fig.17.20Pontos de contaminao do assento da vlvula por resduo de carbono

A vlvula apresenta desgaste na regio do assento e estende-se para a regio do raio. Vrios tipos de irregularidades Aspectol

Causasl

Excesso de calor localizado na regio da cabea, assim como a passagem de gases concentrada

Vlvulas com contaminao da sede, marcao de assentamento deslocado, excesso de carvo

182

na base da vlvula e marcao irregular do topo da vlvula. Causasl

A marcao de assentamento irregular devida falta de perpendicularidade entre o centro da sede do cabeote e o centro da guia de vlvulas. Esta deficincia vai aumentar a presso da vlvula sobre a sede na regio de maior inclinao e permitir a passagem de gases onde a presso menor. O excesso de carvo proveniente da folga excessiva entre a guia de vlvulas e a haste, de retentores danificados ou comprometidos, ou ainda da altura incorreta da guia em relao ao cabeote. A marcao irregular no topo devida irregularidade do balancim. Tal deficincia no permite a rotao da vlvula. Podemos ainda considerar a altura incorreta do cabeote, provocando o acionamento inclinado da vlvula pelo balancim em relao ao centro da sede do cabeote. Devemos ainda levar em considerao que as sedes do cabeote devem ser retificadas considerando-se os ngulos. Os valores diferentes entre a sede de vlvula e a sede do cabeote permitem que a vlvula se apie de forma correta quando ocorre a combusto no cilindro (Figs. 17.21 a 17.24). Fig.17.23Vlvula de admisso com contaminao de crosta de leo lubrificante devido folga excessiva entre guia e haste e/ou deficincia do retentor/vedador Vlvula de admisso contaminada com leo lubrificante devido folga excessiva entre a haste e a guia ou a retentor/vedador deficiente

Fig.17.22

Correesl

Manter a perpendicularidade entre a sede de vlvulas do cabeote e a guia. Manter as folgas recomendadas pelo fabricante do motor e proteger o retentor/vedador dos canais de travas das vlvulas durante a montagem dos vedadores (quando existirem). Substituir os balancins e no retific-los, assim como substituir os cabeotes quando necessrio.Marcas que indicam que a vlvula no girou. Deficincia do balancim.

Fig.17.24

Fig.17.21Faixa irregular de assentamento

183

TUCHOS

184

18 Tuchos

Tucho um elemento mecnico de movimento alternado. So peas fundidas, usinadas e recebem diferentes tipos de tratamento trmico.

18.1 Objetivos e princpios de funcionamento dos tuchosEm motores que tm o eixo comando no bloco, o objetivo do tucho atuar como elemento intermedirio entre o eixo comando e o balancim, na abertura e fechamento das vlvulas (Fig.18.1.1). Nesta condio, a base do tucho se mantm em contato com o comando (separados apenas por uma pelcula de leo lubrificante). Na vareta de vlvulas, uma de suas pontas se posiciona dentro do tucho. A outra ponta se apia em uma das extremidades do balancim. Na outra extremidade est a vlvula. A abertura desta ocorre quando o ressalto do came eleva o tucho, que por sua vez transmite o movimento para a vareta, forando o balancim a acionar a vlvula, vencendo a fora da mola. Quando o ressalto passa pelo tucho, a presso exercida sobre a mola diminui e ela efetua o fechamento da vlvula.

MOTORES COM EIXO COMANDO NO BLOCO

Balancim

Vlvula

Mola

Vareta de vlvulas

Tucho

Came

Virabrequim

Fig.18.1.1

185

MOTORES COM EIXO COMANDO NO CABEOTEEixo comando

Em motores que tm o eixo comando no cabeote, o objetivo do tucho o de manter o balancim pressionado contra o came do eixo comando durante a abertura e fechamento das vlvulas de admisso e escapamento (Fig. 18.1.2).

Balancim Tucho hidrulico

Nesta condio, o tucho (hidrulico) se apia em uma das extremidades do balancim. No centro ou prximo ao centro, esto o came do eixo comando e na outra extremidade, a ponta da vlvula. O ressalto do came atua diretamente sobre o balancim, forando-o contra a vlvula at que a presso da mola vencida e a vlvula abre. Quando o ressalto passa pelo balancim, a presso exercida sobre

Guia Mola

a mola diminui e a vlvula fecha. Em alguns motores que possuem o eixo comando

Sede de vlvulas

Vlvula

no cabeote, os tuchos (mecnicos) esto localizados entre o came e a ponta das vlvulas, atuando diretamente na abertura e no fechamento (Fig. 18.1.2).

Fig.18.1.2

MOTORES COM EIXO COMANDO NO CABEOTE POSICIONADO EM CIMA DO TUCHO

Nesta condio, temos dois tipos de tuchos:l

tucho mecnico apia-se no prprio came, na regio da base e na ponta da vlvula, na regio interna. O ressalto do came atua diretamente sobre o tucho, forando-o contra a vlvula at que a presso da mola vencida e a vlvula abre. O fechamento da vlvula ocorre quando o ressalto passa pelo tucho.

l

tucho hidrulico o funcionamento o mesmo. A diferena que a folga atuao hidrulica compensa a folga entre o came e o tucho.

1 Eixo comando admisso 2 Tucho hidrulico 3 Mola 4 Guia de vlvula 5 Vlvula de admisso 6 Vlvula de escapamento 7 Sede de vlvula de adm. do cabeote 8 Sede de vlvula de esc. do cabeote

Fig.18.1.2

186

18.2 Nomenclatura dos tuchosCom o objetivo de se obter uma padronizao no uso das denominaes utilizadas para a identificao das partes que compem o tucho, foram definidos os principais termos identificados nos diferentes tipos de tuchos, nas seguintes figuras: Tucho Prato (Fig. 18.2.1), Tucho Cilndrico (Fig. 18.2.2) e Tucho Hidrulico (Fig. 18.2.3).

NOMENCLATURA TUCHO PRATO

Fig.18.2.1

NOMENCLATURA TUCHO CILNDRICO

Fig.18.2.2

187

NOMENCLATURA TUCHO HIDRULICO

Pisto

Reservatrio Esfera

Furo

Canaleta

Cmara de alta presso Mola de sustentao da esfera

Fig.18.2.3

18.3 Tecnologia dos tuchosO material empregado na fabricao o ferro fundido cinzento e so normalmente obtidos pelo processo Shell Mold. Aps a fundio, os tuchos passam pelo processo de jateamento com granalhas de ao, desbaste do corpo, base e dimetro do prato, usinagem na parte interna, tratamento trmico (quando necessrio), lapidao da base, tratamento superficial de fosfatizao em tuchos temperados (quando especificado) ou nitretao em tuchos no temperados (quando especificado) e acabamento do corpo. Dependendo da aplicao e especificao do cliente, os tuchos podero ser coquilhados ou no. Quando for necessrio que os tuchos sejam coquilhados, podero receber ou no tratamento de tmpera. Com o resfriamento brusco, na regio coquilhada, tem-se o ferro fundido branco, que confere melhores propriedades ao desgaste. Nos tuchos no coquilhados, para se obter maior dureza superficial, obrigatria a utilizao da tmpera na base (regio de trabalho). Esta tmpera pode ser em leo, gua e martmpera, ou ainda por induo.l l l

Tratamento trmico em tuchos So vrios os tratamentos trmicos utilizados na fabricao dos tuchos, realizados segundo o tipo de tucho, especificao do fabricante do motor e solicitao a que so submetidos. Alvio de tenses: consiste na reduo da temperatura e posterior resfriamento ao ar durante perodo predeterminado. O alvio de tenso utilizado em alguns tuchos coquilhados brutos e sua finalidade maior facilitar a usinagem. Tmpera: consiste no endurecimento da superfcie de trabalho. Por exemplo, tmpera em leo. realizada em tuchos coquilhados pr-usinados (quando especificado) e tuchos no coquilhados. Sua finalidade aumentar a resistncia de todo o tucho. Sub-zero: consiste em diminuir a temperatura do tucho para 90C, para posteriormente ser aquecido ao ar. O objetivo o endurecimento do tucho atravs da transformao da austenita retida (existente aps a tmpera) em martensita. A austenita retida instvel, podendo se transformar durante o funcionamento do motor

188

e, conseqentemente, o tucho ter o dimensional alterado. A instabilidade dimensional no desejada neste tipo de pea.l l

cia superficial da base (regio de trabalho). Nitrocarburao: similar ao processo de azulao especial, com diferena apenas no gs utilizado durante o processo. O objetivo tambm aumentar a resistncia superficial da base. Obs.: os tratamentos superficiais so aplicados em tuchos no temperados.l

Revenimento: consiste em elevar a temperatura e depois resfriar ao ar. O objetivo tirar as tenses da tmpera e/ou sub-zero, obtendo a martensita revenida. Todos os tuchos passam pela tmpera e revenimento.

l

Tratamento supercial: este tratamento aplicado ao tucho no final das operaes de retfica (quase acabado), faltando apenas acabamento no dimetro, ovalizao e retfica fina. Fosfatizao: consiste na aplicao de camada protetora na superfcie do tucho, com espessura de 5 microns. A fosfatizao utilizada em peas comuns, peas temperadas j acabadas e, principalmente, em tuchos temperados. O objetivo da fosfatizao evitar o engripamento entre duas peas novas, o tucho e o eixo comando. Obs.: tanto a nitretao quanto a fosfatizao tm a funo de suportar o incio de trabalho do motor (amaciamento), sem que o tucho sofra desgaste normal. Entretanto, a nitretao confere uma resistncia maior do que a fosfatizao, pois a camada nitretada possui uma microdureza da ordem de 500 Vickers, enquanto a fosfatizao confere uma lubricidade maior, devido aos cristais de fosfato de mangans.

So trs as opes de tratamentos superficiais.l

Azulao: trata-se da aplicao de camada oxidada artificialmente, de espessura aproximada de 2 microns. Esta camada tem o objetivo de evitar o engripamento e desgaste do tucho, no incio do funcionamento do motor, quando as galerias de lubrificao ainda no esto com leo. A cor azulada dada pelo vapor de gua.

l

Azulao especial (nitretao + azulao): trata-se da aplicao de duas camadas. A primeira camada nitretada saturada dentro da pea, com espessura de 4 a 12 microns. A segunda camada tem espessura de 2 microns e oxidada por deposio. O objetivo aumentar a resistn-

18.4 Tipos de tuchosPodemos definir o tipo de tucho a ser utilizado em um motor, atravs da localizao do eixo comando. Os tuchos podem ser mecnicos ou hidrulicos, tanto para o eixo comando posicionado no bloco como no cabeote (Figs.18.4.1, 18.4.2, 18.4.3 e 18.4.4).

ESQUEMA DE ACIONAMENTO DE TUCHO MECNICO1 Eixo comando 2 Tucho mecnico 3 Vareta de vlvulas 4 Balancim 5 Eixo balancim 6 Vlvula

5

4 3

6

2 1Fig.18.4.1189

ESQUEMA DE ACIONAMENTO DE TUCHO MECNICO

1

1 Eixo comando 2 Tucho mecnico 3 Vlvula

2

3Fig.18.4.2

ESQUEMA DE ACIONAMENTO DE TUCHO HIDRULICO

1 2 3

1 Eixo comando 2 Balancim 3 Tucho 4 Vlvula

4

Fig.18.4.3

ESQUEMA DE ACIONAMENTO DE TUCHO HIDRULICO

1 2 3

1 Eixo comando 2 Tucho hidralico 3 Vlvula

Fig.18.4.4

190

19 Falhas prematuras em tuchos

Todas as peas mveis dos motores em que inclumos os tuchos sofrem desgastes normais durante a vida til do motor. Para tal condio de desgaste necessrio que os sistemas de lubrificao e filtrao, assim como alguns componentes, apresentem condies funcionais de utilizao. Quando estes fatores associados atendem as especificaes, os tuchos e demais componentes atendem a expectativa de vida til do motor. A figura indica a regio da mosca com apoio uniforme da ponta da vareta (Fig. 19.1).

Correesl

Verificar as folgas dos alojamentos dos tuchos no bloco, assim como os cames, mantendo as dimenses recomendadas pela montadora. Os componentes devero ser substitudos caso no atendam as orientaes dimensionais.

l

Verificar empenamento das varetas de vlvulas, assim como desgaste das pontas.

Fig.19.2Desgaste na regio da base

Fig.19.1Tucho mecnico com desgaste normal de funcionamento

Desgaste da base Aspectol

A base do tucho apresenta desgaste excessivo.

Causasl

O desgaste da base ocorre quando o filme de leo lubrificante existente entre o tucho e o ressalto do came ineficiente ou inexistente (Fig. 19.2).Desgaste excessivo da base

Fig.19.3

l

O desgaste tambm pode ocorrer devido regulagem incorreta da folga de vlvulas (vlvula presa).

Desgaste na regio da base Aspectol

l

Em alguns tuchos, o leo lubrificante chega at a mosca e ao corpo, por galerias de lubrificao existentes no bloco e/ou pelas varetas de vlvulas. Folga excessiva do alojamento e varetas de vlvulas com a ponta danificada e/ ou empenadas dificultaro a chegada do leo lubrificante at a mosca e o corpo do tucho. leo lubrificante com viscosidade alterada devido deteriorao dos aditivos que o compem tambm comprometer o filme e danificar a base (Fig. 19.3).

A base do tucho apresenta pontos em que o material foi retirado.

Causasl

A retirada de material da base do tucho tem o nome de Pitting. Este dano ocorre na base dos tuchos devido regulagem incorreta da folga das vlvulas (vlvula presa) (Fig. 19.4).

l

Outra possibilidade a de que tenha ocorrido aplicao incorreta do tucho. Podemos conside-

191

rar tambm como fator que contribui para esta deficincia o reaproveitamento das molas de vlvulas. As molas, com o acionamento durante o funcionamento do motor, perdem a capacidade de retornar a vlvula em tempo suficiente de efetuar o isolamento da cmara com a sede do cabeote, chegando a flutuar. Este repique transmitido para o balancim/vareta (quando existir) e posteriormente para o tucho. Desta forma, alm das condies desfavorveis de funcionamento j citadas no item "Desgaste da base" , teremos esta que tambm comprometer o filme de leo a ponto de provocar o contato entre as superfcies e, conseqentemente, o Pitting na face do tucho (Fig. 19.5). Correol

Deformao de ressalto do came Aspectol

Os tuchos apresentam desgaste e esmagamento na regio da base.

Causasl

O reaproveitamento inadequado de comando ou mesmo de balancim causa deformaes e desgaste nos tuchos em funo da m distribuio das foras atuantes na base/ressalto (Fig. 19.6 a 19.9).

Correesl

Verificar o desgaste dos ressaltos do came e balancim.

Manter as regulagens e inspees recomendadas para cada motor. Efetuar teste recomendado nas molas de vlvulas.

Fig.19.6Desgaste e deformao da base

Fig.19.4Pitting ocorrido somente no centro da base

Fig.19.7 Fig.19.5Vrias regies da base com ocorrncia de Pitting Ressalto danificado

192

Quebra de tucho Aspectol

Os tuchos apresentam a parte superior do corpo quebrada. Tambm pode ocorrer quebra parcial/ total da base.

Causas Fig.19.8Detalhe do ressaltol

A utilizao de varetas de vlvulas empenadas ou at mesmo com as pontas desgastadas. Quando do acionamento do tucho, os pontos de apoio entre a mosca e o balancim so alterados (no mais a 180) a vareta passa a apoiar-se na regio interna do tucho, gerando esforos na parede (Figs. 19.10 a 19.14). A quebra da base est relacionada, associadas ou no, com as causas dos itens Desgaste do prato, Pitting na regio do prato e Deformao de ressalto do came.

l

A operao incorreta do motor tambm pode provocar a quebra dos tuchos. Como exemplo, podemos citar a rotao excessiva. Nesta condio, a mola no tem tempo suficiente de fechar a vlvula, quando recebe o impacto do topo do pisto, provocando o empenamento da vareta. Outros danos so provocados nos pistes, vlvulas, tucho e eixo comando, alm das varetas.

Fig.19.9Jogo aplicado de balancim com diferentes etapas de desgaste

Correesl

Verificar desgaste das pontas das varetas, assim como o seu empenamento, substituindo-as quando necessrio.

Fig.19.10Jogo com alguns tuchos quebrados

Fig.19.9.1Detalhe do desgaste Mesmo jogo com Pitting na base

Fig.19.11

193

Fig.19.12Detalhe da quebra do dimetro interno

Fig.19.13Detalhe de desgaste e quebra da base

Fig.19.14Mosca com apoio irregular da vareta de vlvulas

194

195

SINTERIZADA

ENGRENAGEM

196

20 Engrenagem sinterizada

20.1 Objetivos e princpios de funcionamentoNos motores de concepo mais moderna, a sincronizao entre o eixo virabrequim e o eixo comando de vlvulas feita atravs de engrenagens sincronizadoras fabricadas em ao sinterizado e interligadas por correia dentada de borracha.

20.2 Tecnologia das engrenagens sinterizadasTodos os motores com esta concepo mecnica possuem obrigatoriamente as seguintes engrenagens:l

outras finalidades, so introduzidas no sistema, tais como:l

engrenagem (movida) do eixo comando de vlvulas; engrenagem (motora) do eixo virabrequim.

engrenagens para acionamento de eixos intermedirios; engrenagens para acionamento de bomba injetora (motores diesel).

l

l

Em alguns casos, porm, outras engrenagens, com

197

Fabricao O processo de fabricao de peas sinterizadas possui trs etapas bsicas.

Essa pea compactada j possui o formato e as dimenses finais, quando removida do molde.

l l

Numa terceira etapa, a de sinterizao, o compactado verde aquecido alta temperatura em ambiente de atmosfera controlada, porm sempre abaixo do ponto de fuso do metal. Este processo desenvolve a ligao metalrgica das partculas, garantindo as propriedades fsicas e mecnicas da pea (Fig. 20.2.2). Dependendo do projeto, a pea pode ainda ser reprensada, ou passar por processo de impregnao ou tratamento trmico para melhorar as propriedades mecnicas e/ou reduzir a sua porosidade.

Primeiramente, o p do metal ou liga misturado com outros metais e lubrificantes at produzir uma mistura homognea.

l

Na etapa seguinte, uma quantidade dessa mistura de p introduzida em um molde e comprimida, temperatura ambiente, a presses entre 150 a 800 N/mm2, dependendo da densidade final desejada para a pea. Essa operao conforma o p em uma pea normalmente chamada de compactado verde (Fig. 20.2.1).

Fig. 20.2.1

198

Fig. 20.2.2

199

TIPOS DE MOTORES

NOES GERAIS SOBRE OUTROS

200

21 Noes gerais sobre outros tipos de motores 21.1 Motor WankelOs motores rotativos fabricados atualmente para veculos automotores so todos do tipo Wankel de um ou mais rotores. Uma das vantagens desse tipo de motor que as suas peas no esto sujeitas a movimentos alternativos (ascendentes e descendentes), mas simplesmente a movimentos rotativos. Outra vantagem do motor Wankel que ele mais compacto, mais leve e fabricado com um nmero de peas menor que os motores usuais de pistes. A carcaa externa do motor Wankel tem a sua superfcie interna com a forma ovalada. Dentro dessa carcaa est instalado um rotor com formato pratiO rotor gira excentricamente a fim de que os seus trs vrtices fiquem constantemente em contato com a superfcie interna da carcaa. Por isso, o centro do rotor, no seu movimento, vai ocupando posies diferentes no interior da carcaa. Um sistema planetrio de engrenagens faz com que o rotor fique ligado a um eixo motor equivalente ao virabrequim de um motor de pisto (Fig. 21.1.1). MOTOR WANKEL camente triangular com uma engrenagem interna. O eixo de sada do motor gira com uma velocidade trs vezes maior que a rotao do rotor, como ser mostrado a seguir.

Fig. 21.1.1

201

Observamos que as faces externas do rotor possuem uma concavidade. Existem, entre a parte interna da carcaa e os trs lados do rotor, trs espaos vazios teis, que podemos denominar de cmaras. De acordo com o giro do rotor, o volume de cada uma delas aumenta ou diminui tendo-se em vista o formato ovalado da superfcie interna da cabea. A carcaa do motor tipo Wankel possui duas velas de ignio, dois condutos, sendo um de admisso e o outro de escape, que so descobertos (ou abertos) sucessivamente pelo rotor durante o seu movimento de rotao. Conseqentemente,

nesse tipo de motor, cada volta completa do rotor corresponde ao ciclo de 4 tempos convencional de pisto. Como ele possui trs cmaras entre os lados do rotor de formato praticamente triangular e a superfcie interna da carcaa, ocorrem trs tempos de exploso em cada volta do rotor isto , uma exploso em cada giro do eixo motor, uma vez que este d trs voltas enquanto o rotor d uma completa, devido ao sistema de engrenagens. Na Figura 21.1.2 apresentamos mais detalhes do funcionamento do motor Wankel. O maior problema enfrentado pelos construtores dos motores Wankel projetar um sistema eficiente

MOTOR WANKEL

Admisso (1o tempo Ciclo Otto)

Compresso (2o tempo Ciclo Otto)

Exploso (3o tempo Ciclo Otto)

Escape (4o tempo Ciclo Otto) Fig. 21.1.2

202

de vedao para gases nos trs vrtices e nos lados do rotor. O sistema que tem apresentado melhores resultados foi desenvolvido por uma indstria japo-

nesa e consiste em fabricar os vrtices do tringulo com acabamento em fibra de carbono.

21.2 Motores adiabticosMotores adiabticos so aqueles que procuram aproveitar todo o calor gerado pela combusto, reduzindo a troca de calor com o meio ambiente. Com a reduo da troca de calor com o ambiente, as presses e temperaturas internas do motor so mais elevadas, requerendo a utilizao de componentes mais resistentes (ex: pistes articulados). Em contrapartida, permitem uma melhor queima, bem como a utilizao de combustveis vegetais, com menor nvel de emisso de poluentes. A reduo da troca de calor com o meio externo pode ser obtida, por exemplo, por um dos seguintes artifcios, isoladamente ou em conjunto:l l l l

BALANO ENERGTICO Motor diesel x motor semi-adiabticoMotor diesel 5 cil. refrigerado a gua Motor semi-adiabtico

Potncia efetiva

sistema de combusto duotrmico; bloco e cabeote com revestimento cermico; pistes com cabea cermica; eliminao do sistema de arrefecimento convencional.

Fig. 21.2.1

Os motores adiabticos tm mostrado um aumento no seu rendimento, dos atuais 30% nos motores diesel para 40% a 44%, pois as perdas de calor de cerca de 30% pelos sistemas de arrefecimento convencionais atuais reduzem-se a 15% aproximadamente, dissipados principalmente pelo leo lubrificante (Fig. 21.2.1)

Com a eliminao do sistema de arrefecimento convencional (radiador), parte do calor passa a ser dissipado atravs do leo lubrificante.

21.3 Turbina a gsO princpio da turbina a gs baseado em uma das leis da Fsica (3 Lei de Newton), que diz: A toda ao corresponde uma reao de mesma intensidade em sentido contrrio. Ilustra-se este princpio inflando um balo de borracha, o qual, aps ser solto, impulsionado sem rumo at a presso interna acabar. Uma vez compreendido como este balo se desloca, entenderse- o princpio da turbina a gs.

203

Usando uma simples ilustrao de um balo de borracha inflado tendo seu bocal fechado, estabelecemos a condio na qual uma presso est sendo exercida igualmente em todas as direes no interior do mesmo. Abrindo o bocal, o ar que est no interior do balo sendo comprimido pelas paredes elsticas deste, passa a sair pelo bocal com alguma velocidade. A velocidade do ar atravs do bocal produz a ao que por sua vez d origem a uma reao igual e oposta que impulsiona o balo (Fig. 21.3.1).

entrada colocada na extremidade do recipiente (Fig. 21.3.2D) e um compressor fora o ar (flecha azul) para dentro dele (Fig. 21.3.2E). Nem todo o ar que entra na cmara de combusto necessrio combusto.

A

B

C

Fig. 21.3.1 Princpio bsico de funcionamento A Figura 21.3.2A mostra um simples recipiente de ar comprimido, que possui um bocal de sada atravs do qual o ar escapa para a atmosfera, at a presso se esgotar. Essa sada de ar momentnea em alta velocidade produz uma fora de durao limitada (flecha azul). Para desenvolver uma fora capaz de produzir potncia, necessitamos de um aumento na velocidade e um contnuo fornecimento de ar em alta velocidade. A velocidade do ar pode ser aumentada por aquecimento, como indicado na Figura 21.3.2B. Esta relativa mudana de velocidade indicada pela flecha longa vermelha (ar aquecido) ao lado da azul intermitente. Na Figura 21.3.2C, o ar aquecido (flecha vermelha) dirigido sobre palhetas que, colocadas num disco, formam o rotor da turbina, forando-a a girar no seu eixo. A fim de prover fluxo de ar contnuo, uma Fig. 21.3.2 G F E D

204

Todavia, todo o ar aquecido e expande-se rapidamente. Ele sai como gs em alta velocidade pelo bocal e dirigido sobre a turbina, que por sua vez ligada atravs de um eixo ao compressor (Fig. 21.3.2F). At aqui, o aquecimento do ar no recipiente era feito por meios externos. Transforma-se o recipiente em uma cmara de combusto, introduzindo combustvel, misturando-o com o ar e inflamando-o. Ao passar pela turbina, aproximadamente 2/3 da energia so utilizados. Todavia, o restante possui ainda um elevado potencial de trabalho. Por isso, um segundo rotor de turbina colocado logo aps o primeiro, o qual acionado por este potencial da mesma forma que o primeiro (Fig. 21.3.2G). Esta turbina, ligada a um eixo mecanicamente independente do compressor e da 1 turbina, aciona um conjunto de reduo, ao qual podem ser ligados uma hlice (avio), transmisso e rotor (helicptero), volante e embreagem (automvel). No incio do estudo da 3 Lei do Movimento difcil, para alguns, aplic-la em motores reao, por no encontrarem o ponto de referncia entre a fora atuante e o atual movimento do motor. Este motivo criou a idia de que motores reao se deslocam quando os gases de exausto atingem uma barreira, o ar por exemplo. No porm este o caso. A fora de reao estritamente um fenmeno dentro do motor criado por converso de energia, isto : presso transformada em energia de velocidade. Esta condio fcil de se entender, se analisarmos um motor espacial (foguete), que produz empuxo (reao) no espao, onde no existe ar. Em se tratando de propulso a jato, preciso no imagin-la resultante do impacto dos ga-

ses produzidos pelo reator contra o ar ambiente. O fenmeno da reao direta regido pelo princpio geral das quantidades de movimento, cuja soma constante, mas nula, achando-se o sistema em repouso, o que significa que os gases e o recipiente do qual so expelidos devem afastar-se reciprocamente, em direes opostas. Por isso, felizmente, conseguem os foguetes deslocar-se mesmo no vcuo. Assim no fosse, jamais poderamos sequer sonhar com viagens interplanetrias. Reao indireta equivale a recuo, o mesmo que se produz no disparo de um canho ou de uma pistola, maior no primeiro s porque nele a massa da bala proporcionalmente maior. Sentemonos numa cadeira de rodas com uma poro de tijolos no colo. Se nos pusermos a atir-los para frente, comearemos a nos deslocar para trs, por reao direta, independente do fato de estarem ou no os tijolos batendo contra qualquer parede. Aplicao da turbina a gs A aplicao da turbina a gs est limitada a aeronaves e, em carter experimental, em alguns carros e trens. As desvantagens das turbinas a gs so:l

os rotores giram a elevadas rotaes por minuto, provocando rudos; necessidade de substituir conjuntos completos em caso de falhas, o que onera a reviso.

l

As vantagens das turbinas so:l l

bom momento de torque; pouca sensibilidade qualidade do combustvel, desde que microfiltrado; baixo consumo de leo lubrificante; funcionamento sem vibraes; eliminao quase total do monxido de carbono dos gases; manuteno simples.

l l l

l

205

TURBINA A GS

Fig. 21.3.3

Fig. 21.3.3

Comparao com um motor convencional Nas Figuras 21.3.3, comparamos a Turbina a Gs com um motor convencional. Neste, temos 4 tempos: Admisso, Compresso, Expanso (tempo motor) e Escape, num ciclo alternado, enquanto a Turbina a Gs possui os mesmos quatro tempos, porm num ciclo contnuo.

206

21.4 Motor de cilindrada varivelMotor de cilindrada varivel est sendo desenvolvido experimentalmente, com o objetivo de se obter uma reduo de consumo de combustvel, principalmente em trfego urbano. Isso obtido atravs da alterao do curso do pisto, devido reduo das perdas por inrcia e atrito. Conforme mostrado na Figura 21.4.1, o curso do pisto pode ser alterado por intermdio de um brao de regulagem que altera o ponto morto inferior.

Curso mximo

Curso mdio

Curso mnimo

Fig. 21.4.1

207

ALGUMAS UNIDADES DO SISTEMA INTERNACIONALGRANDEZAS Comprimento ngulo plano rea Volume Massa Massa especfica Tempo Freqncia Velocidade Velocidade angular Velocidade angular Acelerao Acelerao angular Vazo Fluxo (de massa) Momento de inrcia Momento cintico Fora Momento de fora UNIDADES NOMES metro radiano metro quadrado metro cbico quilograma quilograma por metro cbico segundo hertz metro por segundo radiano por segundo rpm metro por segundo e por segundo radiano por segundo e por segundo metro cbico por segundo quilograma por segundo quilograma-metro quadrado quilograma-metro quadrado por segundo newton metro - newton N mN Momento de fora e trabalho so grandezas homogneas. Entretanto, usual mas no obrigatrio distinguir pelo modo de escrever, quando a unidade se refere a uma ou outra grandeza. Assim: mN para momento Nm para trabalho Presso Energia Potncia Tenso eltrica Capacitncia Indutncia Resistncia eltrica Induo magntica Temperatura Celsius Intensidade luminosa Fluxo luminoso Iluminamento Luminncia ngulo plano Fora Potncia newton por metro quadrado joule watt volt farad henry ohm tesla grau Celsius candela lmen lux candela por metro quadrado grau quilograma-fora cavalo-vapor N/m j W A V F H T C (*) cd lm lx cd/m2 (*) kgf (*) cv (*) 1 = (/180) rad 1 kgf = 9,806 65N 1 cv = 735,5 W 10-4 T = gauss microfarad = 10-6 F2

OBSERVAES SMBOLOS m rad m2 m3 kg kg/m3 s Hz m/s rad/s rpm (*) m/s2

Unidade alternativa: litro = 10-3 m3

/30 rad/s

rad/s2 m3/s kg/s kg.m2 kg.m2 s

bar = 10N/cm2 10-7 j = erg

Intensidade de corrente ampre

Obs.: (*) Estas unidades no so do S.I. mas so legais no Brasil.

208

TABELA DE CONVERSO 1 = 25,400 000 mm 1 mm = 0,039370Polegada Fraes0 1/64 1/32 3/64 1/16 5/64 3/32 7/64 1/8 9/64 5/32 11/64 3/16 13/64 7/32 15/64 1/4 17/64 9/32 19/64 5/16 21/64 11/32 23/64 3/8 25/64 13/32 27/64 7/16 29/64 15/32 31/64 1/2 33/64 17/32 35/64 9/16 37/64 19/32 39/64 5/8 41/64 21/32 43/64 11/16 45/64 23/32 47/64 3/4 49/64 25/32 51/64 13/16 53/64 27/32 55/64 7/8 57/64 29/32 59/64 15/16 61/64 31/32 63/64 0 .015 625 .031 25 .046 875 .062 5 .078 125 .093 75 .109 375 .125 .140 625 .156 25 .171 875 .187 5 .203 125 .218 75 .234 375 .25 .265 625 .281 25 .296 875 .312 5 .328 125 .343 75 .359 375 .375 .390 625 .406 25 .421 875 .437 5 .453 125 .468 75 .484 375 .5 .515 625 .531 25 .546 875 .562 5 .578 125 .593 75 .609 375 .625 .640 625 .656 25 .671 875 .687 5 .703 125 .718 75 .734 375 .75 .765 625 .781 25 .796 875 .812 5 .828 125 .843 75 .859 375 .875 .890 625 .906 25 .921 875 .937 5 .953 125 .968 75 .984 375 0 0,396 9 0,793 8 1,190 6 1,587 5 1,984 4 2,381 2 2,778 1 3,175 0 3,571 9 3,968 8 4,365 6 4,762 5 5,159 4 5,556 2 5,953 1 6,350 0 6,746 9 7,143 8 7,540 6 7,937 5 8,334 4 8,731 2 9,128 1 9,525 0 9,921 9 10,318 8 10,715 6 11,125 5 11,509 4 11,906 2 12,303 1 12,700 0 13,096 9 13,493 8 13,890 6 14,287 5 14,684 4 15,081 2 15,478 1 15,875 0 16,271 9 16,668 8 17,065 6 17,462 5 17,859 4 18,256 2 18,653 1 19,050 0 19,446 9 19,843 8 20,240 6 20,637 5 21,034 4 21,431 2 21,828 1 22,225 0 22,621 9 23,018 8 23,415 6 23,812 5 24,209 4 24,606 2 25,003 1

0

125,400 0 25,796 9 26,193 8 26,590 6 26,987 5 27,384 4 27,781 2 28,178 1 28,575 0 28,971 9 29,368 8 29,765 6 30,162 5 30,559 4 30,956 2 31,353 1 31,750 0 32,146 9 32,543 8 32,940 6 33,337 5 33,734 4 34,131 2 34,528 1 34,925 0 35,321 9 35,718 8 36,115 6 36,512 5 36,909 4 37,306 2 37,703 1 38,100 0 38,496 9 38,893 8 39,290 6 39,687 5 40,084 4 40,481 2 40,878 1 41,275 0 41,671 9 42,068 8 42,465 6 42,862 5 43,259 4 43,656 2 44,053 1 44,450 0 44,846 9 45,243 8 45,640 6 46,037 5 46,434 4 46,831 2 47,228 1 47,625 0 48,021 9 48,418 8 48,815 6 49,212 5 49,609 4 50,006 2 50,403 1

250,800 0 51,196 9 51,593 8 51,990 6 52,387 5 52,784 4 53,181 2 53,578 1 53,975 0 54,371 9 54,768 8 55,165 6 55,562 5 55,959 4 56,356 2 56,753 1 57,150 0 57,546 9 57,943 8 58,340 6 58,737 5 59,134 4 59,531 2 59,928 1 60,325 0 60,721 9 61,118 8 61,515 6 61,912 5 62,309 4 62,706 2 63,103 1 63,500 0 63,896 9 64,293 8 64,690 6 65,087 5 65,484 4 65,881 2 66,278 1 66,675 0 67,071 9 67,468 8 67,865 6 68,262 5 68,659 4 69,056 2 69,453 1 69,850 0 70,246 9 70,643 8 71,040 6 71,437 5 71,834 4 72,231 2 72,628 1 73,025 0 73,421 9 73,818 8 74,215 6 74,612 5 75,009 4 75,406 2 75,803 1

376,200 0 76,596 9 76,993 8 77,390 6 77,787 5 78,184 4 78,581 2 78,978 1 79,375 0 79,771 9 80,168 8 80,565 6 80,962 5 81,359 4 81,756 2 82,153 1 82,550 0 82,946 9 83,343 8 83,740 6 84,137 5 84,534 4 84,931 2 85,328 1 85,725 0 86,121 9 86,518 8 86,915 6 87,312 5 87,709 4 88,106 2 88,503 1 88,900 0 89,296 9 89,693 8 90,090 6 90,487 5 90,884 4 91,281 2 91,678 1 92,075 0 92,471 9 92,868 8 93,265 6 93,662 5 94,059 4 94,456 2 94,853 1 95,250 0 95,646 9 96,043 8 96,440 6 96,837 5 97,234 4 97,631 2 98,028 1 98,425 0 98,821 9 99,218 8 99,615 6 100,012 5 100,409 4 100,806 2 101,203 1

4101,600 0 101,996 9 102,393 8 102,790 6 103,187 5 103,584 4 103,981 2 104,378 1 104,775 0 105,171 9 105,568 8 105,965 6 106,362 5 106,759 4 107,156 2 107,553 1 107,950 0 108,346 9 108,743 8 109,140 6 109,537 5 109,934 4 110,331 2 110,728 1 111,125 0 111,521 9 111,918 8 112,315 6 112,712 5 113,109 4 113,506 2 113,903 1 114,300 0 114,696 9 115,093 8 115,490 6 115,887 5 116,284 4 116,681 2 117,078 1 117,475 0 117,871 9 118,268 8 118,665 6 119,062 5 119,459 4 119,856 2 120,253 1 120,650 0 121,046 9 121,443 8 121,840 6 122,237 5 112,634 4 123,031 2 123,428 1 123,825 0 124,221 9 124,618 8 125,015 6 125,412 5 125,809 4 126,206 2 126,603 1

5 Milmetro127,000 0 127,396 9 127,793 8 128,190 6 128,587 5 128,984 4 129,381 2 129,778 1 130,175 0 130,571 9 130,968 8 131,365 6 131,762 5 132,159 4 132,556 2 132,953 1 133,350 0 133,746 9 134,143 8 134,540 6 134,937 5 135,334 4 135,731 2 136,128 1 136,525 0 136,921 9 137,318 8 137,715 6 138,112 5 138,509 4 138,906 2 139,303 1 139,700 0 140,096 9 140,493 8 140,890 6 141,287 5 141,684 4 142,081 2 142,478 1 142,875 0 143,271 9 143,668 8 144,065 6 144,462 5 144,859 4 145,256 2 145,653 1 146,050 0 146,446 9 146,843 8 147,240 6 147,637 5 148,034 4 148,431 2 148,828 1 149,225 0 149,621 9 150,018 8 150,415 6 150,812 5 151,209 4 151,606 2 152,003 1

6152,400 0 152,796 9 153,193 8 153,590 6 153,987 5 154,384 4 154,781 2 155,178 1 155,575 0 155,971 9 156,368 8 156,765 6 157,162 5 157,559 4 157,956 2 158,353 1 158,750 0 159,146 9 159,543 8 159,940 6 160,337 5 160,734 4 161,131 2 161,528 1 161,925 0 162,321 9 162,718 8 163,115 6 163,512 5 163,909 4 164,306 2 164,703 1 165,100 0 165,496 9 165,893 8 166,290 6 166,687 5 167,084 4 167,181 2 167,878 1 168,275 0 168,671 9 169,068 8 169,465 6 169,862 5 170,259 4 170,656 2 171,053 1 171,450 0 171,846 9 172,243 8 172,640 6 173,037 5 173,434 4 173,831 2 174,228 1 174,625 0 175,021 9 175,418 8 175,815 6 176,212 5 176,609 4 177,006 2 177,403 1

7177,800 0 178,196 9 178,593 8 178,990 6 179,387 5 179,784 4 180,181 2 180,578 1 180,975 0 181,371 9 181,768 8 182,165 6 182,562 5 182,959 4 183,356 2 183,753 1 184,150 0 184,546 9 184,943 8 185,340 6 185,737 5 186,134 4 186,531 2 186,928 1 187,325 0 187,721 9 188,118 8 188,515 6 188,912 5 189,309 4 189,706 2 190,103 1 190,500 0 190,896 9 191,293 8 191,690 6 192,087 5 192,484 4 192,881 2 193,278 1 193,675 0 194,071 9 194,468 8 194,865 6 195,262 5 195,659 4 196,056 2 196,453 1 196,850 0 197,246 9 197,643 6 198,040 6 198,437 5 198,834 4 199,231 2 199,628 1 220,025 0 200,421 9 200,818 8 201,215 6 201,612 5 202,009 4 202,406 2 202,803 1

8203,200 0 203,596 9 203,993 8 204,390 6 204,787 5 205,184 4 205,581 2 205,978 1 206,375 0 206,771 9 207,168 8 207,565 6 207,962 5 208,359 4 208,756 2 209,153 1 209,550 0 209,946 9 210,343 8 210,740 6 211,137 5 211,534 4 211,931 2 212,328 1 212,725 0 213,121 9 213,518 8 213,915 6 214,312 5 214,709 4 215,106 2 215,503 1 215,900 0 216,296 9 216,693 8 217,090 6 217,487 5 217,884 4 218,281 2 218,678 1 219,075 0 219,471 9 219,868 8 220,265 6 220,662 5 221,059 4 221,456 2 221,853 1 222,250 0 222,646 9 223,043 8 223,440 6 223,837 5 224,234 4 224,631 2 225,028 1 225,425 0 225,821 9 226,218 8 226,615 6 227,012 5 227,409 4 227,806 2 228,203 1

9228,600 0 228,996 9 229,393 8 229,790 6 230,187 5 230,584 4 230,981 2 231,378 1 231,775 0 232,171 9 232,568 8 232,965 6 233,362 5 233,759 4 234,156 2 234,553 1 234,950 0 235,346 9 235,743 8 236,140 6 236,537 5 236,934 4 237,331 2 237,728 1 238,125 0 238,521 9 238,918 8 239,315 6 239,712 5 240,109 4 240,506 2 240,903 1 241,300 0 241,696 9 242,093 8 242,490 6 242,887 5 243,284 4 243,681 2 244,078 1 244,475 0 244,871 9 245,268 8 245,665 6 246,062 5 246,459 4 246,856 2 247,253 1 247,650 0 248,046 9 248,443 8 248,840 6 249,237 5 249,634 4 250,031 2 250,428 1 250,825 0 251,221 9 251,618 8 252,015 6 252,412 5 252,809 4 253,206 2 253,603 1

10254,000 0 254,396 9 254,793 8 255,190 6 255,587 5 255,984 4 256,381 2 256,778 1 257,175 0 257,571 9 257,968 8 258,365 6 258,762 5 259,159 4 259,556 2 259,953 1 260,350 0 260,746 9 261,143 8 261,540 6 261,937 5 262,334 4 262,731 2 263,128 1 263,525 0 263,921 9 264,318 8 264,715 6 265,112 5 265,509 4 265,906 2 266,303 1 266,700 0 267,096 9 267,493 8 267,890 6 268,287 5 268,684 4 269,081 2 269,478 1 269,875 0 270,271 9 270,668 8 271,065 6 271,462 5 271,859 4 272,256 2 272,653 1 273,050 0 273,446 9 273,843 8 274,240 6 274,637 5 275,034 4 275,431 2 275,828 1 276,225 0 276,621 9 277,018 8 277,415 6 277,812 5 278,209 4 278,606 2 279,003 1

11279,400 0 279,796 9 280,193 8 280,590 6 280,987 5 281,384 4 281,781 2 282,178 1 282,575 0 282,971 9 283,368 8 283,765 6 284,162 5 284,559 4 284,956 2 285,353 1 285,750 0 286,146 9 286,543 8 286,940 6 287,337 5 287,734 4 288,131 2 288,528 288,925 0 289,321 9 289,718 8 290,115 6 290,512 5 290,909 4 291,306 2 291,703 1 292,100 0 292,496 9 292,893 8 293,290 6 293,687 5 294,084 4 294,481 2 294,878 1 295,275 0 295,671 9 296,068 8 296,465 6 296,862 5 297,259 4 297,656 2 298,053 1 298,450 0 298,846 9 299,243 8 299,640 6 300 037 5 300,434 4 300,831 2 301,228 1 301,625 0 302,021 9 302,418 8 302,815 6 303,212 5 303,609 4 304,006 2 304,403 1

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PREFIXOS DECIMAIS DO SIPREFIXOS NOMES tera giga mega quilo hecto deca deci centi mili micro nano pico femto atto SMBOLOS T G M k h da d c m n p f a 1012 109 106 103 10 10 10-1 10 10 10 10-2 2

FATOR PELO QUAL A UNIDADE MULTIPLICADA = 1 000 000 000 000 = 1 000 000 000 = 1 000 000 = 1 000 = 100 = 0,1 = 0,01 = 0,001 = 0,000 001 = 0,000 000 001 = 0,000 000 000 001 = 0,000 000 000 000 001 = 0,000 000 000 000 000 001

10-3-6

10-9-12

10-15-18

TABELA DE CONVERSO milmetro-polegadamm 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 polegada mm .000039 .000079 .000118 .000157 .000197 .000236 .000276 .000315 .000354 .00039 .00079 .00118 .00157 .00197 .00236 .00276 .00315 .00354 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 polegada .00394 .00787 .01181 .01575 .01969 .02362 .02756 .03150 .03543 .03937 .07874 .11811 .15748 .19685 .23622 .27599 .31496 .35433 mm 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 40 50 60 70 80 90 polegada .39370 .43307 .47244 .51181 .55118 .59055 .62992 .66929 .70866 .74803 .7874 1,1811 1,5748 1,96850 2,36220 2,75590 3,14960 3,54330 polegada .0001 .0002 .0003 .0004 .0005 .0006 .0007 .0008 .0009 .001 .002 .003 .004 .005 .006 .007 .008 .009

polegada-milmetromm .00254 .00508 .00762 .01016 .01270 .01524 .01778 .02032 .02286 .0254 .0508 .0762 .1016 .1270 .1524 .1778 .2032 .2286 polegada .010 .02 .03 .04 .05 .06 .07 .08 .09 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 mm .254 .508 .762 1,016 1,270 1,524 1,778 2,032 2,286 2,54 5,08 7,62 10,16 12,70 15,24 17,78 20,32 22,86 polegada 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 mm 25,4 50,8 76,2 101,6 127,0 152,4 177,8 203,2 228,6 254,0 508,0 762,0 1.016 1.270 1.524 1.778 2.032 2.286

Exemplos: Converter 73,832 mm em polegadas 70.0 3.0 0.8 0.03 0.002 73.832 73.832210

Converter 2.5743 em milmetros 2.0000 .5000 .0700 .0040 .0003 2.5743 2.5743 50.80 12.70 1.778 0.1016 0.00762 65.38722 65.3872 milmetros milmetros

2.7559 0.11811 0.03150 0.00118 0.000079 2.906769 2.90677 polegadas

FATORES DE CONVERSO DE UNIDADESPARA CONVERTER DE: atmosfera bar dyne dyne.cm erg ft (foot, p) ft2 ft3

PARA kPa kPa N N.m J m m2 m J m2/s m3/s m3 rad W m m2 m3 3

MULTIPLIQUE POR 1,013 250 x 102 100 1,000 000 x 10-5 1,000 000 x 10-7 1,000 000 x 10-7 3,048 000 x 10-1 9,290 304 x 10-2 2,831 685 x 10-2 5,080 000 x 10-3 1,355 818 2,580 640 x 10-5 4,719 474 x 10-4 3,785 412 x 10-3 1,745 329 x 10-2 7,456 999 x 102 2,540 000 x 10-2 6,451 600 x 10-4 1,638 706 x 10-5 2,540 000 x 10-2 2,731 177 x 10-7 9,806 650 9,806 650 9,806 650 x 10+1

ft/min ft.lbf ft2/h ft3/min (cfm) galo (para lquidos amer.) grau (de ngulo) hp (550 ft.lbf/s) in in2 in3

m/s

in/s in3/min kgf (em alemo: kiloponel = kp) kgf.m kgf/cm2

m/s m3/s N N.m kPa

FATORES DE CONVERSO DE UNIDADESPARA CONVERTER DE: kgf/mm2 km/h kW.h lb lbf lb.ft2 lb.in2 lb/ft lb/ft lb/h lb/in3 lb/s litro milha milibar ona poise psi (lbf/in2) tonelada (fora 2000 lbf) torr (torricelli, mmHg a 0C)2 3

PARA MPa m/s J kg N kg.m2 kg.m2 kg/m kg/m kg/s kg/m3 kg/s m m Pa kg Pa.s kPa kN Pa3 2 3

MULTIPLIQUE POR 9,806 650 2,777 778 x 10-1 3,600 000 x 106 4,535 924 x 10-1 4,448 222 4,214 011 x 10-2 2,926 397 x 10-4 4,882 428 1,601 846 x 10 1,259 979 x 10-4 2,767 990 x 104 4,535 924 x 10-1 1,000 000 x 10-3 1,609 3 x 103 1,000 000 x 102 2,834 952 x 10-2 1,000 000 x 10-1 6,894 757 8,896 444 1,333 22 x 102

211