7

29

PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAISEngenharia Mecnica linha de formao em MecatrnicaDisciplina: Laboratrio de Sistemas Trmicos

Pedro Henrique Moreira Akaki

SISTEMAS DE ALIMENTAO

Belo Horizonte 7

2015Pedro Henrique Moreira Akaki

SISTEMAS DE ALIMENTAO

Trabalho apresentado disciplina Laboratrio de Sistemas Trmicos do curso de Engenharia Mecnica com nfase em Mecatrnica da Pontifcia Universidade Catlica de Minas Gerais.

Professor: Mrcio Arajo Pessa

Belo Horizonte2015

Resumo

Este trabalho foi feito como um relatrio para a disciplina: Laboratrio de Sistemas Trmicos, em que os alunos devem explicar o sistema de alimentao de um carro. Ser estudado o sistema do carburador, tambm ser estudado seus 6 tipos de sistemas (Partida a frio, Marcha lenta, Nvel Constante, Principal, Acelerao rpida e Suplementar) e a necessidade de suprir a mistura ar/combustvel.

Palavras-chave: Injeo; Carburador; Motor.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Motores de competio e de alta performance utilizavam diversos carburadores9Figura 2 - Carburador10Figura 3 Partes do Carburador12Figura 4 Sistema para partida a frio13Figura 5 Sistema para marcha lenta15Figura 6 Sistema para nvel constante16Figura 7 Sistema Principal18Figura 8 Sistema para acelerao rpida20Figura 9 Sistema Suplementar a vcuo22Figura 10 Sistema de alimentao suplementar a vcuo com mbolo24Figura 11 Sistema do carburador25

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Relao estequiomtrica para os principais combustveis existentes.9

SUMRIO1 INTRODUO52 MOTORES DE IGNIO POR CENTELHA62.1 Mistura Ar/Combustvel62.2 Carburador82.2.1 Partes do carburador112.2.2 Sistemas de funcionamento do carburador122.2.2.1 Partida a frio122.2.2.2 Marcha-lenta142.2.2.3 Nvel constante152.2.2.4 Principal172.2.2.5 Acelerao rpida192.2.2.6 Suplementar212.2.3 Funcionamento do carburador242.2.4 Tipos de carburador25REFERENCIAS27

INTRODUO

Desenvolvido no final do sculo XIX, o motor de combusto interna uma das invenes recentes mais importantes e com maior impacto na sociedade atual. Este tipo de motor, assim chamado porque a combusto decorre dentro de uma cmara que contm tambm o pisto responsvel pela criao do movimento, apresenta elevadas potncia e eficincia para o seu tamanho.Os dois tipos de motores de combusto interna mais importantes so o motor a gasolina e o motor a gasleo ou motor Diesel (assim chamado por ter sido inventado pelo engenheiro alemo Christian Karl Diesel).As partes que constituem estes dois tipos de motor so basicamente iguais: ambos possuem cmaras de combusto e cilindros (em posio vertical, com maior ou menor ngulo e horizontal, no caso dos boxer) que se encontram ligados cambota por uma haste - que transforma as deslocaes do pisto em movimento de rotao. O nmero de cilindros que compem um motor varivel, sendo que as configuraes mais comuns apresentam 3, 4, 5, 6 e 12 cilindros.Para o fornecimento de combustvel ao motor so necessrios: um depsito, uma bomba de injeo de gasolina e um dispositivo que transforme o combustvel lquido em gasoso - o carburador. Os processos de ignio so diferentes nos dois motores. No motor a gasolina, a ignio feita atravs da chamada vela de ignio - dispositivo colocado na parte superior do cilindro, que produz fascas, as quais provocam a combusto (ICE Internal Combustion Engine). Durante o processo de combusto, o pisto executa quatro movimentos: 1) afasta-se do cilindro provocando a injeo de ar e combustvel na cmara de combusto; 2) aproxima-se do cilindro provocando a compresso da mistura na cmara e a sua combusto; 3) afastado novamente do cilindro pelo efeito da combusto; 4) aproxima-se novamente do cilindro e faz com que a vlvula de escape se abra para libertar os gases resultantes da combusto. Esta sucesso de movimentos repete-se continuamente.No motor a gasleo, a ignio feita atravs da compresso e aquecimento de ar antes da injeo de combustvel na cmara (ICO Internal Compression Combustion Engine). Os movimentos do pisto so basicamente idnticos aos anteriormente apresentados, embora haja um intermdio, que antecede a combusto: 1) d-se a entrada de ar na cmara pela vlvula de admisso; 2) inicia-se o processo de compresso e aquecimento do ar; 3) o ar est totalmente comprimido; 4) d-se a injeo de combustvel que no contato com o ar aquecido entra em combusto; 5) inicia-se o processo de libertao dos gases. Devido ao processo de compresso utilizado, este tipo de motores mais robusto do que o do motor a gasolina.

MOTORES DE IGNIO POR CENTELHA

Motores com ignio por centelha tem presente um dispositivo para gerar uma centelha para iniciar a combusto da mistura, seu aproveitamento entorno de 30%. Seu sistema de alimentao admite a mistura ar/combustvel, e o controle feito pela variao da posio da borboleta, que acionada pelo pedal do acelerador.

Mistura Ar/Combustvel

Para que o processo de combusto ocorra necessrio que existam ar e combustvel no interior do cilindro, mas a quantidade de combustvel deve ser proporcional massa de ar admitida. Segundo Glehn (1999, p. 15), a relao ar/combustvel ideal chamada de estequiomtrica e ocorre quando, o carbono (C) do combustvel reage com o oxignio (O) resultando em dixido de carbono (CO2), o hidrognio (H) tambm reage com o oxignio, formando vapor de gua (H2O). O nitrognio (N2) admitido e expelido da mesma forma, pois no participa da reao. A tabela 1 mostra a relao estequiomtrica para os combustveis mais comuns.A razo entre a relao ar/combustvel (A/F) real admitida no motor e a estequiomtrica definida como fator lambda () de acordo com a equao abaixo:

Tabela 1 - Relao Estequiomtrica para os principais combustveis existentes.

Sendo:(A/F) real= Relao ar/combustvel real sendo admitida no motor.(A/F) ideal= Relao ar/combustvel estequiomtrica, conforme tabela 1.

A equao indicada para indica que quando = 1 a mistura ideal ou completa, estando massa de ar proporcionalmente correta com a massa de combustvel admitida. Quando < 1 existe muito combustvel para pouco ar, sendo esta condio caracterizada como mistura rica. Outra condio possvel a mistura pobre que ocorre quando > 1 indicando muito ar para pouco combustvel.

Carburador

o principal dispositivo do sistema de alimentao por carburador, sua funo preparara mistura precisa do combustvel com o ar de forma pulverizada para ser enviada para os cilindros do motor. O carburador possui trs condies que ele precisa atender: Fazer o motor funcionar mesmo a baixas temperaturas; Manter o motor funcionando em marcha-lenta quando necessrio; Fazer o motor funcionar em acelerao plena quando solicitado.

Figura 1 - Motores de competio e de alta performance utilizavam diversos carburadores

fonte: sportsracernet.smugmug.comExistem trs variaes de carburador, referente ao seu fluxo de ar j utilizadas:1. Descendente: o tipo mais comum, o ar entra por cima desce e se mistura com o combustvel rumo a cmara de combusto;2. Horizontal: bastante utilizado em motores que so dispostos muito prximos do cho, neste caso o ar entra pela lateral, horizontalmente, se mistura com o combustvel e segue at a cmara de combusto;3. Ascendente: Possui fluxo de ar direcionado para cima, o ar entra lateralmente, mas sobe devido a depresso do motor, e passa pelo difusor que aumenta ainda mais sua velocidade.

Figura 2 - Carburador

Existem tambm variaes de carburadores quanto nmero de borboletas de acelerao, podendo ter uma, duas ou quatro borboletas, cada com com seu difusor. Diferem apenas pela quantidade de peas, mas trabalham seguindo exatamente o mesmo princpio do carburador de difusor nico. Em motores de competio mais antigos, era frequente a utilizao de diversos carburadores. Um para cada cilindro do motor, disposio que melhorava consideravelmente o rendimento, pois a reduo de perdas devido a condensao era mxima. Em contrapartida a mo de obra para regulagem era maior.A regulagem da mistura ar/combustvel, chamada de carburao, feita por seis sistemas de funcionamento do carburador, sendo todos estes acionado pelo pedal do acelerador. O pedal do acelerador controla diretamente a borboleta de acelerao, logo, atravs do carburador que o motorista controla a velocidade do motor de acordo com as condies da pista por onde o veculo se desloca.Voltando ao seis sistemas, para que tudo que foi dito acima ocorra, preciso que esses seis sistemas funcionem precisamente. Os seis sistemas do carburador so: Partida a frio; Marcha-lenta; Nvel constante; Principal; Acelerao rpida; Suplementar.

Partes do carburador

Cuba: onde fica armazenado o combustvel liberado pela vlvula da bia.

Vlvula da bia: tem a funo de controlar a entrada de combustvel que fica armazenado na cuba. Funciona em conjunto com a bia e seus orifcios determinam o quanto ser liberado de combustvel de acordo com a posio da bia.

Bia: regula a entrada de combustvel na cuba do carburador.

Borboletas: em conjunto com o corpo, ventures e difusores so responsveis pela quantidade de mistura a ser entregue ao motor. Controlam a velocidade de fluxo da mistura.

Figura 3 Partes do Carburador

Sistemas de funcionamento do carburador

2.2.2.1 Partida a frio

Figura 4 Sistema para partida a frio

Sistema de afogamento automtico. Funcionamento igual ao sistema com afogamento manual. Componentes: Borboleta do afogador: Responsvel por obstruir a passagem de ar para o carburdor, seu acionamento pode ser manual ou automtico.Quando o motor posto para funcionar aps longo perodo parado, a baixa temperatura dentro do coletor de admisso e baixa velocidade de rotao dificultam a atomizao ideal das molculas de combustvel com as molculas de ar. Devido a isso parte do combustvel condensa nas paredes do coletor, formando gotculas de combustvel, empobrecendo a mistura e dificultando a partida. Para vencer esta barreira o carburador dispe do sistema de partida a frio.Este sistema possui apenas um componente necessrio para seu funcionamento, a borboleta do afogador.A borboleta do afogado est localizada logo na entrada do carburador, e quando acionada, obstrui a passagem de ar para o motor, uma depresso maior criada e mais combustvel sugado pelo motor. Assim a mistura passa de pobre para rica facilitando a partida do veculo.

2.2.2.2 Marcha-lenta

Figura 5 Sistema para marcha lenta

Componentes: Gicl de marcha-lenta: Gicl que pulveriza o combustvel para a mistura de marcha-lenta no duto de entrada de ar; Orifcios calibrados: Canal que conduz a mistura ar/combustvel sugada pela depresso criada pela borboleta de acelerao; Parafuso de controle da mistura da marcha-lenta: um parafuso de ponta cnica que acenta sobre a passagem da mistura deixando livre uma pequena brecha para o fluxo da mistura. Sua regulagem permite aumentar ou diminuir a mistura o fluxo da mistura para o motor; Parafuso de controle da rotao da marcha-lenta: Este parafuso regula o quo aberta a borboleta de acelerao ficar quando est em repouso.A situao de marcha-lenta caracterizada pela posio de repouso da borboleta de acelerao, ou seja, fechada, mas com uma leve brecha para que o mnimo de ar possa passar. Assim o motor est incapaz de atingir maiores velocidades, gira o mnimo para que possa funcionar. Com a borboleta de acelerao semifechada, cria-se uma depresso abaixo dela que suga a mistura obtida do gicl de marcha lenta e dos orifcios calibrados. Essa mistura flui atravs da passagem obstruda pelo parafuso de controle da mistura de marcha lenta(agulha) e vai direto para os cilindros. A rotao de marcha-lenta pode ser regulada tambm pelo parafuso de controle de rotao da marcha-lenta.

2.2.2.3 Nvel constante

Figura 6 Sistema para nvel constante

Componentes: Vlvula estilete: Trata-se de um componente metlico dentro do qual se movimenta um estilete que ora fecha, ora abre a passagem combustvel pressurizado pela bomba. O movimento e a posio do estilete determinado pelo nvel da boia dentro da cuba. Boia: o componente que flutua sobre o combustvel contido na cuba, a boia possui uma haste ligada a cuba que altera seu ngulo a medida que a boia sobe ou desce. Essa haste serve de alavanca para empurrar o estilete de acordo com o nvel da boia. Cuba: um recipiente no qual o combustvel proveniente da bomba depositado dentro do carburador. A manuteno do seu nvel de vital importncia para o funcionamento dos demais sistemas. O nvel da cuba controlado pela boia e pela vlvula estilete.Para que o carburador funcione adequadamente, o nvel de combustvel na cuba deve ser mantido constante, abaixo do especificado o motor perder potncia e falhar, acima do especificado o motor ter um mistura rica demais podendo afogar e no obter combusto, alm de contaminar o leo lubrificante com o combustvel excessivo. A funo do sistema de nvel constante manter o nvel de combustvel na cuba constante no importando o que acontea.

2.2.2.4 Principal

Figura 7 Sistema Principal

Componentes: Corpo do carburador: Pea que suporta e aloja todos os componentes do carburador; Difusor: Utiliza o princpio do tubo de venturi para aumentar a velocidade do ar, e assim criar a depresso que arrasta o combustvel do pulverizador principal; Pulverizador principal: Tubo de medidas determinadas ligado a cuba do carburador, est disposto na passagem de ar prxima ao difusor, a depresso criada pelo motor faz o combustvel ser sugado do tubo e se misturar ao ar que passa em alta velocidade em direo aos cilindros; Borboleta de acelerao: J descrita no sistema anterior; Gicl principal: Componente cilndrico que rosqueado na cuba, possui um orifcio de preciso milimtrica para passagem do combustvel para o misturador; Misturador: formado por dois tubos concntricos, no fundo est o combustvel proveniente da cuba do carburador, o ar entra pelo tubo central que e se mistura com o combustvel ali contido. O misturador se liga ao pulverizador principal, e fornece a este uma pr-mistura de ar/combustvel.Este sistema responsvel pelo funcionamento do motor em mdia/alta rotao, quando a borboleta de acelerao est parcialmente aberta. Assim o sistema de marcha-lenta deixa de funcionar, no h mais a enorme depresso aps a borboleta de acelerao, e ento o carburador passar a fornecer combustvel pelo pulverizador principal devido a depresso do motor e alta velocidade criada pelo difusor. O sistema principal fornece uma quantidade de mistura superior ao sistema de marcha-lenta.

2.2.2.5 Acelerao rpida

Figura 8 Sistema para acelerao rpida

Componentes: Bomba de acelerao: Uma pequena bomba alojada no carburador, seu acionamento , geralmente, por meio de um cabo que liga a borboleta de acelerao at o balancim de acionamento da bomba. A bomba pode possuir ou sistema de diafragma, ou sistema de mbolo para pressurizar os combustvel adicional que ser injetado pelo pulverizador de acelerao rpida; Vlvula de esfera: A bomba de acelerao ligada a cuba, mas possui uma vlvula que controla o fluxo de combustvel para a bomba. Essa vlvula um esfera de ao inoxidvel. Pulverizador de acelerao rpida: Duto que recebe o combustvel pressurizado pela bomba de acelerao e o injeta logo antes do difusor. Sua funo injetar o combustvel adicional para compensar a sbita elevao no fluxo de ar.Durante o funcionamento em mdias cargas, o carburador do motor trabalha utilizando o sistema principal. Entretanto, quando se deseja efetuar uma ultrapassagem ou algum movimento que seja necessrio a rpida resposta do motor, o motorista pressiona ainda mais no acelerador, isso faz com que a borboleta de acelerao abra subitamente, admitindo um quantidade maior de ar de repente. O combustvel que j estava sendo pulverizado no suficiente para atender a nova demanda, e ento a mistura empobrece e o motor falha. O sistema de acelerao rpida entra em ao nesse momento, pois quando a borboleta de acelerao acionada com maior ngulo, acionado tambm a bomba de acelerao, esta suga o combustvel da cubo por um orificio calibrado prprio e o envia para o pulverizador de acelerao, que injeta o combustvel adicional logo antes do difusor, enriquecendo a mistura e garantindo a resposta imediata do motor.

2.2.2.6 Suplementar

Figura 9 Sistema Suplementar a vcuo

Sistema suplementar vcuo. Componentes: Cilindro: Local aonde esto mbolo, haste e mola de retorno. Possui uma extremidade aberta para um canal de depresso. Este canal tem sua abertura aps a borboleta de acelerao; mbolo: Trata-se de um pisto que sobe e desce dentro do cilindro. Sobe quando a depresso criada pelo motor grande o suficiente para vencer a fora da mola que o puxa para sua cede. Quando a depresso reduz, a fora da mola vence e o pisto retoma sua posio de repouso; Haste: A haste est fixada ao mbolo, logo ela se desloca solidria a este. Quando o mbolo sobe, a haste abre a passagem de combustvel para o gicl suplementar, quando o mbolo desce a haste fecha a passagem de combustvel para o gicl suplementar; Gicl suplementar: o orifcio no qual o combustvel passar em direo ao pulverizador; Mola de retorno: Componente responsvel pelo fechamento do gicl suplementar quando a depresso no coletor reduz.

Sistema suplementar a vcuo com mbolo:Quando o motor passa a ser exigido a plena carga, ou seja, com a borboleta de acelerao totalmente aberta(WOT wide open throttle), o sistema principal no ser mais capaz de suprir a demanda de combustvel para o motor. Isso ocorre pois o sistema principal j est pulverizando o mximo que pode, e como o carburador est em WOT a quantidade de ar admitida vai alm do que o sistema principal pode fornecer. A mistura empobrece e o motor perde potncia. O sistema suplementar age neste momento, quando a depresso no coletor mxima, o vcuo criado atinge o cilindro no qual o mbolo do sistema est contido, o mbolo sobe trazendo com ele a haste que veda o gicl suplementar. Assim o combustvel da cuba liberado pelo gicl suplementar, e segue em direo ao pulverizador, aumenta a quantidade de combustvel da mistura e o motor atinge sua mxima potncia. Quando o motor reduz seu regime de funcionamento, a depresso no mais forte o suficiente para vencer a fora da mola ligada a haste, esta puxa a haste juntamente com o mbolo para baixo vedando, novamente, gicl suplementar.

Figura 10 Sistema de alimentao suplementar a vcuo com mbolo

2.2.3 Funcionamento do carburador

Figura 11 Sistema do carburador

Todo motor de combusto interna tem como fase crtica a partida a frio e a fase de aquecimento, o carburador foi desenvolvido para dar conta dessas fases e ir alm. Durante a partida a frio o motor precisa vencer a condensao do combustvel nas paredes do coletor de admisso, a alta densidade do ar por estar mais frio e a pouca rotao fornecida pelo motor de partida. Para superar esses trs obstculos a mistura ar/combustvel deve ser suficientemente rica para conseguir queimar na cmara de combusto, para isso o sistema de partida a frio entra em ao. Atravs da borboleta do afogador, seja ela manual ou automtica, o sistema sufoca o carburador e cria um depresso ainda maior dentro do mesmo. Ento mais combustvel arrastado devido a maior depresso, a mistura enriquece e o motor consegue entrar em funcionamento. Mesmo assim este sistema permanece ativo at que o motor atinja sua temperatura ideal de funcionamento, devido a isso que os carros com motores carburados passavam alguns minutos funcionando antes de rodar. Atingida a temperatura de trabalho, o sistema de partida a frio desativado. Agora o motor entrar em marcha-lenta, pois a borboleta de acelerao est semifechada. Mesmo assim o motor continua funcionando pois possui rotao suficiente, e o canal de ar juntamente com o gicl de marcha-lenta passam a pulverizar combustvel o bastante para isso. O funcionamento do motor em baixa rotao, o suficiente apenas para mante-lo funcionando.Quando engrenamos a primeira e colocamos o carro em movimento, o sbito aumento do ngulo da borboleta faz a bomba de acelerao do sistema de acelerao rpida entrar em ao, e compensar a maior quantidade ar que entra no motor. Entretanto, este sistema possu apenas um injetada adicional e nada mais, cabendo ao sistema principal manter o motor em funcionamento enquanto veculo se desloca e superando os cargas impostas ao motor. Este sistema tambm atua como sistema de transio entre acelerao rpida e suplementar. No a toa que chamado de principal, pois sem ele, o motor no funcionaria. Quando se requer mxima potncia, o acelerador totalmente pressionado, e a borboleta de acelerao est totalmente aberta, o motor passa a aspirar a sua capacidade mxima de ar, mas o sistema principal do carburador j est fornecedo sua capacidade mxima de combustvel. Ento entra em cena o sistema suplementar, que injeta uma dose extra de combustvel para enriquecer a mistura. Esse sistema ativado pela depresso mxima criada pelo motor, que puxa o mbolo do sistema para cima em seu cilindro, o mbolo ligado a uma haste que libera a passagem de combustvel extra para o gicl suplementar. Quando a haste sobe, combustvel extra direto da cuba sa pelo gicl suplementar e garante a mistura adequada para aquele regime de funcionamento do motor.

2.2.4 Tipos de carburador

Existem diversos modelos de carburador, sendo os mais comuns os carburadores simples e de corpo duplo.Os carburadores simples funcionam com grande distncia dos cilindros, com isso o combustvel chega com menor presso e ocorrem algumas perdas durante a passagem do coletor.Os carburadores de duplo corpo so dois carburadores simples em uma pea apenas. Esses carburadores trabalham logo acima dos cilindros, tendo o coletor bem prximo, conseguem direcionar o combustvel com maior presso e sem perdas de material, tendo um motor com maior aproveitamento.Os carburadores Quadrijet, ou carburadores de quatro corpos, eram muito utilizados com motores de grande porte, como os motores V8. Esses carburadores tm 4 estgios, 2 de alimentao direta e 2 de alimentao plena. Cada sada de alimentao abastecia dois cilindros.

27

REFERENCIAS

CarrosInFoco. Detalhes e funcionamento dos Carburadores Automotivos. Disponvel em: . Acesso em 7 de maro de 2015

Scribd - LOBO, Rafael Fassi. Controlador para Adaptao de Injeo Eletrnicaem Motores Ciclo Otto Originalmente Carburados. Disponvel em:. Acesso em: 6 de maro 2015

Infopdia. Motor de combusto interna. Disponvel em: . Acesso em: 6 de maro 2015

Scooter Clube. Motores de combusto interna. Disponvel em: . Acesso em: 6 de maro. 2015.

Infomotor. Princpio de funcionamento do motor a combusto interna ciclo de Otto. Disponvel em: . Acesso em: 6 de maro. 2015.

How-stuff-works. Como funciona um carburador. Disponvel em: < http://www.hsw.uol.com.br/questao377.htm >. Acesso em: 6 de maro. 2015.

O mecanico. De volta ao carburador. Disponvel em: . Acesso em: 6 de maro. 2015.

O mecanico. De volta ao carburador. Disponvel em: . Acesso em: 6 de maro. 2015.