Compressores e dispositivos de expansão

1. Introdução

Durante o ciclo de funcionamento de um motor a combustão interna, menos 30% da energia calorífica desenvolvida é convertida em trabalho útil. Grande parte do calor excedente é dissipado para que nenhum dos componentes do motor superaqueça a ponto de deixar de funcionar.

De forma estratificada aproximadamente 36% do calor desenvolvido pela queima é descartado pelo sistema de escapamento, 7% perdem-se devido a atritos internos e no aquecimento do óleo de lubrificação e 33% dissipam-se no sistema de arrefecimento.

Basicamente existem dois tipos de sistema de resfriamento o direto e o indireto. No sistema direto, o ar circula através das aletas existentes no exterior e na cabeça dos cilindros, já no sistema indireto, um líquido de resfriamento, normalmente água, circula pelos canais existentes no interior do motor.

No presente trabalho serão abordadas de maneira técnica as características do sistema de arrefecimento dos motores do ciclo de Otto e Diesel e suas diferenças.

1. Arrefecimento

Os motores de combustão modernos melhoraram substancialmente, entretanto, ainda não são muito eficientes na transformação de energia química em energia cinética.

A maior parte da energia calorifica dos combustíveis, algo em torno de 70%, se converte em calor, e o trabalho básico do sistema de arrefecimento é controlar esse calor, o transferindo para o ar, mas o sistema também tem outras tarefas importantes. Os motores operam melhor numa temperatura média de aproximadamente 100ºC. Quando ele está frio, seus componentes se desgastam mais rapidamente, o motor é menos eficiente emitindo mais poluentes. Cabe aos sistemas de arrefecimento permitir que o motor se aqueça com a maior velocidade possível e, então, mantê-lo numa temperatura constante.

Abaixo serão descritos os processos, componentes e características dos sistemas de arrefecimento a ar e a líquido.

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Imagem 1 – Diagrama de funcionamento do sistema de arrefecimento

3. Arrefecimento a ar

Alguns carros mais antigos usam motores refrigerados a ar. Em vez de haver um líquido circulando pelo motor, o bloco e o cabeçote são dotados de aletas que aumentam a área de absorção de calor e de contato com o ar, conduzindo o calor para longe do motor. Uma potente ventoinha força o ar sobre essas aletas, que resfriam o motor ao acelerar a transferência de calor para o ar. Quando o motor é exposto ao fluxo de ar, como nas motocicletas, a ventoinha pode ser dispensada.

Devido a seu desempenho se comparado ao sistema de arrefecimento a líquido, o mesmo não tem larga escala de aplicação nos veículos modernos, pois teoricamente um motor arrefecido a ar está sujeito a maiores variações térmico como, por exemplo, as mudanças climáticas e aos ruídos pertinentes ao seu funcionamento. Abaixo é possível verificar o desempenho de arrefecimento estático do supracitado sistema.

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Gráfico 1 – Relação de ar necessário para arrefecimento estático

3.1 Componentes

Os componentes básicos do sistema a ar são as aletas para o aumento da área de contato, exemplo as existentes em motores de motocicletas, a ventoinha e caixa de ar. Ambas com a correspondente finalidade o deslocamento e o direcionamento do ar de arrefecimento.

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Imagem 2 – Diagrama de funcionamento do sistema de arrefecimento por ar

4. Arrefecimento por líquido

O sistema de arrefecimento a líquido faz circular um fluido por mangueiras e partes do motor. Ao passar pelo motor quente o líquido absorve calor, resfriando o motor. Depois que o fluido deixa o motor ele passa por um trocador de calor, ou radiador, que transfere o calor do fluido para o ar que passa pelo radiador.

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Imagem 3 – Diagrama de funcionamento do sistema de arrefecimento

4.1 Características físicas e de funcionamento do sistema de arrefecimento a líquido.

Bomba d’água;

Ao iniciar o ciclo de funcionamento do motor, a bomba d'água é acionada através de uma correia de transmissão atrelada ao virabrequim, mandando por sua vez fluido de arrefecimento para o bloco do motor. Uma vez em circulação o fluido será transmitido para o cabeçote e bloco do motor em canais e orifícios específicos para essa aplicação e por fim para o radiador.

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Imagem 4 – Exemplificação do funcionamento da bomba d’água

Válvula termostática

Válvula termostática, é um dispositivo extremamente sensível à temperatura. A mesma é instalada na tubulação de saída do fluido do bloco.