INTRODUÇÃO
A função de um motor de combustão interna de 4 tempos é converter a energia química contida no combustível em energia mecânica para realizar trabalho. Esse tipo de motor é amplamente utilizado em veículos automotores, como carros, caminhões e motocicletas, bem como em equipamentos industriais e geradores.
Para discutir sobre o desgaste em motores de combustão interna, é necessário entender seu funcionamento e necessidades de manutenção para correlacionar com a origem das partículas de desgaste.
O desgaste nestes motores é um fenômeno inevitável e natural que ocorre ao longo do tempo devido às condições de funcionamento, à fricção entre as peças móveis e a outros fatores. Ele pode afetar diferentes componentes do motor, como cilindros, pistões, anéis de pistão, válvulas, virabrequins, mancais e engrenagens. O lubrificante correto é fundamental para manter o desgaste sob controle.
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA
Um motor de combustão interna de 4 tempos, também conhecido como ciclo Otto, é composto por quatro etapas principais que ocorrem sequencialmente durante cada ciclo de operação. Essas etapas são admissão, compressão, combustão/expansão e escape. Aqui está uma descrição detalhada de cada uma delas:
- Admissão: Nesta etapa, a válvula de admissão se abre, permitindo que a mistura de ar e combustível entre na câmara de combustão. O pistão está em seu ponto morto superior, e ao se mover para baixo, cria uma pressão negativa dentro do cilindro, aspirando a mistura ar-combustível do coletor de admissão. A válvula de admissão se fecha quando o pistão atinge o ponto morto inferior.
- Compressão: Com a válvula de admissão fechada, o pistão se move do ponto morto inferior para o ponto morto superior, comprimindo a mistura ar-combustível dentro do cilindro. Isso aumenta significativamente a pressão e a temperatura da mistura. A vela de ignição, localizada na cabeça do cilindro, produz uma faísca elétrica quando a mistura está comprimida e pronta para a ignição.
- Combustão/Expansão: Quando a faísca da vela de ignição ocorre, inflama a mistura comprimida. A queima rápida e controlada da mistura ar-combustível gera uma explosão, aumentando drasticamente a pressão e a temperatura dentro do cilindro. A expansão resultante dos gases empurra o pistão do ponto morto superior para o ponto morto inferior. É nesta etapa que ocorre a conversão da energia química do combustível em energia mecânica, que é transmitida ao virabrequim.
- Escape: Após a expansão dos gases, o pistão se move novamente do ponto morto inferior para o ponto morto superior. Nesse processo, a válvula de escape se abre, permitindo que os gases queimados sejam expelidos do cilindro para o sistema de escape. A pressão gerada pela expansão dos gases empurra os gases de escape através da válvula de escape aberta, e o pistão empurra os resíduos restantes para fora do cilindro.
Essas quatro etapas se repetem em sequência contínua enquanto o motor está em funcionamento. O movimento linear do pistão é convertido em movimento rotativo pelo virabrequim, que está conectado à árvore de transmissão do veículo, transmitindo a energia gerada pelo motor para as rodas.
É importante ressaltar que os motores de combustão interna podem ter variações, como motores de 2 tempos, que não possuem a etapa de admissão e escape separadas, e motores de cilindros múltiplos, que podem ter um número maior de cilindros, mas o princípio básico de funcionamento de 4 tempos se mantém.
Além de sua função de propulsão, os motores de combustão interna de 4 tempos também podem ser usados para acionar outros tipos de equipamentos, como geradores elétricos e máquinas industriais. Nesses casos, a energia mecânica gerada pelo motor é utilizada para alimentar geradores ou acionar outros mecanismos, convertendo-a em energia elétrica ou realizando trabalho específico, de acordo com a aplicação.
O PAPEL DO ÓLEO LUBRIFICANTE NO MOTOR
No motor de combustão interna, o lubrificante tem a função de reduzir o atrito entre as partes móveis, como pistões, anéis, virabrequim e árvore de comando de válvulas, além de resfriar e proteger as peças contra o desgaste. O caminho do lubrificante no motor ocorre da seguinte maneira:
Cárter de óleo
O óleo lubrificante é armazenado no cárter de óleo, localizado na parte inferior do motor. É neste reservatório que o óleo é inicialmente armazenado antes de ser bombeado para as partes móveis.
Bomba de óleo
A bomba de óleo é responsável por bombear o óleo do cárter e enviá-lo para as partes necessárias do motor. Geralmente, a bomba é acionada pelo virabrequim, aproveitando o movimento rotativo do motor.
Filtros de óleo
Antes de ser distribuído para as partes móveis, o óleo passa por filtros de óleo, que retiram as impurezas e partículas que possam estar presentes no óleo. Os filtros de óleo ajudam a manter o óleo limpo e prolongar sua vida útil.
Canais de distribuição
A partir da bomba de óleo, o óleo lubrificante é direcionado para canais de distribuição no bloco do motor e na cabeça do cilindro. Esses canais permitem que o óleo chegue às áreas que necessitam de lubrificação, como os mancais do virabrequim, pistões, cilindros, árvore de comando de válvulas e outras partes móveis.
Pulverização e gotejamento
O óleo lubrificante é pulverizado ou gotejado em áreas específicas para garantir uma lubrificação adequada. Por exemplo, os mancais do virabrequim e as paredes do cilindro geralmente recebem óleo através de canais de pulverização ou gotejamento para criar uma camada protetora de lubrificação.
Retorno ao cárter
Após a lubrificação, o óleo retorna ao cárter por meio de canais de drenagem ou de retorno. Esse processo de retorno permite que o óleo seja novamente armazenado no cárter, onde pode ser reutilizado em ciclos posteriores de lubrificação.
O caminho do lubrificante no motor é contínuo, com o óleo sendo bombeado, filtrado, distribuído, utilizado para lubrificar as partes móveis e, em seguida, retornando ao cárter para ser reutilizado. Esse sistema de lubrificação é essencial para garantir o bom funcionamento do motor e a proteção de suas peças contra o desgaste.
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COMO OCORRE DESGASTE NOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA?
A fricção mecânica entre as partes móveis do motor é a principal causa do desgaste. As altas temperaturas e pressões geradas durante a queima do combustível resultam em forças significativas que agem sobre os componentes do motor, aumentando a fricção entre eles. Com o tempo, essa fricção causa desgaste progressivo, levando à diminuição da eficiência do motor e ao eventual mau funcionamento.
Além disso, a presença de partículas, como poeira e impurezas, no sistema de admissão de ar e no óleo lubrificante também contribui para o desgaste. Essas partículas podem se acumular nas superfícies das peças móveis, agindo como abrasivos e acelerando este processo.
Na análise de lubrificantes usados pode-se detectar elementos químicos que auxiliem no acompanhamento do desgaste do motor. Dependendo do elemento encontrado, pode-se correlacioná-lo a partes do motor conforme a tabela a seguir.
| ELEMENTOS QUÍMICOS | ORIGEM PROVÁVEL |
| ALUMÍNIO | SAIA DE ÊMBOLOS, LIGA DA CARCAÇA DA BOMBA D’ÁGUA, CARCAÇA DO TURBO-COMPRESSOR, PODE SER ASSOCIADO COM ELEVADO CONTEÚDO DE SILÍCIO ORIUNDO DE PÓ INGERIDO DO AMBIENTE EXTERNO |
| ESTANHO | LIGA DOS MANCAIS DE DESLIZAMENTO DE BIELA (CASQUILHOS), COMPONENTES DE BRONZE |
| FERRO | PAREDES DE CILINDROS E CAMISAS.ÁRVORE DE MANIVELAS (VIRABREQUIM),ÁRVORE DE COMANDO DE VÁLVULAS,BALANCINS,ANÉIS DE SEGMENTO DE ÊMBOLOS,ENGRENAGENS, EIXOS |
| CHUMBO | MANCAIS DE DESLIZAMENTO FIXOS (CASQUILHOS), MANCAIS DE DESLIZAMENTO AXIAIS, ARRUELAS |
| COBRE | BRONZE E SUAS LIGAS,LIGAS DE COBRE E CHUMBO SINTERIZADOS, MANCAIS AXIAIS (ESCORA),MANCAIS DE DESLIZAMENTO FIXOS (CASQUILHOS),BUCHAS DE ÁRVORE DE COMANDO DE VÁLVULAS, TROCADORES DE CALOR PARA ÓLEO LUBRIFICANTE,BUCHAS DA BOMBA DE TRANSFERÊNCIA DE COMBUSTÍVEL, BUCHA DO GOVERNADOR, MANCAIS DE DESLIZAMENTO DE CABEÇA DE BIELA/PINO DE ÊMBOLO (BUCHAS) |
| CROMO | CAMISAS CROMADAS,ANÉIS DE SEGMENTO DE ÊMBOLOS, ASSENTOS DE VÁLVULA DE ADMISSÃO E ESCAPAMENTO, MANCAIS DE ROLAMENTO |
| SILÍCIO | SISTEMA DE ADMISSÃO DE AR DEFEITUOSO, FILTRO DE AR MAL INSTALADO, FILTRO DE AR PRIMÁRIO DEFICIENTE, AUMENTO DE SILÍCIO SEM AUMENTO DE OUTROS METAIS DE DESGASTE PODE INDICAR COLETA INADEQUADA DE AMOSTRA DE ÓLEO LUBRIFICANTE |
| SÓDIO | ADITIVOS UTILIZADOS EM ÓLEOS LUBRIFICANTES, ASSOCIADO À ELEVAÇÃO DE BORO E POTÁSSIO PODE INDICAR VAZAMENTO DE LÍQUIDO PARA SISTEMA DE ARREFECIMENTO |
| MOLIBDÊNIO, MAGNÉSIO, CÁLCIO, ZINCO, FÓSFORO, BÁRIO | ADITIVOS DO ÓLEO LUBRIFICANTE |
Os óleos lubrificantes para motores contêm elementos químicos provenientes dos aditivos utilizados como detergentes/dispersantes, antidesgaste, inibidores de corrosão, etc. Estes elementos incluem cálcio, fósforo, boro, magnésio, bário, sódio, zinco entre outros. Desta forma, a presença deles em uma análise de lubrificante de motor usado é normal e esperada.
A presença de elevado conteúdo de silício pode se dever à contaminação externa e está relacionado a poeira (presença de sílica). Já sódio e boro podem ter como origem o líquido do sistema de refrigeração.
Embora seja impossível evitar completamente o desgaste em motores de combustão interna, existem medidas que podem ser tomadas para minimizá-lo e prolongar a vida útil do motor. Algumas dessas medidas incluem:
- Realizar manutenção regular conforme recomendado pelo fabricante do veículo;
- Utilizar combustíveis de boa qualidade e seguir as especificações recomendadas pelo fabricante;
- Verificar regularmente o nível de óleo e realizar as trocas de óleo nos intervalos recomendados;
- Substituir filtros de ar, óleo e combustível conforme as recomendações do fabricante;
- Evitar acelerações bruscas e altas rotações desnecessárias do motor;
- Permitir que o motor aqueça adequadamente antes de exigir desempenho máximo;
- Evitar sobrecargas de peso e reboques excessivamente pesados;
- Realizar inspeções regulares para detectar e corrigir problemas precocemente.
A falta de manutenção adequada também pode levar ao desgaste prematuro do motor. A troca regular de óleo e filtros, além da verificação e ajuste das folgas das válvulas, são essenciais para garantir o bom funcionamento do motor. A utilização de combustíveis de baixa qualidade ou com alto teor de impurezas também pode acelerar o desgaste das peças internas do motor.
CONCLUSÃO
A presença de elementos químicos em óleo lubrificante usado pode auxiliar na identificação e acompanhamento do processo de desgaste do motor.
Empresas que possuem grandes frotas de automóveis ou de motores de combustão interna podem se utilizar da análise dos lubrificantes em uso para monitorar o processo de desgaste de seus motores, identificando prematuramente o processo e agindo de forma a evitar quebras e falhas graves que afetam produção e receita das empresas.
Já para os usuários de veículos de passeio, as orientações dos fabricantes dos motores sobre os processos de manutenção devem ser seguidas. Todo o trabalho de acompanhamento do desgaste já é conhecido pelos fabricantes e as orientações de manutenção refletem seus conhecimentos de forma a preservar o motor e aumentar sua vida útil.
