Lubrificação em motores automotivos

Autor: Professor Pedro Guilherme Bueno

LUBRIFICAÇÃO EM MOTORES AUTOMOTIVOS 

Os motores de combustão interna necessitam de um sistema de lubrificação que atenda às solicitações impostas durante seu funcionamento, entre elas estão: temperaturas elevadas, superfícies em contato mecânico constante, compressões elevadas, entre outros. 

A lubrificação aplicada em motores de combustão interna é feita por meio de alimentação forçada, juntamente por salpicos e névoa de óleo com componentes imersos ao fluido, utilizando uma bomba de óleo (geralmente de engrenagens) que transporta o lubrificante pressurizado para todas as superfícies e mancais do motor, enquanto as peças deslizantes são lubrificadas pelo sistema de lubrificação por salpico e névoa de óleo. Depois de fluir através das superfícies dos mancais e peças deslizantes, o óleo é depositado na parte inferior do motor, no coletor de óleo (cárter), onde parte dos componentes, como o virabrequim e bielas estão imersos. O coletor de óleo é um reservatório onde o óleo é arrefecido e a espuma gerada por sua movimentação se dissipa. 

Figura 1 – Sistema de Lubrificação 

DESENVOLVIMENTO 

Conceitos relacionados ao comportamento e características de materiais utilizados em motores, dão inicio ao desenvolvimento do conteúdo, como forma de assimilar melhor certas características do sistema de lubrificação. 

TRIBOLOGIA 

Tribologia é definida como “o estudo de fenômenos e mecanismos de atrito, lubrificação e desgaste de superfícies em movimento relativo”. (BOSCH, 2005, p. 303). 

ATRITO 

Sempre que uma superfície se mover em relação à outra, haverá uma força contrária a esse movimento. Esta força é denominada atrito, ou resistência ao movimento. 

O atrito é, em alguns casos, necessário e útil, como por exemplo, em sistemas de freios, e em outros casos é indesejável, pois dificulta o movimento e consome energia sem produzir trabalho. Nesta condição, o atrito precisa ser o menor possível. 

TIPOS DE ATRITO 

Considerando o tipo de contato entre as superfícies, podem ser do tipo sólido e fluido. 

ATRITO SÓLIDO 

Quando existe contato de duas superfícies sólidas entre si. O atrito sólido pode se dividir em dois grupos: 

Atrito deslizante: Quando uma superfície se desloca diretamente em contato com a outra. 

Atrito de rolamento: Quando o deslocamento ocorre através de corpos cilíndricos ou esféricos, colocados entre as faces em movimento, isso reduz o atrito devido à menor área de contato. 

ATRITO FLUÍDO 

Quando existir uma camada fluida (liquida ou gasosa) separando as superfícies em movimento. O fluido que forma esta camada se chama lubrificante. 

CAUSAS DO ATRITO 

As superfícies sólidas, mesmo as mais polidas, apresentam asperezas e irregularidades. O modo como às superfícies se relacionam caracteriza os mecanismos de atrito: cisalhamento ou adesão. 

CISALHAMENTO 

Quando picos das duas superfícies entram em contato lateral entre si, o atrito se desenvolve pela resistência oferecida pelo sólido à ruptura desses picos. 

Figura 2: Atrito por cisalhamento 

ADESÃO 

Quando as superfícies em contato apresentam áreas relativamente planas em vez de picos, o atrito se desenvolve pela soldagem a frio dessas micro áreas planas entre si. 

Figura 3: Atrito por adesão 

ATRITO DE DESLIZAMENTO 

Se dois corpos são colocados em contato e existe movimento entre eles, ocorrem forças que se opõem ao movimento ou tendências de movimento. 

Enquanto a força Fat(d) for suficiente para impedir o movimento relativo, o atrito é estático. Entretanto, se o movimento se inicia, o atrito é cinético. 

No atrito estático, a força de atrito ou resistência ao movimento, Fat(d), será sempre igual ou maior do que a solicitação F, ao valor máximo F=Fat(d), chama-se a força limite de atrito. 

Figura 4: Forças de atrito 

COEFICIENTE DE ATRITO 

Considerando que a força de limite estático é proporcional às solicitações normais entre as superfícies, chamamos de coeficiente de atrito o próprio coeficiente de proporcionalidade, µ. 

Pela natureza das próprias forças limite de atrito estático e cinético, podemos acrescentar a seguinte regra: o atrito é normalmente maior do que o atrito cinético e o atrito em superfícies lubrificadas são menores que em superfícies secas. 

DESGASTE 

Embora o objetivo da lubrificação seja reduzir o atrito, podemos considerar que sua finalidade ultima seja diminuir o desgaste. 

Todos os corpos sofrem a ação severa do desgaste com o decorrer do tempo. Logicamente, duas superfícies em movimento, uma contra a outra, sofrerão desgaste. Por meio de lubrificação adequada, procura-se diminuir o desgaste, que se apresentam de varias formas, algumas provenientes da dificuldade de lubrificação, outras de causas diversas. 

LUBRIFICAÇÃO 

A lubrificação aplicada em motores possui características especificas devido ao principio de funcionamento do motor. O sistema de lubrificação empregado também contém componentes e mecanismos que visam atender as solicitações impostas durante o funcionamento. 

COMPOSIÇÃO DO SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO 

Imagem 5: Elementos do sistema de lubrificação 

1. Cárter (reservatório de óleo) 

2. Bomba de óleo (produz vazão constante de óleo ao circuito) 

3. Regulador de pressão (limita a pressão do circuito á determinado valor) 

4. Trocador de calor 

5. Filtro de óleo (retém as partículas sólidas suspensas no óleo) 

6. Sensor de pressão (monitora a pressão do circuito) 

ALIMENTAÇÃO FORÇADA 

Em motores, a alimentação forçada do sistema de lubrificação é obtida por meio de uma bomba, acionada por uma corrente ou eixo que pode estar ligado ao virabrequim ou outro mecanismo, e gera vazão constante de fluido enquanto o motor está em funcionamento. O lubrificante é deslocado da parte inferior do motor, onde está localizado o reservatório (cárter), e o circuito atinge pressões que variam em função da rotação do motor, por exemplo, 1,3 bar a 850 rpm e 3,7 bar a 3000 rpm (sempre verificar no manual técnico do motor qual o valor exato). O óleo pressurizado circula através de galerias usinadas na estrutura do motor, atingindo mancais e componentes que exigem lubrificação. Após fazer esse caminho o fluido retorna ao cárter por escorrimento devido á gravidade. 

Imagem 6: Bomba de engrenamento externo 

Fonte: SENAI-SP Hidráulica (2008, p. 59) 

LUBRIFICAÇÃO POR SALPICO 

De acordo com Robert Bosch (2005, p. 522), Carreteiro e Belmiro (2006, p. 427-428), a lubrificação por salpico de óleo aproveita a movimentação de componentes do motor que estão em contato com um volume considerável de lubrificante, e esse movimento (neste caso rotação), faz com que salpicos de óleo sejam direcionados para outras peças internas do motor. Os componentes que estão imersos ao lubrificante são geralmente virabrequim e bielas, e dependendo do caso é instalado um defletor (acumulador), que auxilia esta função armazenando parte do óleo sempre em contato com as peças citadas. 

Parte do óleo salpicado lubrifica as paredes internas no motor, evitando que ocorra corrosão e parte atinge os pistões e cilindros, que exigem lubrificação e arrefecimento constante, devido ao atrito e excesso de temperatura entre as partes. 

LUBRIFICAÇÃO POR NÉVOA DE ÓLEO 

Segundo Robert Bosch (2005, p. 542), a lubrificação por névoa de óleo ocorre em função da movimentação de óleo quando é salpicado (citado no item anterior). A névoa é formada por gotículas de lubrificante, que variam de dimensão devido a variações de pressão na câmara de combustão e temperatura atingida pelo óleo. A imagem seguinte demonstra a diluição das gotículas de lubrificante no gás de escape, em sistemas de reaspiração de vapores do cárter. 

Figura 7: Dimensão da gotícula de óleo 

Fonte: Manual Bosch de Tecnologia Automotiva (2005, p. 542) 

Imagem 8: Lubrificação por névoa 

Fonte: Renault do Brasil Base Motor (2002, p. 56) 

REFERÊNCIAS 

SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL. Hidráulica. São Paulo, 2008. 

CARRETEIRO, Ronald Pinto; BELMIRO, Pedro Nelson A.. Lubrificantes e lubrificação industrial. Rio de Janeiro: Interciência: IBP, 2006. 

SERVIÇO DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL. Lubrificantes e Lubrificação Automotiva e Industrial. São Paulo, 2007. 

BOSCH, Robert. Manual de tecnologia automotiva. São Paulo: Edgard Blücher, 2005.

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