Neste material, vamos tirar dúvidas sobre o sistemas de arrefecimento do motor, e explicar os sistemas de arrefecimento a ar e o sistema arrefecido a água
Os motores movidos a combustão interna, têm como característica a utilização da energia proveniente da queima da mistura de ar e combustível. Essas consecutivas explosões, levam o motor a atingir temperaturas de pico de até 2000°C na câmara de combustão. Isso certamente levaria a destruição do motor se não houvesse um sistema de resfriamento apropriado.
Os componentes do motor trabalham em diferentes gradientes térmicos, para que as paredes dos cilindros não ultrapassem o limite de temperatura do óleo lubrificante. Esse limite é de 150°C em média. Enquanto isso, os pistões trabalham a uma temperatura de 320°C, o máximo permitido pelas ligas de alumínio.
Alguns componentes trabalham a temperaturas maiores. As velas de ignição, por exemplo, trabalham em uma temperatura de 500 a 600°C, além das válvulas de escape, que em função da retirada dos gases de escape, trabalham sob grande estresse térmico, chegando a temperaturas de 750°C.
As válvulas conseguem trocar calor com suas sedes e guias, além das velas de ignição que escoam a temperatura para o cabeçote. Por último, o líquido de arrefecimento troca calor com estes componentes, mantendo a temperatura ideal, para que o óleo consiga trabalhar com uma boa viscosidade. Assim, as folgas são preenchidas e as chamas não atingem as paredes da câmara de combustão, diminuindo a temperatura e evitando que o efeito da detonação seja ainda mais nocivo ao motor.
Por isso, a finalidade do sistema de arrefecimento é equilibrar a temperatura, fazendo com que ela não passe de 90°C a 95°C no máximo, perdendo cerca de 25% a 35% da potência total produzida.
Tipos de sistema de arrefecimento
Existem dois tipos de sistemas de arrefecimento do motor:
- Sistema de arrefecimento a ar
- Sistema arrefecido a água
Sistema de arrefecimento a ar
O sistema de arrefecimento a ar não perdurou no mundo automotivo por muito tempo. Apenas algumas marcas, como a VW e a Porsche, conseguiram utilizar motores com esse sistema durante mais tempo, a exemplo do queridinho Fusca, mostrado na imagem abaixo.
Os motores que utilizam o sistema de arrefecimento a ar têm um funcionamento simples. O resfriamento acontece enquanto o carro está em movimento, e o fluxo de ar é responsável por trocar calor com os componentes e depois é despejado na atmosfera.
Como a temperatura de funcionamento dos motores com arrefecimento a ar é maior do que a de motores com arrefecimento a água, o óleo lubrificante tem papel importante no resfriamento. Por isso, se fez necessário o uso de óleos de qualidade e de radiadores de óleo para auxiliar na troca de calor dos componentes.
Nestes motores, são usadas aletas de ar usinadas para melhorar a área de contato com o ar frio, e ainda um ventilador/ventoinha que auxilia no resfriamento. Em situações de subidas longas ou paradas em marcha lenta poderiam prejudicar o resfriamento do motor.
No entanto, como o motor precisa sempre estar em temperatura ideal, há uma válvula de regulação do ar de entrada. Em momentos de longas descidas, em altas velocidades ou em partidas a frio, cessa a entrada de ar para as aletas do cabeçote, fazendo com que o motor não perca calor.
Suas desvantagens estão no fato de que o motor é sensível as grandes variações de temperatura durante seu funcionamento, seja pela temperatura ambiente ou pela carga do motor. Resulta, assim, em tolerâncias de projeto muito maiores em comparação com o arrefecimento a água, e de utilização de óleos mais viscosos.
Sistema arrefecido a água
Sistema de arrefecimento a água pode ser divido em dois, chamados sistemas por termofissão e forçado.
O sistema arrefecido a água utiliza água desmineralizada misturada em sua devida proporção com um aditivo. Neste sistema não há mais a irregularidade encontrada nos motores com arrefecimento a ar, já que os motores com tempo foram evoluindo e trabalhando com limites de temperatura cada vez mais estreitos.
O primeiro sistema de arrefecimento a água foi o termossifão, mostrado na imagem abaixo.
Neste sistema mais antigo, o fluído de arrefecimento (água+aditivo) circula a partir da diferença de densidade do próprio fluído encontrado no radiador e perto dos cilindros.
O líquido de arrefecimento encontrado no radiador é menos quente e mais denso, fazendo o mesmo descer, enquanto o fluído no bloco é mais quente e menos denso, sendo impelido para o lado superior do radiador pela diferença de densidade, fechando um ciclo como na imagem acima. Este sistema garantia uma temperatura de trabalho ideal para o funcionamento do motor, já que só funciona com o motor quente.
Porém, o sistema de termossifão requisitava uma grande área do cofre do motor, já que o radiador e os dutos ocupavam grande espaço e ficavam desnivelados com o motor. Outra desvantagem é que o sistema apresentava uma grande diferença de temperatura entre o lugar mais quente e o mais frio do sistema, chegando a 40°C de diferença. Assim em locais de clima frio intenso, ocorria o congelamento da água.
Sistema arrefecido a água forçado
O sistema arrefecido a água forçado acabou de vez com os problemas do sistema por Termossifão. Graças ao sistema forçado, foi possível obter um controle mais rigoroso dos limites de temperatura do motor, diminuindo as dimensões do sistema e o tornando mais enxuto. Isso fez com que reduzisse consideravelmente a diferença de temperatura entre o lado mais quente e mais o frio (<10°), e ainda pode-se utilizar o fluído para o aquecedor interno do veículo.
Através de uma bomba de água que é acionada mecanicamente pela correia de sincronismo, o sistema é pressurizado garantindo a circulação do líquido de arrefecimento de forma eficiente, fazendo com que o motor não tenha tanta perda de potência.
A galeria por onde passa o líquido de arrefecimento é controlada por uma válvula termostática, que libera ou fecha a passagem do fluído de acordo com a temperatura do mesmo. Dessa forma, enquanto o líquido ainda não estiver em uma temperatura de 85 a 90°C, a válvula permanece fechada, fazendo o fluído retornar por um canal para o bloco do motor até que o mesmo atinja a temperatura de abertura.
Há ainda o eletro ventilador que tem o papel de circular o ar ambiente enquanto o motor estiver funcionando, porém com o carro parado. Ele é controlado eletricamente por um interruptor termostático, que aciona o eletroventilador sempre que a temperatura do líquido de arrefecimento superar os 95°C.
O radiador se utiliza da conexão para trocar calor entre o fluído e o ar. Como já falamos anteriormente, o fluído ao aquecer perde densidade, sendo forçado a sair do bloco, subir e passar pelo radiador. Dessa forma, ao passar pelo radiador, o líquido esfria, ganha densidade e tende a descer para ser novamente conduzido pela tubulação do sistema ao bloco do motor, fechando o ciclo de resfriamento.
Existe ainda um componente de extrema importância do sistema, chamado reservatório de expansão, para limitar a pressão em momento de aquecimento e expansão da água. O fluído encontra-se em um determinado nível, mas ao aquecer o mesmo se expande por causa do calor, aumentando também a pressão do sistema, e quando frio se contrai reduzindo o nível do reservatório.
A tampa utilizada no reservatório de expansão aumenta a pressão do sistema em 0,3 a 0,5 bar acima da pressão atmosférica (1atm), aumentando assim a temperatura de ebulição da água para 110°C. Dessa forma, o sistema garante que a água não irá entrar em estado de ebulição, mesmo em condições climáticas de muito calor.
No acervo SIMPLO, manual de Injeção Eletrônica, podemos exemplificar o funcionamento do sistema elétrico de forma simples, utilizando o esquema elétrico de injeção do veículo Ford Ecosport 1.6 ROCAM de 2012 a 2014. O sensor de temperatura mandará o parâmetro de temperatura para a central de injeção, que após interpretar e verificar a temperatura decidirá o momento certo para a abertura de passagem de água do sistema.
Nos casos em que o veículo está funcionando, mas parado, ao atingir a temperatura limite a central alimentará os relés do eletroventilador, que serão acionados para impedir o superaquecimento do sistema.
Esperamos ter ajudado a entender o funcionamento dos sistemas de arrefecimento do motor!
