Baixe manual de manutenção de aeronaves 03 - cap-6 sist. lubrif. e refrig e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Manutenção, somente na Docsity!
CAPÍTULO 6
SISTEMAS DE LUBRIFICAÇÃO E REFRIGERAÇÃO
INTRODUÇÃO
O primeiro propósito da lubrificação é reduzir a fricção entre as partes móveis. Devido o fato dos lubrificantes líquidos (Óleos) poderem circular prontamente, eles são usados, universalmente, em motores aeronáuti- cos. O calor excessivo é sempre indesejável, tanto no motor convencional como no motor a reação.Se não houver um meio de controlar o calor,ou eliminá-lo, um grande dano ou falha completa do motor poderá ocorrer. Em Teoria, a lubrificação fluida é basea- da na ação da separação de superfícies, de tal forma que o contato “metal com metal” não o- corra. Enquanto uma película de óleo permane- cer contínua, a fricção metálica é substituída por uma fricção interna no fluido lubrificante. Sob condições ideais, fricção e desgaste são manti- dos em um nível mínimo. Em adição à redução de atrito, a película de óleo age como um colchão entre as peças metálicas. Este efeito de amortecimento é particu- larmente importante para peças como bielas e eixos de manivelas, – as quais estão sujeitas a cargas de choque. Como o óleo circula através do motor, ele absorve o calor das peças. Pistões e paredes dos cilindros em moto- res a explosão (convencionais) são especialmen- te dependentes do óleo para resfriamento. O óleo ajuda na formação de um selo entre o pistão e a parede do cilindro, para pre- venir vazamentos dos gases da câmara de com- bustão; além de reduzir o desgaste abrasivo, re- colhendo partículas estranhas e levando-as até o filtro, onde são retidas.
REQUISITOS E CARACTERÍSTICAS DOS LUBRIFICANTES PARA MOTORES A EXPLOSÃO (CONVENCIONAIS)
Existem diversas propriedades que um óleo adequado para motores deve possuir, po- rém a viscosidade é o mais importante para a operação do motor.
A resistência de um óleo para fluir é co- nhecida como viscosidade. Um óleo que flui vagarosamente é viscoso ou tem alta viscosida- de; se flui livremente, este possui baixa viscosi- dade. Infelizmente, a viscosidade do óleo é afe- tada pela temperatura. Não é incomum para alguns tipos de ó- leo se tornarem sólidos em climas frios. Isso aumenta o arrasto e faz com que a circulação seja quase impossível. Outros óleos podem se tornar tão “finos” a alta temperatura, que a película de óleo se rompe, resultando em rápido desgaste das partes móveis. O óleo selecionado para lubrificação de motores aeronáuticos deve ser “fino” o suficien- te para circular livremente, e encorpado o bas- tante para prover uma película de óleo nas tem- peraturas de operação do motor. Desde que os lubrificantes variem suas propriedades, e nenhum óleo é satisfatório para todo tipo de motor e condições de operação, é de extrema importância que somente o óleo de grau recomendado seja usado. Diversos fatores devem ser considerados na determinação do grau do óleo a ser utilizado em um motor. A carga de operação, as rotações e as temperaturas de trabalho são as mais impor- tantes. As condições de operação, a serem atin- gidas em vários tipos de motores, determinarão o grau do óleo lubrificante a ser usado. O óleo usado em motores a explosão (convencionais) tem uma viscosidade relativa- mente alta, porque:
- O motor possui grandes folgas no funciona- mento, devido a partes móveis de tamanho relativamente grande, diferentes materiais usados e diferentes taxas de expansão térmi- ca desses materiais.
- Está sujeito a altas temperaturas de operação.
- Está sujeito a altas pressões nos rolamentos.
As seguintes características dos óleos lubrificantes servem para medir o grau e ade- quabilidade:
- Ponto de vapor e ponto de chama - São de- terminados a partir de testes em laboratórios, que mostram a temperatura em que o óleo começa a desprender vapor; e a temperatura em que há suficiente vapor para alimentar uma chama. Esses pontos são estabelecidos para óleos dos motores para determinar se e- les suportarão as altas temperaturas.
- Ponto de névoa e ponto de fluidez - Tam- bém ajudam a indicar a adequabilidade. O ponto de névoa de um óleo é a temperatura na qual o seu conteúdo parafínico, normal- mente mantido em solução, começa a solidi- ficar e separar em microcristais, dando ao ó- leo uma aparência nebulosa ou enfumaçada. O ponto de fluidez de um óleo é a temperatu- ra mais baixa, em que este fluirá ou poderá ser derramado.
- Peso específico - É a proporção do peso de uma substância pelo peso, de igual volume de água destilada a uma temperatura deter- minada. Como exemplo, a água pesa aproxi- madamente 8 libras por galão; um óleo de peso específico 0.9 pesará 7,2 libras por ga- lão.
Geralmente os óleos comerciais de avia- ção são classificados numericamente como 80,100,140, etc., os quais são uma aproximação das suas viscosidades medidas por um instru- mento de teste chamado Viscosímetro Universal de Saybolt. Nesse instrumento um tubo retém uma quantidade específica do óleo a ser testado. O óleo é colocado na temperatura exata por um banho aquecido em torno do tubo. O tempo em segundos, requerido para que exatamente 60 cm³ de óleo fluam através de
um acurado orifício calibrado, é anotado como a medida da viscosidade do óleo. Se os valores de Saybolt obtidos fossem usados para designar a viscosidade do óleo, provavelmente existiriam centenas de tipos de óleo. Para simplificar a seleção de óleos, eles freqüentemente são classificados sob um siste- ma SAE ( Society of Automotive Engineers ), o qual divide os óleos em sete grupos (SAE 10 a 70), de acordo com a viscosidade a 130°F ou 210 °F. As classificações SAE são puramente arbitrárias, e não possuem relacionamento direto com o de Saybolt ou outra classificação. A letra “W” ocasionalmente é incluída no número SAE, dando uma designação tal co- mo SAE 20W. Essa letra “W” indica que o óleo, por ter atingido os requerimentos de viscosidade nas temperaturas de teste especificadas, é um óleo satisfatório para o uso no inverno ( Winter ) em climas frios. Embora a escala SAE tenha eliminado alguma confusão nas designações dos óleos lu- brificantes, não se deve assumir que essa especi- ficação cubra todos os requisitos de viscosidade importante. Um número SAE indica somente a vis- cosidade (grau) ou viscosidade relativa; isso não indica qualidade ou outra característica essenci- al. É bem sabido que existem bons óleos, e óleos inferiores, que possuem a mesma viscosi- dade a dadas temperaturas e, desta forma, estão sujeitos à classificação no mesmo grau.
- As letras “SAE” em uma lata de óleo não são um endosso, ou recomendação de um óleo, pela “ Society of Automotive Engineers ”.
Número da Aviação Comercial
Número SAE Comercial Número da Especificação Militar
Figura 6-1 - Designação de graus para óleos de aviação
Figura 6-3 Tanque de óleo com turbilhonador.
Em alguns sistemas, o “tubo interno” é aberto para o suprimento principal de óleo na extremidade inferior; outro sistema tem válvulas do tipo “flapper” que separam o suprimento principal de óleo do óleo que está no tubo acele- rador de temperatura. A abertura na parte de baixo do tubo a- celerador em um tipo, e as aberturas das válvu- las tipo “flapper” no outro tipo, permitem que o óleo do tanque principal entre no tubo e reponha o óleo consumido pelo motor. Toda vez que o “tanque funil” incorpora as aberturas do tipo “flapper”, as válvulas são operadas por diferen- cial de pressão de óleo. Devido o óleo que está circulando estar separado daqueles que envolvem o tubo no tan- que, menos óleo é circulado; acelerando o aque- cimento deste quando o motor é acionado. O tubo acelerador de temperatura também faz de maneira prática a diluição do óleo, porque so- mente uma pequena quantidade terá de ser dilu- ído. Quando é necessário diluir o óleo, gasolina é adicionada em algum ponto da linha de entra- da no motor, onde é misturada com o óleo em circulação. A linha de retorno na parte superior do tanque é posicionada para descarregar o óleo de retorno próximo a parede do tubo interno, em um movimento circular. Esse método reduz consideravelmente a espumação. Deflectores na parte de baixo do tanque anulam a ação de movimento circular, para pre- venir a sucção de ar na linha de alimentação das bombas de pressão de óleo. No caso de hélices controladas por pressão de óleo, a principal saí- da do tanque pode ser em forma de um tubo ver-
tical, pois assim haverá sempre uma reserva de óleo para o embandeiramento da hélice em caso de falha do motor. Um coletor de óleo do tanque, fixado na superfície inferior do tanque, age como um cap- tador de sedimentos e condensação (figura 6-2). A água e os resíduos podem ser drenados manu- almente, abrindo a válvula de dreno na parte inferior do coletor. Muitos sistemas de óleo de aeronaves são equipados com medidores de quantidade tipo vareta, freqüentemente chamados medidor baioneta. Alguns sistemas também têm um sis- tema de indicação de quantidade de óleo, que mostra a quantidade de lubrificante durante o vôo. Um tipo de sistema consiste essencial- mente de um braço e uma bóia, que verificam o nível de óleo, e atuam um transmissor elétrico no topo do tanque. O transmissor é conectado a um indicador de painel, o qual indica a quanti- dade de óleo em galões.
Bomba de óleo
O óleo que entra no motor é pressuriza- do, filtrado e regulado por componentes dentro do motor. Esses componentes serão discutidos durante a exposição do sistema externo, para prover um conceito do sistema de óleo comple- to. Assim que o óleo entra no motor (figura 6-4), ele é pressurizado por uma bomba de des- carga positiva, consistindo de duas engrenagens combinadas que giram dentro de uma caixa. A folga entre os dentes e a caixa é pequena. A en- trada da bomba é localizada na esquerda; e a conexão de descarga é conectada na linha de pressão do sistema do motor. Uma engrenagem é ligada a um eixo acionador que se estende da caixa da bomba até um eixo de acionamento de acessórios do motor. Retentores são usados para prevenir va- zamento em torno do eixo de acionamento. Co- mo a engrenagem inferior é girada no sentido anti-horário, a engrenagem acionada gira no sentido horário. Assim que o óleo entra na câmara da en- grenagem, ele é colhido pelos dentes da engre- nagem, aprisionado entre eles e os lados da câ- mara, é levado pelo lado externo e descarregado na saída de pressão pela tela de passagem de óleo.
O óleo sob pressão flui para o filtro, on- de quaisquer partículas sólidas suspensas são separadas dele, prevenindo possíveis danos às partes móveis do motor. O óleo sob pressão, então, abre a válvula unidirecional do filtro montada na parte superior. Essa válvula é fe- chada por uma leve pressão de mola, de 1 a 3 libras, quando o motor não está operando para prevenir e alimentar o motor de óleo por gravi- dade, e este se assentar nos cilindros inferiores de motores radiais. Se ao óleo fosse permitido cair nos ci- lindros inferiores, ele iria gradualmente passan- do pelos anéis do pistão, e enchendo a câmara de combustão, contribuindo para uma possível trava hidráulica. A válvula de desvio ( By-Pass ), localiza- da entre a saída de pressão da bomba de óleo e o filtro, permite que o óleo não filtrado suplante o filtro e entre no motor, no caso do filtro de óleo estar obstruído, ou durante uma partida com o motor muito frio. A pressão de mola na válvula de desvio permite sua abertura antes que a pressão de óleo danifique o filtro; em caso de óleo frio, ele en- contra uma via de baixa resistência em torno do filtro. Isso significa que óleo sujo em um motor é melhor que não ter nenhuma lubrificação pre- sente.
Filtros de óleo
Os filtros de óleo usados em motores de aeronaves são usualmente um destes três tipos: tela, cuno ou labirinto de ar. Um filtro tipo tela (figura 6-4) com sua construção em parede dupla, provê uma grande área de filtragem em uma unidade bem compac- ta. Assim que o óleo passa através da tela de malha fina, materiais estranhos são removi- dos e assentados na base da carcaça. Em inter- valos regulares, a tampa é retirada; e a tela e a carcaça são limpas com solvente. O filtro de óleo do tipo “cuno” tem um cartucho feito de discos e espaçadores. Uma lâ- mina limpadora é posicionada entre cada par de discos; as lâminas limpadoras são estacionárias, mas os discos giram quando o eixo é acionado. O óleo vindo da bomba entra na caixa que envolve o cartucho, passando através dos espaços entre os discos e o cartucho com folga mínima, atravessando o centro da cavidade e indo para o motor.
Quaisquer partículas estranhas no óleo são depositadas na superfície mais externa do cartucho. Quando o cartucho é girado, as lâminas limpadoras retiram materiais estranhos dos dis- cos. O cartucho de um filtro “cuno” operado manualmente é girado por uma manete externa. Filtros “cuno” automáticos têm um motor hi- dráulico montado dentro do cabeçote do filtro. Esse motor, operado pela pressão do óleo, gira o cartucho sempre que o motor está funcionando. Há uma porca de giro manual no filtro “cuno” automático para girar o cartucho durante as ins- peções. O filtro de labirinto de ar contém uma série de telas circulares de malha fina montadas em um eixo. O óleo vindo da bomba entra na caixa, circunda as telas e então passa através delas e do eixo antes de entrar no motor. Os depósitos de carbono, que são coleta- dos nas telas, acabam por melhorar a sua efici- ência de filtragem.
Figura 6-4 Bomba de óleo do motor e unidades associadas.
Válvula de alívio de pressão de óleo
Uma válvula de alívio de pressão de óleo (figura 6-4), limita a pressão de óleo a um valor pré-determinado, dependendo da instalação. A pressão de óleo deve ser suficiente- mente alta, para assegurar lubrificação adequada do motor e de seus acessórios a altas rotações e potências. Por outro lado, a pressão não pode ser tão, pois ocorreriam vazamentos e danos ao sis- tema de óleo. A pressão de óleo é ajustada, removendo uma tampa de proteção, afrouxando a porca cô- nica e apertando o parafuso de ajuste.
ando o óleo ou passando-o para o tanque sem resfriamento, dependendo da temperatura na qual o óleo sai do motor. O regulador consiste de duas partes principais: um radiador e uma válvula de controle de óleo (veja figura 6-2). O radiador transfere o calor do óleo para o ar, enquanto a válvula de controle regula o fluxo de óleo através do radiador.
Indicador de temperatura de óleo
Em sistemas de lubrificação de cárter seco, o sensor de temperatura de óleo pode estar em qualquer posição da linha de entrada de en- tre o tanque e o motor. Sistemas de óleo para motores de cárter cheio tem o sensor de temperatura onde se possa sentir a temperatura do óleo após ter passado pelo radiador. Em qualquer sistema, o sensor é devidamente localizado, para medir a tempera- tura do óleo antes de entrar na seção quente do motor. Um indicador de temperatura na cabine de comando é conectado ao sensor de tempera- tura através de terminais elétricos. A temperatu- ra do óleo será mostrada no indicador. Qualquer falha do sistema de arrefecimento de óleo apa- recerá como uma leitura anormal. O fluxo de óleo no sistema mostrado na figura 6-2 pode ser seguido a partir da conexão de saída de óleo do tanque. As unidades seguin- tes, através das quais o óleo deve fluir para atin- gir o motor, são a válvula de dreno e a válvula de corte da parede de fogo. A válvula de dreno nessa instalação é uma válvula manual de duas posições. Ela é lo- calizada na parte mais baixa da linha de entrada de óleo para o motor, para permitir uma comple- ta drenagem do tanque e suas linhas de abaste- cimento. A válvula de corte da “Parede de Fogo” é acionada por motor elétrico, e instalada na li- nha de entrada de óleo na parede de fogo da na- cele. Essa válvula corta a alimentação de óleo quando há fogo, quando há ruptura na linha de fornecimento de óleo, ou quando um serviço de manutenção executado requer que o óleo seja estancado. Em algumas aeronaves, as válvulas de corte para o sistema de óleo, sistema de combustível e sistema hidráulico são controla- das por um único interruptor de ligações; outros sistemas utilizam interruptores de controle sepa- rados para cada válvula.
Radiador de óleo
O Radiador (figura 6-5), de formato ci- líndrico ou elíptico, consiste de um núcleo den- tro de uma camisa de parede dupla. O núcleo é feito de tubos de cobre ou alumínio, com as terminações do tubo criando um formato hexagonal e se agrupando em um efeito colméia, mostrado na figura 6-5. As pontas dos tubos de cobre são solda- das, enquanto os tubos de alumínio são soldados com latão ou mecanicamente unidos. Os tubos apenas se tocam nas pontas, existindo assim, um espaço entre eles por toda a extensão do com- primento. Isso permite que o óleo flua
Figura 6-5 Radiador de óleo.
através dos espaços entre os tubos, enquanto o ar de resfriamento passa. O espaço entre as camisas interna e ex- terna é conhecido como jaqueta anular ou de desvio. Duas vias são abertas para o fluxo de ó- leo através do radiador. Vindo da tomada de en- trada, o óleo pode fluir a metade do cominho em torno da jaqueta de desvio, entrar no núcleo vindo de baixo, e então passar através dos espa- ços entre os tubos e sair para o tanque de óleo. Essa é a via que o óleo segue quando está quente o bastante para requerer resfriamen- to. Uma vez que o óleo flui através do núcleo, ele é guiado por difusores, os quais forçam o óleo a trafegar para frente e para trás diversas vezes antes de atingir a saída do núcleo. O óleo pode também, vindo da entrada, passar totalmente em volta da jaqueta de desvio para a saída, sem passar através do núcleo. O óleo segue essa rota de desvio quando está frio
ou quando o núcleo está bloqueado com óleo espesso demais.
Válvula de controle de fluxo
A válvula de controle de fluxo determina qual das vias de óleo será tomada em direção ao radiador. Há duas aberturas na válvula de controle de fluxo, as quais se conectam nas saídas cor- respondentes no topo do radiador. Quando o óleo está frio, uma cápsula dentro da válvula contrai e a levanta de sua se- de. Sob esta condição, o óleo que entra no radi- ador tem a escolha de duas saídas e duas vias de acesso. Seguindo a via de menor resistência, o óleo flui em torno da jaqueta, e sai pela válvula termostática para o tanque. Isso permite que o óleo se aqueça rapi- damente e ao mesmo tempo, aqueça o que está contido no núcleo. Assim que o óleo se aquece e atinge sua temperatura de operação, a cápsula do termosta- to se expande e fecha a saída vinda da jaqueta de desvio. O óleo tem, agora, que passar através do núcleo por uma abertura na base da válvula de controle de fluxo, e sair para o tanque. Não im- porta que caminho o óleo toma através do radi- ador, ele sempre flui pela cápsula da válvula termostática.
Válvulas protetoras de sobrepressão
Quando o óleo no sistema está congela- do, a bomba de recalque pode criar uma pressão muito alta na linha de retorno. Para evitar que essa alta pressão venha a explodir o radiador, ou estourar as conexões das mangueiras, algumas aeronaves possuem válvu- las protetoras de sobrepressão no sistema de lu- brificação do motor. Um tipo de válvula de sobrepressão (fi- gura 6-6), que está integrada a uma válvula de controle de fluxo, é o tipo mais comum. Embora essa válvula de controle de fluxo seja diferente daquela descrita anteriormente, ela é essencial- mente a mesma, exceto pelo dispositivo de pro- teção de sobrepressão. A condição de operação em alta pressão é mostrada na figura 6-6, onde a alta pressão de óleo na entrada da válvula de controle forçou a
válvula de sobrepressão (C) e, ao mesmo tempo, fechou a válvula de movimento vertical (E).
Figura 6-6 Válvula de controle com proteção contra sobrepressão.
A válvula de movimento vertical fecha- da previne que o óleo entre no circuito de resfri- amento; desta maneira, o óleo recalcado passa diretamente para o tanque através da saída (A), sem passar pela jaqueta de desvio ou núcleo do radiador. Quando a pressão cai até um valor se- guro, a força da mola força a válvula de sobre- pressão e a de movimento vertical para baixo, fechando a de sobrepressão, e abrindo a válvula de movimento vertical (E). O óleo então passa da entrada da válvula de controle (D) através da válvula de movimen- to vertical aberta, e pela jaqueta de desvio pela tomada (H), ou através do núcleo pela tomada (G). A válvula unidirecional (B) abre para per- mitir que o óleo atinja a linha de retorno do tan- que.
Controles de fluxo de ar
Pela regulagem do fluxo de ar que passa pelo radiador, a temperatura do óleo pode ser controlada para adequar as diversas condições de operação. Por exemplo, o óleo atingirá a temperatura de operação mais rapidamente se o fluxo de ar for cortado durante o aquecimento do motor. Há dois métodos geralmente usados: um método emprega janelas instaladas na parte tra- seira do radiador de óleo; e o outro usa um “fla- pe” no duto de saída de ar. Em alguns casos, o flape no duto de saí- da de ar do radiador de óleo é aberto manual- mente, e fechado por ligações mecânicas fixadas em uma alavanca na cabine de comando, Fre- qüentemente, o flape é aberto e fechado por um motor elétrico.
ma construção e operação que os radiadores e reguladores de fluxo descritos anteriormente. O óleo vindo dos radiadores é direciona- do por dois tubos (D) para uma conexão “Y”, onde o termostato flutuante de controle (A) ana- lisa a temperatura do óleo e posiciona as duas portas de saída de ar do radiador pela ação do mecanismo atuador das portas. Vindo da cone- xão “Y”, o óleo lubrificante retorna ao tanque, onde completa seu circuito.
LUBRIFICAÇÃO INTERNA DOS
MOTORES À EXPLOSÃO
(CONVENCIONAIS)
O óleo de lubrificação é distribuído a diversas peças móveis, de um típico motor de combustão interna, por um dos seguintes méto- dos: Pressão, Salpico, ou uma combinação de ambos.
Lubrificação por pressão
Em um sistema típico de lubrificação por pressão (figura 6-9), uma bomba mecânica supre com óleo sob pressão os mancais por todo o motor. O óleo flui pelo lado de entrada ou suc- ção da bomba, por uma linha conectada ao tan- que em um ponto mais alto que a parede inferior do coletor. Isso evita que sedimentos que caiam no coletor sejam sugados para a bomba. A bom- ba força o óleo para o captador, que o distribui através de passagens perfuradas para os mancais do eixo de manivelas e outros mancais por todo motor.
Figura 6-9 Esquema de um sistema de lubrifi- cação por pressão de carter seco.
O óleo flui dos mancais principais atra- vés de orifícios no eixo de manivelas para os mancais inferiores das bielas. Cada um desses orifícios (pelos quais o óleo é alimentado) está localizado de tal maneira que a pressão no man- cal naquele ponto seja a menor possível. O óleo atinge o eixo de ressaltos (em um motor em linha ou cilindros opostos) ou um anel ou tambor de ressaltos (em um motor radial) através de uma conexão com o mancal final, ou o captador de óleo principal; o óleo então flui para os diversos ressaltos e mancais dos eixos, placas ou tambores de ressaltos. As superfícies dos cilindros do motor recebem óleo por salpico do eixo de manivelas, e também dos mancais do pino munhão. Desde que o óleo escape vagarosamente através das pequenas folgas do pino munhão antes de ser salpicado nas paredes do cilindro, um tempo considerável é requerido para que óleo suficiente atinja as paredes do cilindro, es- pecialmente em dias frios, quando o fluxo de óleo é mais vagaroso. Essa é uma das razões básicas para se di- luir o óleo do motor com gasolina para partidas em tempo frio.
Combinação de lubrificação por pressão e salpico
O sistema de lubrificação por pressão é o principal método de lubrificação de motores de aeronaves. Lubrificação por salpico pode ser usada em adição à lubrificação por pressão em moto- res de aeronaves, mas nunca usado por si só; por essa razão, os sistemas de lubrificação de moto- res de avião são sempre do tipo pressão, ou uma combinação de salpico e pressão; usualmente este último. As vantagens de lubrificação por pressão são:
- Introdução positiva de óleo para os mancais;
- Efeito de resfriamento causado pela grande quantidade de óleo que pode ser circulada a- través do mancal;
- Lubrificação satisfatória em várias atitudes de vôo.
Lubrificação com cárter cheio
A forma simples de um sistema de cárter cheio é mostrada na figura 6-10.
Figura 6-10 Vista esquemática de um típico sistema de lubrificação de carter molhado.
O sistema consiste de um cárter ou cole- tor no qual o suprimento de óleo é mantido. O nível (quantidade) de óleo é medido por uma vareta vertical que adentra ao óleo por um furo elevado no topo do bloco. Na parte inferior do cárter (coletor de óleo) está um filtro de tela tendo uma malha a- dequada, ou séries de aberturas, para reter partí- culas indesejáveis do óleo, e ainda passar uma quantidade suficiente para a tomada de sucção da bomba de pressão de óleo. A rotação da bomba, a qual é acionada pelo motor, faz com que o óleo passe ao redor da parede externa das engrenagens, da maneira ilustrada na figura 6-4. Isso desenvolve uma pressão no sistema de lubrificação do eixo de manivelas (furos de passagem). A variação na velocidade da bomba, de marcha lenta até potência total da faixa de ope- ração do motor, e a flutuação da viscosidade do óleo devido a mudanças de temperatura, são compensadas pela tensão da mola da válvula de alívio. A bomba é desenhada para criar uma grande pressão que, provavelmente, será mesmo requerida para compensar o desgaste dos man- cais ou redução da viscosidade do óleo. As par- tes oleadas pela pressão borrifam um jato lubri- ficante nos conjuntos de cilindro e pistão.
Depois de lubrificar as várias unidades nas quais foi borrifado, o óleo drena de volta ao cárter e o ciclo é então repetido. As principais desvantagens do sistema de cárter cheio são:
- O Suprimento de óleo é limitado à capacida- de do cárter (coletor de óleo);
- Provisões para resfriamento do óleo são difí- ceis de se obter devido o sistema ser uma u- nidade contida em um espaço limitado;
- Temperaturas do óleo têm a probabilidade de serem maiores em grandes motores, porque o suprimento de óleo está muito próximo ao motor e é constantemente submetido às tem- peraturas de operação;
- O sistema não é prontamente adaptável para vôo de dorso, uma vez que todo o suprimento de óleo irá inundar o motor.
PRÁTICAS DE MANUTENÇÃO EM SISTEMAS DE LUBRIFICAÇÃO
As seguintes práticas em sistemas de lubrificação são típicas daquelas executadas em pequenas aeronaves monomotoras. Os sistemas de óleo e componentes são aqueles usados para lubrificar um motor horizontal de seis cilindros opostos, refrigerados a ar e com 225 HP. O sistema de óleo é do tipo cárter seco, usando um sistema de lubrificação por pressão acionada pelo motor, bombas do tipo engrena- gem e deslocamento positivo.
Figura 6-11 Esquema do sistema de óleo.
Tanque de óleo
O reparo em um tanque de óleo normal- mente necessita de sua remoção. Os procedi- mentos de remoção e instalação permanecem os mesmos independentemente do motor, estar ou não, instalado na aeronave. Primeiramente, o óleo deve ser drenado. A maioria das aeronaves leves possui um dreno de óleo similar ao da figura 6-13. Em algumas aeronaves, a posição normal dela no solo pode impedir a drenagem completa do óleo.
Figura 6-13 Dreno do tanque de óleo
Se a quantidade de óleo que não foi dre- nado for grande, a parte traseira do tanque pode ser suavemente levantada, após o mesmo ter su- as correias de fixação aliviadas, para completar a drenagem. Depois da drenagem do tanque, as care- nagens necessitam ser removidas para se ter a- cesso a instalação do tanque de óleo. Depois de desconectar as linhas de en- trada e saída (figura 6-14), a mangueira do sus- piro e o fio de aterramento do mesmo podem ser retirados.
Figura 6-14 Desconexão das linhas de óleo.
Agora as correias de fixação presas ao redor do tanque podem ser removidas, como mostra a figura 6-15. Qualquer freno de segu-
rança deve ser removido antes da trava ser alivi- ada e a correia desconectada.
Figura 6-15 Remoção das braçadeiras de segu- rança.
Finalmente o tanque pode ser removido. O tanque é reinstalado, revertendo-se a seqüên- cia usada na remoção do tanque. Depois da instalação, o tanque de óleo deve ser abastecido, verificando-se sua capaci- dade (figura 6.16).
Figura 6-16 Reabastecimento de um tanque de óleo.
Figura 6-17 Checagem do nível de óleo com a vareta.
Após o abastecimento do tanque de óleo, o motor deve ser acionado por 2 minu- tos. Então o nível de óleo deve ser verificado
novamente e, se necessário, deve-se adicionar mais óleo para levar o mesmo para o nível cor- reto, mostrado na vareta (figura 6.17).
Radiador de óleo
O radiador de óleo (figura 6-18) usado nessas aeronaves é do tipo colméia.
Figura 6-18 Radiador de óleo.
Com o motor em operação e a tempera- tura do óleo abaixo de 65°C (150°F), uma vál- vula de desvio abre, permitindo que o óleo des- vie do radiador. Essa válvula começa a fechar quando a temperatura do óleo atinge aproximadamente 65 °C 150(°F). Quando a temperatura do óleo atinge 85 °C (185°F) ± 2 °C, a válvula é fechada por completo, fazendo com que todo óleo passe pelo radiador.
Bulbo de temperatura do óleo
A maioria dos bulbos de temperatura do óleo são instalados junto ao filtro da linha de pressão. Eles enviam um sinal que representa a temperatura do óleo ao entrar no motor, para os indicadores de temperatura instalados no painel de instrumentos da aeronave. Os bulbos de temperatura podem ser substituídos, removendo-se o freno de seguran- ça, retirando o conector elétrico e então remo- vendo o bulbo de temperatura usando uma cha- ve adequada, como mostra a figura 6-19.
Figura 6-19 Removendo o bulbo de temperatu- ra do óleo.
Filtros de pressão e recuperação de óleo
A sujeira irá se acumular nos filtros de pressão e recuperação (figura 6-20) durante a operação do motor. Esses filtros devem ser re- movidos, inspecionados e limpos em intervalos especificados pelo fabricante.
Figura 6-20 A - Filtro da linha de pressão: e B - Filtro de linha de recalque.
Um típico procedimento de remoção in- clui a remoção dos dispositivos de segurança e o afrouxamento do alojamento ou cavidade onde está instalado o filtro. Um vasilhame deve ser providenciado para coletar o óleo que será dre- nado na remoção do filtro, ele deve estar limpo para que se verifique a presença de partículas estranhas. Qualquer contaminação já existente no vasilhame induzirá a uma falsa indicação da condição do motor. Isto poderia resultar numa remoção prematura.
TABELA 9. Procedimentos para pesquisa de problemas no Sistema de Óleo Problemas Isolando o Problema Ação Corretiva
Consumo excessivo de óleo Vazamento na linha Verifique as linhas externas quanto a sinais de vazamento.
Substitua ou repare as linhas defeituosas. Vazamento pelo selo de um ou mais componentes
Verifique os componentes quanto a vazamentos logo após a opera- ção do motor.
Substitua o componen- te e/ou selo defeituoso.
Baixo nível de óleo. Abasteça com o óleo correto. Rolamento defeituoso ou danificado Verifique o reservatório e a tela da bomba de pressão quanto a presença de partículas metálicas.
Substitua o motor se forem detectadas partí- culas metálicas.
Indicação de Pressão de Óleo Alta ou Baixa Indicador defeituoso Verifique o indicador. Substitua o indicador se o mesmo estiver defeituoso. Operação indevida da válvula de alí- vio de pressão
Indicações erradas de pressão, excessivamente, alta ou baixa.
Remova, limpe e ins- pecione a válvula de alívio. Fornecimento inadequado de óleo Verifique a quantidade de óleo. Abasteça o tanque de óleo. Óleo contaminado ou diluído. Drene o motor e o tan- que; abasteça o tanque. Tela obstruída. Remova e limpe a tela. Viscosidade do óleo incorreta. Tenha certeza que o óleo correto esteja sendo usado.
Drene o motor e o tan- que; abasteça o tanque. Ajuste incorreto da válvula de alívio da bomba de pressão de óleo.
Verifique o ajuste da válvula de alívio de pressão.
Faça o ajuste correto da válvula de alívio da bomba de pressão de óleo. Indicação de Temperatura de Óleo Alta ou Baixa.
Indicador de temperatura defeituoso. Verifique o indicador. Substitua o indicador se defeituoso. Fornecimento inadequado de óleo. Verifique a quantidade de óleo. Abasteça o tanque de óleo. Óleo contaminado ou diluído. Drene o motor e o tan- que; abasteça o tanque. Obstrução no tanque de óleo. Verifique o tanque. Drene o tanque e re- mova a obstrução. Tela obstruída. Remova e limpe a tela. Obstrução na passagem do resfriador do óleo.
Verifique se a passagem está obstruída ou deformada.
Substitua o resfriador de óleo se defeituoso.
Formação de Bolhas no Óleo. Óleo contaminado ou diluído. Drene o motor e o tan- que; abasteça o tanque. Nível de óleo no tanque muito alto. Verifique a quantidade de óleo. Drene o excesso de óleo do tanque.
EXIGÊNCIAS PARA OS LUBRIFICANTES
DE MOTORES A REAÇÃO
Existem vários requisitos para os óleos lubrificantes de motores, mas pelo fato de exis- tir um número menor de partes móveis e a com- pleta ausência de movimento cíclico, os pro- blemas de lubrificação são menos freqüentes nos motores a reação que nos motores conven- cionais. Pela ausência de movimento cíclico mais o uso de rolamentos do tipo esfera e rolete, o motor a reação usam um óleo lubrificante me- nos viscoso. Os motores turboélices, embora usem o mesmo tipo de óleo dos motores que equipam um jato, devem usar um óleo com uma viscosidade maior pelo fato de sofrerem um maior esforço sobre os rolamentos. Esforço este produzido pelas engrenagens de redução das hélices. A viscosidade do óleo dos motores a re- ação deve ser suficientemente alta para suportar o esforço exigido pelas diferentes cargas a que o motor se submete, e também suficientemente baixa para prover uma boa fluidez do óleo. O óleo deve ter uma baixa volatilidade para evitar perdas por evaporação em maiores altitudes. Em adição, o mesmo não pode criar bolhas e deve ser, essencialmente, não- destrutivo para os diversos selos de borracha ou sintéticos existentes no sistema de lubrificação. Com relação aos rolamentos de antifricção, o óleo tem de manter a formação de carbono e verniz no mínimo possível. Os vários requisitos exigidos para os ó- leos lubrificantes podem ser encontrados nos óleos sintéticos, especialmente desenvolvidos para os motores a reação. O óleo sintético tem duas vantagens principais em relação ao óleo derivado de petróleo, ele tem menos tendência à formação de borra e a evaporar em altas tempe- raturas, sua principal desvantagem é a tendência a formar bolhas e remover a tinta da superfície que entre em contato com o mesmo. As superfícies contaminadas com óleo devem ser limpas com um solvente de petróleo o mais rápido possível.O intervalo para troca de óleo dos motores à reação varia largamente de modelo para modelo, dependendo principalmen- te das condições de temperaturas a que o óleo é exposto pela instalação do conjunto aerona- ve/configuração do motor. As instruções de a- plicabilidade do fabricante devem ser seguidas.
Os óleos sintéticos são fornecidos nor- malmente em latas de metal com capacidade de ¼ de galão ou 1 galão. Embora esse tipo de ar- mazenamento escolhido minimize a contamina- ção, freqüentemente tem sido necessário filtrar o óleo para remover impurezas, tais como resí- duos metálicos, ou selantes, que aparecem como resultado da abertura da lata. Alguns óleos po- dem conter antioxidantes, aditivos e substâncias que diminuem o seu ponto de fluidez em adição aos materiais sintéticos de base química.
SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO DOS MOTORES A REAÇÃO
Os sistemas de lubrificação utilizados nos motores a reação são do tipo cárter molhado ou cárter seco. A maioria dos motores à reação é do tipo de fluxo axial e usam o sistema de cárter seco. Entretanto, alguns motores utilizam a combinação cárter seco e molhado. Motores que utilizam o sistema de cárter molhado estocam o óleo dentro do próprio mo- tor, enquanto motores que utilizam o sistema de cárter seco utilizam um tanque externo, instala- do geralmente no próprio motor ou em um pon- to da estrutura próximo ao motor. Para assegu- rar a temperatura adequada do óleo, o mesmo é direcionado através de um resfriador, que utiliza ar ou o próprio combustível para resfriar o óleo. O rolamento da parte final do motor (e- xaustão) é considerado o ponto de lubrificação mais crítico em um motor à reação, devido a alta temperatura existente naquela região. Em alguns motores o ar é usado, adicionalmente ao óleo, para resfriar os rolamentos do motor. O ar, quando usado, é fornecido pelo compressor principal. Também, algumas rodas de turbinas contêm aletas que forçam o ar de sua parte fron- tal sobre os discos de turbinas. Os quais, por sua vez , reduzem a radiação de calor para os rola- mentos. O ar sangrado do compressor, como é conhecido, é usado para resfriar áreas do motor; e normalmente é retirado do quarto ou quinto estágio, já que neste ponto o ar possui pressão suficiente, e a temperatura ainda não é tão ele- vada. O uso de ar, para resfriamento de algumas áreas no motor, elimina a necessidade de se usar resfriadores de óleo em sistemas de lubrificação do tipo cárter molhado. Uma considerável quan- tidade de calor, que normalmente se faz presen- te, é dissipada pelo ar de resfriamento, ao invés
Com isso, o óleo é retido na parte inferi- or do tanque sendo coletado pela conexão de saída. Um dreno está instalado na parte inferior do tanque. O sistema de ventilação dentro do tan- que, figura 6-23, é arranjado para que o espaço ocupado pelo ar seja aliviado toda vez que o ó- leo é forçado para a parte superior do tanque pela desaceleração sofrida pela aeronave.
Figura 6-23 Tanque de óleo.
Todos os tanques de óleo são projetados para receber o óleo após sua expansão térmica. Expansão essa causada pela absorção do calor dos rolamentos, engrenagens e o atrito causado pela circulação do mesmo dentro do sistema. Alguns tanques incorporam um desace- lerador, que separa o ar do óleo retornado a par- te superior do tanque pelo sistema de recupera- ção. O ar é enviado para fora pelo sistema de ventilação instalado na parte superior do tanque. Na maioria dos tanques um aumento na pressão interna é desejado, de modo a assegurar um fluxo positivo para a entrada da bomba de óleo. Esse aumento de pressão é controlado e mantido por uma válvula de alívio regulada. A válvula é ajustada para manter a pressão no tan- que em torno de 4 PSI. Experiências têm mostrado que existe uma pequena necessidade de se manter o siste- ma mais diluído. Se a temperatura do ar é ex- tremamente baixa, o óleo pode se tornar mais denso. Por isso alguns motores têm instalado um aquecedor de óleo do tipo imersão.
Bomba de óleo
A bomba de óleo tem a função de forne- cer óleo sob pressão para as partes do motor que requerem lubrificação. Muitas bombas de óleo não consistem somente de um elemento de pres- são, mas também de elementos de recuperação.
Entretanto, existem algumas bombas que tem uma única função; que é fornecer ou recuperar o óleo. O número de elementos de pressão e re- cuperação dependerá do tipo e modelo do mo- tor. Por exemplo, motores de fluxo axial tem um longo eixo rotor, o que representa um número maior de rolamentos para suportá-los. Enquanto motores de fluxo centrífugo não necessitam da mesma quantidade. Por essa razão, os elementos utilizados para as bombas de pressão e recupe- ração devem ser diferentes em número e capaci- dade. Em todos os tipos de bombas o elemento de recuperação tem uma capacidade de bombe- ar, maior que o elemento de pressão, para evitar o acúmulo de óleo nos rolamentos. As bombas podem ser de vários tipos, cada uma tem suas vantagens e limitações. Os três tipos mais usados de bombas são as de en- grenagens, gerotor e pistão, sendo a de engrena- gem a mais utilizada. Cada uma dessas bombas tem suas configurações. Na bomba do tipo engrenagem, ilustrada na figura 6-24, há somente dois elementos, um para pressão e outro para recuperação. Entretan- to, alguns tipos de bombas podem ter mais ele- mentos, dois ou mais para o elemento de recu- peração e um ou mais para o elemento de pres- são.
Figura 6-24 Vista em corte de uma bomba de engrenagem. Uma válvula de alívio na linha de saída da bomba (figura 6-24) limita a pressão de saída a valores pré-determinados, desviando o óleo para a linha de entrada da bomba. A figura tam- bém mostra um eixo de proteção contra trava- mento “ shaft shear ”, que se parte se houver um travamento da bomba.
A bomba do tipo gerotor, tal como a bomba de engrenagem, contém um elemento para a parte de pressão e outro para a parte de recuperação. Os elementos são quase iguais no formato, entretanto a capacidade de cada ele- mento pode ser alterada, variando-se o tamanho do elemento gerotor. Por exemplo, o elemento de pressão po- de ter uma capacidade de bombeamento de 3, gpm (galões por minuto) enquanto o elemento de recuperação tem a capacidade de 4,25 gpm. Conseqüentemente, o elemento de pressão é menor, já que os elementos são todos movidos pelo mesmo eixo. A pressão é determinada pela rpm do motor, sendo que, com o motor em mar- cha lenta (idle ), a pressão é mínima; e com o motor com potência de decolagem a pressão é máxima. Um conjunto gerotor típico é mostrado na figura 6-25. Cada elemento do conjunto é separado por um prato de aço, fazendo de cada elemento uma unidade individual de bombea- mento.
Figura 6-25 Elemento de uma bomba tipo gero- tor.
O elemento interno, que é menor, tem a forma de estrela e possui lobos externos que se casam com os lobos internos do elemento exter- no da bomba. O elemento menor é ligado ao ei- xo da bomba e atua como uma fonte de força para o elemento externo que gira livremente. O elemento externo acopla dentro de um prato de aço que contém um furo excêntrico. Em um modelo de motor, a bomba de óleo tem quatro elementos, sendo um para pressão e três para recuperação. Em outros modelos a bomba tem seis elementos, sendo um para pressão e cinco para recuperação. Cada alojamento de óleo pos- sui fluxo, desde de que o eixo do motor esteja girando. A bomba de lubrificação do tipo pistão é do tipo de êmbolos múltiplos. A saída de cada pistão forma um jato de lubrificação indepen- dente. O óleo drenado dos pontos de lubrifica- ção é recuperado por um elemento da bomba, e
retornado para o reservatório de óleo. A bomba do tipo pistão é usada por ser menos extensa que as dos outros tipos.
Filtros
Os filtros são uma parte importante no sistema de lubrificação, já que eles são respon- sáveis pela remoção das partículas estranhas contidas no óleo. Isto é particularmente impor- tante em motores à reação, já que altas veloci- dades são alcançadas internamente ao motor, e os rolamentos de esferas e de roletes utilizados para reduzir a fricção seriam danificados rapi- damente por estas partículas estranhas contidas no óleo. Também existem várias passagens para vários pontos de lubrificação. Por essas passa- gens serem de diâmetro reduzido, muitas vezes elas entopem. Existem vários tipos de filtros usados para a filtragem do óleo lubrificante. Os elementos filtrantes possuem diversas configurações. Já que seria inviável citar a todos os tipos existentes de elementos, citaremos apenas os mais comuns. Um filtro de óleo comum usa um ele- mento descartável com várias lâminas de papel, filtros como esse são muito usados em sistemas hidráulicos. Um outro tipo de elemento de filtro é feito por uma série de espaçadores e telas, como mostrado na figura 6-26. Esse filtro é feito de uma pilha de discos recobertos por telas e separados por espaçadores, de forma que o flu- xo de óleo flui através das telas até o orifício de saída do conjunto de filtragem.
Figura 6-26 Filtro de óleo de tela e espaçadores.
Um outro tipo de filtro, usado como par- te principal da filtragem é mostrado na figura 6-
- O interior do elemento do filtro é de aço i- noxidável.
