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26 de setembro de 2010

RELAÇÃO R/L: UMA ANÁLISE GRÁFICA

Este é um assunto muito falado e discutido pelos fóruns e blogs em todas as línguas, internet afora, porém todos dizem "... relação de biela maior que 0,3 é ruim, porque o motor vibra demais...". Porém o assunto nunca é mostrado em sua essência.

Sou avesso a ficar escrevendo números no blog, porque tornam qualquer assunto muito chato. Porém, este é um assunto que merece ser abordado de frente.


Faremos nossa exploração sobre a influência do comprimento da biela no comportamento do motor apenas olhando os gráficos e chamarei a atenção apenas para o que interessa. Números? Esses eu deixo para o computador "mastigar".

Vamos começar desfazendo um engano muito comum. O comprimento da biela não influencia na cilindrada do motor. A cilindrada de um motor depende essencialmente da área da cabeça do pistão e do curso total que ele faz dentro do cilindro, sendo que este depende apenas do raio de manivela do virabrequim.

Se o comprimento da biela não influencia na cilindrada, porque ela é tão importante?

A resposta é que o comprimento da biela, apesar de não determinar o começo e o fim do movimento do pistão, tem forte influência no movimento que ele faz entre estes dois extremos.

Vamos pensar num motor inciando o movimento do pistão no ponto morto superior (PMS). Conforme o virabrequim gira, ele arrasta a biela presa a ele para baixo, e esta por sua vez, arrasta o pistão.

Entretanto, ao se movimentar, o movimento do pistão não é uma cópia do movimento da altura da manivela do virabrequim em relação ao cilindro. Presa ao movimento circular da manivela de um lado e do movimento linear do pistão do outro, a biela é obrigada a se inclinar. Ao fazê-lo, ela arrasta o pistão de forma a satisfazer a geometria do mecanismo.

Isto leva o pistão a realizar um movimento anômalo.

Quem nos informa o quão anômalo é o movimento do pistão é a relação do raio de manivela "r" do virabrequim pelo comprimento da biela "L" (tomado entre o centro da cabeça, montada no virabrequim, e o pé da biela, montado no pino do pistão). Ou mais simplesmente "r/L".

Quanto maior a relação r/L, maior a anomalia de movimento do pistão.


A relação r/L é uma informação direta sobre o ângulo máximo de inclinação dela.

A máxima inclinação da biela ocorre quando a manivela do virabrequim está a 90 graus do eixo do cilindro. A relação r/L representa o seno do ângulo desta máxima inclinação.

O gráfico a seguir mostra o deslocamento do pistão pelo cilindro considerando uma biela infinita e para conjuntos com relação r/L de 0,2 a 0,4, que são os limites práticos para este valor.

A biela infinita é uma referência para estes estudos porque ela praticamente não se inclina, e, portanto, não gera anomalia no movimento do pistão.

Neste gráfico vemos como a relação r/L cada vez maior afeta o movimento do pistão.

No próximo gráfico vemos a diferença de movimento promovido pelas diferentes relações de biela contra a biela infinita. Nele vemos que quanto maior a relação de biela, mais rápido o pistão consegue descer, mas torna-se mais moroso ao se aproximar do ponto morto inferior (PMI). A partir deste ponto, o ele também parte mais lento no sentido contrário, compensando o atraso no final do curso para retornar ao PMS.

O próximo gráfico mostra o máximo de anomalia em relação a sua respectiva relação r/L.

A partir de uma relação de 0,225 até 0,4 temos um gráfico praticamente linear, não havendo qualquer sinal do por que o valor de 0,3 seja tão importante. É aqui que a relação r/L apresenta sua característica mais enganosa aos novatos da ciência dos motores.

Se considerarmos um virabrequim de raio de manivela constante, a variação de comprimento de biela para uma relação 0,2 para 0,225 é muito maior do que para uma relação 0,375 para 0,4.

Assim, cada milímetro que variarmos no comprimento da biela é muito mais crítico nas relações mais altas do que nas relações mais baixas.

A anomalia de movimento do pistão cresce rapidamente com o encurtamento da biela.

Esta é uma das principais razões para relações r/L maiores que 0,3 apresentarem vibrações sensíveis  indesejáveis.

É importante que este detalhe não seja esquecido pelo resto deste artigo.

A literatura técnica americana costuma usar a relação inversa, L/r, exatamente para que este engano não seja cometido.



O próximo gráfico é o da velocidade do pistão.

Neste gráfico vemos o que já discutimos antes.
Quanto maior a relação r/L, mais rápido é o movimento do pistão junto ao PMS e mais lento junto ao PMI.

Embora raramente mencionado na literatura, aqui há uma conexão entre a relação r/L, a câmara de combustão e o comando de válvulas. E a explicação vem de uma máquina prima do motor a pistão: o compressor de ar a pistão.

Num compressor de ar a pistão, a eficiência de bombeamento depende do volume da câmara entre o pistão e o cabeçote. Este volume é chamado de "volume nocivo", pois quanto menor for, maior a eficiência, porém este é um volume que nunca é possível eliminar totalmente.

O motor a pistão, seja ele de ciclo Otto ou Diesel, não deixam de ser bombas de ar, assemelhadas ao compressor de ar, e cumprem uma função idêntica quando descarregam os gases queimados do cilindro e admitem ar ou mistura fresca pelo movimento do pistão.

Apoiados no mesmo princípio do compressor de ar para os motores a pistão, quanto menor for o volume da câmara de combustão, e portanto maior a taxa de compressão, maior a eficiência de bombeamento do motor com relação à admissão e à descarga de gases.

Um fenômeno observado nos tempos das versões a gasolina e álcool dos mesmos motores é que, se conservado o mesmo comando de válvulas, os motores a álcool "respiravam" melhor que os motores a gasolina, e o mesmo comando de válvulas funcionava como se fosse mais "bravo" no motor a álcool do que no motor a gasolina.

Num motor com alta relação r/L, o pistão aproxima-se mais rápido do PMS, impulsionando mais fortemente os gases queimados que um motor de r/L baixa. Quando passa a descer novamente rumo ao PMI, uma alta relação r/L impulsiona o pistão com maior velocidade inicial, e reduz sua velocidade ao se aproximar do extremo inferior, impulsionando com mais vigor a admissão de mistura.

O motor de alta relação r/L consegue desta forma "respirar" melhor do que um motor de baixa relação r/L, e o mesmo comando se comporta como se fosse mais "bravo" nestes motores.

Quando o motor de alta relação r/L comprime a mistura, a maior velocidade do pistão rumo ao PMS impulsiona a mistura para uma maior turbulência, o que melhora as características antidetonantes da câmara de combustão, possibilitando até usar uma maior taxa de compressão.

Porém, como inicia mais rapidamente seu movimento descendente, nos motores Otto o pistão mais rápido abre volume mais rapidamente para a mistura que ainda queima, e não consegue aproveitar com a mesma eficiência toda energia de pressão liberada.

Em geral, motores de alta relação r/L possuem uma potência mais baixa que motores de baixa relação, porém podem igualar-se a eles, desde que o projeto da câmara de combustão seja feito com um cuidado muito maior que o exigido pelos motores de baixa relação.

O próximo gráfico é o da aceleração do conjunto biela e pistão.
Considerando que a massa do pistão e da biela são constantes, e as leis de movimento de Newton, podemos dizer que este gráfico é proporcionalmente idêntico ao gráfico de força aplicada ao conjunto oscilante do motor para realizar seus movimentos.

Esta força que é aplicada ao pistão e à biela é criada pelo movimento rotativo do virabrequim, que é montado no bloco do motor.

Se o motor funcionasse totalmente livre, como que solto em órbita, ao impulsionar o pistão e a biela num sentido, virabrequim e bloco são impulsionados no sentido contrário. Um observador não consegue ver o pistão e a biela indo e voltando dentro do motor fechado, mas observa a oscilação do bloco. E, apesar da oscilação do bloco, se ele medir o centro de gravidade do motor, verá que ele não se move.

Quando um motor é montado em um automóvel, as vibrações do bloco, por onde ele é fixado, são amortecidas por meio de coxins, e observar a posição do centro de gravidade do motor em relação às linhas de ação dos coxins melhora muito sua eficiência neste papel.

No gráfico de aceleração vemos que, quanto maior a relação r/L, maior o pico de aceleração negativa perto do PMS, e menor o pico de aceleração junto ao PMI.

Quando comparamos a curva de aceleração do motor de biela infinita, perfeitamente senoidal, e as curvas das relações práticas, vemos que a anomalia de movimento da biela afeta progressivamente mais estas curvas, que parecem "costuradas" em volta da senóide do motor de biela infinita.

Como podemos ver no gráfico seguinte, podemos decompor a curva complexa de aceleração/força dos motores na soma de duas mais simples. A primeira é uma curva idêntica à do motor de biela infinita, de frequência idêntica à da rotação do motor, e a segunda possui o dobro desta frequência.

Por esta relação de frequências, a primeira é chamada de "primeira ordem", enquanto a segunda é chamada de "segunda ordem".

A aceleração/força de primeira ordem é idêntica em todos os motores, mas a de segunda ordem possui amplitude dependente da relação r/L, sendo esta a responsável por tornar o motor mais "áspero".

Outra relação importante entre as oscilações de primeira e segunda ordens é que a segunda sempre se encontra em fase ( no mesmo sentido) com a primeira exatamente no PMS e em oposição de fase (no sentido contrário) exatamente no PMI.



Sempre quando falamos em massa, força e velocidade juntas, estaremos falando também em energia e potência, que é o que os próximos dois gráficos representam.

Ao impulsionar o conjunto pistão e biela a partir do PMS, o virabrequim acelera o conjunto, transferindo para ele uma certa parcela de energia. Quando o pistão se aproxima do PMS, o virabrequim desacelera o conjunto, captando de volta a energia anteriormente transferida.

Se não houvesse atrito ou qualquer outro tipo de perdas, o conjunto permaneceria girando em regime até o fim dos tempos, trocando energia entre seus elementos.

Porém, como vemos pelos gráficos da energia e da potência, a anomalia de movimento causada pela inclinação da biela afeta a forma como essa energia é transferida para um lado e para o outro.

Vibração é, acima de tudo, energia sendo transferida, e esta transferência nunca é instantânea. Vibração é a potência de uma fonte oscilante sobre um sistema.

Pelo gráfico da potência vemos uma peculiaridade deste mecanismo. Quanto maior a relação r/L, maior o pico de potência sobre o conjunto biela e pistão, e mais próximos eles ficam do PMS.

A vibração causada por estes dois picos, e que tem frequência não diretamente relacionada à de giro do motor é que causa a "aspereza" destes motores. Considerem que a relação r/L cresce rapidamente com o encurtamento da biela, e entenderemos facilmente por que, a partir de um número "mágico" (0,3), ela se torna tão sensível para padrões humanos. Para instrumentos, ela sempre está lá.

O conjunto final de gráficos está associado às cargas mecânicas sofridas pelo motor, e estão divididas entre cargas de pressão ("estáticas") e dinâmicas.

O conjunto móvel do motor está submetido tanto a cargas vindas da pressão da queima de mistura no cilindro, bem como das cargas dinâmicas alternativas, que fazem o conjunto biela e pistão moverem-se dentro do cilindro.

Este motor pode gerar uma mesma potência através de alto torque e baixa rotação, ou através de baixo torque e alta rotação. No primeiro caso, há muita carga de pressão sobre o pistão, mas há pouca carga dinâmica, enquanto que em alta rotação temos pouca carga de pressão e muita carga dinâmica.

Vemos esta diferença em ação quando dois motoristas conduzem o mesmo carro nas mesmas condições, um usando uma marcha alta com alto torque e baixa rotação, enquanto outro usa uma marcha baixa com alta rotação e pouco torque.

Aqui considero a carga de pressão constante ao longo de todo curso, porém o correto de uma análise completa deveria levar em consideração a natureza do motor.

Motores de ciclo Otto admitem a mistura e a queimam praticamente com o pistão no PMS, permitindo que os gases queimados atinjam um pico de temperatura e pressão que é reduzido conforme o pistão desce e aproveitando a energia térmica liberada, enquanto motores de ciclo Diesel queimam mais progressivamente, praticamente a pressão constante.


As cargas dinâmicas possuem uma natureza diversa das cargas de pressão, porque enquanto as cargas de pressão são constantes para o mesmo torque a qualquer rotação, as cargas dinâmicas aumentam proporcionalmente ao aumento da rotação do motor. Em motores sob alta rotação, as cargas de pressão podem atingir apenas uma parcela das forças dinâmicas.

Muitos motores possuem limites de rotação por estas cargas dinâmicas pelos altos esforços a que o conjunto pode ser submetido.

Daí a importância do trabalho de aliviar criteriosamente cada componente de um motor de alto desempenho, pois, ao contrário do senso comum, um conjunto móvel mais leve pode se mostrar mais resistente a quebras que um conjunto robusto e pesado.

É isso o que vemos quando comparamos uma biela convencional contra uma biela de competição.

Para aliviar peso sem perder a resistência mecânica nas bielas de competição, não só o material e o desenho são diferentes, mas até pequenos detalhes, como uma superfície perfeitamente lisa e acabada contra a superfície com marcas de conformação do material (detalhe: todas as bielas são peças forjadas, não só as de competição) e de escrita em relevo do fabricante, são tratados para evitar concentração de tensões que podem dar início a fissuras que se propagam até o rompimento da peça.

Algumas bielas de competição chegam ao ponto de serem polidas, e a razão não é apenas estética e comercial.

Os dois próximos gráficos mostram os esforços sofridos pelas paredes do cilindro sob cargas de pressão e sob cargas dinâmicas.


Os cilindros dos motores se desgastam por abrasão, isto é, quando pistão e camisa são esfregados sob determinado esforço entre as duas partes. Estes desgastes é que levam à ovalização dos cilindros.

Estes gráficos mostram como os cilindros se desgastam com o esforço repetitivo do conjunto em função da forma como o motor é usado.

Embora o gráfico de força contra a parede do cilindro por pressão aponte para dois picos, o desgaste propriamente dito depende de como a pressão é efetivamente aplicada sobre o pistão, e isto depende do ciclo do motor.

Nos motores de ciclo Otto temos um pico de pressão muito próximo do PMS, e esta pressão cai com a descida do pistão. Entretanto, como bem mostra o gráfico, a biela está pouco inclinada instante do pico de pressão, exercendo pouca pressão sobre a parede, inclinação que aumenta conforme o pistão avança rumo ao PMI. É a composição de pressão dos gases quentes que cai com o aumento da inclinação da biela que causa a maior parcela de desgaste do cilindro por esta fonte.

No motor de ciclo Diesel ocorre algo semelhante, com a diferença que a pressão é mais constante ao longo do curso do pistão.

Já o gráfico de força contra a parede do cilindro por forças dinâmicas mostra quatro picos de esforços, e o fenômeno associado a ela é a rotação. Conforme aumentamos a rotação, aumentamos a força contra a parede do cilindro na mesma proporção.

O desgaste geral do motor depende da força total aplicada sobre a parede do cilindro, e esta força total é composta por estas duas componentes, que variam em função do perfil de utilização a que o motor é submetido.

Os dois próximos gráficos mostram os esforços sobre a biela pelas forças de pressão e dinâmicas.


A principal particularidade do gráfico da força sobre a biela causada pela pressão é que o esforço sempre é sempre de compressão (positivo no gráfico), enquanto que o gráfico por forças inerciais é muito semelhante ao gráfico de aceleração visto anteriormente.

A biela sofre de um fenômeno típico das peças longilíneas submetidas a compressão: a flambagem.
O aumento do comprimento de uma peça longa torna-a mais esbelta, o que diminui rapidamente sua resistência à flambagem. Ela é o principal limitante funcional das bielas longas.

Quem já não brincou de comprimir uma régua escolar de 30 cm entre as palmas das mãos para vê-a "embarrigar"? Este é o fenômeno da flambagem, que é a perda de estabilidade lateral da peça por uma compressão. Quando flamba, uma barra flexiona e pode se deformar ou romper com um esforço até menor que o necessário para ela perder a estabilidade lateral.

A flambagem é um dos principais fatores limitantes das longas bielas, pois a resistência a ela decai rapidamente com o alongamento do corpo da peça.

Estes gráficos nos mostram um comportamento interessante do conjunto.

É muito comum bielas não resistirem à flambagem em motores turbo exageradamente potentes para o conjunto. Elas se deformam em condições de alta potência, sob forte pressão associada a alta rotação.

Porém, quando compomos ambos os gráficos, percebemos que no PMS é onde a força de pressão sobre a biela está no seu mínimo, enquanto a força dinâmica sob a biela é de tração (negativa). O casamento máximo de ambas as curvas ocorre por volta dos 90 graus do virabrequim.

Portanto, a biela entorta por flambagem quando está inclinada, e não quando recebe a alta carga do pico de pressão.


Usar bielas curtas reduz o problema de flambagem, entretanto, aumentam em demasia a força contra a parede do cilindro, podendo trincá-lo ou mesmo rompê-lo, conforme vemos novamente por meio dos dois gráficos anteriores.

A relação r/L é um fator complexo para as fábricas.

Comprometidas com custos e facilidades de fabricação por um lado, e a necessidade de oferecer produtos diferenciados ao consumidor de outro, as fábricas não podem se dar ao luxo de projetar um motor diferente para cada opção, de forma a manter uma relação r/L sempre ideal.

Em geral, as fábricas utilizam alguns componentes básicos iguais para todos os motores da mesma família, como blocos e bielas, variando outras peças como pistões e virabrequins, de modo a atender uma faixa de cilindradas. No limite superior de cilindrada que uma família de motores pode atender, onde geralmente encontram-se os maiores cursos, é exatamente onde temos as piores relações r/L.

Este é um dilema para o projetista, uma vez que os motores de maiores cilindradas são exatamente os mais caros e comprados pelos consumidores mais exigentes.

O valor de 0,3 para a relação r/L é apenas um valor de referência para o conforto humano, pois a partir dele as sensações negativas de vibração de segunda ordem são mais sentidas.

Entretanto, como este artigo deixou bem claro, sempre há outros pontos a serem analisados pelos projetistas, e a melhor solução geral pode não ser a melhor em termos de conforto.

Evidentemente, relações r/L altas aumentam as cargas e atrito internos, bem como a desconfortável vibração, e por isso muita gente defende com unhas e dentes motores de bielas bem longas.

Entretanto, estas pessoas não levam em conta que bielas longas são mais pesadas, sofrendo mais os efeitos de inércia durante o movimento alternativo, e são muito mais sensíveis à flambagem. Além disso, exigem blocos de motor mais altos, que são mais caros, pesados e difíceis de colocar dentro do cofre do motor em tempos de racionalização de espaço num automóvel.

Como tudo na engenharia, não existe o ganha-ganha, mas sim relações de compromissos onde ganha-se de um lado e perde-se de outro.

Não existe um valor correto e absoluto para a relação r/L, embora valores médios sejam mais racionais, sem extremos de vantagens e desvantagens simultaneamente.

Para finalizar, a análise feita neste artigo considerou apenas um motor monocilíndrico. Motores multiciclíndricos possuem conjuntos biela e pistão se movendo com diferenças de fase entre eles e em diferentes planos. A vibração total do motor é a composição das diferentes vibrações causadas nos vários cilindros simultaneamente, o que leva a outra análise complexa.

Mas isso é assunto pra outro artigo.

AAD

Obs:
- Este artigo atende a uma sugestão feita pelo nosso leitor Bussoranga.
- Algumas das análises aqui feitas extrapolam as realizadas na maioria dos livros textos sobre motores. Quase todos eles tratam o assunto superficialmente, limitando-se a dar valores orientativos. As análises que extrapolam estes livros são baseadas em processos de análises de mecanismos complexos, como os usados para dimensionamento de braços robóticos.
- Apesar de longa, ela está longe de encerrar completamente o assunto.
- Não havendo estes gráficos na qualidade e compatibilidade exigidos para o artigo, todas as equações necessárias foram deduzidas e introduzidas numa planilha de cálculo. Esta planilha encontra-se disponível para download aqui.
- Esta planilha, em padrão Excel, foi feita originalmente no BrOffice Calc, e qualquer problema, por favor me comuniquem.
- Este é um assunto altamente técnico e complexo. Espero que a técnica para abordá-lo tenha sido adequada, agradável à leitura e de fácil compreensão, exorcizando os fantasmas dos "achismos" tão comuns nas discussões sobre motores.

43 comentários:

  1. Mas que beleza de artigo!

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  2. AAD,

    excelente artigo, muito esclarecedor. Parabéns !

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  3. Excelente texto André, muito esclarecedor! Parabéns!

    abs

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  4. "Como tudo na engenharia, não existe o ganha-ganha, mas sim relações de compromissos onde ganha-se de um lado e perde-se de outro."

    Que coisa brilhante, diria, sem melancolia que isso se aplicaria muito bem nas relações, circunstâncias e dilemas na nossa vida. Tudo é uma compensação. Amo muito carros, se aprende muito neste universo.


    Renan Veronezzi

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  5. Muito bacana o texto, muito legal mesmo.
    Como disse em meu blog,estou preparando um material sobre o assunto, mas vou usar uma linguagem mais "coloquial" digamos assim.
    Quero mostrar como esse assunto pode influênciar diretamente no comportamento e até mesmo durabilidade do motor.

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  6. Interessante como o consumidor foi "contaminado" com a sentença de que r/l acima de 0,3 é sempre sinônimo de motor áspero.

    Quem começou com isso foi o BCWS com o exemplo clássico de dois extremos:

    - Motor GM 1,8 de r/l 0,34 e;

    - Motor PSA 1,6 16V de r/l 0,23.


    Um áspero e outro extremamente suave até o regime de corte de 6500 rpm.

    Eis que em 2006 o motor GM sofre modificações e, mantendo a r/l, passa a ficar no padrão dos concorrentes, inclusive do mesmo motor usado nos Fiats, que sempre foram mais suaves pelo melhor trabalho de coxins. Por outro lado, o PSA passa a flexível, perdendo a suavidade com uso de etanol dado o novo avanço de ignição; se ele nunca tivesse existido à gasolina e caisse de pára-quedas numa versão só a álcool com mesma calibração, a grita "r/l ruim" iria ser geral... Tiveram que mudar o discurso.

    Moral da história: quem não tem formação na área em que vai dar palpite, conhece apenas o superficial, a regra, fica alheio às nuances e exceções.

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  7. Marcelo Augusto,
    Permita-me discordar. O 1,8 bloco pequeno GM melhorou em 2006 mas não perdeu totalmente a aspereza. De 0,30 para baixo o motor é bem mais agradável. O BCWS não errou.

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  8. Os mais velhos devem se lembrar de quando o motor 1.8 a agua da VW passou de MD 470 para AP 800. Pelo menos em BH, era comum se referirem ao primeiro como bielinha e ao segundo como bielão. Se náo me engano, isso foi em setembro de 85. Tínhamos em casa os dois, um santana de abril de 85 e um voyage super de março de 86. Era notória a maior suavidade do motor do voyage, apesar de aparentemente iguais.

    Abraço

    Lucas crf

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  9. Ah, já ia me esquecendo. Post de altíssima qualidade. Parabéns ao autor.

    Bob, assunto off topic, mas em relação ao travamento do tensor do palio e vectra que tive, no primeiro, sim, houve ruídos (e displicencia minha...) antes de travar.

    Abraço

    Lucas crf

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  10. Bera Silva26/09/10 22:29

    Estou mandando o link do seu artigo pros meus colegas de curso. Excelente.

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  11. Paulo Ferreira27/09/10 00:38

    Belo artigo.

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  12. Post interessantíssimo, André.
    É admirável como você conseguiu "mastigar" um assunto bastante complexo e expô-lo de uma forma fácil de compreender. Sem falar que é um tema a respeito do qual há tempos tenho certo interesse.

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  13. e lá vem o fieteiro metido de BH querer aparecer com "linguagem mais coloquial".
    faça o favor... o AAD seguramente é quem consegue esclarecer os conceitos de engenharia mais cabeludos com uma didática invejável, de todos que fazem o AE. Não venha aqui de novo querer "gozar com o pau dos outros".

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  14. Fala ai anonimo, blz?
    Seguinte, a matéria sobre R/L aqui no autoentusiastas surgiu concidentemente logo depois de eu tocar no assunto em meu blog, por isso comentei aqui.

    http://bloghightorque.blogspot.com/2010/09/novos-motores.html

    Fica bravo comigo não, não preciso copiar nada de ninguém não, pelo contrário, vou mostrar a coisa de um outro ângulo, leia quem quiser, siga quem quiser, estamos apenas trocando informações.

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  15. Andre
    Otimo artigo obrigado por compartilhar seu conhecimento conosco !
    Vc teria a relacao de R/L dos principais motores nacionais ?
    E dos importados como Porsche , Alfa romeo V6 etc
    Abracos
    Augusto

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  16. O grande problema é que os fabricantes não disponibilizam essas informações.

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  17. Ótima sugestão. Ótimo post.

    Quero lembrar que o AK uma vez comentou sobre o novo Vectra 2.4 e reclamou muito sobre a falta de cuidado com o R/l, se não me engano algo em torno de 0,34...

    Gostaria de saber se alguem pôde na prática confirmar essa aspereza neste modelo?

    Eu tenho um GM Familia 2. Segundo especialistas no assunto, um motor "square" 86x86 / com R/l de 0,3.

    Um abraço,

    Rafael Aun

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  18. Francisco V.G.27/09/10 18:01

    Aqui vai um link de matéria à respeito no BCWS e que contém uma tabela com os motores e suas relações r/L, mas deve estar desatualizada pois, creio eu, é de 2002 ou 2003:http://www2.uol.com.br/bestcars/tecprep/rl-1.htm

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  19. Grato a todos pelos elogios.

    Anônimo, sobre o ADG HIGH TORQUE, eu tenho uma maneira diferente de pensar.
    Ao comentar no meu post que pretende escrever algo parecido, mas mais coloquial, imediatamente ele cria uma base de comparação entre o que escrevi e o que ele vai escrever entre qualquer um que leia os dois posts.

    Pra quem tem a intenção de plágio ou se promover pegando uma carona no assunto, esta é uma má aposta.

    Eu sempre torço pra que as pessoas não divulguem mitos irreais, que neste ramo tem muito.
    Se alguém me plagear, desde que a informação seja passada de forma correta, vou achar que atingi meus objetivos. Ninguém plageia o que é ruim. Eu escrevi com o objetivo de ensinar e sem pedir qualquer retorno em troca. Se a informação seguir adiante, e chegar a mais leitores, é o que me basta.

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  20. ADG HIGH TORQUE, escrever matérias técnicas de alta qualidade na internet é algo que ainda venho aprendendo a fazer desde que comecei há 12 anos. Este post é um exemplo perfeito do que digo.
    Veja, por exemplo o que eu digo sobre os motores de r/L alta melhorarem a característica anti-detonante da câmara de combustão, e ao mesmo tempo ser uma configuração que gera menor potência.
    Estas duas informações são encontradas em vários lugares, e raramente juntas. Porém, ambas são aparentemente excludentes. Aumentar a taxa, fazer o motor "respirar" melhor não casam com menor potência.

    A aposta mais imediata pra explicar esta confusão seria dizer que a biela mais inclinada gera mais atrito na parede do cilindro. Só que se fosse assim, tão ruim, a perda de calor apareceria no calor perdido no radiador e não nos gases de escape, e o desgaste de cilindro seria elevado demais.

    Para resolver essa dúvida, só descendo ainda mais no nível da investigação, até chegar na raiz da questão.

    Se alguém me diz que um motor com r/L elevado tem melhor característica anti-detonante eu não aceito pura e simplesmente. Eu quero saber o porquê.
    Enquanto eu busco essa reposta, vou encontrando outros tesouros pelo caminho.

    Quando o Bussoranga me pediu este artigo, eu já respondi que iria dar trabalho, porque eu já sabia até que profundidade eu teria que pesquisar. E de antemão sabia que um artigo em linguagem coloquial seria bater no mesmo ferro frio que um monte de outros autores já cansaram de bater.

    Sou um adepto da linguagem mais coloquial possível, tanto que já começo meu post dizendo que não gosto de colocar números neles.
    Se escrevi o artigo como fiz é porque eu sabia que a linguagem coloquial não seria o bastante.

    Mas escreva seu artigo, e não esqueça de me mandar o link.
    Estareiu esperando para ler.

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  21. Augusto, há anos que no meu fórum existe uma frase de Thomas Jefferson que diz exatamente o seguinte:

    "Quem recebe uma idéia de mim, recebe ensinamentos sem diminuir os meus, assim como quem acende uma vela na minha, recebe luz sem me deixar na escuridão."

    Este pensamento resume a minha vontade de viver num mundo mais iluminado.

    Sobre os dados de bielas e r/L, o link que já passaram do BCWS é a fonte mais completa que achei sobre dados práticos.

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  22. AAD,

    Parabéns! A espera foi longa mas muito compensatória.

    Eu já tinha feito o levantamento numérico e gráfico, justamente para entender quando a biela está sujeita a tração.

    Eu só faria uma única correção: o que voce chama de "cargas dinâmicas" normalmente chamamos de forças de inércia. Fica mais claro do que se trata, afinal, conceitualmente todas as cargas mencionadas são dinâmicas (incluindo as de compressão e expansão).

    Fiquei feliz em saber que voce levou em conta o ganho de eficiência volumétrica e também poder anti-detonante dos motores de biela curta. Isso por si só já elimina totalmente o mito de que "biela quanto maior, melhor".

    Um complemento que eu faria é explicar que, biela longa, por piorar a eficiência volumétria e melhorar a eficiência térmica, "pede" comando mais "bravo".

    Porém, numa questão conceitual eu discordo: o seu esforço em usar linguagem coloquial. O problema é técnico, e requer uma abordagem técnica e redação técnica! É o velho problema do professor descer até o nível do aluno ou o aluno ralar e se aproximar do nível do professor. É um dilema tradicional em Engenharia e Ensino em geral.

    Agradeço por voce ter topado a idéia de abordar o assunto. Já sabia que viria coisa boa. :-)

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  23. Aun,

    Já dirigi bastante o Vectra 2.4 16V, e posso garantir que, não passando de 5500rpm, não há vibração perceptível.

    Há outro detalhe de fundamental importancia, que o AG mencionou superficialmente pois esqueceu que, além dos motores Mitsubishi usarem tal recurso, os GM 2.2 16V e 2.4 16V também o fazem: o par de árvores de balanceamento contra-rotativas. Isso resolve bem a questão da vibração gerada pelas bielas curtas.

    E de fato elas são curtas, mas as árvores de balanceamento geram outras vibrações que cancelam as anteriores. O resultado é um motor que tem todas as características fluido-dinâmicas de um motor de biela curta (ou seja, um supertorque, mesmo com 16V), respira razoavelmente bem em alta (como eu disse, vai até 5500rpm, e só não vai mais porque o par de comandos usados é extremamente ruim, sendo os mesmos dos motores 2.2 16V e também 2.0 16V, resultado de desenvolvimento barato) e tornou-se isento de vibrações.

    Mas se levado acima de 5500rpm realmente tem um pouco de vibração, por conta de outra economia porca: uso das árvores de balanceamento idênticas às do 2.2 16V, ou seja, outra economia indevida, que funciona até certa rotação (5500rpm neste caso), ou seja, é uma compensação parcial de vibrações, que podia perfeitamente ser total (como sempre foi no 2.2 16V, que vai liso aos 9000rpm, caso se instale um par de comandos e uma ECU adequados a isto).

    Uma questão para todos pensar: qual o problema no motor apresentar um pouco de vibração, desde que esteja desempenhando bem? Até que ponto vale a pena acrescentar inércia e perder torque, além de perder eficiência geral (potência útil na ponta do vira / litros por hora)?

    Se observarmos os vários resultados obtidos, veremos que os motores que tem as curvas de torque mais planas andam usando fator de biela um pouco acima dos 0,30. Ou seja, um pouquinho de vibração perceptível é saudável.

    Como o AAD mesmo disse, o fator de biela ideal varia de motor para motor, projeto para projeto. Nao faz o menor sentido a adoção do limite de 0,30 simplesmente porque "agrada aos ouvidos". Não tem que agradar aos ouvidos, tem que agradar ao pé direito (acelerador) e ao bolso (desempenhar mais consumindo menos).

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  24. Magnífica aula !

    A única coisa que ouso contestar, com meu parco conhecimento, seria esta parte: "Portanto, a biela entorta por flambagem quando está inclinada, e não quando recebe a alta carga do pico de pressão."

    Sempre ouvi falar o contrário, e se fosse como o descrito no artigo, como explicar que ponto quebra motor.
    Isso não é uma contestação desta parte do texto, até por que não tenho conhecimento suficiente para isso, mas gostaria que fosse explicado melhor isso.

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    Respostas
    1. everilson

      bom fato e que quando a biela esta na vertical ela esta alinhada com a carga "pressao" e quando esta inclinada a carga é na diagonal e associada com a força lateral "carga dinamica" contudo ela entorta conforme as figuras

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  25. ADD, sem dúvida nenhuma seu tópico foi excelente, eu tinha comentado em meu blog que falaria sobre o assunto, mas nem vai chegar perto do que vc mostrou aqui, eu só quero mostrar de forma mais simples possível o que eu entendo do assunto, parabéns mais uma vez pela grande matéria, como já disse, uma verdadeira aula.

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  26. Me permita publicar uma coisa que meu pai me ensinou:

    "Filho, biela longa tem baixa RPM e bastante torque, igual aos carros antigos. Ele é um motor bastante confortável.

    Já a biela curta tem bastante RPM e pouco torque, igual ao motor dois tempos. Esse já é um motor que trepida."

    Não lembro bem das palavras, mas o sentido é mais ou menos esse.

    Um abraço,

    Rafael Aun

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  27. AAD: Parabéns pelo artigo. Muito didático.Aprendo muito, aqui.
    Há um aspecto interessante nesta questão que certamente é levada em conta pelos fabricantes que é a maneira como o motorista médio utiliza o motor. E isso tem a ver com o público alvo de determinado veículo. Só requerem maiores rotações veículos mais esportivos, de modo que um mesmo motor pode ser adequado a um uso e não a outro. A análise da relação r/L pura e simplesmente não qualifica uma máquina quando vista isoladamente. É preciso saber onde ela está instalada. Se o veículo for de uso urbano, de velocidades baixas, muito provavelmente um motor vibrador não será rejeitado. Isso explica por que os fabricantes colocam no mercado motores como o L4 do Opala ou o V6 da S-10 na GM ou ainda o 1,8 da VW em sua primeira edição, entre outros. Todos horríveis em alta mas aceitáveis em médias e baixas rotações.
    Não devemos nos esquecer de que os fabricantes não são autoentusiastas. São empresários. Para eles o departamento de marqueting é o que manda. Cabe aos engenheiros se adequar. Com o crescimento do mercado e da concorrência a necessidade fará com que melhores produtos apareçam
    AAM

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  28. Antonio,

    É verdade, para os empresários o departamento de marketing é o que manda. Mas isso pode fazer com que eles quebrem, ao:
    1. Produzir veículos com confiabilidade pífia, pois os precentos básicos de Engenharia são frequentemente ignorados pela turma de marketing
    2. Produzir veículos de baixo custo de aquisição e alto custo de manutenção, que as pessoas podem até querer inicialmente, mas depois perdem o interesse.

    Nestes aspectos, os nipônicos estão fazendo o trabalho direitinho, e por isso vendem bem. Portanto, priorizar o departamento de Engenharia é fundamental.

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  29. Fernando Furini01/10/10 10:44

    Parabéns meu amigo!!

    Muito bom ler uma matéria esclarecedora e confiável sobre o assunto. Eu também sempre defendi a idéia de que esse "número mágico" de 0,3 é furada. Os "achistas" mencionam ele o tempo todo, como se fosse fundamental, mas não é! E você explicou isso detalhadamente.

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  30. Boa noite, primeiro, parabéns pelo artigo, pela riqueza, consistencia e explicação das informações.
    Estou trabalhando me graduando em Eng Mecanica, e meu Trabalho de Graduacao referenciará a relação Lxr, sendo assim precisarei falar algo sobre isso; voce fez uma citacao sobre publicacoes americanas, voce pode me passar quais sao estas para eu complementar meu TG?
    Matheus

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  31. Francisco V.G

    O post do BCWS deve ser de pelo menos 2006, data que o vectra foi lançado (outubro/2005), e que já consta o vectra 2.4 na tabela deles.

    Daniel

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  32. Everilson Darosci Tijucas S/C

    Otimo artigo

    Venho a tempos procurando esclarecimentos a respeito de r/l e nao achava faço preparaçoes de motos por hoby, mas gosto de estar fundamentado nas minhas decisoes
    Por esperiencia pratica motores com bielas menores sao mais ajeis, os de bielas maiores dao mais velocidade final
    "ao menos no que me recordo em preparaçoes parecidas de cilindradas semelhantes "
    ja uso polir as bielas e retirar pontos de consentraçao de tensao a tempo, senpre deu bom resultado.
    No ultimo motor que preparei entre outras coisas aproximei o maximo possivel o peso do novo pistao "maior", ao original e tive otimo resultado a respeito de vibraçao, agilidade e potencia
    Gostaria de algum material a respeito do da influencia do peso do volante

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  33. Muito legal esse artigo.
    Arrisco a dizer que a "aspereza" é fundamentalmente devida a segunda harmônica gerada na transformação não-ideal do movimento linear em rotacional, devido ao tamanho limitado da biela.
    Até nisso a Série de Fourier tem aplicação. Incrível!
    Nunca tinha visto nada que chegasse aos pés de uma explicação rigorosa e científica como essa.
    Parabéns e continue com artigos excelentes como esse!!

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  34. Excelente artigo. Me fez recordar da minha boa época de faculdade quando cursei a disciplina Maquinas Térmicas I. Sempre bom recordar e aprender mais um pouco lendo estes artigos aqui. Parabéns ao autor.

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  35. Ótimo artigo. Parabéns!!!

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  36. daniel marques03/11/12 19:54

    parabens pelo artigo! muito interessante e simples ao mesmo tempo,mas queria q vc me desse outro ex;na sua opiniao qual desses motores vc turbinaria:md 270 1.6 ou ap1600,respectivamente destaxados para receber pressão.qual vc acha que da pra tirar mais potência??????

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  37. daniel marques03/11/12 20:14

    queria perguntar também, por que usa-se bielas tão grande nos carros que vemos por aí,contrariando assim a tecnologia da f1 que usa bielas ridiculamente curtas?será só pelo conforto?

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  38. Existe uma coisa que tenho notado muito: O uso de quase todos os fabricantes de motores "subquadrados". Praticamente todas estão usando motores de curso longo em detrimento de uma melhor relação r/l. Até mesmo a BMW, que tem motores que giram até 7.000 rpm tem motores com curso de pistão por volta de 89mm. As exceções são os ford zetec e duratec, e os motores porsche. Não sei por que as fabricantes estão fazendo essa opção, mas é uma tendência. Alguém saberia explicar?

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  39. Maravilhoso esse artigo pois ele não diz como todo mundo , quanto menor o r/l melhor ou tamanho de biela maior é melhor e sim oque interfere em cada relaçao, até porque vc pode configurar seu motor conforme necessidade!

    Rafael Takashi

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  40. A tempos não vejo posts com tão alta qualidade. Todos os que li no AutoEntusiastas são ótimos, ótimo humor e ótima qualidade técnica. Verdadeiramente escritos por apaixonados.

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