Teoria do Motor: Óleo

(Este artigo apareceu originalmente na edição de abril de 2016 da revista Kitplanes. Ed.) Este mês, nossa introdução contínua à tecnologia de motores começa com um exame do sistema de lubrificação considerando o material que ele bombeia: óleo. A lubrificação é uma preocupação de fundo para o piloto médio, mas é um item obrigatório porque sem ela, o desgaste de metal com metal logo reduz qualquer motor a uma bagunça inútil de rolamentos derretidos e rebarbas de metal feias. Na prática, manter a temperatura correta do óleo é o desafio direto para a maioria dos pilotos e construtores de aeronaves experimentais.

O petróleo - o material vital dos motores de combustão interna - tem uma existência dupla em nossos motores de aeronaves refrigerados a ar. É o fluido de trabalho óbvio no sistema de lubrificação, enquanto ao mesmo tempo é um jogador importante, embora muitas vezes esquecido, no sistema de refrigeração. Ele até funciona ocasionalmente como um fluido hidráulico substituto em sistemas de hélice de passo controlável.

Como lubrificante, o óleo é o principal responsável por reduzir o atrito entre as partes móveis do motor, mas também remove as impurezas, fornece proteção contra corrosão ao metal não revestido e não pintado do motor e ajuda a vedar os anéis do pistão no cilindro.

Como refrigerante, o óleo transfere o calor da combustão do pistão vulnerável e infernalmente quente e do pino do pistão para o resfriador de óleo, onde é liberado para a atmosfera. É também a principal fonte de resfriamento para toda a extremidade inferior do motor, ou seja, o virabrequim, as bielas e, principalmente, o principal, a biela e os mancais axiais, além de ser também o principal refrigerante para o trem de válvulas onde as molas das válvulas são especialmente carentes. Na verdade, enquanto os motores de aeronaves típicos são rotulados como refrigerados a ar, as únicas partes principalmente refrigeradas a ar são as cabeças dos cilindros. Seria mais adequado, embora trabalhoso, dizer que são motores refrigerados a ar e óleo. O mesmo é verdade para motores refrigerados a água, embora a maior densidade da água normalmente lide com uma porcentagem maior do calor residual do motor.

Para nossos propósitos, observemos que o óleo mineral (o material tradicional) é refinado a partir do petróleo bruto e o óleo sintético é o mesmo material mais altamente refinado ou um material totalmente diferente sintetizado a partir de origens não petrolíferas. O óleo sintético é mais uniforme em sua estrutura molecular e contém muito menos substâncias estranhas encontradas no óleo mineral (ceras e similares) que nada têm a ver com a lubrificação de motores. O óleo sintético tem várias qualidades desejáveis ​​para compensar seu maior custo, principalmente permanece estável - não se decompõe em resíduos pegajosos - em altas temperaturas. O óleo mineral começa a quebrar visivelmente em torno de 240F, enquanto o óleo sintético geralmente resiste a temperaturas centenas de graus mais altas. Na verdade, as altas temperaturas do óleo são primeiro uma ameaça ao óleo mineral, mas com alguns sintéticos, a primeira coisa a ser dada é o material do rolamento do motor.

Uma desvantagem do óleo sintético vendido pela primeira vez para aviadores era sua capacidade mínima de transportar chumbo estranho da gasolina 100LL em solução. Dizia-se que era um problema aditivo, a formação de lama supostamente foi um problema com 100% sintéticos, e o óleo sintético agora é oferecido principalmente como uma mistura de 30% sintético/70% mineral para formar óleo semissintético. Não tem problemas com a formação de lodo.

O óleo também é categorizado pela viscosidade, que é a espessura do líquido, medida por sua resistência ao vazamento em uma determinada temperatura. A viscosidade é importante, pois fornece o "corpo" para amortecer o contato de metal com metal. Nos carros, a viscosidade do óleo é chamada de "peso", como em "peso 30" e é estabelecida de acordo com os padrões estabelecidos pela Society of Automotive Engineers (SAE). Na aviação, essa propriedade é formalmente conhecida como "grau" e os números são aproximadamente o dobro do peso SAE. Então 100 grau corresponde a 50 peso, por exemplo. Naturalmente, em torno do aeroporto, "peso" é mais ouvido do que "grau" hoje em dia.

O peso ou grau do óleo é combinado principalmente com a faixa de temperatura operacional do óleo, embora as folgas internas do motor (entre os munhões do virabrequim e seus rolamentos, ou entre os anéis do pistão e as paredes do cilindro) também desempenhem um papel importante. Assim, o ciclo de serviço leve dos motores automotivos significa temperaturas de óleo relativamente baixas, além disso, esses motores bem construídos apresentam pequenas folgas de óleo, de modo que empregam óleos de 20 a 30 pesos no máximo. Nossos motores de aeronaves refrigerados a óleo/ar funcionam duro, por muito tempo e colocam calor generoso no óleo, tão espesso, 50 peso é típico, com alguns radiais herdados rodando 60 peso, graças às suas cavernosas folgas de óleo.