coletores de admissão

[Fernando Kfouri]

Divulgando ai p´o pessoal do forum.....material muito interessante e já circula na net a algum tempo,é muito bom e fala sobre coletor de admissão é de facil entendimento,divirtam-se.



Quando construtores de motores de corrida falam a respeito de "integração das peças/partes" em motores injetados, um dos tópicos da discussão é planejar onde você quer que a sua potencia se localize ou longo de toda faixa.


Os sistemas de indução podem ser "ajustados" ou projetados para terem características que podem melhorar o modo como são preenchido os cilindro e determinar onde o PICO DE TORQUE vai ser localizado ao londo da faixa de rpm.
isso é o que chamamos de colocação da faixa de potencia intencional.


As três características de um coletor de admissão com um " plenum " que determinam a localização do pico de torque são:
* Volume do plenum
* Comprimento dos dutos
* Área do duto


I. RAM AIR THEORY


Se pensa que o ar seco se comporta como um fluido elástico e compressível. no artigo "ideas: Flow capacity, flow velocity, and flow quality" discutimos as diferenças entre floxo de fluidos laminar contro turbulento. Entretanto, ao invés de de observar as dinâmicas dos fluidos, também podem se olhar o fluxo da massa de ar em termos de seu comportamento acústico ou comportamento como um onda de som e suas frequências.


Ondas de som viajam como pulsações ondulantes para cima e para baixo pelo duto do coletor de admissão. Estes pulsos têm uma frequência ou ressonância e carregam energia. Você ficara surpreso em descobrir que o ar nao somente é sugado para o motor mas também pode sef forçado pelas válvulas de admissão do motor mesmo em acertos aspirados.


Em um motor naturalmente aspirado, no ciclo de admissão, o pistão desce formando uma área de baixa pressão na câmara de combustão que é menor que a pressão atmosférica e quando a válvula de admissão sobe, o ar de fora esta direcionado percorrendo o duto do coletor de admissão.


Uma vez que o ar ( como uma onda de som ) percorre o duto, ene NÃO para simplesmente quando a válvula de admissão se fecha e espera que a válvula de admissão reabra. Ao contrario quando a válvula de admissão fecha,esta onda sonora de ar "bate" nas "costas" das válvula e viaja na velocidade do som de volta na direção do plenum no do coletor de admissão( onda de rarefação).


Uma vez que a onda alcança o plenum, a onda de ressonância é isolada e a câmara do plenum se comporta como uma câmara de ressonância.


O que é uma câmara de ressonância ?


A analogia usada pela maioria os engenheiros mecânicos para explicar como a câmara de ressonância funciona é que éla reage como uma mola oscilante (exemplo: imagine o plenum agindo como uma mola ) como um bloco atachado no final da mola (imagine a onda de ar no duto se comportando como um bloco). Quando o bloco comprime a mola, a ,ola produz ou guarda energia e quando a mola descomprime, o bloco é empurrado ou potencionado quando se afasta da posição de compressão da mola.


Como nosso bloco e nossa mola,o ar ressona (ou comprime a mola) em uma certa frequência (mola comprimindo e descomprimindo) dentro do plenum e ganha energia (pressão). A onda de ar é então devolvida a velocidade do som pelo duto em direção a válvula de admissão novamente. mas desta vez foi da do um "empurrão" extra vindo da câmara de ressonância. A nova onda de som indo para a válvula de admissão tem uma pressão positiva e esta deslocando-se a um alto tom ou energia (alta frequência sonora).


As idas e vindas das ondas de som entre a válvula fechada e o plenum e depois de volta ocorre novamente, varias e varias vezes ao longo da abertura continuas da válvula. Por Que isso ocorre?


Estas ondas de ressonância refletida não alcançam a válvula quando ela reabre e então continua a refletir. isto continua ate que varia ondas sonoras refletidas (ou colunas) empilham ( amplificadas) na válvula de admissão fechada. A energia (ou pressão) destas amplificadas ondas refletidas crescem até alcançarem uma máxima energia (e pressão )


O truque para o acerto da ressonância ( ou som ) do coletor de admissão é ter estas ondas amplificadas ou máximo quando alcançarem a válvula de admissão logo que éla abre.O mecanismo basico do acerto ou projeto do coletor de admissão é prever a alta pressão na válvula de admissão para que a taxa do fluxo da massa para dentro do cilindro seja aumentada em uma certa velocidade do motor (ou rpm).Nós fazemos este acerto mudando o comprimento do duto e o diâmetro (área).


por aumentar a pressão através de ondas sonoras (ou colunas) ressonantes empilhadas (ou refletidas) e liberando este "boost" a uma rpm especifica você pode conseguir um alto preenchimento do cilindro [exemplo: alcançar uma eficiência volumétrica (EV) maior que a cilindrada. O motor aspira a uma EV>100%].
As ondas de pressão positiva refletidas no plenum,quando chegam no momento certo,na verdade empurram mais arpara dentro do cilindro além do efeito do pistão sugando o ar. Nao apenas você controla a localização onde o pico de torque ocorre variando o comprimento e o diâmetro do duto, você consegue um ganho em potencia usando o efeito da ressonância do plenum. isto é que chamamos de "sobre alimentação acústica ".


( a primeira fabricante a utilizar deste sistema foi a MOPAR )


Temos um bom calculo para mostrar quantas vezes uma onda sonora de ar vai e volta antes de finalmente alcançar a válvula de admissão aberta em sua rpm desejada.


O volume do plenum vai variar em tamanho dependendo da aplicação mas a regra geral é que as configurações em carros sobrealimentados requerem um volume de plenum maior que os aspirados. Então um coletor de admissão como um "venom" ou um "STR" com uma enorme plenum são muito grandes para um motor N/A. alguns especialistas sugerem que o volume da plenum para um pico de torque entre 5000-6000 rpm deve ser igual a 50-60% do "equivalente" deslocamento em um quatro cilindro. Em motores aspirados o deslocamento equivalente é = real deslocamento.
Em motores sobre alimentados, o deslocamento equivalente= quanto de volume de ar é soprado pra dentro do motor.


O pico da eficiência volumétrica ocorre no pico de torque. então quando nos liberamos esta desenvolvida onda amplificada justo no momento certo em que a válvula de admissão esta abrindo, nos temo um pico de torque a esta rpm.


Portanto, projetando um coletor de admissão com um volume da plena e tamanhos dos dutos. voce pode controlar a que rpmo motor vai alcançar o pico de torque devido a sobre alimentaçao acústica.


Note que com quatro corpos de borboletas ( ou borboletas individuais ) você perde esse efeito de ressonância por que as ondas refletidas escapam para a atmosfera e nao sao armazenadas e retornadas pela plenum. Quatro "bocas" nao usam a teoria RAM para terem um "empurrão" extra no pico de torque por que eles em forma de corrida normalmente nao tem câmara plenum. em alguns casos de rua, uma plenum é colocada por razoes praticas ( diminuição de som e filtragem de ar ). Elas contam com grandes quantidades de preenchimento do cilindro passivo baseado no efeito do pistão e usam cornetas com altura e cone afinados ( com uma pilha veloz de formato S ) para ter o efeito BOOST no motor N/A.


Calculos.


Como calculamos e projetamos o coletor de admissão para que as colunas empilhadas de ondas de ar cheguem a um certa rpm?


Existem duas maneiras de calculas as dimensões para um coletor de admissão. Usando:


1. Fórmulas de dutos com comprimento variável
2. O método ressonador de helmholtz




1° A formula de dutos com comprimentos variaveis


Desde o artigo principal você aprendeu que tubos longos criam um pico de torque em uma rpm baixa. Isto é verdade não importa se você esta olhando para o fluxo de ar em termos de fluidos ou em termos de ondas sonora.


1. /Uma formula: regra de David Vizard's para o comprimento dos dutos em coletor de admissão


A regra geral é que você deve começar com um comprimento total nos dutos de 17.8 cm para localizar o torque a 10.000rpm da abertura até a plenum. adiciona-se 4.3 cm no comprimento do duto para cerca de 1.000 rotações que você deseja que o pico de torque ocorra abaixo de 10.000rpm.


Assim, por exemplo, se o pico de torque deve ocorrer a 4.000 rpm o comprimento do duto deve ser de 17.8cm +(6X4.3cm)=43.6cm.


Vizard também também sugere que você pode calcular o diâmetro ideal do duto pela equação:


Raiz quadrada [ (rpm alvo para o pico de torque X deslocamento X EV)/3330]


SQRT = raiz quadrada


EV= eficiência volumétrica em %


Deslocamento em litros


Exemplo:


Entao se temos um motor 1.8 queremos o pico de torque a 5800rpm a 95% EV, EV= 0.95


Raiz quadrada [ (5800 X 1.8L X 0.95) / 3330] = 1.73 in. ou 43.9mm ( converter polegado pra mm basta multiplicar por 25.4 exemplo: 1.73 X 25.4 = 43.9 )


a largura ideal do duto para esta rotação de pico é = 43.9


Cálculos de ressonador de helmholtz


Lembre-se que o inicio do artigo mencionei que a dimensão de tres partes de um coletor de admissão podem afetar a localização onde o pico de torque pode ocorrer ?
Bem, aqui esta outra maneira que podemos calcular dimensões estimativas para localizar o pico de torque onde queremos em nosso coletor de admissão.


Um ressonador de helmholtz é uma câmara de ressonância acústica ( como descrito pela nossa plenum acima ) que modifica a frequência de uma onda de som como uma mola oscilando com uma mesa anexada no final.


onde F = a rpm onde você consegue o pico de torque ( a frequência natural da oscilação na pressão da câmara acústica) , C = a velocidade do som ( = 340m/seg. ), S = diâmetro do duto, L= comprimento do duto, V= deslocamento por cilindro.


Uma versão simplificada disto esta usando a formula de Englemann para o referido que também leva em conta a taxa de compressão estática do motor:


rpm para o pico de torque = 642 X C X [ raiz quadrada (s/L X V] ) ] X raiz quadrada { ( taxa de compressão -1) / taxa de compressão +1 ) } }


para uma explicação mais detalhada na aplicação da teoria de ressonador acústico aplicado a sistemas de admissão do Hermann ludwig Ferdinand von Helmholtz's


um ressonador Helmohltz é usado nao apenas em sistemas automotivos de indução de ar, mas também em projetos de escapes para suprimir o som e muitos projetos não automotivos que envolvem amplificação, como na industria de musica.


Diâmetro interno de um tubo de admissao RAM

qual é a melhor dimensão de um tubo de admissão para um coletor que acabamos de projetar para um pico de torque em uma rpm particular ?


Diâmetros interno (D) de um tubo de admissão RAM


Primeiro método:


Diâmetro em polegadas = raiz quadrada[ ( deslocamento X EV X RPM MAXIMA) /(V X 18.5) ]


Deslocamento= total de deslocamento em litros, EV= eficiência volumétrica em % V é a área do fluxo de ar na plenum para ressonância do coletor ( estimado em 180 pés/seg máx. )




exemplo: raiz quadrada [ ( 1.8 X 85 X 8.500) / ( 180 X 18.5 ) ]


= raiz quadrada [ ( 1.300.500)/( 3330) ]


= raiz quadrada ( 391)


= 1.98 polegadas.


segundo método:


Tamanho do corpo de borboleta é determinado pelo tamanho da plenum do coletor.


A melhor maneira para descobrir se o seu corpo de borboleta é muito pequeno para seu coletor é determinar o que seu sensor MAP esta lendo ( na plenum ) quando você esta com a borboleta toda aberta ( WOT - wide open thorottlhe ) enquanto o carro esta acelerando usando um datalogger. O sensos MAP deve ser igual a, ou perto da, pressão atmosférica. Se não esta ou existe uma queda de MAP em WOT, então sau TB esta muito pequena.


Um corpo de borboletas de IRT de 70mm ( no lado da admissão ou abertura da borboleta) a 56mm de abertura ( no lado da chapa ) mais que o suficiente para a maioria dos maiores motores equipados.


Uma vez que determinamos o tamanho mais adequado do corpo de borboletas para nosso coletor de admissão, então podemo determinar o melhor diâmetro interno.


O diâmetro ideal é quando a admissão tem 25% mais área que a área transversal da abertura do corpo de borboleta, O diâmetro do corpo de borboleta ( aumentado ou nao), dita o diâmetro interno da admissão.


Lembre-se. que a área de um circulo ( a abertura do seu corpo de borboleta ) é pi X raio ao quadrado e diâmetro -X 2 raio. se você calcular sua área de borboletas e depois multiplicar ele por 1.33 você vai determinar a área de admissão. depois, utilize a área do circulo da equação para determinar o raio da admissão.


portanto por exemplo, uma borboleta de 64mm, o diâmetro calculado "ideal" é71mm de diâmetro interno.


comprimento do tubo de admissão RAM


Um ponto de partida sugerido para o comprimento de um tubo com pico de torque a 6.000 rpm é 33cm.


adicione 4.3cm para cada 1.000rpm que você queira mover abaixo de 6.000.


ou subtraia 4.3cm para cada 1.000rpm que você queira mover o pico acima de 6.000rpm.

[Digo Garcia]

Fantástico!

[Pacman]

Caraca meu!! Faz total sentido e eu jamais imaginei que funcionasse desse jeito!!! Chega ser coisa de NERD hehehehe. Imagine trabalhar num projeto de motor desde a montagem do bloco e cabeçote e coletor e tudo mais visando extrair o máximo possível do conjunto!!! ou melhor ainda... chegando num ponto de equilibrio entre consumo/potencia... Curti pra caramba!!!

[fiatwill]

Muito interessante, e bem mais complexo doque eu imaginava, rs.

[Rony M. Machado]

Os cálculos são de certa forma complexos porem olhando do ponto de vista lógico.... é mais simples do que eu imaginava.

O sistema de admissão variável (como os do marea 2.4). No projeto do marea foi mesclado um estagio longo que depois de 4000rpm encurta(através de um solenoide ). Aquele tipo de coletor é muito bom!
Agora imagina fazer um variavel para os padrões do sevel mille9....que veneninho aspro não ficaria! kkk

Bah mais uma vez o Fernando dividindo conhecimento valioso conosco! obrigado!!!

[dj.turbo]

É isso ai Fernando ,já tinha lido matérias sobre esse assunto ,mas vc conseguiu dei chala mais entendível para nós simples mortais .
Com a física bem aplicada conseguimos tirar até leite da pedra .

[eduardomelo]

Li e reli umas 5x até extrair o máximo para meu cérebro humilde de preparação. Dá até pra pegar o próprio carro e fazer as contas certinho para tentar extrair algo a mais dele.