DESENVOLVIMENTO DE AÇÕES DIDÁTICAS, INTEGRANDO ESTUDANTES DE ENGENHARIA MECÂNICA (PUC-RIO) E CURSO TÉCNICO DE MANUTENÇÃO AUTOMOTIVA DO CEFET-RJ Alunos: Felipe Portes Lanes (PUC-Rio), Viviane Helena da Conceição, Raphael de Souza Barbosa, Matheus Fonseca de Brito, Bruno Avólio Giffoni (CEFET-RJ) Orientadores: José Alberto R. Parise (PUC-Rio) Sergio Libanio de Campos (CEFET-RJ) Introdução O presente trabalho descreve projeto, em andamento, o qual promove a integração entre alunos de graduação em engenharia mecânica (PUC-Rio) e curso técnico de manutenção automotiva (CEFET-RJ). No âmbito deste projeto será realizada a fabricação e montagem de dois kits didáticos. O primeiro relativo à medição de vazamento de gases em motores de combustão interna, responsável pela perda de eficiência e potência do motor e, consequentemente, um consumo excessivo de combustível. Estes vazamentos, no tempo de compressão, reduzem a pressão na câmara de combustão, impedindo a obtenção da energia necessária à combustão ideal, o que leva a falhas no funcionamento do motor. Como consequência têm-se, desgaste excessivo nos anéis de segmento do pistão, falta de vedação nas válvulas de descarga ou admissão. Para o diagnóstico de qual elemento supracitado está sob falha, os técnicos, atualmente, realizam da desmontagem do motor para avaliar o dimensionamento do vazamento. Com o instrumento proposto neste trabalho, o técnico não necessitará mais desmontar o motor para identificação de qual componente apresenta falha, reduzindo, assim, o tempo do diagnóstico. O segundo dispositivo é relativo à automação de uma recicladora de fluido refrigerante, R134a, para condicionador de ar automotivo (operando atualmente de forma manual), pertencente à instituição CEFET-RJ. Recicladoras de fluidos refrigerantes são indispensáveis em estabelecimentos que trabalham com manutenção de sistemas de refrigeração [1], pois evitam a liberação desses fluidos (gases) diretamente para a atmosfera, prevenindo impactos ambientais e atuando de acordo com a legislação vigente quanto à preservação do meio ambiente. A automação agregará para a máquina a facilidade de utilização e eficiência durante o processo. Objetivos Apresentar uma tecnologia eficaz na detecção de vazamentos de gases em cilindros de motores de combustão interna e de empregabilidade acessível em oficinas de veículos automotivos. Executar um projeto de automação da recicladora de fluido refrigerante para ar condicionado automotivo, possibilitando a integração do conhecimento técnico-científico entre os alunos. Descrição dos Kits Didáticos Dois kits serão construídos, a saber: 1) Kit Didático de Detecção de Vazamentos em Cilindros de Motores de Combustão Interna Este kit será composto por três sensores para tomada de pequenos vazamentos que estarão conectados a um decodificador de sinais, Figuras 1 e 2, com entradas de 4-20mA ou 0-5V. Este receberá as três medições simultaneamente e acusará, no seu visor, em qual(is) ponto(s) está ocorrendo o(s) vazamento(s), quantificando-o(s). Atualmente está em pesquisa o sensor para emprego neste equipamento.
Figura 1- Esboço do decodificador de sinais em perspectiva Figura 2 - Decodificador de sinais e entradas para os respectivos sensores em vista frontal 2) Kit Didático para a Recicladora de Fluido Refrigerante Automotivo Este kit terá sua construção a partir da automação da recicladora de fluido refrigerante automotivo pertencente à instituição CEFET-RJ, Figura 3, referente ao curso de manutenção automotiva. Projeta-se instalar na máquina um equipamento que fará o controle do volume de fluido refrigerante automotivo para a reciclagem, Figura 4, e fazer mudanças em suas partes elétricas e eletrônicas para tornar o processo automático, desde a retirada do fluido refrigerante do sistema condicionador de ar do carro, passando por todos os processos necessários à sua limpeza e armazenamento, até a devolução ao mesmo.
Figura 3 Painel de funções e corpo atuais da recicladora de fluido refrigerante automotivo Figura 4 Cilindro dosador
Metodologia 1) Kit Didático de Detecção de Vazamentos em Cilindros de Motores de Combustão Interna Executando um ensaio estático de pressurização com ar comprimido, em um dos motores pertencentes ao Laboratório de Manutenção Automotiva do CEFET-RJ que apresentem perda de pressão na câmara de combustão durante o ensaio, será obtida a faixa de sensibilidade que o medidor de vazão precisará atender. A tomada da velocidade do ar, posteriormente transformada em vazão relacionando a velocidade do ar à área normal ao escoamento (ṁ=ρva) [2], será realizada utilizando-se um sensor rotativo para escoamento livre de gás (anemômetro do tipo hélice) [3] em três passagens distintas por onde há a possibilidade de escape. Estas passagens são: pelo tubo da vareta de óleo ou by-pass dos gases do cárter, pelo cano de descarga e pela válvula borboleta que controla a admissão de ar para a câmara de combustão. Há uma quarta possibilidade de escape para o fluxo de ar, que acontecerá caso alguma junta do bloco do motor apresente trincas. Porém, este fluxo percorreria o sistema de arrefecimento do veículo e seria perceptível através do aparecimento de bolhas no depósito de água do radiador. A partir do estudo do estado da arte, serão apresentadas tecnologias disponíveis no mercado que demonstrem potencial capacidade de adequação para tal finalidade. Decidido o mecanismo para a medida das vazões, o próximo passo será projetar e montar o decodificador de sinais. 2) Kit Didático para a Recicladora de Fluido Refrigerante Automotivo Partindo da análise de um projeto de automação para uma recicladora de fluido refrigerante (R134a), já existente, executado por parte de um dos professores do Curso Técnico de Manutenção Automotiva do CEFET-RJ, e de modelos disponíveis atualmente no mercado, pretende-se automatizar a recicladora, que opera para fins didáticos nos laboratórios da instituição CEFET-RJ. A recicladora em seu estado atual (modo manual) foi desmontada e teve suas partes estudadas pelos alunos para a compreensão de suas funções. Foram feitos os seguintes desenhos, Figuras 5 e 6, relativos aos sistemas mecânico e elétrico da máquina em seu estado atual: Figura 5 - Esquematização da mecânica atual da recicladora de fluido refrigerante automotivo
Figura 6 - Esquematização do circuito elétrico atual da recicladora de fluido refrigerante automotivo Decorre agora o estudo para o processo de automação com a remontagem e inclusão de novos equipamentos à recicladora. Partindo do novo esquema mecânico, apresentado na Figura 7, trabalha-se, no momento, no projeto do novo esquema elétrico que atenda às novas exigências mecânicas. Figura 7 - Esquematização da nova mecânica para a recicladora de fluido refrigerante automotivo
Também será integrado à máquina o manifold com os manômetros e suas respectivas linhas de serviço (baixa e alta pressão e de serviço), com conexões para engate rápido, Figura 8, das mangueiras que serão ligadas às linhas de alta e baixa pressão do condicionador de ar automotivo, Figura 9. Figura 8 Manifold e respectivas linhas de serviço Figura 9 Esquema simplificado das linhas de alta e baixa pressão do condicionador de ar automotivo Resultados Esperados Após a fabricação e montagem dos dois kits, pretende-se efetuar ensaios experimentais com ambos. Para o medidor de vazamento, espera-se encontrar sua curva característica e curva de calibração, avaliando e registrando seu desempenho na medição dos vazamentos. Para a recicladora espera-se diminuir o tempo do processo de reciclagem do gás e facilitar os procedimentos para a operação da máquina. Projeta-se, futuramente, empregar os dois kits para a utilização por parte de terceiros.
Conclusão O projeto está em fase inicial. Os alunos experimentarão a oportunidade de vivenciar o processo de criação de um projeto de engenharia, a partir de sua concepção e com seus reais desafios, também treinando suas capacidades de trabalho em grupo. Referências 1 ABNT, Norma NBR 15629:2008 Veículos rodoviários automotores - Manutenção em sistemas de climatização, 2008. 2 FOX, R.W., PRITCHARD, P. J., MCDONALD, A. T. Introdução à Mecânica dos Fluídos. 7.ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2010. 816p. 3 - White, F.M. Mecânica dos Fluidos. 4.ed. Rio de Janeiro: McGraw Interamericana Brasil, 2002. 570p. Agradecimentos O presente projeto conta com o apoio do CNPq, processo nº 455136/2012-2