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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2019.tde-05112020-145106
Documento
Autor
Nome completo
Leandro de Amorim Ratamero
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Souza, Roberto Martins de (Presidente)
Murray, Henara Lillian Costa
Oliveira, Sylvio Jose Ribeiro de
Profito, Francisco José
Zuin, Andre
Título em português
Efeitos do etanol hidratado no comportamento tribológico do sistema Came-Tucho em condições lubrificadas
Palavras-chave em português
Atrito
Etanol
Tribologia
Resumo em português
Este trabalho trata das forças de atrito em sistemas came-tucho de ação direta, particularmente, nariz de came e tucho, sistemas estes normalmente empregados em motores de combustão interna ciclo Otto, bi-combustíveis. Neste contexto, o trabalho descreve fenômenos tribológicos, propõe uma nova abordagem experimental para a medição das forças de atrito e propõe uma nova e simples descrição teórica sobre a tribologia do contato cametucho. Os sistemas came-tucho de ação direta apresentam peculiaridades mecânicas e condições típicas de superfícies, de came e de tucho, que influenciam no comportamento tribológico. Por se tratar de um contato lubrificado, as condições e propriedades do lubrificante também desempenham um papel importante. Em certas condições específicas de uso veicular, utilizando-se o etanol hidratado como combustível, este pode misturar-se ao lubrificante do motor. Este trabalho esclarece, via experimentação, em condições lubrificadas, os efeitos do etanol hidratado no comportamento tribológico do contato entre o nariz de came e o tucho, que representa uma das piores condições tribológicas presentes em motores de combustão interna ciclo Otto. Mais especificamente, são pesquisados efeitos do etanol hidratado, adicionado e misturado ao lubrificante, em termos de forças e coeficientes de atrito. Experimentos em máquina pino-disco foram realizados, visando auxiliar na compreensão dos fenômenos de atrito resultantes das adições de etanol hidratado. Um aparato de bancada monocame foi proposto e construído. O aparato permitiu medir, diretamente, as forças de atrito entre came e tucho. O sistema é constituído por peças reais de um motor de combustão interna, num esforço de reproduzir, fora de um motor real em operação, o funcionamento mecânico do par came-tucho. Duas células de carga irão medir simultaneamente a força normal de contato e a força de atrito devido ao contato came-tucho. Foi possível verificar que a adição de etanol hidratado promove uma redução das forças totais de atrito nariz de came-tucho, nas condições específicas dos experimentos monocame realizados, fenômeno este devido ao aumento de espessura de filme lubrificante, que ocorre por efeito de crescimento de viscosidades com as adições de etanol hidratado. Com base nos dados experimentais coletados, e considerando um modelo elastohidrodinâmico, foi possível propor um novo modelo semi-empírico, para descrever os resultados experimentais. Este novo modelo utiliza, como base, as Lei de Coulomb e a Lei de Newton da viscosidade, adaptadas para o sistema em estudo.
Título em inglês
Effects of hydrated ethanol on the tribological behavior of the Cam-Tappet system in lubricated conditions.
Palavras-chave em inglês
Cam-Tappet
Friction
Hidrated ethanol
Tribology
Resumo em inglês
This work analyzes the friction forces in direct action cam-tappet systems, particularly cam nose and tappet, systems normally used in bi-fuels Otto cycle internal combustion engines. In this context, this text describes tribological phenomena, proposes a new experimental approach to the measurement of frictional forces and proposes a new and simple theoretical description on the tribology of cam-tappet contact. Direct-action cam-tappet systems present mechanical peculiarities and typical surface, cam and tappet conditions, which influence the tribological behavior. Since it is a lubricated contact, the conditions and properties of the lubricant also play an important role. In certain vehicle-specific conditions, using hydrated ethanol as fuel, it can be mixed with the engine lubricant. This work analyzes, through experimentation under lubricated conditions, the effects of hydrated ethanol on the tribological behavior of the contact between the cam nose and the tappet, which represents one of the worst tribological conditions in an Otto´s internal combustion engine. More specifically, effects of hydrated ethanol, added and blended to the lubricant, are analyzed in terms of frictional forces and coefficients. Experiments in a pin-on-disk machine were carried out, aiming at helping to understand the phenomena of friction resulting from the addition of hydrated ethanol. A monocame bench was designed and built. The apparatus allowed to directly measure the frictional forces between cam and tappet. The system consists of actual parts of an internal combustion engine, trying to reproduce the mechanical operation of the cam and tappet, outside a real engine in operation. Two load cells have simultaneously measured the normal contact force and the frictional force due to the cam-to-tappet contact. Results indicate that the addition of hydrated ethanol promotes a reduction of the total forces of cam-tappet nose friction, under the specific conditions of the monocame experiments, due to the increase in the thickness of the lubricating film, which occurs due to viscosity growth with the addition of hydrated ethanol to oil after vehicle use. Based on the experimental data collected, and considering an elastohydrodynamic model, it was possible to propose a new semi-empirical model to describe the experimental results. This new model is based on the Coulomb's law and on the Newton's law of viscosity, adapted for the system under study.
 
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Data de Publicação
2020-11-10
 
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