O que é R/L do motor?

A relação R/L é a divisão do raio do virabrequim pelo comprimento da biela. Essa relação é uma das mais sensíveis no funcionamento do motor. Uma biela maior e um pequeno raio de virabrequim resultam em um R/L menor e quanto menor esta relação, melhor. Quanto menor for a biela, maior será o percurso do centro de gravidade do conjunto biela-virabrequim dentro do motor. Isto reflete em forças maiores agindo contra o movimento de rotação. Em contrapartida, quanto menor for a circunferência que o centro de massa do conjunto percorrer, menos potência efetiva o motor gastará para mover o conjunto e, portanto, maior será a facilidade de obter rotação para aproveitar esta potência em benefício do desempenho do motor. Como podemos ver, o centro de massa “C” próximo do virabrequim (de uma biela menor) gera um raio maior do que o centro de massa mais distante do mesmo (utilizando uma biela maior).

R-L_virabrequim_biela_SPA1

Assim, fica evidente que uma biela maior é preferível se o objetivo é otimizar as relações de forças dentro do motor e melhorar o desempenho.

Pensando como projetistas de motores ou preparadores, é sempre preferível utilizar um conjunto formado por pistão, pino, biela e virabrequim com a mínima massa possível, pois este conjunto terá a menor inércia mássica, fundamental para obter potência. Há uma série de razões que podemos citar para que a biela seja prolongada. Uma delas, a mais sensível e importante, é que quanto maior for a biela, menor será o raio de atuação do centro de gravidade da massa do conjunto e consequentemente, menores serão as forças que agirão contra. Para melhor detalhar essas forças, chamadas de forças de segunda ordem, utilizaremos a equação a seguir:

Onde:

– F= Resultante de forças devido a somatória de massas alternativas;
– w= Rotação do motor em radianos por segundo;
– r= raio da manivela (Metade do curso);
– l= Comprimento da biela;
– θ= Ângulo do virabrequim;

As forças de segunda ordem são as forças que ocasionam o desbalanceamento e a vibração do motor. São elas que fazem com que o motor diminua seu rendimento devido ao desbalanceamento. Como é possível ver acima, as forças de segunda ordem são totalmente dependentes da relação de raio de manivela por comprimento de biela e de duas vezes o ângulo do virabrequim. Portanto, quanto menor for a relação de R/L, menores serão as forças que impedirão o ganho de torque e que diminuirão o rendimento do motor. Para isso é importante que se utilize uma biela o mais longa possível dentro do projeto.

Devemos ter em mente que quanto menor for à biela, maior será a ângulo que ela trabalha. Isso reflete em termos de força sobre o pistão, pois quanto maior o ângulo, maior será a componente de força que incidirá sobre a saia do pistão. Princípio básico de física de ação e reação, ou seja, quanto mais decompomos o ângulo, mais força no sentido da parede do cilindro será descarregada sobre o corpo do pistão e conseqüentemente, maior o atrito entre saia e cilindro.

Altas forças contra a parede do cilindro significam altas forças de arrasto do pistão. Isso reflete em perdas por atrito, elevação da temperatura do motor, desgaste prematuro do pistão e de anéis.

Há muitos meios de se contornar esses desgastes tais como filme de bissulfeto de molibdênio na saia do pistão, filme de Politetrafluoretileno (PTFE), deslocamento do pino de pistão (Pino fora da linha de centro de atuação do pistão), deslocar o cilindro da linha de centro do virabrequim, etc. Entretanto, qualquer mudança em projeto reflete em dificuldades, complexidades e altos custos. A alternativa de utilizar bielas longas é sempre mais viável sendo compatível com componentes já existentes.

Frederico Falcão Weissinger
Engenheiro Mecânico

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