CIÊNCIA DOS MATERIAIS

Spark plugs for multi fuel vehicles

1) O que significa carros de sistemas Flex-fuel?

A tecnologia Flex-fuel permite que o motor do carro funcione normalmente com diferentes combustíveis sem a alteração do sistema de injeção e combustão, no Brasil os combustíveis usados em carros com o sistema flex-fuel são o gás natural comprimido (GNC), o etanol, ou a gasolina, ou ainda a mistura em qualquer quantidade de etanol e gasolina.

2) Descreva as principais propriedades  técnicas que devem ser levadas em consideração para a fabricação de velas de ignição para carros Flex-fuel.

Uma vela de ignição para ser usada em um carro com a tecnologia flex-fuel  deve garantir o melhor desempenho para os diferentes combustíveis que possam ser utilizados, para isto deve ser desenvolvida com base nos diferentes requisitos funcionais, contemplando as características necessárias para este desempenho, deve ter uma elasticidade térmica melhorada, deve suportar as altas temperaturas de combustão geradas pelo álcool e a deposição de fuligem gerada pela gasolina, deve ter uma maior capacidade de proporcionar ignição, não pode gerar excesso de fuligem, e deve ter boa resistência à corrosão, deve ter capacidade de arranque a frio e reduzida emissão de gases poluentes.

3) Por que não se deve utilizar uma vela de ignição pré-definida para gasolina para uma aplicação com etanol? Quais as consequências?

A vela utilizada na tecnologia flex-fuel contemplar as necessidades dos dois combustíveis citados, bem como reunir qualidades e propriedades necessárias para atender todos os requisitos simultâneos, exemplo disto foi citado na pergunta anterior, que diz que a vela deve suportar as altas temperaturas geradas pela combustão do álcool, e evitar a deposição de fuligem gerada pela combustão da gasolina, bem com estes efeitos simultâneos gerados pela queima da mistura dos dois combustíveis. As consequências da não utilização de uma vela especial podem vir desde a queda de rendimento até falhas de combustão e menor vida útil do sistema.

4) Quais são as principais restrições que as velas de ignição estão sujeitas relacionadas às emissões?

As velas de ignição devem obedecer às restrições e normas ambientais, os baixos limites para a emissão de gases levam os fabricantes a melhorar seus motores que tendem a ser melhores a cada dia, motores de alta eficiência geram maior oxidação, um exemplo relacionado a emissão pode ser na utilização de combustível 100% etanol que gera um elevado índice de emissão de hidrocarboneto, que ocorre principalmente no arranque frio.

5) Por que a montagem dos componentes da vela é considerada complexa? Quais são os componentes principais da vela de ignição?

A complexidade de montagem da vela pode estar relacionada com os diferentes materiais utilizados para a fabricação, bem como a função individual de cada componente que não deve ser sofrer a interferência de outro. A vela é responsável pela ignição da combustão da mistura ar-combustível, as principais propriedades que devem ser isoladas estão relacionadas ao funcionamento do eletrodo.

Componentes de uma vela de ignição multi-combustível:

- Isolador de cerâmica;

- Pino de conexão;

- Anel de vedação e arruela interna de vedação;

- Carcaça de aço niquelada;

- Eletrodo de massa de vidro;

- Eletrodo central.

6) Qual a importância da Engenharia e Ciência dos Materiais na seleção de materiais para velas de ignição.

O estudo da Engenharia e Ciência dos Matérias detém o conhecimento necessário para realizar a observação das propriedades e características necessárias para cada componente, bem como a escolha de materiais que atendam estas necessidades e que proporcionem uma vida útil prolongada para a vela. Além de dos requisitos anteriormente citados, este materiais devem apresentar a melhor processabilidade e menor custo possível.

7) Por que são empregadas ligas de níquel-ítrio em eletrodos?

A liga de níquel-ítrio tem maior resistência ao desgaste quando comparada com o níquel padrão, elevando a vida útil do componente.

8) Qual a função do tamanho do gap na vela?

A redução do tamanho do gap aumenta a vida útil da vela, o tamanho do gap afeta diretamente a tensão da bobina de ignição. Nesse caso deve ser utilizado um material que seja resistente ao desgaste em ambiente com elevada tensão.

9) Qual a importância da classificação do calor da vela? O que significa uma vela quente?

A gama de calor da vela de ignição é definida através da calibração do motor, pode ser classificada como vela quente ou vela fria através de um valor ou código numérico, na escolha do tipo de vela deve-se observar que seja alcançada a temperatura mínima de ignição e que não ultrapasse a temperatura máxima, para velas consideradas quentes a condução de calor através do isolador é menor, esta característica faz com que a vela quente tenha um comprimento menor com o pé do isolador longo, isto faz com que este tipo de vela demore mais tempo para dissipar o calor, este tipo de vela é indicado para motores considerados “frios”.

10) Qual o efeito da corrosão/erosão na especificação de velas de ignição?

A corrosão é uma oxidação que ocorre devido a temperaturas demasiadamente altas na câmara de combustão, os eletrodos perdem material, ocasionando em falhas de ignição, a erosão dos eletrodos se dá pela alta exigência elétrica, e ocasionam a perda de material, aumentando a folga e comprometendo o rendimento. A vida útil longa da vela ocasiona o efeito da corrosão e erosão que afeta diretamente o tamanho do gap, o efeito da corrosão/erosão na especificação da vela é a sua vida útil.

11) Qual a importância do isolador cerâmico?

O isolador cerâmico é feito predominantemente de óxido de alumínio com alto teor de alumina e tem a função de isolar o pino de conexão e o eletrodo central, melhorando a dissipação térmica e a isolação elétrica, e evitando assim a fuga de corrente, a sua geometria especial tem por finalidade aumentar a confiabilidade da ignição e a elasticidade térmica, gerando assim menos deposição de fuligem na vela.

12) Qual a função do anel de vedação?

Fixa e veda o isolador contra a passagem de gases da câmara de combustão entre a rosca da vela de ignição e o cabeçote.

13) Quais são os testes usados na definição de velas com cada tipo de motor?

· Ensaios termométricos realizados no interior da câmara de motores de combustão, através de um hardware/software  ligados através de cabos de medição a termopares e outros dispositivos instalados na câmara, e responsáveis pela transmissão dos dado, que são usados para analisar o comportamento da faísca em relação a velocidade de rotação do motor, em seguida define-se com base na ocorrência de combustão na pré-ignição e pós-ignição a melhor gama de calor para o motor em teste.

Medição de temperatura de centelha e teste da corrente iônica para definir a variação de calor com maior precisão, explorando o progresso do arco sobre a propagação da chama com base na condutividade da descarga.

14) Como é fabricado o isolador cerâmico?

É misturado o pó cerâmico de alumina com mais alguns ingredientes e água, após a mistura o líquido é novamente secado e transformado em pó, o pó é levado ao molde onde com o auxílio de um ingrediente aglutinante e uma moldagem por compressão toma o formato do isolador cerâmico, logo após a peça é levada até um rebolo que retifica e dá o formato final ao isolador, após um controle de qualidade das medidas são levados ao formo para o cozimento, que é responsável pela dureza final da peça.

15) O processo de extrusão de alguns componentes da vela envolvem diversos estágios contínuos e a etapa de corte. A alimentação ocorre automática, com sistema de lubrificação contínuo, painel de comando e controle elétrico eletrônico para monitoramento de velocidade, esforço através de célula de carga e sensor de posição para controle de processo com controlador lógico programável (CLP). Quais são os componentes da vela que podem ser fabricados pelo processo de conformação extrusão?  

O principal componente fabricado pelo processo de conformação extrusão é a carcaça da vela, que servirá de invólucro para os demais componentes.