Bielas Explicadas: O Elo Crítico no Desempenho do Motor

A biela (connecting rod), também chamada con rod, é uma das principais partes de um motor de combustão interna. Embora também usada em motores a vapor, tem grande importância em veículos.

A biela conecta o pistão ao virabrequim, auxiliando a conversão do movimento alternado do pistão em rotação do virabrequim. A peça funciona como braço de alavanca e é requerida para transmitir forças compressivas e de tração do pistão e girar em ambas as extremidades.

Hoje veremos definição, funções, material, partes, funcionamento e diagrama das bielas.

Definição de Biela

Uma biela converte o movimento linear para cima e para baixo (movimento alternado) do pistão em movimento circular do virabrequim. Experimenta tensão, compressão, flexão e flambagem durante o processo.

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Materiais da Biela

Bielas são comumente feitas de liga de alumínio fundido, que ajuda a suportar tensões durante o processo.

Em produção em massa, bielas são geralmente feitas de aço. Para aplicações de alta performance, usa-se tarugo (billet), usinado de um tarugo sólido e não fundido ou forjado.

No entanto, ferro fundido pode ser usado para aplicações mais baratas, de baixa performance como motonetas.

Nomenclatura do Design

• A = área de seção transversal da biela.
• L = comprimento da biela.
• C = tensão de escoamento compressiva.
• Wcr = carga de flambagem ou encurvadura.
• Ixx = momento de inércia da seção sobre o eixo x
• Iyy = momento de inércia da seção sobre o eixo y respectivamente.
• Kxx = raio de giração da seção sobre o eixo x
• Kyy = raio de giração da seção sobre o eixo y respectivamente.
• D = Diâmetro do pistão r = Raio da manivela

Partes da Biela

As partes da biela em motor de combustão interna consistem de cabeça grande (big end), corpo da biela (rod) e cabeça pequena (small end).

Pistões conectam-se à cabeça pequena da biela com pino do pistão ou pino de pulso que pode girar no pistão. Este pino fornece ponto de pivô entre o pistão e a biela. O pino do pistão é mantido no lugar com clipe de mola ou trava do pino.

A parte da cabeça grande da biela é montada no pino de manivela com mancal liso, que reduz atrito. Mas alguns motores menores usam mancais para evitar necessidade de bomba de lubrificação.

Geralmente, existe um furo de pino perfurado através do mancal na cabeça grande da biela. Permite óleo lubrificante bombear para o lado de empuxo da parede do cilindro para lubrificar curso do pistão e anéis do pistão.

Finalmente, nas partes da biela, a biela pode girar em ambas as extremidades, para que o ângulo entre a biela e o pistão mude à medida que a biela alterna ao redor do virabrequim.

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Funções da Biela

• A função primária é criar elo entre pistão e virabrequim para transmitir potência.
• A biela ajuda a entregar óleo lubrificante às paredes do cilindro e pino de pulso ou pino de biela.

Tipos de Biela

Tipos de biela baseiam-se no material de fabricação. Abaixo os diversos tipos disponíveis:

Bielas de Tarugo (Billet conrods):

Bielas de tarugo são usinadas de uma peça de aço ou alumínio. São mais leves, fortes e duráveis que outros tipos. Normalmente usadas em veículos de alta performance.

O produto às vezes é projetado para reduzir concentradores de tensão e facilitar a entrada no grão natural do material do tarugo.

Biela Fundida (Cast Rod):

Biela fundida é preferida por fabricantes pois suporta carga de motor original. Custo de produção menor mas não serve para aplicações de alta potência acima de 450 hp até 6.000 rpm.

Uma biela fundida contém costura visível no meio que a diferencia do tipo forjado.

Biela Forjada (Forged Rod):

Bielas forjadas são feitas forçando grão do material selecionado à forma da biela. Material pode ser liga de aço ou alumínio dependendo das propriedades requeridas.

Fabricantes usam diferentes tipos de ligas de aço, cromo e níquel. Produto final não é feito para ser frágil. Ligas de níquel ou cromo aumentam a resistência da biela.

Metal Sinterizado (Powdered Metal):

Biela de metal sinterizado também é escolha adequada para fabricantes. Produzida com mistura de pó metálico prensada em molde e aquecida a altas temperaturas. Derrete a mistura em forma sólida.

Usinagem leve pode ser necessária mas o produto sai do molde basicamente acabado. Bielas de metal sinterizado são mais baratas que aço e mais fortes que bielas fundidas.

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Problemas da Biela

Biela pode apresentar problemas durante funcionamento, pois experimenta várias tensões na câmara de combustão. Alguns podem ser corrigidos, outros exigem troca completa. Durante operação, a biela é esticada e comprimida, podendo causar quebra. Biela quebrada pode danificar completamente o motor. Abaixo falhas que ocorrem:

Fadiga:

Principal razão de quebra da biela. Frequentemente ocorre em motores antigos. Compressão e estiramento ocorrem milhares de vezes por minuto. Eventualmente causa desgaste até quebrar. Falta de óleo e sujeira no motor aceleram o problema.

Motores novos também podem ter fadiga na biela se reconstruídos. Acontece quando peças baratas ou erradas são usadas.

Calço Hidráulico (Hydrolock):

Causado quando água penetra na câmara do pistão, deformando a biela. Geralmente ocorre ao dirigir por ruas alagadas.

Pouca água no cilindro causa batida ou ruído de tique-taque, facilmente reparável. Porém, se muita água no cilindro, todo espaço para tempo de centelha é ocupado, podendo causar dobra ou quebra da biela.

Over-revving (Sobre-rotação):

Falha em motores novos e de alta performance. Se o tacômetro mostra zona vermelha, indica condição de perigo para a biela. As forças atuantes aumentam dramaticamente em altas rotações.

Falha do Pino:

O pino do pistão que conecta a biela ao pistão desgasta e causa falha. Em alguns motores, resulta em falha catastrófica. Quando a biela vai ao bloco do motor ou quando o virabrequim entorta.

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Em alguns motores, causa perda de potência. Se o motor para imediatamente após quebra do pino, há probabilidade de salvar o motor; senão, quebra total pode ocorrer.

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