Kompenserende hjelpemidler

Os ensaios com veículos em banco de motores, que permitem avaliar, entre outros aspetos, o comportamento dos motores, foram realizados no Laboratório de Engenharia Automóvel da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria.

O banco de rolos é composto por dois dinamómetros, um por cada um dos dois eixos, permitindo medir o binário e a velocidade de rotação dos rolos. Com este sistema é possível ainda obter mais alguns dados sobre o funcionamento do veículo, através da utilização de alguns sensores complementares, como por exemplo para medir a rotação do motor e a temperatura do óleo. Para além do banco de rolos propriamente dito, existem alguns recursos anexos que permitem obter mais informações sobre o decurso dos ensaios, como sejam o consumo de combustível, recorrendo a uma balança e a medição de mais algumas temperaturas e pressões. O sistema de aquisição funciona com base numa aplicação computacional desenvolvida na plataforma de programação Labview. Recorrendo a este sistema, foi possível realizar alguns ensaios que, para além de fornecerem indicadores importantes ao nível direto dos resultados, fundamentalmente contribuíram para aumentar a qualidade e fiabilidade dos dados obtidos nos testes realizados em estrada.

3.3.1 Banco de rolos

O banco de rolos é o equipamento fundamental na realização de ensaios em veículos. Apesar de ser reconhecida alguma perda de precisão nos resultados relativamente aos ensaios em banco de motores, essencialmente pelo facto de os valores correspondentes ao funcionamento do motor serem obtidos por via indireta, é contudo um método mais fácil e expedito para avaliar a performance e as características do motor. Na realidade, a preparação e colocação de um veículo em condições de ensaio é feita em pouco tempo, menos de uma hora, enquanto são necessários vários dias para se poder preparar uma instalação para realizar ensaios num motor. No entanto, num banco de rolos é feita a medição da potência das rodas motrizes, existindo vários componentes desde as rodas ao motor, introduzindo influências não completamente controladas nos resultados obtidos. O sistema utilizado, cuja fotografia se apresenta na figura 3.14, é um banco de rolos da marca Maha, modelo LPS 2000 - R100/2, com capacidade para ensaiar veículos com tração nos dois eixos. Atendendo ao facto de a capacidade de carga por eixo estar limitada aos 2850kgf, apenas pode ser utilizado por veículos ligeiros. Os dois dinamómetros utilizados são elétricos, com capacidade para absorver até 260kW cada um recorrendo ao princípio magnético (eddy current). Deste modo, no caso de os veículos de teste terem 2 eixos com tração, é possível avaliar até um máximo de 710cv, no caso de se tratar de um veículo com tração apenas num dos eixos, a potência máxima fica limitada a 335cv. A velocidade máxima permitida por este sistema é de 260km/h. Um dos fatores que também limita a utilização deste equipamento é a componente de arrefecimento, uma vez que, apesar de os ensaios a veículos poderem ser realizados até velocidades de 260km/h, o ventilador de arrefecimento apenas permite uma velocidade máxima do ar de 98km/h. Deste modo, para velocidades superiores a este valor, não é possível assegurar a simulação das condições de refrigeração do motor que ocorrem na utilização normal do veículo em estrada.

Fig. 3.14 – Imagem do banco de ensaios instalado no Laboratório de Engª Automóvel (IPL).

O banco de rolos utilizado tem capacidade para efetuar as seguintes avaliações: Potência máxima instantânea

Potência a regimes de rotação predefinidos Potência a velocidades predefinidas

Simulação de cargas (peso, aerodinâmica, declive) Recuperações

Calibração do odómetro (conta-quilómetros) instantâneo e totalizador Calibração do taquímetro (conta-rotações)

Análise de emissões em carga

O funcionamento deste equipamento é baseado na obtenção do valor de binário transmitido ao rolo pela roda do veículo em ensaio, rolo este que está solidário com o dinamómetro. No dinamómetro é aplicada uma força de travagem que contraria a força imposta pela roda do veículo. O binário de travagem é medido com base na força exercida por um elemento solidário com o estator do freio e fixo numa célula de carga colocada a uma distância “b” do eixo de rotação dos rolos, conforme demonstrado na figura 3.15.

De modo ao banco de rolos conseguir impor ao sistema propulsor do veículo testado condições mais semelhantes às verificadas na circulação em estrada, devem ser utilizadas algumas informações que permitam impor a carga a que o veículo estará sujeito quando circula a uma determinada velocidade em trajeto reto e plano. É também possível ajustar o esforço de modo a simular um declive. Deste modo, na utilização do banco nestas condições, será necessário fornecer o valor da massa do veículo e do coeficiente de arrasto aerodinâmico de modo a ser possível ao sistema impor a correspondente

resistência aerodinâmica. Antes da realização do ensaio é também necessário avaliar a resistência de rolamento do sistema o que pode ser efetuado embalando o veículo a uma dada velocidade e desembraiando. Este processo permite que o sistema detete as perdas de rolamento do veículo, embora não seja possível avaliar as perdas totais na transmissão.

Fig. 3.15 – Princípio de medição da potência com banco de ensaios de rolo utilizando um dinamómetro com funcionamento magnético.

3.3.2 Balança para medição de consumo de combustível

A realização de ensaios no banco de rolos visava essencialmente aferir o comportamento dos equipamentos a utilizar nos ensaios em estrada. Contudo, atendendo a que a utilização deste equipamento permitia efetuar outro tipo de análise específico sobre a utilização de biodiesel, foi aproveitado esse facto e a circunstância de todo o esquema de montagem estar já preparado, para realizar uma avaliação energética e de emissões de poluentes nos veículos de teste.

Para tal, foi utilizada uma balança de precisão da marca Mettler Toledo, modelo FS7001 – F, com capacidade até 7100g, com resolução de 0,1 g. Em cima desta balança é colocado um recipiente de vidro de onde é aspirado o combustível para o motor do veículo de teste e para onde é efetuado o retorno do combustível proveniente do motor desse veículo. Mais uma vez se reforça a importância de utilizar um método gravimétrico na medição do consumo, o que permite obter um valor mais preciso relativamente às variações de densidade, ainda reforçado pelo facto de se estarem a comparar combustíveis com diferentes valores de massa volúmica, como é o caso do gasóleo e o biodiesel.

Para evitar que as vibrações devidas ao funcionamento do motor afetassem o registo da balança, foi utilizada uma montagem que permite que as tubagens estejam a aspirar o combustível e fazer o retorno do combustível sem contacto com o recipiente colocado em cima da balança, conforme pode ser analisado na figura 3.16. Ainda foi realizada a medição da temperatura do combustível de modo a que esta não tivesse influência sobre o consumo. Deste modo, os ensaios só foram realizados com a temperatura do combustível estabilizada e num intervalo de temperaturas bastante restrito, não havendo variações de temperatura entre ensaios superiores a 5ºC. Através da realização de ensaios nas mesmas condições, com o mesmo veículo e mesmo combustível, verificou-se que com diferenças até 5ºC no combustível, não era possível detetar quaisquer diferenças ao nível do consumo.

Fig. 3.16 – Imagem do sistema utilizado para medição do consumo de combustível nos ensaios em banco de rolos.

3.3.3 Software

De modo a diminuir o tempo de realização dos ensaios e para aumentar o grau de fiabilidade e precisão dos resultados, foi implementado um sistema de aquisição que permitia registar vários parâmetros de ensaios que não estão controlados pelo sistema de aquisição do próprio banco de rolos. Deste modo, foi desenvolvido por alunos do curso de Engenharia Automóvel um software em LabView para efetuar a aquisição de dados que permitia efetuar de entre outros, o registo da temperatura de combustível e o registo do valor indicado pela balança, possibilitando a obtenção da curva de consumo. Este sistema foi utilizado para os ensaios realizados no banco de rolos, permitindo efetuar um seguimento temporal do decaimento da massa de combustível à medida que

Reservatório de combustível Tubos de aspiração e retorno de combustível Termopar para medição da temperatura de combustível

Base para colocação da balança

os ensaios eram efetuados e paralelamente adquirir a informação correspondente à temperatura de combustível. Para este efeito, embora não se tivessem utilizado os sinais de todos os sensores que o software estava preparado para adquirir, foi ainda efetuada uma pequena alteração com a inclusão de um marcador que possibilitou a identificação da mudança de regime.

Fig. 3.17 – Instalação experimental com o veículo no banco de rolos no laboratório de Engª Automóvel.

Tubos de aspiração e retorno de combustível Ventilador Veículo de teste Banco de Rolos

3.4

Ensaios em veículos em circulação em condições reais de