Qual é o torque de um motor de arranque? Não existe um número único. Essa é a primeira coisa a esclarecer.
Um pequeno motor a gasolina? Seu motor de arranque pode precisar gerar apenas algumas dezenas de Newton-metros. Mas um motor diesel industrial de grande porte? Muitas vezes, estamos falando de centenas de Newton-metros no pinhão. Tudo depende do projeto. E da relação de transmissão. E do próprio motor.
A única solução confiável? Verificar as especificações de torque do pinhão publicadas pelo fabricante. Ou analisar as curvas de desempenho. É aí que estão os números reais. Palpites não resolvem.
Este guia aborda o torque de partida em diferentes aplicações industriais. Vamos explicar quais fatores físicos realmente determinam os requisitos de torque, como o torque se comporta durante a partida do motor, como saber se o seu motor de partida tem força suficiente e quando alternativas como motores de partida mecânicos com mola são mais vantajosas do que os elétricos — especialmente na indústria pesada.
Qual é o torque de um motor de arranque?
O torque de partida depende da aplicação.
O torque de saída de um motor de arranque é dimensionado de acordo com as necessidades de partida do motor. Ponto final. Você precisa de dados técnicos dos fabricantes do motor e do motor de arranque para saber com o que está lidando.
Motores pequenos não exigem muito. A cilindrada é baixa. As peças móveis são leves. Portanto, o torque necessário permanece relativamente modesto.
Motores a diesel comerciais de porte médio? Outra história. Eles têm cilindros maiores, taxas de compressão mais altas e óleo viscoso que gera muita resistência. Esses motores precisam de um sistema de partida robusto.
E o valor do torque não é tirado do nada. Ele é calculado. Corresponde diretamente à resistência inicial real daquele motor a diesel específico ou daquela máquina industrial.
Os requisitos variam muito entre as aplicações:
Motores pequenos:
Motores a gasolina. Unidades auxiliares a diesel de um ou dois cilindros. Normalmente, necessitam de menor torque de partida. Menor carga de compressão. Componentes internos mais leves.
Motores a diesel de porte médio:
Equipamentos de construção. Motores a diesel para caminhões. Estes precisam de mais torque. E também de uma redução de engrenagem mais robusta. Por quê? Maior compressão nos cilindros. Maior atrito.
Motores a diesel para serviço pesado:
Motores a diesel industriais. Frequentemente requerem várias centenas de Nm de torque de partida. Altas taxas de compressão exigem isso. O óleo viscoso também aumenta a resistência.
Motores industriais / grupos geradores / motores marítimos:
Grupos geradores. Propulsão marítima. Estes têm elevadas exigências de torque. Os valores exatos dependem da cilindrada. Em condições de temperaturas extremamente baixas. Da fonte de energia de arranque escolhida.
Atenção: sempre consulte as fichas técnicas de fábrica dos fabricantes do motor e do motor de arranque. É lá que você encontrará os números exatos.
Por que não existe um torque de partida fixo?
"Valor de torque padrão"? Não existe. Cada motor tem requisitos de partida completamente diferentes.
O torque produzido por um motor de arranque é determinado pelas necessidades reais do motor.
E aqui está algo que confunde muita gente. O torque do motor não é o mesmo que o torque do pinhão. E o torque do pinhão não é o mesmo que o torque que chega ao motor. Por quê? Porque a redução interna da engrenagem do motor de arranque altera as coisas. O mesmo acontece com a relação entre o pinhão e a coroa. Ambos afetam o torque que finalmente chega ao virabrequim.
É exatamente por isso que você não pode usar um único valor para todos os motores de partida. Analisaremos os fatores físicos e elétricos específicos que determinam o torque do motor de partida na próxima seção.
O que determina a quantidade de torque produzida por um motor de arranque?
Projeto de partida: acionamento direto, redução por engrenagem e partidas mecânicas
O projeto do motor de partida é importante. E muito. Os motores de acionamento direto usam um motor grande. Os motores com redução por engrenagens usam um motor menor e engrenagens para multiplicar o torque.
Os motores de partida de acionamento direto conectam a armadura do motor diretamente ao pinhão de acionamento. Configuração simples. Mas você precisa de um motor maior para obter torque suficiente.
Os motores de partida com redução de engrenagem adotam uma abordagem diferente. Eles usam um motor menor e de maior velocidade, com a adição de um conjunto de engrenagens. O resultado? Um motor compacto que ainda oferece mais torque no pinhão. Os projetos modernos seguem essa tendência por um bom motivo.
Mas os motores de arranque elétricos não são a única opção disponível.
Os motores de arranque mecânicos armazenam energia internamente, em uma mola. Quando você aciona a partida, essa energia armazenada é liberada como movimento rotacional, transferindo o torque para o volante através do pinhão de acionamento. Não é necessária bateria. Portanto, não, o torque de partida não precisa necessariamente vir de um motor elétrico.
Relação de transmissão e multiplicação da engrenagem anular
Eis como funciona a multiplicação de torque. O pinhão do motor de arranque tem menos dentes. A engrenagem da coroa do volante tem mais. A engrenagem menor aciona a engrenagem maior. A velocidade diminui. O torque se multiplica no virabrequim.
Isso é a vantagem mecânica em ação.
Quer estimar o efeito geral? Os engenheiros usam esta relação simplificada:
Torque de partida do motor ≈ Torque interno do motor × Relação de redução interna × Relação pinhão/coroa × Eficiência geral
Esse efeito de alavanca explica algo importante. Um motor de arranque relativamente compacto ainda consegue girar um virabrequim diesel pesado. A redução por engrenagens faz o trabalho pesado.
Tamanho do motor, taxa de compressão e resistência mecânica
A necessidade de torque aumenta com o tamanho do motor. Com a taxa de compressão. Com o atrito interno. Tudo isso contribui para o resultado final.
Motores pequenos giram com relativa facilidade. Já os grandes motores diesel multicilíndricos são uma história completamente diferente. Só o fato de empurrar os pistões além do ponto morto superior já exige muita força.
A resistência do óleo contribui. O atrito do trem de válvulas agrava a situação. Cargas auxiliares também se acumulam. O motor de arranque tem que vencer tudo isso.
Ao calcular o torque de partida de um motor a diesel , é preciso levar em conta todos os fatores: atrito, resistência do óleo e resistência à compressão do cilindro. Ignorar qualquer um deles comprometerá a confiabilidade dos resultados.
Temperatura, tensão e corrente
O torque do motor de arranque elétrico está diretamente ligado à corrente. Se a tensão diminuir, haverá aumento da resistência nos cabos. O torque fica limitado. Simples assim.
O torque produzido por um motor elétrico é proporcional à corrente elétrica.
O frio atinge você duas vezes. As baixas temperaturas tornam o óleo mais viscoso, o que aumenta o torque necessário. Ao mesmo tempo, o frio retarda a reação química da bateria, reduzindo a corrente disponível. Duplo golpe.
Terminais corroídos? Queda de tensão na fiação? O motor de arranque não recebe energia suficiente. O torque de saída diminui. A velocidade de partida diminui. Ambos sofrem perdas perceptíveis.
Como o torque do motor de arranque varia durante a partida?
É necessário torque de arranque na partida.
Logo no início da partida, o motor de arranque precisa de um torque inicial elevado. É necessário vencer a resistência estática. O virabrequim precisa começar a girar.
Neste instante, a velocidade do motor está próxima de zero. A força contraeletromotriz (CEMF) é baixa. A corrente de armadura aumenta repentinamente.
Entretanto, o motor pode apresentar alta resistência mecânica inicial. Isso impõe uma grande carga instantânea ao sistema de partida.
E quando o virabrequim começa a girar? A demanda de torque não permanece constante. Ela flutua. A posição do pistão muda. Ocorrem os ciclos de compressão. As condições de lubrificação se alteram. A rotação do motor varia.
Ponto-chave: o atrito estático, somado aos picos de compressão, significa que o motor de arranque deve fornecer um torque máximo elevado durante as primeiras rotações.
O torque varia conforme a rotação do motor aumenta.
À medida que a velocidade de partida aumenta, a resistência do motor torna-se cíclica. O torque do motor de arranque diminui naturalmente com o aumento da rotação.
A resistência ao arranque do motor não é constante. Ela atinge um pico cada vez que um pistão é comprimido.
Em um motor de partida CC convencional, o torque atinge seu máximo na velocidade zero. À medida que a rotação aumenta, a força contraeletromotriz (CEM) cresce. A corrente diminui. O torque de saída também diminui.
O motor de arranque precisa manter torque suficiente para superar os picos de compressão, até que o motor atinja a velocidade de partida desejada e a injeção de combustível ocorra. Esse é o intervalo de tempo em que ele precisa funcionar.
Curvas de torque de acionamento direto versus redução por engrenagem
Os motores de arranque de acionamento direto e os motores de arranque com redução de engrenagem comportam-se de maneira diferente em toda a faixa de rotações. Suas curvas de torque contam essa história.
As unidades de acionamento direto dependem de uma grande armadura que aciona diretamente o motor. O torque diminui suavemente com o aumento da velocidade. Curva previsível.
Os motores de partida com redução de engrenagem permitem que o motor interno funcione em velocidades mais altas. A redução de engrenagem proporciona um torque de partida maior no pinhão. Essa é a vantagem.
Graças a essa vantagem de engrenagem, os motores de partida com redução de engrenagem podem permanecer compactos, ao mesmo tempo que fornecem uma forte força rotacional nas velocidades de partida do motor.
Como saber se um motor de arranque tem torque suficiente?
Não escolha um motor de arranque apenas pela potência em kW.
Não dimensione um motor de arranque apenas pelo torque. Nem apenas pela potência (em kW). O motor de arranque correto deve atender aos requisitos de torque de partida e velocidade mínima de partida, considerando as condições de partida especificadas.
Eis por que kW pode te enganar.
Potência é igual ao torque multiplicado pela velocidade angular. Um motor de arranque de alta potência (kW) pode atingir esse valor girando rapidamente com baixo torque. Parece impressionante no papel. Mas esse tipo de motor de arranque não ajudará um motor diesel de alta compressão em clima congelante. Você precisa de força em baixa rotação, não de se gabar de alta velocidade.
Os engenheiros precisam verificar o torque em baixa velocidade. Certifique-se de que o motor de partida forneça torque efetivo suficiente nas velocidades necessárias para vencer as cargas de compressão.
Analise a fonte de energia, não apenas o torque do motor.
Há algo que as pessoas ignoram. Se a fonte de energia for instável, o torque nominal não importa. O motor de arranque não conseguirá fornecê-lo. Seja a fonte elétrica, mecânica ou pneumática, a mesma regra se aplica.
Diferentes sistemas de partida utilizam diferentes fontes de energia. Cada um lida com condições adversas de maneira diferente:
Sistemas de partida elétrica:
Funciona com pilhas. Conveniente para o uso diário. Mas as pilhas se degradam. Podem ocorrer quedas de tensão. O frio extremo reduz o desempenho.
Sistemas de partida mecânica por mola:
Armazena energia mecânica em uma mola. A partida não depende de baterias. Perfeito para situações de emergência ou locais sem energia elétrica confiável.
Sistemas de partida a ar:
Funciona com ar comprimido de alta pressão. Oferece alto torque de partida. Ideal para grandes aplicações industriais de serviço pesado.
Verifique sempre toda a cadeia energética. Certifique-se de ter energia suficiente quando as condições ficarem difíceis.
Verifique o torque e a velocidade de partida necessários.
Quer verificar a compatibilidade? Compare a curva de torque-velocidade do motor de arranque com os requisitos do motor. Torque de partida necessário. Velocidade mínima de partida. Ambos são importantes.
Os fabricantes de motores divulgam esses números. Principalmente para motores a diesel. A ignição por compressão depende disso.
Não confie em fórmulas simplificadas. "Cilindrada multiplicada por um fator fixo" não fornecerá resultados precisos. Sem dados detalhados do fabricante do motor, a cilindrada por si só lhe dirá muito pouco.
Qual a melhor abordagem? Verifique as curvas de desempenho publicadas do motor de arranque. Confirme se ele fornece torque suficiente na rotação de partida desejada para o seu motor.
Verifique a compatibilidade da engrenagem da coroa e da montagem.
Os valores de torque podem parecer perfeitos no papel. Mas se os dentes do pinhão não coincidirem com os da coroa, não funcionará. Se a profundidade do flange estiver incorreta, não funcionará. Se a interface de montagem não estiver alinhada, não funcionará.
A compatibilidade física é tão importante quanto o torque produzido.
O pinhão do motor de arranque deve ser compatível com a engrenagem da coroa do volante. O módulo ou passo deve estar correto. O flange de montagem deve manter o pinhão alinhado sob carga rotacional.
Se isso estiver errado, surgirão problemas. O engate incorreto das engrenagens pode danificar a cremalheira. O desalinhamento pode sobrecarregar a carcaça do motor de arranque. O torque de partida se torna um torque destrutivo.
O que acontece quando o torque do motor de arranque não é suficiente?
Arranque lento
Um torque de arranque insuficiente significa que o motor não atingirá a velocidade de arranque especificada. Isso resulta em dificuldade para dar partida ou até mesmo na impossibilidade de ligar o motor.
Quando o motor de arranque não tem força rotacional suficiente, a cambota gira muito lentamente.
Para motores a diesel, isso cria um problema agravado. Uma rotação de partida mais baixa reduz a temperatura de compressão. Os cilindros não conseguem atingir as condições necessárias para uma ignição confiável. Sem ignição, não há partida.
Problemas de bateria e voltagem
Eis o que acontece quando um motor de arranque elétrico enfrenta alta resistência. Ele consome muita corrente por períodos mais longos. A voltagem cai. A bateria descarrega mais rápido.
Sob carga mecânica pesada, o motor de arranque elétrico chega perto de parar. O consumo de corrente aumenta drasticamente.
Essa corrente excessiva gera calor nos cabos. A tensão do sistema cai. As reservas da bateria se esgotam rapidamente após repetidas tentativas de partida. Torna-se um ciclo vicioso.
Superaquecimento do motor de arranque
Os motores de arranque são projetados para partidas de curta duração. Partidas prolongadas geram calor. As bobinas internas superaquecem. Danos são a consequência.
Os motores de arranque não são projetados para funcionamento contínuo.
Torque insuficiente força o motor a girar por muito tempo. O calor se acumula na armadura e nas escovas. Calor excessivo danifica o isolamento e reduz a vida útil do motor de partida, às vezes permanentemente.
Siga sempre as especificações do ciclo de trabalho do fabricante do motor de arranque. Eles especificam o tempo máximo de arranque por um bom motivo.
Verifique o sistema antes de substituir o motor de arranque.
Uma partida lenta nem sempre significa que o motor de arranque está subdimensionado ou avariado. O problema pode estar em outra parte do sistema.
Antes de trocar o motor de arranque por um maior, verifique esta lista:
Estado de carga e saúde da bateria: Ela mantém a voltagem adequada sob carga? Teste-a.
Conexões e terminais de cabos: Verifique se há corrosão, conexões soltas ou alta resistência causando quedas de tensão.
Engate do pinhão e da coroa: O engate é suave? Há algum travamento? Desalinhamento?
Viscosidade do óleo do motor: a viscosidade está correta para as temperaturas atuais? O óleo inadequado aumenta a resistência excessiva.
Cargas auxiliares e travamento mecânico: Há alguma bomba ou gerador criando arrasto anormal? Algum componente interno do motor está travando?
Verifique estes itens primeiro. Troque o motor de arranque somente depois de descartar todas as outras possibilidades.
Quando devo considerar um motor de arranque a mola ou a ar?
Quando um acionador mecânico de mola faz sentido
Precisa de partida independente de baterias? Ou da rede elétrica? Um motor de arranque mecânico com mola é uma opção a considerar.
Os motores de arranque por mola armazenam energia manualmente, através de uma manivela. Essa energia é transferida para uma mola interna potente. Quando acionada, a mola se rompe, gerando um movimento rotacional. O torque é transmitido ao volante através do pinhão de acionamento.
Essa abordagem funciona bem como um sistema de backup independente de bateria. Ideal para equipamentos remotos, grupos geradores de emergência e aplicações industriais a diesel onde a partida elétrica não é adequada.
Tomemos como exemplo o arranque por mola da Cqstart . Ele indica o torque máximo do pinhão nas especificações. Os engenheiros podem ajustar esse valor diretamente aos requisitos de partida do motor. Sem necessidade de adivinhação.
Quando um motor de arranque a ar faz sentido
Tem ar comprimido disponível no local? Precisa de alto torque de partida? Um motor de arranque pneumático é ideal para essa situação.
Os motores de arranque pneumáticos funcionam com ar comprimido de alta pressão. O ar aciona o mecanismo. Fornecem um forte torque de arranque para grandes motores diesel de serviço pesado.
As aplicações comuns incluem equipamentos de mineração, sistemas de propulsão marítima, instalações de petróleo e gás e locais onde o ar comprimido já faz parte da infraestrutura.
Partida elétrica vs. partida por mola vs. partida a ar
Cada tecnologia inicial possui diferentes pontos fortes. A fonte de energia importa. O ambiente operacional importa. Veja como elas se comparam.
| Iniciando sistema | Fonte de energia | Principal vantagem |
| Acionador de partida elétrico | Bateria Química | Solução padrão para condições normais. A automação é prática. |
| Iniciador de primavera | Energia Mecânica Armazenada | Não depende de bateria. Extremamente confiável para geradores de emergência. Funciona em situações sem energia de reserva. |
| Arrancador de ar | Ar comprimido | Ideal para motores a diesel de grande porte. Utiliza sistemas de ar comprimido existentes. Oferece um torque de partida robusto. |
A escolha do motor de arranque correto depende de três fatores: resistência à partida do motor, temperatura ambiente de funcionamento e confiabilidade da fonte de alimentação.
Avalie os três. Depois, selecione. É assim que você garante que seu sistema de partida forneça exatamente o torque necessário. Partidas consistentes e confiáveis são a consequência.
Conclusão
Então, qual é o torque de um motor de arranque? Não existe um único número que responda a essa pergunta. A potência varia de algumas dezenas de Newton-metros em aplicações pequenas a várias centenas em sistemas industriais de alta potência.
O torque de partida depende de vários fatores que atuam em conjunto. O projeto interno do motor é importante. As relações de redução das engrenagens são importantes. A condição da bateria é importante. A resistência mecânica do motor é importante.
Quer saber se um motor de arranque tem força suficiente? Observe sua curva de torque-velocidade. Em faixas específicas de RPM. Não se baseie apenas na potência em quilowatts.
Para equipamentos a diesel críticos, a partida elétrica nem sempre é a solução. Às vezes, é necessário um sistema de proteção de reserva. Os motores de partida mecânicos com mola oferecem essa alternativa independente da bateria. Eles fornecem torque de partida confiável exatamente quando você precisa.