Válvula de palheta - Reed valve
As válvulas Reed são um tipo de válvula de retenção que restringe o fluxo de fluidos em uma única direção, abrindo e fechando sob pressão variável em cada face. As versões modernas geralmente consistem em metal flexível ou materiais compostos ( fibra de vidro ou fibra de carbono ).
Formulários
Tradicional
Válvulas Reed, normalmente uma aba de couro cobrindo um orifício, estão entre as primeiras formas de controle automático de fluxo para líquidos e gases . Eles têm sido usados há milhares de anos em bombas d'água e por centenas de anos em foles para forjas de alta temperatura e instrumentos musicais , como órgãos de igreja e acordeões . Na natureza, as válvulas cardíacas operam de maneira um tanto semelhante.
Bombas
As válvulas Reed são usadas em alguns projetos de compressores alternativos e no elemento de bombeamento de alguns instrumentos musicais, grandes e pequenos.
Motores de dois tempos
As válvulas Reed são comumente usadas em versões de alto desempenho do motor de dois tempos , onde controlam a mistura ar-combustível admitida no cilindro. Conforme o pistão sobe no cilindro, um vácuo é criado no cárter abaixo do pistão. O diferencial de pressão resultante abre a válvula e a mistura ar-combustível flui para o cárter. Conforme o pistão desce, ele aumenta a pressão do cárter, fazendo com que a válvula feche para reter a mistura e pressurizá-la para sua eventual transferência para a câmara de combustão . A empresa sueca de motocicletas Husqvarna produziu um motor monocilíndrico de 500 cc, dois tempos e uma admissão controlada por válvula de palheta, uma das maiores no uso deste arranjo. Válvulas Reed em motores de dois tempos foram colocadas nas portas de admissão e também no controle da admissão para o espaço do virabrequim.
Os materiais compostos são preferidos em motores de corrida, especialmente em corridas de kart , porque a rigidez das pétalas pode ser facilmente ajustada e elas são relativamente seguras em caso de falha. O impacto de alta velocidade afeta todas as válvulas reed, com válvulas de metal sofrendo de fadiga . A inércia física das válvulas reed significa que elas não são tão precisas em ação quanto as válvulas rotativas , um motor de válvula rotativa pode funcionar melhor do que um motor de válvula reed em uma pequena faixa de rpm, mas o motor de válvula reed geralmente funciona melhor em uma faixa mais ampla de rpm . Projetos mais sofisticados lidam parcialmente com isso criando palhetas de vários estágios com palhetas menores e mais responsivas dentro de palhetas maiores que fornecem mais volume no final do ciclo. No entanto, a tecnologia atual favorece as válvulas reed quase que excluindo as válvulas rotativas devido à sua simplicidade e baixos custos de implementação e menor massa rotacional.
Motores de combustão rotativos Wankel
A Yanmar Diesel , fabricante de motores japonesa, foi pioneira na introdução de válvulas reed para controle de vazão nas portas de admissão de seus pequenos motores Wankel, apresentando melhora no torque e desempenho em baixas rotações e sob carga parcial do motor. A Toyota descobriu os benefícios de injetar ar fresco na porta de exaustão Wankel RCE e também usou uma válvula de palheta em protótipos onde testou o conceito SCRE ( Stratified Charge Rotary Engine). No entanto, esse tipo de arranjo de porta de entrada nunca atingiu a linha de produção de RCEs de tamanho de automóvel. De acordo com David W. Garside, que desenvolveu a linha Norton de motocicletas Wankel, dados de outros produtores RCE apontaram que as válvulas reed melhoram o desempenho em baixa rotação e sob carga parcial, mas reduzem a potência de saída do motor em alta velocidade. característica considerada inconveniente para motores de motocicletas.
Jatos de pulso
As válvulas Reed são usadas no motor a jato barato, mas ineficiente , como o usado pelo motor Argus As 014 no V-1 alemão (bomba voadora) . As válvulas na frente do motor cilíndrico são abertas pela baixa pressão na câmara de combustão causada pela ressonância da coluna de ar no motor, o combustível é esguichado na câmara de combustão e inflamado pelos gases de combustão quentes do ciclo anterior. Uma vez que a carga tenha se expandido e praticamente deixado o motor, a pressão interna cai novamente para valores abaixo dos atmosféricos e a válvula de palheta permite que o ar fresco entre e o ciclo seja repetido. Alguma pressão de ar comprimido devido ao movimento para a frente ajuda a limpar e encher a câmara de combustão com a nova carga de ar fresco, melhorando assim a potência do motor em velocidades mais altas.
Design e modelagem
As válvulas Reed são projetadas considerando o gradiente de pressão e o fluxo de massa . O gradiente de pressão é usado para avaliar a elevação da válvula durante a condição aberta; o levantamento e a geometria geral do componente (considerando também um coeficiente de perda de pressão) são então usados para calcular o fluxo de massa. Para aplicações de alta velocidade (compressores e motores), a resposta dinâmica deve ser considerada. Uma abordagem simples consiste na avaliação do primeiro autovalor que é comparado com a frequência de excitação. O projeto de válvulas reed pode ser refinado por meio de simulações. A dinâmica das pétalas pode ser estudada negligenciando o acoplamento entre fluido e estrutura: neste caso, a evolução da parte estrutural é simulada usando modelos de parâmetros concentrados ou modelos FEM, coeficientes de descarga em várias elevações de válvula são avaliados com experimentos ou simulações CFD. O estudo do sistema completo precisa de um modelo de interação fluido-estrutura integrado .
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Irving, PE (1967). Unidades de força de dois tempos . Londres: George Newnes.