Como funcionam e qual é a maneira correta de diagnosticá-los?

A embreagem do ventilador ou embreagem viscosa, como às vezes é chamada, é tipicamente um dos componentes menos compreendidos no sistema de arrefecimento de um motor e, consequentemente, também é uma das peças mais comumente mal diagnosticadas no veículo como um todo. No entanto, com a compreensão correta de seu funcionamento e com o equipamento correto, não é tão difícil. Neste artigo, portanto, tentaremos desmistificar o assunto e, com sorte, ajudá-lo a entender se a peça está realmente com defeito ou não.

Então, em primeiro lugar, qual é o escopo total das funções que esta peça precisa desempenhar e como ela realmente funciona? O objetivo da embreagem do ventilador é controlar o ventilador do motor, não apenas para permitir que ele forneça ar de resfriamento aos trocadores de calor na frente do veículo, mas para fazê-lo somente quando necessário e fornecer apenas a quantidade necessária de ar quando o fizer. Os dois últimos pontos são importantes de observar, pois muitas vezes são ignorados ou não são entendidos como parte da função primária da embreagem do ventilador. A razão pela qual isso é importante é que o ventilador do motor consumirá energia do motor em relação direta à velocidade em que está girando e, se a carga de resfriamento nos vários sistemas coletivamente for baixa, apenas uma pequena quantidade de ar é necessária. A velocidade do ventilador, portanto, deve ser correspondentemente baixa, para não aspirar ar em excesso, roubando desnecessariamente a energia do motor e, consequentemente, desperdiçando combustível e dinheiro. O ponto, então, é que a embreagem do ventilador não está apenas lá para acionar o ventilador do motor, mas para fazê-lo de forma eficiente.

Então, como ela realmente faz isso?
Em poucas palavras, a embreagem viscosa do ventilador é composta por duas metades acopladas uma à outra e capazes de girar semi-independentemente uma da outra. O lado de entrada é acoplado ao motor, direta ou indiretamente por meio de uma correia e, portanto, gira em relação fixa ao motor. O lado de saída é montado em um rolamento que, por sua vez, é montado no eixo de entrada, de modo a permitir que ele gire a uma velocidade diferente da do lado de entrada. Há uma vedação no eixo de entrada que mantém o conjunto vedado. Os lados de entrada e saída possuem um sistema de ranhuras concêntricas de acoplamento e o espaço selado entre eles é preenchido por uma quantidade de óleo de silicone que varia em relação à quantidade de acionamento necessária da embreagem do ventilador. A quantidade de óleo no espaço ranhurado entre as duas metades é controlada por uma válvula conectada a um elemento térmico localizado na frente da embreagem do ventilador. O óleo é liberado de um reservatório de armazenamento incorporado ao conjunto quando mais óleo é necessário e é bombeado de volta para este reservatório quando menos óleo é necessário no espaço de trabalho. À medida que o elemento térmico aquece em resposta ao ar mais quente resultante de um aumento na carga térmica, a válvula permitirá que mais óleo flua para o espaço ranhurado entre as duas metades. Isso aumenta as forças de cisalhamento viscosas (atrito) entre os lados de entrada e saída e, assim, causa um aumento na velocidade do lado de saída. O ventilador, portanto, aspira mais ar de resfriamento através dos trocadores de calor, o que equilibra a capacidade de resfriamento do ar com a carga térmica do sistema.

Agora que temos um esboço básico de como o sistema funciona, é necessário entender as características do sistema de uma embreagem viscosa do ventilador funcionando corretamente, para que possamos interpretar as características do sistema que estão fora de linha e, assim, diferenciar uma embreagem do ventilador funcional de uma com defeito.

Em um sistema funcionando corretamente, veríamos que, quando um motor é ligado, a embreagem do ventilador estará engatada exatamente na mesma medida em que estava quando o motor foi desligado pela última vez. Isso significa que, mesmo que o motor esteja gelado quando ligado, o ventilador estaria totalmente engatado se o motor estivesse funcionando com carga térmica total quando foi desligado pela última vez. Isso ocorre porque o volume de óleo no espaço ranhurado entre os lados de entrada e saída ainda é o mesmo de quando o motor foi desligado e a embreagem parou de girar. Quando o motor é ligado novamente pela primeira vez (quando está frio), o óleo na câmara de trabalho (o espaço ranhurado entre as metades de entrada e saída) começará a circular de volta para o reservatório de armazenamento, diminuindo assim a força de acionamento transmitida pela embreagem do ventilador de volta ao ponto onde o ventilador está completamente desengatado. Nesse ponto, o ventilador girará com apenas um torque de acionamento muito pequeno resultante das forças de atrito no rolamento. À medida que o motor aquece, o ar que passa pelos trocadores de calor também aquecerá, em resposta ao qual o elemento térmico na frente da embreagem começará a abrir progressivamente a válvula que controla o fluxo de óleo. Isso fará com que o torque de acionamento do sistema aumente progressivamente em equilíbrio com a carga térmica no sistema até o ponto em que estiver totalmente engatado novamente.

Um pequeno desvio do padrão acima será visto quando uma partida a frio for realizada devido ao efeito da viscosidade do óleo, que é maior em baixas temperaturas do que na temperatura de operação. O efeito disso é que, quando o óleo está frio, a quantidade de engate do ventilador será maior para uma determinada quantidade de óleo na câmara de trabalho do que quando o óleo está quente e, portanto, uma certa quantidade de engate do ventilador sempre estará presente em uma partida a frio, mas diminuirá relativamente rapidamente à medida que o óleo aquece (devido ao atrito interno) e a embreagem do ventilador retorna ao nível correto (baixo) de engate em resposta à baixa carga térmica sob essa condição.

Com o acima em mente, agora é possível determinar se uma embreagem do ventilador está com defeito ou não. Essencialmente, existem duas maneiras pelas quais uma embreagem do ventilador pode falhar. A primeira e mais óbvia é se a peça não estiver mais transmitindo o torque de acionamento necessário para permitir o resfriamento adequado. A outra é se a peça ficar 'presa' e não variar mais o torque de acionamento fornecido em resposta às mudanças na carga térmica. O primeiro modo de falha se torna evidente em temperaturas elevadas do sistema de resfriamento e o segundo modo se torna evidente em ruído excessivo do ventilador devido ao fato de que ele não desengata em nenhum momento. Além disso, o segundo modo de falha também deve se tornar evidente no aumento do consumo de combustível.

Isso nos leva à próxima pergunta: 'Como testamos o acima?' A maneira correta de testar uma embreagem viscosa do ventilador é determinar a quantidade de deslizamento permitida pelo sistema nos vários pontos de operação pelos quais o sistema passa durante o aquecimento. O padrão que deve ser evidente é que, em um motor frio, a embreagem estará engatada em um nível alinhado com a temperatura do motor no momento do desligamento e deve desengatar novamente dentro de três a cinco minutos após a partida. Essa configuração deve então ser mantida até que o termostato abra e o líquido de arrefecimento do motor comece a circular. Somente nesse ponto o ar sendo sugado pelos trocadores de calor na frente do ventilador começará a aquecer e somente a partir desse ponto a embreagem do ventilador deve começar a reengatar. No momento em que a temperatura do líquido de arrefecimento que entra no radiador atinge a temperatura de operação total, a embreagem do ventilador deve estar totalmente engatada. Nesse ponto, o deslizamento medido na embreagem do ventilador não deve ser superior a 5%.

A maneira correta de determinar o deslizamento é medir a velocidade do ventilador em relação à velocidade do motor e dividir a primeira pela segunda. Qualquer coisa inferior a 95% se tornaria progressivamente mais e mais problemática, pois um sistema saudável deve ser capaz de manter esse nível de desempenho. Essa medição é melhor feita usando um tacômetro infravermelho com pequenos pedaços de fita refletiva no eixo de entrada da embreagem do ventilador, bem como em um local adequado no cubo do ventilador entre a base de duas pás adjacentes. Ao mesmo tempo, a temperatura do líquido de arrefecimento do motor deve ser medida usando um termômetro infravermelho, de modo a garantir que a temperatura esteja realmente na temperatura de operação ao medir o deslizamento. Deve ser mencionado neste ponto que não é possível (para não mencionar totalmente perigoso) determinar quanto deslizamento está presente tentando segurar a pá do ventilador com as mãos e, em seguida, ligar o motor, simplesmente porque não é possível diferenciar entre 5% de deslizamento e 10% de deslizamento ou mesmo 15% de deslizamento, para esse assunto. Para colocar isso em contexto, um sistema com 10% ou 15% de deslizamento na embreagem do ventilador já pode ter problemas significativos de resfriamento.