A forma da secção transversal de um segmento de êmbolo determina o seu comportamento de vedação, raspagem de óleo e dissipação de calor. Este artigo explica os segmentos retangulares (Rectangular), de face cónica (Taper-faced), de face abaulada (Barrel-faced), torcidos (Twisted) e trapezoidais (Keystone), e onde cada um é utilizado.
O desenho da secção transversal de um segmento de êmbolo desempenha um papel fundamental no desempenho e na eficiência do motor. Para além das suas diferenças funcionais, cada forma de segmento tem também um aspeto próprio. Em seguida, examinamos, uma a uma, as características e o princípio de funcionamento de cada forma.
A sua secção transversal é retangular. As vantagens são uma forma simples e uma maquinagem fácil, sem curvas ou contornos especiais, pelo que tem uma maior área de contacto com a parede do cilindro, o que ajuda o êmbolo a dissipar o calor. No entanto, a sua rodagem é algo mais fraca e a sua ação mais forte de bombeamento de óleo aumenta o consumo de óleo e os depósitos de carbono na cabeça do êmbolo e na câmara de combustão, pelo que este tipo é agora menos utilizado.
A sua face exterior é um cone com um ângulo muito reduzido (normalmente 30′–60′). Ao contrário do contacto plano do segmento retangular, o segmento de face cónica faz contacto linear com a parede do cilindro, proporcionando uma boa rodagem e aumentando a pressão de contacto e a capacidade de se conformar à forma da parede do cilindro; mas, à medida que a rodagem avança, a face de contacto alarga gradualmente até se tornar um segmento retangular vulgar. O segmento de face cónica raspa o óleo no curso descendente e espalha o óleo no curso ascendente. Como a sua área de contacto com a parede do cilindro é menor e a transferência de calor mais fraca, normalmente não é utilizado como primeiro segmento.
Apresenta a curvatura de um cilindro, com a face do segmento a fazer contacto em arco com a parede do cilindro, evitando eficazmente a carga nas arestas e oferecendo uma boa adaptabilidade à inclinação do êmbolo, boa vedação e boa rodagem. Quer se desloque para cima ou para baixo no cilindro, forma uma película de óleo em forma de cunha, reduzindo o desgaste entre o segmento e a parede do cilindro. A sua principal desvantagem é que a superfície de arco convexo é mais difícil de maquinar; é frequentemente utilizado como primeiro segmento.
O seu nome resulta do facto de, uma vez montado no cilindro, a secção transversal assimétrica criar uma força desequilibrada que torce e deforma o segmento. O segmento torcido mantém as vantagens do segmento cónico, espalhando o óleo no curso ascendente e raspando-o no curso descendente. Como o seu curso de subida e descida dentro da ranhura é encurtado, reduz o bombeamento de óleo, atenua os impactos e diminui o desgaste; no curso de trabalho o segmento deixa de torcer, pelo que as duas faces de vedação fazem pleno contacto, favorecendo a dissipação do calor. Ao montar, preste especial atenção à forma da secção transversal e à orientação de projeto — montá-lo ao contrário aumentará acentuadamente o consumo de óleo do motor. A sua excelente capacidade de raspagem de óleo faz com que o segmento torcido seja frequentemente utilizado como segundo segmento de um conjunto.
Efetuar um corte em ângulo reto ou em bisel no lado interior, acima ou abaixo da secção transversal do segmento, designa-se em conjunto por corte interior (inner cut); um corte interior superior aumenta principalmente a estanquidade ao gás, enquanto um corte interior inferior raspa o óleo. Um Scraper faz um entalhe em ângulo reto na aresta inferior exterior; o semelhante segmento Napier faz um entalhe em ângulo agudo na aresta inferior exterior.
A sua secção transversal é trapezoidal e a sua principal característica é uma boa resistência à colagem, frequente em motores diesel muito carregados. O primeiro segmento de um motor diesel cola-se com facilidade devido à formação de goma e perde a sua função na ranhura; o segmento trapezoidal muda constantemente de posição à medida que a carga lateral sobre o êmbolo varia de direção, expulsando o carbono da ranhura, evitando que o segmento cole e parta, e prolongando a sua vida útil. Existe também um segmento semitrapezoidal (Half keystone), que apresenta as características de um segmento com corte interior superior. Os segmentos trapezoidais são difíceis de maquinar, exigem execução de precisão e têm um rendimento de produção menor, pelo que ficam mais caros; são geralmente utilizados como primeiro segmento em motores diesel.
Uma overlapped joint (junta sobreposta) faz um ângulo reto na metade superior de um lado e na metade inferior do outro, na abertura do segmento. Uma hook joint (junta em gancho) baseia-se na junta sobreposta com um corte mais complexo, de modo a que as duas extremidades encaixem uma na outra; ambas são utilizadas mais frequentemente em compressores ou equipamento agrícola. Uma internal notch (entalhe interno) faz um ângulo semelhante a um trapézio a partir do interior, na abertura, e é utilizada mais frequentemente em motas de água; uma side notch (entalhe lateral) faz um semicírculo a partir do lado, na abertura.
O desenho da forma de um segmento de êmbolo reflete não só a sua função, mas também a sua execução técnica. Ao estudar de perto as diferentes formas, podemos compreender melhor as considerações subjacentes a cada projeto e fazer a escolha certa para cada situação.
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