Introducción
Este artículo trata sobre los gases "Blow-by", los problemas que provoca y el uso de sistemas de ventilación del cárter para manejarlos. Explicamos los diferentes tipos de sistemas de ventilación del cárter que existen en el mercado y las ventajas de cada uno de ellos. Los motores aquí tratados se clasifican como motores de combustión interna alternativos (RICE) e incluyen configuraciones de encendido por chispa (motor SI) o por compresión (motor CI). Los motores estacionarios se utilizan para la generación de energía (por ejemplo, los de reserva, de reducción de picos, de potencia principal) y para el accionamiento mecánico. (por ejemplo, compresores y bombas de gas). Los motores también se utilizan en la propulsión marina, la energía a bordo y las instalaciones de locomotoras.
¿Qué son los gases "Blow-by"?
Los gases "Blow-by" se produce cuando la mezcla de aire y combustible y los gases de combustión se filtra a través de los anillos del pistón del motor. La mezcla de aire-combustible a presión y los gases de combustión se filtran al cárter del motor a través de pequeños huecos entre los anillos y las paredes del cilindro. La mezcla resultante de neblina de aceite lubricante y gases de combustión son llamados gases "Blow-by".
¿Cómo se crean los gases "Blow-by"?
La mayoría de los motores de combustión interna utilizan pistones, válvulas y ejes para convertir la energía de las explosiones controladas en potencia mecánica. Los pistones son el alma y corazón del motor. Mueven los gases a través del motor y aprovechan la energía creada durante la carrera de combustión/potencia. Dentro del motor, los pistones están conectados a un cigüeñal giratorio y se mueven en dirección lineal dentro de un cilindro hueco fijo. El cigüeñal toma el movimiento lineal de los pistones y lo convierte en un movimiento de rotación que puede utilizarse para accionar motores eléctricos en grupos de generadores, compresores y otros equipos de rotación. La zona del motor en la que reside el cigüeñal se denomina cárter.
Cuando un pistón completa su movimiento desde el fondo del cilindro hasta la parte superior o desde la parte superior del cilindro hasta el fondo, el movimiento se denomina carrera. Cuando se habla de un motor de dos o cuatro tiempos, se indica el número de carreras necesarias para completar un ciclo de combustión. En este artículo nos centraremos en el tipo de cuatro tiempos y en los cuatro tiempos que se producen en este orden: Admisión, Compresión, Potencia y Escape. Los gases "Blow-by" del cárter se generan durante las carreras de compresión y de potencia.
Por lo general, los motores nuevos tendrán niveles más bajos gases "Blow-by" en comparación con los motores más antiguos desgastados. A medida que un motor funciona, los componentes internos de la cámara de combustión comienzan a desgastarse, lo que hace que aumenten los espacios entre las paredes del cilindro y los segmentos del pistón. Este desgaste permite que se produzcan más gases "Blow-by" a través de los segmentos del pistón hacia el cárter del motor. Una buena regla general es esperar el doble de gases "Blow-by" en un motor "desgastado" que en un motor "nuevo".
¿Cómo perjudica el exceso de los gases "Blow-by"?
Los gases "Blow-by" deben ser ventilados desde el cárter para evitar varios problemas. Los problemas más comunes son:
● Presión excesiva en el cárter - Una presión elevada en el cárter del motor puede provocar fugas de aceite a través de las juntas del motor, lo que contribuye a la pérdida de aceite.
● Aumento del consumo de aceite - Cuando los gases "Blow-by" contienen altos niveles de neblinas de aceite que se ventila a la atmósfera y no se recupera, la eficacia del sistema de lubricación del motor puede disminuir debido al consumo excesivo de aceite.
● Disminución del rendimiento del motor - Cuando los gases "Blow-by" se retornan a través de la admisión del motor (cárter cerrado). El aceite y otros contaminantes pueden recubrir el interior de los componentes de un motor, como los turbocompresores y los post-refrigeradores, lo que puede disminuir significativamente la eficiencia y el rendimiento.
¿Qué es la ventilación del cárter?
La ventilación del cárter es el proceso de ventilar o eliminar los gases "Blow-by" del cárter de un motor para evitar una acumulación excesiva de presión dentro del motor. Los gases "Blow-by" se mezclan con niebla de aceite y otros contaminantes que pueden dañar los componentes internos del motor y contaminar el medio ambiente. Se necesita un filtro de ventilación del cárter de alta eficiencia para limpiar los gases ventilados antes de volver a la admisión del motor o descargarlos al medio ambiente.
¿Cuáles son los tipos de sistemas de ventilación del cárter?
Dependiendo de la instalación y de los requisitos en materia de emisiones, los gases "Blow-by" se ventilan mediante dos tipos de sistemas: Ventilación de cárter abierto (OCV) y ventilación de cárter cerrado (CCV).
Los sistemas OCV se aplican cuando los gases "Blow-by" del cárter salen a la atmósfera. Un sistema OCV puede ser un simple respirador de malla metálica de baja eficiencia y baja contrapresión, o incluir un elemento coalescente de alta eficiencia diseñado para capturar grandes cantidades de neblina de aceite. Los sistemas OCV más eficaces integran un filtro coalescente de alta eficiencia con una fuente de vacío y un mecanismo de regulación de la presión del cárter. Una de las ventajas de utilizar sistemas de ventilación del cárter abiertos es que se minimiza la posibilidad de que se acumulen contaminantes y aceite dentro del turbo y los post-enfriadores. Esto es especialmente importante en el gas de rellenos sanitarios, el biogás, el sintegás y otras instalaciones en las que la calidad del gas puede ser un problema (Solberg SME y ACVB).
Los sistemas CCV se aplican cuando los gases "Blow-by" del cárter se devuelven a la admisión del motor. En la mayoría de los casos, se dirigirá aguas arriba del turbo (rueda del compresor) y aguas abajo del filtro de aire del motor. Algunos se dirigirán al escape del motor. Dado que la normativa medioambiental es cada vez más estricta, está aumentando el uso de sistemas de ventilación de cárter cerrado (CCV). La ventilación de los gases "Blow-by" a través de la ruta de admisión del motor permite a los operadores controlar las emisiones totales a través del escape del motor y eliminar una fuente de emisiones. Los sistemas de ventilación de cárter cerrado son adecuados para muchos tipos de instalaciones, especialmente cuando la CCV cuenta con tecnología de regulación de presión integrada (Solberg ACV).
Ambos tipos de sistemas pueden gestionar eficazmente la presión del cárter y cumplir la normativa medioambiental. Consulte la tabla 1.1 para más detalles.
¿Cuáles son las ventajas de un sistema de ventilación del cárter?
Un sistema de ventilación del cárter bien diseñado y dimensionado ayuda significativamente a mantener la fiabilidad de un motor y reduce los costes de mantenimiento a lo largo del tiempo. Reducirá el consumo de aceite del motor y mejorará su eficiencia y rendimiento. Lo hace regulando la presión del cárter dentro de un rango especificado y capturando el aceite arrastrado en los gases "Blow-by".
Regulación de la presión del cárter
La presión del cárter puede manejarse utilizando la admisión del motor como fuente de vacío (CCV) o una fuente de vacío externa como un soplador regenerativo (OCV). En cualquiera de los dos casos, el nivel de vacío debe ser regulado para asegurar que la presión del cárter se mantiene dentro de un rango especificado. Esto se consigue normalmente mediante válvulas manuales, válvulas automáticas o variadores de velocidad. Para los sistemas CCV, el avance consiste en utilizar válvulas automáticas de regulación de vacío como las que se encuentran en las líneas de productos de las series ACV y ACVB de Solberg. En el caso de los sistemas OCV, el control manual de las válvulas es lo más habitual, aunque otras tecnologías, como los sistemas de recirculación (SME-R) y el control mecánico automático (Solberg ACVB), están ganando adeptos en una amplia gama de aplicaciones con motores. Las especificaciones para la aspiración o la presión del cárter del motor suelen estar dentro del rango (-3) a (+2) "WC., (-7.5) a (+5) mbar o (-0.75) a (0.5) kpa. Las especificaciones del OEM del motor varían según la marca y el modelo del motor y es mejor consultar el Manual de Operaciones del OEM para el rango de presión de funcionamiento del cárter ideal para un motor específico.
Reducción del consumo de aceite
El filtro del cárter limpia los gases "Blow-by" para asegurarse de que están libres de contaminantes antes de descargarlos al medio ambiente o de volver a la admisión del motor. La nieblina de aceite es la principal preocupación cuando se ventilan los gases "Blow-by". La función del filtro es capturar y coalescer la neblina de aceite arrastrada dentro de los gases "Blow-by" y devolverla al motor o a un cárter de aceite residual. Al devolver el aceite al cárter del motor, se puede reducir considerablemente el consumo de aceite debido a la ventilación del cárter.
Mejora de la eficiencia del motor
Tanto los sistemas de ventilación de cárter cerrados (CCV) como los de ventilación de cárter abiertos (OCV) eliminan los contaminantes de las emisiones del cárter. La eficiencia del filtro es especialmente crítica para cualquier aplicación del sistema CCV. Los filtros coalescentes de alta eficiencia son muy eficaces para reducir la acumulación en turbos, post-enfriadores y otros componentes internos. Algunas partículas y neblinas de aceite atraviesan por los filtros. Con el tiempo, se acumularán contaminantes que podrían afectar a las superficies del turbocompresor y reducir su eficacia de funcionamiento. Por lo tanto, lo mejor es seleccionar los filtros de mayor eficiencia posible cuando se dirigen los gases "Blow-by" a través de la admisión de un motor.
(La filtración de alta eficacia suele oscilar entre el 99% y el 99,97% de eficacia a 0,3um)
Proteger el medio ambiente circundante
Los sistemas de ventilación del cárter con filtros de alta eficiencia evitan que la neblina de aceite, el humo, los olores y otras partículas entren al ambiente circundante. Cuando los sistemas de ventilación del cárter abiertos (OCV) ventilan los residuos de los gases "Blow-by" sin tratar a la atmósfera, la neblina de aceite se acumula en los edificios y en los equipos circundantes, incluido el motor. A medida que el aceite se acumula en las superficies, se convierte en un peligro de deslizamiento y potencialmente en un peligro de incendio. La acumulación de neblinas de aceite en espacios mal ventilados puede causar problemas respiratorios e irritación ocular al personal de la planta. Además, las fugas en las juntas del motor causadas por un exceso de presión en el cárter pueden crear riesgos de deslizamiento para los operarios de la planta.
Cumplir la normativa medioambiental
Los organismos nacionales o regionales (EPA, IMO, etc.) pueden exigir que se reduzcan o eliminen las emisiones de los gases "Blow-by". Los requisitos específicos suelen depender del tipo de combustible, de la instalación estacionaria o marina y del servicio (continuo o de reserva). Aunque su motor no esté regulado por una normativa específica, lo mejor es promover la responsabilidad medioambiental y la seguridad capturando las emisiones de los gases "Blow-by".
Un sistema completo. Más allá de un simple "filtro de cárter"
Los requisitos de ventilación del cárter son únicos para cada modelo de motor y lugar de instalación. Los motores son cada año más eficientes y más complejos. Como resultado, los productos de "dimensionamiento único" pueden no ser la mejor solución para controlar las emisiones y promover un rendimiento óptimo del motor. En el caso de los motores modernos, altamente eficientes y de bajas emisiones, la mayoría requerirá una filtración de alta eficiencia, contribuyendo al mismo tiempo con una mínima contrapresión al cárter del motor. Es necesario contar con un sistema de ventilación del cárter abierto o cerrado adecuado para alcanzar los objetivos de emisiones y los requisitos específicos del lugar. Un sistema de cárter completo puede incluir una configuración específica de tuberías, ubicación de montaje, tipo y ubicación de la línea de drenado, consolas de aceite residual, ubicación del escape, así como chaquetas de aislamiento para los filtros y las tuberías.
Conclusión
La instalación del sistema ideal para un motor, una planta o una embarcación marina específica ayudará a promover el rendimiento del motor, la seguridad y el cumplimiento de las normas medioambientales, mientras mejora la fiabilidad y reduce el costo global de del lugar. Si tiene alguna pregunta sobre los sistemas de ventilación del cárter, póngase en contacto con Solberg Manufacturing.
Tabla 1.1
