Introduzione
Questo articolo parla del blow-by del motore, dei problemi che esso provoca e dell'uso dei sistemi di ventilazione del basamento per gestire il blow-by del motore. Vi spieghiamo i diversi tipi di sistemi di ventilazione presenti sul mercato e i vantaggi di ciascun tipo. I motori qui trattati sono classificati come motori a combustione interna alternativi (RICE) e comprendono configurazioni con accensione a scintilla (SI Engine) o a compressione (CI Engine). I motori stazionari sono utilizzati per la generazione di energia (ad esempio, standby, picchi/ riduzione, energia primaria) e per l'azionamento meccanico. (es. compressori di gas e pompe). I motori sono utilizzati anche nella propulsione marina, nell'alimentazione di bordo e nelle installazioni di locomotive.
Che cos'è il Blow-by?
Il blow-by si crea quando la miscela aria-carburante e i gas di combustione fuoriescono dalle fasce elastiche di un motore. La miscela aria-carburante pressurizzata e i gas di combustione fuoriescono nel basamento del motore attraverso piccoli spazi tra gli anelli e le pareti del cilindro. La miscela risultante di nebbia e gas dell'olio di lubrificazione è chiamata blow-by.
Come si crea il Blow-by?
La maggior parte dei motori a combustione interna utilizza pistoni, valvole e alberi per convertire l'energia proveniente da esplosioni controllate in potenza meccanica. I pistoni sono il cuore e l'anima di un motore. Muovono i gas attraverso il motore e sfruttano l'energia creata durante la corsa di combustione/potenza. Nel motore, i pistoni sono collegati a un albero a gomiti rotante e si muovono in direzione lineare all'interno di un cilindro cavo fisso. L'albero a gomiti assorbe il moto lineare dei pistoni e lo converte in un moto rotatorio che può essere utilizzato per azionare i motori elettrici dei gruppi elettrogeni, dei compressori e di altre apparecchiature rotanti. L'area del motore in cui risiede l'albero a gomiti è chiamata carter o basamento.
Quando un pistone completa il suo movimento dal fondo del cilindro alla parte superiore o dalla parte superiore del cilindro alla parte inferiore, il movimento è chiamato corsa. Quando un motore viene definito a due o quattro tempi, indica il numero di corse necessarie per completare un ciclo di combustione. In questo articolo ci concentreremo sul tipo a quattro tempi e sui quattro tempi che si verificano in questo ordine: Aspirazione, Compressione, Scoppio e Scarico. Il blow-by del carter viene generato durante le fasi di compressione e di scarico.
In genere, i motori nuovi presentano livelli di blow-by inferiori rispetto ai vecchi motori usurati. Durante il funzionamento di un motore, i componenti interni della camera di combustione iniziano a usurarsi, causando l'aumento delle interferenze tra le pareti del cilindro e le fasce elastiche. L'usura consente a una maggiore quantità di blow-by di fuoriuscire dalle fasce elastiche nel basamento del motore. Una buona regola è quella di aspettarsi il doppio del blow-by da un motore "usurato" rispetto a un motore "nuovo".
In che modo un eccesso di blow-by può danneggiare un motore?
Il blow-by del motore deve essere espulso dal basamento per evitare diversi problemi. I problemi più comuni includono:
● Pressione eccessiva nel basamento - L'elevata pressione nel basamento del motore può provocare perdite di olio attraverso le guarnizioni del motore, contribuendo alla perdita di olio totale.
● Aumento del consumo di olio - Quando il blow-by contiene alti livelli di nebbia d'olio che viene espulsa nell'atmosfera e non recuperata, l'efficacia del sistema di lubrificazione del motore può diminuire a causa di un consumo eccessivo di olio.
● Diminuzione delle prestazioni del motore - Quando il blow-by viene reintrodotto attraverso l'aspirazione del motore (basamento chiuso). L'olio e altri contaminanti possono rivestire i componenti interni di un motore, come i turbocompressori e i post-refrigeratori, riducendo significativamente l'efficienza e le prestazioni.
Che cos'è la ventilazione del basamento?
La ventilazione del basamento è il processo di sfiato o rimozione del blow-by dal basamento di un motore per evitare l'accumulo di pressione eccessiva all'interno del motore. I gas di scarico si mescolano alla nebbia d'olio e ad altri contaminanti che possono danneggiare i componenti interni del motore e contaminare l'ambiente. Un filtro di ventilazione del basamento ad alta efficienza è necessario per pulire i gas espulsi prima di tornare all'aspirazione del motore o di scaricarli nell'ambiente.
Quali sono i tipi di sistemi di ventilazione del basamento?
A seconda dei requisiti di installazione e delle emissioni, il blow-by viene sfiatato con due tipi di sistemi: Ventilazione aperta del basamento (OCV) e Ventilazione chiusadel basamento (CCV).
I sistemi OCV vengono applicati quando il blow-by del carter motore viene scaricato nell'atmosfera. Un sistema OCV può essere un semplice sfiato a rete metallica a bassa efficienza e bassa contropressione, oppure includere un elemento di coalescenza ad alta efficienza progettato per catturare grandi quantità di nebbia d'olio. I sistemi OCV più efficaci integrano un filtro a coalescenza ad alta efficienza con una fonte di vuoto e un meccanismo di regolazione della pressione del basamento. Un vantaggio dell'utilizzo di sistemi di ventilazione a carter aperto è che la possibilità di accumulo di contaminanti e olio all'interno del turbo e dei post-refrigeratori è ridotta al minimo. Ciò è particolarmente importante per il gas di discarica, il biogas, il syngas e altri siti di installazione in cui la qualità del gas può essere un problema (Solberg SME e ACVB).
I sistemi CCV si applicano quando il blow-by del basamento viene convogliato verso l'aspirazione del motore. Nella maggior parte dei casi, verrà instradato a monte del turbo (ruota del compressore) e a valle del filtro dell'aria del motore. Alcuni saranno convogliati nello scarico del motore. Con l'inasprirsi delle normative ambientali, aumenta l'uso dei sistemi di ventilazione a carter chiuso (CCV). Lo sfiato del blow-by attraverso il percorso di aspirazione del motore consente agli operatori di monitorare le emissioni totali attraverso lo scarico del motore e di eliminare una fonte di emissioni. I sistemi di ventilazione a carter chiuso sono adatti a molti tipi di installazione, in particolare quando il CCV è dotato di tecnologia di regolazione della pressione integrata (Solberg ACV).
Entrambi i tipi di sistema sono in grado di gestire efficacemente la pressione del carter e di rispettare le normative ambientali. Per ulteriori dettagli, consultare il grafico 1.1.
Quali sono i vantaggi di un sistema di ventilazione del basamento?
Un sistema di ventilazione del basamento ben progettato e correttamente dimensionato contribuisce in modo significativo a mantenere l'affidabilità di un motore e a ridurre i costi di manutenzione nel tempo. Riduce il consumo di olio del motore e ne migliora l'efficienza e le prestazioni. A tal fine, regola la pressione del carter entro un intervallo specificato e cattura l'olio intrappolato nei gas di scarico.
Regolazione della pressione del basamento
La pressione del carter può essere gestita utilizzando l'aspirazione del motore come fonte di vuoto (CCV) o una fonte di vuoto esterna come un soffiatore rigenerativo (OCV). In entrambi gli scenari, il livello di vuoto deve essere regolato per garantire che la pressione del basamento sia mantenuta entro un intervallo specifico. In genere, ciò avviene tramite valvole manuali, valvole automatiche o azionamenti a velocità variabile. Per i sistemi CCV, il progresso consiste nell'utilizzare valvole di regolazione del vuoto automatiche, come quelle presenti nelle linee di prodotti Solberg ACV e ACVB. Per i sistemi OCV, il controllo manuale delle valvole è il più comune, ma altre tecnologie come i sistemi di ricircolo (SME-R) e il controllo meccanico automatico (Solberg ACVB) stanno guadagnando terreno in un'ampia gamma di applicazioni del motore. Le specifiche per l'aspirazione o la pressione del basamento del motore rientrano tipicamente nell'intervallo tra (-3) e (+2)" W.C., (-7,5) e (+5) mbar o (-0,75) e (0,5) kpa. W.C., da (-7,5) a (+5) mbar o da (-0,75) a (0,5) kpa. Le specifiche OEM del motore variano a seconda della marca e del modello e si consiglia di consultare il manuale operativo OEM per conoscere l'intervallo di pressione di esercizio del basamento ideale per un motore specifico.
Riduzione del consumo di olio
Il filtro del carter pulisce i gas di sfiato per assicurarsi che siano privi di contaminanti prima di scaricarli nell'ambiente o di reimmetterli nell'aspirazione del motore. La nebbia d'olio è il problema principale dello sfiato dei gas di blow-by. La funzione del filtro è quella di catturare e coagulare la nebbia d'olio intrappolata nel blow-by e restituirla al motore o a una coppa dell'olio esausto. Quando si riporta l'olio nel carter del motore, il consumo di olio dovuto allo sfiato del carter può essere ridotto in modo significativo.
Migliorare l'efficienza del motore
Sia i sistemi di ventilazione a carter chiuso (CCV) che quelli di ventilazione a carter aperto (OCV) eliminano i contaminanti e l'inquinamento dalle emissioni del carter. L'efficienza del filtro è particolarmente importante per qualsiasi applicazione del sistema CCV. I filtri a coalescenza ad alta efficienza sono molto efficaci nel ridurre l'accumulo su turbo, aftercooler e altri componenti interni. Alcuni particolati e nebbie d'olio passano attraverso i filtri. Alla fine si accumulano contaminanti che potrebbero compromettere le superfici del turbocompressore e ridurre l'efficienza operativa. Pertanto, è meglio scegliere i filtri con la massima efficienza possibile quando si instrada il blow-by attraverso l'aspirazione del motore.
(La filtrazione ad alta efficienza varia in genere dal 99% al 99,97% di efficienza a 0,3 um).
Protezione dell'ambiente circostante
I sistemi di ventilazione del carter con filtri ad alta efficienza impediscono l'ingresso nell'ambiente circostante di nebbie d'olio, fumi, odori e altri tipi di particolato. Quando i sistemi di ventilazione a carter aperto (OCV) scaricano nell'atmosfera il blow-by non trattato, la nebbia d'olio si accumula negli edifici e sulle apparecchiature circostanti, compreso il motore. Quando l'olio si accumula sulle superfici, diventa un pericolo di scivolamento e potenzialmente anche di incendio. L'accumulo di nebbie d'olio in spazi poco ventilati può causare problemi respiratori e irritazione agli occhi del personale dell'impianto. Inoltre, le perdite delle guarnizioni del motore causate dalla pressione eccessiva del carter possono creare rischi di caduta per gli operatori dell'impianto.
Rispetto delle normative ambientali
La riduzione o l'eliminazione delle emissioni di blow-by del carter può essere richiesta da agenzie nazionali o regionali (EPA, IMO, ecc.). I requisiti specifici dipendono in genere dal tipo di combustibile, dall'installazione fissa o marina e dal tipo di servizio (continuo o in standby). Anche se il vostro motore non è disciplinato da normative specifiche, è meglio promuovere la responsabilità ambientale e la sicurezza catturando le emissioni oleose di blow-by.
Un sistema completo. Al di là del semplice "filtro del basamento"
I requisiti di ventilazione del basamento sono specifici per ogni modello di motore e per ogni luogo di installazione. I motori diventano ogni anno più efficienti e complessi. Di conseguenza, i prodotti "taglia unica" potrebbero non essere la soluzione migliore per controllare le emissioni e promuovere prestazioni ottimali del motore. Per i motori moderni, altamente efficienti e a basse emissioni, la maggior parte di essi richiede un filtraggio ad alta efficienza e una minima contropressione nel basamento del motore. Un sistema di ventilazione del carter aperto o chiuso adatto allo scopo è necessario per raggiungere gli obiettivi di emissione e i requisiti specifici del sito. Un sistema completo di carter può includere una configurazione specifica delle tubazioni, la posizione di montaggio, il tipo e la posizione della linea di drenaggio, le console per l'olio di scarto, la posizione dello scarico, nonché le guaine isolanti per i filtri e le tubazioni.
Conclusione
L'installazione del sistema ideale per un motore, un impianto o un'imbarcazione specifica contribuirà a promuovere le prestazioni del motore, la sicurezza e la conformità ambientale, migliorando al contempo l'affidabilità e riducendo il costo complessivo di proprietà. Per qualsiasi domanda sui sistemi di ventilazione del basamento, contattare Solberg Manufacturing.
Grafico 1.1
