Introdução
Este artigo discute a passagem de gases pelo motor, as causas da passagem e o uso de sistemas de ventilação do cárter para gerenciar o fluxo de gases do motor. Explicamos os diferentes tipos de sistemas de ventilação do cárter existentes no mercado e os benefícios de cada tipo. Os motores discutidos aqui são categorizados como motores de combustão interna alternativos (RICE) e incluem configurações de ignição por centelha (motor SI) ou ignição por compressão (motor CI). Motores estacionários são utilizados para geração de energia (ex. standby, horários de pico, geração contínua) e acionamento mecânico. (ex. compressores de gás e bombas). Os motores também são usados na propulsão marítima, energia a bordo e locomotivas.
O que é "Blow-by"?
O "Blow-by" é criado quando a mistura ar-combustível e os gases de combustão passam pelos anéis de pistão de um motor. A mistura ar-combustível pressurizada e os gases de combustão vazam para o cárter do motor através de pequenos espaços entre os anéis e as paredes do cilindro. A mistura resultante de névoa de óleo lubrificante e gases é chamada de "Blow-by".
Como é criado o "Blow-by"?
A maioria dos motores de combustão interna usa pistões, válvulas e eixos para converter a energia de explosões controladas em energia mecânica. Os pistões são o coração e a alma de um motor. Eles movem os gases através do motor e aproveitam a energia criada durante o curso de combustão/potência. Dentro do motor, os pistões são conectados a um virabrequim rotativo e se movem em uma direção linear dentro de um cilindro fixo. O virabrequim pega o movimento linear dos pistões e o converte em um movimento rotacional que pode ser usado para acionar motores elétricos em grupos geradores, compressores e outros equipamentos rotativos. A área do motor na qual o virabrequim está instalado é chamada de cárter.
Quando um pistão completa seu movimento de baixo do cilindro para o topo ou do topo do cilindro para baixo, o movimento é chamado de curso. Quando um motor é referido como dois tempos ou quatro tempos, isso indica o número de tempos necessários para completar um ciclo de combustão. Vamos nos concentrar no tipo de quatro tempos para este artigo e nos quatro tempos que ocorrem nesta ordem: Admissão, Compressão, Explosão e Exaustão. O "Blow-by" do cárter é gerado durante a compressão e explosão.
Geralmente, os motores novos terão níveis mais baixos de "blow-by" quando comparados aos motores mais antigos e desgastados. À medida que um motor opera, os componentes internos da câmara de combustão começam a se desgastar, o que faz com que as folgas entre as paredes do cilindro e os anéis do pistão aumentem. Esse desgaste permite que mais gases passem pelos anéis do pistão para o cárter do motor. Uma boa regra geral é esperar duas vezes mais de um motor “gasto” do que um motor “novo”.
Como o "Blow-by" excessivo prejudica um motor?
O gases do motor deve ser ventilados do cárter para evitar vários problemas. Problemas comuns incluem:
● Pressão excessiva no cárter - A pressão elevada no cárter do motor pode resultar em vazamentos de óleo através das vedações do motor, o que contribui para a perda de óleo
● Aumento do consumo de óleo - Quando o blow-by contém altos níveis de névoa de óleo que é expelida para a atmosfera e não recuperada, a eficácia do sistema de lubrificação do motor pode diminuir devido ao consumo excessivo de óleo.
● Redução do desempenho do motor - Quando o blow-by é direcionado de volta pela entrada do motor (cárter fechado). Óleo e outros contaminantes podem revestir os componentes internos de um motor, como turbocompressores e "aftercoolers", o que pode diminuir significativamente a eficiência e o desempenho.
O que é Ventilação do Cárter?
Ventilação do cárter é o processo de ventilação ou remoção de "Blow-by" do cárter de um motor para evitar o acúmulo excessivo de pressão dentro do motor. Os gases são misturados com névoa de óleo e outros contaminantes que podem danificar os componentes internos de um motor e contaminar o meio ambiente. É necessário um filtro de ventilação do cárter de alta eficiência para limpar os gases expelidos antes de retornar à admissão do motor ou descarregar para a atmosfera.
Quais são os tipos de sistemas de ventilação do cárter?
Dependendo dos requisitos de instalação e emissões, os gases serão ventilados usando dois tipos de sistemas: Ventilação do Cárter Aberto (OCV) e Ventilação do Cárter Fechado (CCV).
Os sistemas OCV são aplicados quando o escape do cárter é expelido para a atmosfera. Um sistema OCV pode ser simples e de baixa eficiência, baixa pressão de retorno, respiro de tela metálica ou incluir um elemento coalescente de alta eficiência projetado para capturar grandes quantidades de névoa de óleo. Os sistemas OCV mais eficazes integram um filtro coalescente de alta eficiência com uma fonte de vácuo e um mecanismo de regulação da pressão do cárter. Uma vantagem de usar sistemas de ventilação de cárter abertos é que a possibilidade de contaminantes e acúmulo de óleo dentro do turbo e dos "aftercoolers" é minimizada. Isso é especialmente importante em aterros sanitários, biogás, gás de síntese e outros locais de instalação onde a qualidade do gás pode ser um problema (Solberg SME e ACVB).
Os sistemas CCV são aplicados quando o blow-by do cárter é direcionado de volta para a sucção do motor. Na maioria dos cenários, será encaminhado a montante do turbo (compressor) e a jusante do filtro de ar do motor. Alguns serão encaminhados para o escape do motor. À medida que as regulamentações ambientais estão se tornando mais rigorosas, o uso de sistemas de ventilação do cárter fechado (CCV) está aumentando. A ventilação de retorno através da admissão do motor permite que os operadores monitorem as emissões totais através do escapamento do motor e eliminem uma fonte de emissões. Os sistemas de ventilação do cárter fechados são adequados para muitos tipos de instalação, especialmente quando o CCV possui tecnologia de regulação de pressão integrada (Solberg ACV).
Ambos os tipos de sistema podem gerenciar com eficiência a pressão do cárter e atender às regulamentações ambientais. Consulte a tabela 1.1 abaixo para obter detalhes adicionais.
Quais são os benefícios de um sistema de ventilação do cárter?
Um sistema de ventilação do cárter bem projetado e dimensionado ajuda significativamente a manter a confiabilidade do motor e reduz os custos de manutenção ao longo do tempo. Isso reduzirá o consumo de óleo do motor e melhorará a eficiência e o desempenho do motor. Ele faz isso regulando a pressão do cárter dentro de uma faixa especificada e capturando o óleo contido nos gases de escape.
Regulando a Pressão do Cárter
A pressão do cárter pode ser gerenciada usando a entrada do motor como uma fonte de vácuo (CCV) ou uma fonte de vácuo externa, como um soprador regenerativo (OCV). Em qualquer cenário, o nível de vácuo deve ser regulado para garantir que a pressão do cárter seja mantida dentro de uma faixa especificada. Isso normalmente é realizado usando válvulas manuais, válvulas automáticas ou acionamentos de velocidade variável. Para sistemas CCV, a vantagem é usar válvulas automáticas de regulação de vácuo, como o tipo encontrado nas linhas de produtos das séries ACV e ACVB da Solberg. Para sistemas OCV, o controle manual de válvulas é mais comum, no entanto, outras tecnologias, como sistemas de recirculação (SME-R) e controle mecânico automático (Solberg ACVB) estão ganhando força em uma ampla gama de aplicações de motores. As especificações para sucção ou pressão do cárter do motor geralmente ficam dentro da faixa de (-76) a (+51) mmca, (-7,5) a (+5) mbar ou (-0,75) a (0,5) kpa. As especificações do fabricante do motor variam de acordo com a marca e o modelo e é melhor consultar o Manual de Operações do fabricante para obter a faixa ideal de pressão de operação do cárter para um motor específico.
Redução do consumo de óleo
O filtro do cárter limpa os gases expelidos para garantir que estejam livres de contaminantes antes de descarregar no meio ambiente ou retornar à admissão do motor. A névoa de óleo é a principal preocupação ao ventilar os gases de escape. A função do filtro é capturar e coalescer a névoa de óleo contida no "Blow-by" e devolvê-la ao motor ou a um reservatório de óleo usado. Ao retornar o óleo ao cárter do motor, o consumo de óleo devido à ventilação do cárter pode ser significativamente reduzido.
Melhorando a eficiência do motor
Ambos os tipos de sistema de ventilação do cárter fechado (CCV) e ventilação do cárter aberto (OCV) removem contaminantes e poluição das emissões do cárter. A eficiência do filtro é especialmente crítica para qualquer aplicação do sistema fechado (CCV). Filtros coalescentes de alta eficiência são muito eficazes na redução do acúmulo de resíduos em turbos, "aftercoolers" e outros componentes internos. Algum particulado e névoa de óleo podem passar pelos filtros. Eventualmente, os contaminantes se acumulam, o que pode afetar as superfícies do turbocompressor e reduzir a eficiência operacional. Portanto, é melhor selecionar os filtros de maior eficiência possíveis ao direcionar o "Blow-by" de volta para a sucção de um motor.
(A filtragem de alta eficiência normalmente varia de 99% a 99,97% de eficiência a 0,3um)
Protegendo o Meio Ambiente
Os sistemas de ventilação do cárter com filtros de alta eficiência evitam que névoa de óleo, fumaça, odores e outras partículas entrem no ambiente circundante. Quando os sistemas abertos de ventilação do cárter (OCV) liberam a passagem de ar não tratada para a atmosfera, a névoa de óleo se acumula nos edifícios e nos equipamentos circundantes, incluindo o motor. À medida que o óleo se acumula nas superfícies, torna-se um risco de escorregamento e também um potencial risco de incêndio. O acúmulo de névoa de óleo em espaços mal ventilados pode causar problemas respiratórios e irritação nos olhos do pessoal da fábrica. Além disso, vazamentos da vedações do motor causados pelo excesso de pressão do cárter podem criar riscos de acidentes para os operadores (escorregões).
Cumprindo os Regulamentos Ambientais
Reduzir ou eliminar as emissões de escape do cárter pode ser exigido por agências nacionais ou regionais (CETESB, etc). Os requisitos específicos geralmente dependem do tipo de combustível, instalação estacionária ou marítima e do serviço (contínuo ou intermitente). Mesmo que o seu motor não seja regido por regulamentações específicas, é melhor promover a responsabilidade e a segurança ambientais, capturando as emissões de escape de óleo.
Um Sistema Completo. Além de apenas um “Respiro do Cárter”
Os requisitos de ventilação do cárter são exclusivos para cada modelo de motor e local de instalação. Os motores estão se tornando mais eficientes e mais complexos a cada ano. Como resultado, os produtos “tamanho único” podem não ser a melhor solução para controlar as emissões e promover o desempenho ideal do motor. Para motores modernos, altamente eficientes e de baixas emissões, a maioria exigirá filtragem de alta eficiência, contribuindo com uma contrapressão mínima para o cárter do motor. Um sistema de ventilação do cárter aberto ou fechado adequado para a finalidade é necessário para atingir as metas de emissões e os requisitos específicos do local. Um sistema de cárter completo pode incluir uma configuração de tubulação específica, local de montagem, tipo e localização da linha de drenagem, consoles de óleo usado, localização de exaustão, bem como jaquetas de isolamento para filtros e tubulação.
Conclusão
A instalação do sistema ideal para um motor, planta ou embarcação marítima específica ajudará a promover o desempenho, a segurança e a conformidade ambiental do motor, ao mesmo tempo em que melhora a confiabilidade e reduz o custo geral de propriedade. Se você tiver alguma dúvida sobre os sistemas de ventilação de cárter, entre em contato com a Solberg Manufacturing.
Gráfico 1.1
