Motores e geradores

Motores e geradores

(Parte 3 de 7)

2.4.5.1 – EFEITO DO TURBO-ALIMENTADOR

Normalmente denominado por turbina, supercharger, turbo-compressor, sobrealimentador, supercarregador, ou simplesmente turbo, o que mais importa são os seus efeitos sobre o desempenho do motor. No caso dos motores Diesel, tem a finalidade de elevar a pressão do ar no coletor de admissão acima da pressão atmosférica, fazendo com que, no mesmo volume, seja possível depositar mais massa de ar, e, conseqüentemente, possibilitar que maior quantidade de combustível seja injetada, resultando em mais potência para o motor, além de proporcionar maior pressão de compressão no interior do cilindro, o que produz temperaturas de ignição mais altas e, por conseqüência, melhor aproveitamento do combustível com redução das emissões de poluentes. Para melhorar os efeitos do turboalimentador, adiciona-se ao sistema de admissão de ar, um processo de arrefecimento do ar admitido, normalmente denominado de aftercooler ou intercooler, dependendo da posição

Eng José Cláudio Pereira w.joseclaudio.eng.br Pág. 17 / 7 onde se encontra instalado, com a finalidade de reduzir a temperatura do ar, contribuindo para aumentar, ainda mais, a massa de ar no interior dos cilindros. A tendência, para o futuro, é que todos os motores Diesel sejam turbo-alimentados. Nos motores turboalimentados, o rendimento volumétrico, em geral, é maior que 1.

Turbo-alimentador de gás de escape para motor Diesel.

Turbina de gás de escapamento com fluxo de fora para dentro. a = admissão do gás de escapamento; b = saída do gás de escapamento; c = admissão do ar; d = saída do ar; e = entrada do óleo lubrificante; f = saída do óleo lubrificante; g = roda motriz da turbina; h = rotor da turbina; i = rotor da ventoinha; k = bucha flutuante de mancal.

O turbo-alimentador trabalha em rotações muito elevadas (80.0 a 100.0 RPM), temperatura máxima do gás de escape até 790°C, proporciona um ganho de potência, nos motores Diesel, da ordem de 30 a 40% e redução do consumo específico de combustível no entorno de 5%. Devido ao aumento da pressão máxima de combustão, exige-se uma vedação sólida e uma maior pressão da injeção. O fluxo do óleo para as guias das válvulas deve ser garantido, devido a sobrepressão do gás nos canais, e o primeiro anel de segmento do pistão motor deve ser instalado em canaleta reforçada com suporte especial de aço ou ferro fundido.

O turbo-alimentador, devido às altas rotações de operação, trabalha com o eixo apoiado sobre dois mancais de buchas flutuantes, que recebem lubrificação tanto interna quanto externamente. Ao parar o motor, durante um certo intervalo de tempo, o turbo-alimentador continuará girando por inércia sem receber óleo lubrificante, uma vez que a bomba de óleo parou de funcionar. Neste período, ocorre contato entre a bucha e a carcaça e também entre a bucha e o eixo, provocando desgaste. A duração do período em que o turboalimentador permanece girando por inércia depende da rotação em que operava o motor quando foi desligado, bem como da carga a que estava submetido. Nos grupos Dieselgeradores, onde habitualmente se desliga o motor em alta rotação imediatamente após o alívio da carga, a durabilidade do turbo-alimentador fica sensivelmente reduzida, podendo ser medida em numero de partidas ao invés de horas de operação. Nas demais aplicações, onde não há paradas freqüentes do motor em alta rotação, a durabilidade do turboalimentador pode chegar a até 4.0 horas, contra o máximo de 1.0 partidas nos grupos Diesel-geradores. Por isso recomenda-se não parar o motor imediatamente após o alívio da carga, deixando-o operar em vazio por um período de 3 a 5 minutos. Existe um dispositivo acumulador de pressão para ser instalado na linha de lubrificação do turbo-alimentador que ameniza os efeitos das paradas, porém não é fornecido de fábrica pelos fabricantes de motores Diesel, devendo, quando for o caso, ser instalado pelo usuário.

Os reparos no turbo-alimentador devem ser feitos, de preferência, pelo fabricante. A maioria dos distribuidores autorizados disponibiliza para os usuários a opção de venda de remanufaturado a base de troca, que além de ser rápida, tem a mesma garantia da peça

Eng José Cláudio Pereira w.joseclaudio.eng.br Pág. 18 / 7 nova. Em geral, as oficinas que se dizem especializadas, utilizam buchas de bronze (em substituição das buchas sinterizadas) e usinam as carcaças quando da realização de recondicionamentos e, na maioria dos casos, não dispõem do equipamento para balanceamento do conjunto rotativo, fazendo com que a durabilidade de um turboalimentador recondicionado nessas condições fique ainda mais reduzida.

O defeito mais freqüente é o surgimento de vazamentos de óleo lubrificante, que quando ocorre pelo lado do rotor frio, pode consumir o óleo lubrificante do cárter sem que seja percebido. Em geral, o mau funcionamento do turbo-alimentador é percebido pela perda de potência do motor sob plena carga e pela presença de óleo lubrificante e fumaça preta na tubulação de escapamento. Em alguns casos, pode-se perceber ruído anormal.

Filtro de ar obstruído também é uma causa freqüente de defeito do turbo-alimentador. O efeito da sucção do rotor do compressor no interior da carcaça puxa óleo lubrificante através das vedações do eixo, provocando deficiência de lubrificação e consumo excessivo de lubrificante.

2.4.5.2 – REGULAÇÃO DA VELOCIDADE

A rotação de trabalho do motor Diesel depende da quantidade de combustível injetada e da carga aplicada à árvore de manivelas (potência fornecida à máquina acionada). Também é necessário limitar a rotação máxima de trabalho do motor, em função da velocidade média do pistão (cm = s n / 30), que não deve induzir esforços que superem os limites de resistência dos materiais, bem como da velocidade de abertura e fechamento das válvulas de admissão e escapamento, que a partir de determinados valores de rotação do motor, começam a produzir efeitos indesejáveis. Nas altas velocidades, começa haver dificuldade no enchimento dos cilindros, devido ao aumento das perdas de carga e a inércia da massa de ar, fazendo cair o rendimento volumétrico.

Como a quantidade de combustível injetada é dosada pela bomba injetora, por meio da variação de débito controlada pelo mecanismo de aceleração, limita-se a quantidade máxima de combustível que pode ser injetada. Dependendo do tipo de motor, essa limitação é feita por um batente do acelerador, que não permite acelerar o motor além daquele ponto. O mecanismo de aceleração, por si só, não é capaz de controlar a rotação do motor quando ela tende a cair com o aumento da carga ou a aumentar com a redução da mesma carga. É necessário então outro dispositivo que assegure controle da dosagem de combustível em função das solicitações da carga. Na maioria dos motores, este dispositivo é constituído por um conjunto de contrapesos girantes, que por ação da força centrífuga, atua no mecanismo de aceleração de modo a permitir o suprimento de combustível sem variações bruscas e respondendo de forma suave às solicitações da carga. Conhecidos como reguladores ou governadores de rotações, são utilizados em todos os motores Diesel e, dependendo da aplicação, como visto no início deste trabalho, tem características distintas e bem definidas. No caso específico dos motores para grupos Diesel-geradores, a regulação da velocidade é um item particularmente crítico, uma vez que a freqüência da tensão gerada no alternador necessita ser mantida constante, ou seja, o motor Diesel deve operar em rotação constante, independente das solicitações da carga. Isto significa que a cada aparelho elétrico que se liga ou desliga, o governador deve corrigir a quantidade de combustível injetada, sem permitir variações da RPM, o que é quase impossível, dado o tempo necessário para que as

Eng José Cláudio Pereira w.joseclaudio.eng.br Pág. 19 / 7 correções se efetivem. Para solucionar o problema, existem três tipos básicos de governadores isócronos, que são:

•Governadores mecânicos :

Constituídos por um sistema de contrapesos, molas e articulações, atuam no mecanismo de aceleração aumentando ou diminuindo o débito de combustível sempre que a rotação se afasta do valor regulado, em geral, 1800 RPM. Tem tempo de resposta considerado longo e permitem oscilações em torno do valor regulado. Dependendo da carga que for aplicada bruscamente, permitem quedas acentuadas da RPM e, na recuperação, permitem ultrapassar o valor regulado para, em seguida, efetuar nova correção de menor grau. São mais baratos e utilizados em grupos Diesel-geradores que alimentam equipamentos pouco sensíveis às variações de freqüência. Tem precisão de regulação em torno de 3%, podendo chegar até 1,5%. O tipo mais comum, utilizado em grande numero de motores equipados com bombas injetores Bosch em linha, é o governador Bosch modelo RSV.

Eng José Cláudio Pereira w.joseclaudio.eng.br Pág. 20 / 7

•Governadores hidráulicos :

De maior precisão que os governadores mecânicos, podem ser acionados pelo motor Diesel independentemente da bomba injetora e atuam sobre a alavanca de aceleração da bomba, exercendo a função que seria do pedal do acelerador do veículo. São constituídos por um sistema de contrapesos girantes, que fazem o papel de sensor de rotação e uma pequena bomba hidráulica para produzir a pressão de óleo necessária ao acionamento. As variações de rotação "sentidas" pelos contrapesos são transformadas em vazão e pressão de óleo para alimentar um pequeno cilindro ligado à haste de aceleração da bomba. Por serem caros e necessitarem de um arranjo especial para montagem no motor, são pouco utilizados. O modelo mais conhecido em uso no Brasil é o Woodward PSG.

Governador Hidráulico WOODWARD modelo PSG

•Governadores eletrônicos :

Atualmente estão sendo utilizados em maior escala, dado o custo, que vem se reduzindo nos últimos anos. Oferecem a melhor precisão de regulação que se pode conseguir e são constituídos por três elementos básicos: 1) – Pick-up magnético, que exerce a função de sensor de RPM; 2) – Regulador eletrônico, propriamente dito (ou unidade de controle) e 3) – Atuador. A construção pode variar, conforme o fabricante, mas todos funcionam segundo os mesmos princípios. O pick-up magnético é uma bobina enrolada sobre um núcleo ferromagnético e instalado na carcaça do volante, com a proximidade adequada dos dentes da cremalheira. Com o motor em funcionamento, cada dente da cremalheira, ao passar próximo ao pick-up magnético, induz um pulso de corrente elétrica que é captado pelo regulador. A quantidade de pulsos por segundo (freqüência) é comparada, pelo regulador, com o valor padrão ajustado. Se houver diferença, o regulador altera o fluxo de corrente

Eng José Cláudio Pereira w.joseclaudio.eng.br Pág. 21 / 7 enviada para o atuador, que efetua as correções do débito de combustível, para mais ou para menos, conforme necessidade. Há atuadores que trabalham ligados à haste de aceleração da bomba injetora, como nos governadores hidráulicos e outros que são instalados no interior da bomba e atuam diretamente sobre o fluxo de combustível. Os atuadores externos mais conhecidos são os fabricados pela Woodward, (governadores modelo EPG) e os internos são os utilizados nos motores Cummins (governador EFC).

Governador Eletrônico WOODWARD modelo EPG - 12 ou 24 Volts

Governador Eletrônico CUMMINS modelo EFC.

Os governadores isócronos, por mais isócronos que possam ser, não podem corrigir instantaneamente as variações de rotação do motor, devido à inércia natural do sistema. É necessário, primeiro, constatar que houve uma variação de RPM para, em seguida, efetuar a correção. O tempo de resposta é ajustado até um limite mínimo, a partir do qual o funcionamento do motor se torna instável, por excesso de sensibilidade. Neste ponto, é necessário retroceder um pouco até que a rotação se estabilize. Uma vez obtido o melhor tempo de resposta, a quantidade de RPM que pode variar dentro deste tempo depende da solicitação da carga. Uma grande variação brusca na carga induz uma variação proporcional da RPM. Além da sensibilidade, é necessário ajustar o valor máximo que se pode permitir de queda ou de aumento de RPM, entre vazio e plena carga, que nem sempre

Eng José Cláudio Pereira w.joseclaudio.eng.br Pág. 2 / 7 pode ser zero RPM. Esta variação é conhecida como droop e é necessária, especialmente para grupos geradores que operam em paralelo (mais de um grupo Diesel-gerador alimentando a mesma carga).

2.5 – LUBRIFICAÇÃO DO MOTOR DIESEL

O sistema de lubrificação do motor Diesel é dimensionado para operar com um volume de óleo lubrificante de 2 a 3 litros por litro de cilindrada do motor e vazão entre 10 e 40 litros por Cavalo-hora, conforme o projeto do fabricante. Os componentes básicos do sistema de lubrificação, encontrados em todos os motores Diesel, são:

•– Cárter de óleo, montado sob o bloco, dotado de capacidade adequada à potência do motor; •– Bomba de circulação forçada, geralmente do tipo de engrenagem, acionada pela árvore de manivelas do motor; •– Regulador de pressão (geralmente uma válvula na própria bomba);

•– Trocador de calor do óleo lubrificante;

•– Filtro(s) de fluxo integral e de desvio e

•– Acessórios, tais como sensores de pressão, pressostatos e manômetro.

Sistema de lubrificação: a = cárter de óleo, b = “pescador” com filtro de tela; c = bomba; d = linha de pressão; e = válvula para limitação da pressão; f = filtro de fluxo total; g = linha de derivação (“bypass” para o filtro auxiliar); h = indicador de pressão ou comutador de segurança; i = trocador de calor e k = linha para o motor.

Sistema de Lubrificação do motor Cummins Série N/NT/NTA-855.

1Bomba de óleo
2Para o arrefecedor de óleo
3Saindo do arrefecedor de óleo
10Linha sinalizadora da pressão do óleo na

4. Bico pulverizador de arrefecimento do pistão 5. Galeria principal de óleo 6. Buchas da árvore de comando 7. Lubrificação para a parte superior do motor 8. Mancais principais 9. Passagem para lubrificação das bielas galeria principal.

2.5.1 – FILTROS

Os filtros, na maioria dos casos, são do tipo cartucho de papel descartável e devem ser substituídos a cada troca do óleo lubrificante, nos períodos recomendados pelo fabricante

Eng José Cláudio Pereira w.joseclaudio.eng.br Pág. 23 / 7 do motor. Atualmente, o tipo mais utilizado é o "spin-on", atarrachante. O filtro de fluxo integral é dotado de uma válvula acionada por pressão diferencial que, em caso de entupimento do elemento, abre-se, deixando circular o óleo sem filtrar, não permitindo que o motor trabalhe sem circulação de lubrificante. Nem sempre é vantajoso utilizar o elemento de filtro mais barato. Aparentemente, todos os elementos de filtro disponíveis no mercado (e são muitos) são iguais. Entretanto, há diferenças imperceptíveis que devem ser consideradas. Como não é possível, para o consumidor fazer testes de qualidade dos filtros aplicados nos motores que utiliza, é recomendável que se adquiram somente elementos de filtro que sejam homologados pelos fabricantes de motores, os quais já efetuarem os testes de qualidade apropriados. São conhecidos como marcas de primeira linha e, em geral, equipam motores que saem da linha de montagem.

2.5.2 – TROCADOR DE CALOR

(Parte 3 de 7)

Comentários