O que é uma caixa de gaxeta de motor?
Em um motor de cruzeta do tipo diesel marítimo de dois tempos, a caixa de gaxeta fornece uma vedação entre o espaço de varredura do motor e o cárter. As caixas de gaxeta são essenciais para minimizar a probabilidade de um incêndio no espaço de varredura, explosão do cárter e/ou contaminação por óleo. Motores do tipo tronco não possuem caixa de gaxeta.
Uma caixa de gaxeta possui três seções principais:
- Seção superior – impede que o óleo lubrificante do cilindro e gases entrem no cárter.
- Seção do meio – permite a drenagem do óleo se houver qualquer transbordo das partes superior ou inferior.
- Seção inferior – impede que o óleo lubrificante do cárter entre no espaço de varredura.
A 'seção superior' também é chamada de 'seção de vedação'. A 'seção do meio' também é chamada de 'seção de drenagem'. A 'seção inferior' também é chamada de 'seção de raspagem'. Cada nome reflete a função das seções. A seção de vedação forma uma vedação de gás, a seção de drenagem permite a drenagem do óleo, enquanto a seção de raspagem é responsável por raspar o óleo lubrificante do cárter.
Caixa de Gaxeta de Motor Marítimo de Dois Tempos
Este artigo foca nas caixas de gaxeta usadas em motores diesel marítimos de dois tempos de baixa velocidade. Esses tipos de motores têm uma pequena relação diâmetro-curso, o que significa que uma cruzeta deve ser usada para limitar o tamanho do cárter. Sem uma cruzeta, o cárter seria economicamente inviável e a vedação entre os anéis de pistão e o revestimento do cilindro se tornaria difícil.
Bom saber – o espaço de varredura está localizado abaixo de cada pistão do motor, permitindo que ar fresco entre nos cilindros do motor, fazendo com que os gases de escape do espaço de combustão sejam descarregados. O cárter do motor está localizado diretamente abaixo da caixa de gaxeta.
Bom saber – motores de tronco usam uma biela (con rod) para conectar o pistão ao virabrequim. Motores de cruzeta conectam o pistão ao virabrequim através da haste do pistão, cruzeta e biela.
Comparação de Motores de Tronco e Cruzeta
Qual é o propósito de uma caixa de gaxeta de motor?
As principais funções de uma caixa de gaxeta de motor são:
- Impedir que o óleo lubrificante do cárter entre no espaço de varredura quando a haste do pistão se move para cima.
- Impedir que o ar de varredura entre no cárter quando o pistão se move para cima ou para baixo.
- Impedir que o óleo lubrificante do cilindro entre no cárter quando a haste do pistão se move para baixo.
- Impedir que detritos entrem no cárter quando a haste do pistão se move para baixo.
- Impedir que gases de escape entrem no cárter (se os anéis do pistão não estiverem vedando corretamente) quando o pistão se move para cima ou para baixo.
Observe que a direção de movimento da haste do pistão dita qual função a caixa de gaxeta está desempenhando em qualquer momento.
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Quais são as principais partes de uma caixa de gaxeta de motor?
As principais partes de uma caixa de gaxeta são listadas abaixo.
Carcaça da Caixa de Gaxeta
A carcaça da caixa de gaxeta forma o invólucro externo que envolve os anéis de vedação e os anéis raspadores. É tipicamente construída de ferro fundido ou aço e montada a partir de duas partes.
Bom saber – a 'carcaça da caixa de gaxeta' também é chamada de 'diafragma', 'carcaça do diafragma' ou 'gaxeta do diafragma'.
Caixa de Gaxeta com Partes Rotuladas
Anéis de Vedação
Os anéis de vedação são principalmente responsáveis por impedir que o ar de varredura entre no cárter. Se os anéis do pistão estiverem passando (permitindo que gases passem do espaço de combustão para o espaço de varredura), os anéis de vedação também impedirão que esses gases entrem no cárter. Os anéis de vedação se encaixam em ranhuras dentro da carcaça da caixa de gaxeta e são tipicamente fabricados em bronze. Como não é possível montar os anéis dentro da caixa de gaxeta como uma única peça, cada anel é formado por três ou quatro seções diferentes que se conectam para formar um círculo.
Anel de Vedação Dividido em Quatro Seções
Bom saber – anéis de pistão passando podem causar explosões no cárter e/ou incêndios no espaço de varredura. Por essa razão, é imperativo que anéis de pistão defeituosos sejam substituídos o mais rápido possível. Anéis de pistão passando geralmente são descobertos devido a uma queda na potência do motor dentro do cilindro afetado.
Bom saber – válvulas de alívio de explosão do cárter são usadas para mitigar os efeitos de uma explosão do cárter, caso ocorra.
Anéis Raspadores Superiores e Inferiores
Os anéis raspadores estão localizados acima e abaixo dos anéis de vedação. Eles existem para remover o excesso de óleo lubrificante da haste do pistão enquanto ela se move para cima e para remover o excesso de óleo lubrificante do cilindro e detritos da haste do pistão enquanto ela se move para baixo. Semelhante aos anéis de vedação, os anéis raspadores se encaixam em ranhuras dentro da carcaça da caixa de gaxeta. No passado, todo o anel raspador era fabricado de um material macio como ferro fundido ou bronze, mas designs mais modernos usam finas lamelas enquanto as partes não desgastáveis são fabricadas em aço; isso ocorre porque apenas as lamelas precisam ser substituídas em vez do anel inteiro, assim, o desperdício e os custos são reduzidos. Os anéis raspadores consistem em três ou quatro seções individuais que formam um círculo quando montados (semelhante aos anéis de vedação).
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Lamelas (pretas) Instaladas Dentro dos Anéis Raspadores (cinzas)
Mola de Garter
Uma mola de garter é instalada atrás de cada anel de vedação e raspagem. As molas servem para pressionar os anéis contra a haste do pistão, garantindo assim uma boa vedação. Se a tensão de uma mola for muito alta, pode resultar em desgaste excessivo da haste do pistão, dos anéis de vedação e dos anéis raspadores. Se a tensão de uma mola for muito baixa, ocorrerá vedação inadequada.
Dreno
Entre os anéis de vedação superiores e os anéis raspadores inferiores, há um dreno. O dreno permite que qualquer óleo lubrificante do cárter que passe pelos anéis raspadores inferiores seja retornado a um tanque de óleo lubrificante usado; este óleo pode então ser tratado e reutilizado. O dreno também permite que qualquer óleo do cilindro que passe pelo anel raspador superior seja retornado ao mesmo tanque para processamento.
Como funciona uma caixa de gaxeta de motor?
A caixa de gaxeta é fixada no lugar ao quadro A principal do motor. À medida que o pistão se move para cima e para baixo a cada curso, a haste do pistão se move para cima e para baixo através da caixa de gaxeta.
Quando o pistão se move para cima…
Qualquer óleo lubrificante do cárter que tenha entrado em contato com a haste do pistão é removido pelo conjunto inferior de anéis raspadores; o óleo raspado drena de volta para o cárter. Os anéis raspadores são pressionados contra a haste do pistão por suas molas de garter associadas.
Quando o pistão se move para baixo…
Qualquer óleo do cilindro presente na haste do pistão é removido pelo anel raspador superior à medida que o pistão se move para baixo. Os anéis de vedação impedem que gases (ar ou gases de escape) do espaço de varredura entrem no cárter. O anel raspador e os anéis de vedação são pressionados contra a haste do pistão por suas molas de garter associadas.
Bom saber – se os anéis raspadores ou de vedação forem instalados muito apertados, ocorrerá desgaste dos anéis e da haste do pistão (não desejado).
Bom saber – uma pequena quantidade de óleo lubrificante é necessária para lubrificar os anéis raspadores e de vedação. Os anéis não devem entrar em contato físico com a haste do pistão; uma fina película de óleo separa a haste do pistão dos anéis, reduzindo assim o desgaste de todas as partes.
Bom saber – gases de escape só estarão presentes se houver uma falha ou desgaste excessivo dos anéis do pistão ou do revestimento do cilindro; um pistão rachado também pode permitir vazamento de gases de escape.
As caixas de gaxeta são adequadas para todos os tipos de motores?
As caixas de gaxeta são adequadas apenas para motores de cruzeta de dois tempos. Existem dois tipos principais de motores de combustão interna de dois tempos: o tipo tronco e o tipo cruzeta.
Motor de Cruzeta
Em um motor de cruzeta, uma cruzeta converte o movimento rotativo do virabrequim em movimento linear do pistão. Isso significa que a haste do pistão se move para cima e para baixo linearmente, enquanto o virabrequim gira em torno de um eixo central de rotação.
Motor de Tronco
Um motor de tronco de dois tempos não possui cruzeta, o que significa que a haste do pistão se move tanto vertical quanto horizontalmente em cada curso. Esses dois graus de liberdade/movimento significam que uma caixa de gaxeta não pode ser usada para fornecer uma vedação em um motor de tronco de dois tempos. A falta de arranjo de vedação significa que o óleo lubrificante pode entrar no espaço de varredura de um motor de tronco de dois tempos; esta é uma fraqueza de design inerente a este tipo de motor.
Bom saber – motores de quatro tempos não são grandes o suficiente para exigir uma cruzeta, ou seja, sua relação diâmetro-curso é muito grande, portanto, não podem utilizar uma caixa de gaxeta.
Características da Caixa de Gaxeta
As seguintes características são o motivo pelo qual as caixas de gaxeta são usadas em motores marítimos de dois tempos de baixa velocidade com cruzeta:
Simplicidade e Confiabilidade
As caixas de gaxeta são dispositivos simples com altas taxas de confiabilidade. Elas são relativamente fáceis de manter e reparar, e são menos propensas a falhas do que outros tipos de vedações.
Capacidade de Acomodar Grandes Lacunas
A lacuna entre a haste do pistão e o quadro A em um motor marítimo de dois tempos pode ser bastante grande; as caixas de gaxeta são capazes de acomodar essa grande lacuna enquanto ainda obtêm uma boa vedação.
Baixo Custo
As caixas de gaxeta são relativamente baratas de fabricar e instalar; isso as torna econômicas.
Design Comprovado
Avanços na ciência dos materiais permitiram que os designs de caixas de gaxeta fossem continuamente melhorados. Melhorias no design levaram a taxas de desgaste reduzidas, melhor vedação e intervalos mais longos entre intervenções de manutenção.
Recursos Adicionais
https://marineinbox.com/marine-exams/stuffing-box/
https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1468087418796615