Introdução
Uma válvula de escape de motor marítimo de dois tempos permite que os gases de escape sejam expelidos da câmara de combustão e é acionada pelo eixo de cames do motor por meios hidráulicos, ou por meios mecânicos em motores mais antigos (na forma de um conjunto de balancins). A válvula de escape é geralmente controlada eletronicamente em motores modernos, com o eixo de cames fornecendo o tempo e a força motriz necessários para acionar a válvula. Válvulas de escape são encontradas apenas em motores de dois tempos com varredura uniflow e estão situadas no topo do cilindro associado do motor. Motores de dois tempos que utilizam varredura em loop ou cross flow não requerem válvulas de escape, pois os gases de escape são descarregados por portas na lateral do cilindro, em vez de válvulas no topo do cilindro.
Motor Marítimo de Dois Tempos de Baixa Velocidade (válvula de escape destacada)
A válvula de escape deve ser capaz de suportar as altas temperaturas e pressões nas quais opera, e deve ser capaz de abrir e fechar rapidamente; isso permitirá operações eficientes do motor enquanto garante máxima confiabilidade.
Posição da Válvula de Escape de Motor Marítimo de Dois Tempos
Principais Componentes e Construção
Os principais componentes das válvulas de escape de motores marítimos de dois tempos estão listados abaixo.
Corpo da Válvula
O corpo da válvula é tipicamente feito de aço inoxidável ou outras ligas de aço. O corpo da válvula atua como a carcaça principal; possui um canal interno para permitir que os gases de escape fluam da câmara de combustão para o coletor de escape quando a válvula está aberta. O corpo da válvula também possui, incorporado dentro do corpo da válvula, canais adicionais que permitem o fluxo de água de resfriamento.
Seção Transversal da Válvula de Escape de Motor Marítimo de Dois Tempos
Guia da Válvula
O guia da válvula é montado dentro do corpo da válvula. O guia da válvula veda a câmara de gases de escape do mecanismo de acionamento da válvula e mantém a haste da válvula orientada verticalmente. Tipicamente feito de ferro fundido 'perlítico', o ar fornecido à mola pneumática contém uma pequena quantidade de lubrificação, que passa pelo guia de escape para auxiliar no resfriamento e lubrificação, enquanto também impede que os gases de escape passem pelo guia.
Assento da Válvula ou Peça Inferior
O assento da válvula (assento inferior) fica na base do corpo da válvula. O assento da válvula pressiona contra o corpo da válvula e fornece uma superfície para o disco da válvula vedar. Possui uma forma cônica usinada que foi otimizada para vedação e transferência de calor. Tipicamente, possui um revestimento de 'Stellite' (liga de cobalto-cromo) devido à propensão do assento à corrosão e erosão.
Mola Pneumática e Pistão
O ar de controle, tipicamente a uma pressão de 7 bar, é fornecido a um pistão pneumático através de uma válvula de retenção. O ar de controle é usado para criar uma 'mola pneumática'. Quando a pressão hidráulica colapsa/reduz devido ao perfil do came entrando no 'período de repouso', a pressão do ar comprimido supera a pressão hidráulica, causando o retorno da válvula de escape à posição fechada. Qualquer excesso de óleo lubrificante que se acumula no fundo do cilindro da mola pneumática é drenado para um tanque de coleta. O design da mola pneumática substituiu o uso de um design de mola mecânica em grandes motores diesel marítimos de dois tempos; também fornece um efeito de amortecimento quando a válvula de escape é acionada.
Motor Diesel Marítimo de Baixa Velocidade
Atuador de Óleo e Pistão
Uma bomba de óleo hidráulico, que é operada por um eixo de cames ou um sistema de controle eletrônico, fornece a pressão hidráulica a um pistão no topo da haste da válvula. A bomba controla a abertura e o fechamento da válvula, que por sua vez comprime o ar dentro da mola pneumática.
Eixo da Válvula
O eixo da válvula é geralmente feito de aço de liga resistente ao calor e de alta resistência (como liga de cromo-molibdênio) e é equipado com um rotador de válvula. Girar a válvula ajuda a distribuir o calor uniformemente e evitar o acúmulo de depósitos no assento da válvula. O rotador de válvula utiliza a energia cinética dos gases de escape para girar o eixo e o disco da válvula, ou seja, à medida que o gás flui sobre o rotador, uma força é aplicada ao rotador, o que faz com que o eixo e o disco girem.
Rotador de Válvula de Gás de Escape
Operação
A operação de uma válvula de gás de escape é descrita abaixo.
Aumento da Pressão Hidráulica
A bomba hidráulica aumenta a pressão do óleo para o pistão de operação; isso é alcançado devido ao perfil do came pressionando contra o seguidor da bomba à medida que o eixo de cames gira.
Sistema de Controle de Válvula de Gás de Escape de Dois Tempos Marítimo
Abertura da Válvula
O aumento da pressão hidráulica resulta na abertura da válvula de escape. Ao mesmo tempo, a mola pneumática é comprimida devido ao uso de uma válvula de retenção no fornecimento de ar de controle. A abertura da válvula de gás de escape permite que os gases de escape de alta pressão sejam descarregados do espaço de combustão para o canal dentro do corpo da válvula. A descarga dos gases de escape ocorre no início da fase de escape, ou, aproximadamente 110o após o ponto morto superior (dependendo do design do motor).
Fechamento da Válvula
Para fechar a válvula, a pressão hidráulica é reduzida, o que leva a pressão a ser exercida pela mola pneumática em vez disso. A pressão da mola pneumática resulta no fechamento da válvula de gás de escape (o disco pressiona contra o assento), o que veda novamente a câmara de combustão e fornece uma vedação hermética. O fechamento da válvula é auxiliado pela pressão no cilindro do motor à medida que o pistão se desloca em direção ao ponto morto superior (TDC); isso ocorre no final da fase de varredura e no início da fase de compressão, ou seja, aproximadamente 110o antes do ponto morto superior (dependendo do design do motor). O fechamento rápido evita que a carga de ar fresco escape do cilindro durante a fase de compressão.
Manutenção e Falhas
O objetivo da manutenção da válvula de escape é evitar o acúmulo de depósitos e garantir o funcionamento correto da válvula quando em serviço. A má manutenção da válvula de gás de escape pode levar a vários problemas, incluindo:
- Interromper o fluxo de gases de escape saindo do cilindro, reduzindo assim o ar disponível para combustão no próximo ciclo, o que reduz a potência do motor.
- Interromper a transferência de calor no corpo da válvula, criando assim pontos quentes.
- Aumentar o acúmulo de material particulado, o que pode aumentar a corrosão e impedir o fechamento e/ou rotação da válvula.
Um modo típico de falha da válvula é a fissuração da área cônica mais fina da cabeça da válvula. Para evitar esses tipos de problemas, a manutenção programada e a remoção de depósitos devem ocorrer.
Prevenção
As seguintes medidas podem ser adotadas para reduzir a probabilidade de falhas na válvula de gás de escape:
- Realizar verificações e manutenções regulares de baixa frequência do motor.
- Verificar regularmente o indicador de nível de óleo de vedação.
- Verificar regularmente o indicador de levantamento e rotação da válvula.
- Inspecionar regularmente os orifícios de aviso.
- Ouvir sons/ruídos anormais.
- Verificar qualquer vibração excessiva.
- Analisar tendências de temperatura dos gases de escape para identificar anomalias.
Recursos Adicionais:
https://www.marinesite.info/2021/06/exhaust-valve-in-marine-diesel-engine.html
https://www.marineinsight.com/videos/watch-ships-main-engine-exhaust-valve-working/