Válvula de Partida a Ar Explicada

O que é um sistema de partida a ar em navios?

Um sistema de partida a ar em um motor de combustão interna marítimo é utilizado para iniciar, parar (em uma emergência) ou reverter o motor. Motores marítimos de dois tempos de baixa velocidade operam em baixas rotações (<300 rpm) e possuem uma massa muito grande, o que dificulta atingir as pressões e temperaturas necessárias para a combustão quando o motor é inicialmente iniciado. O sistema de partida a ar resolve esse problema introduzindo ar comprimido a aproximadamente 30 bar (435 psi) de pressão diretamente nos cilindros do motor. O ar comprimido força o pistão associado para baixo em direção ao ponto morto inferior (PMI) e dá ao motor o impulso inicial necessário para comprimir e inflamar a mistura de ar-combustível dentro do cilindro (câmara de combustão). Uma vez que o motor atinge uma certa velocidade, os processos regulares de injeção de combustível e combustão ocorrem, e o motor continuará a operar por conta própria.

Nota – este artigo é focado em sistemas de partida a ar de motores diesel marítimos de grande porte e baixa velocidade.

Por que precisamos de sistemas de partida a ar para motores?

Grandes motores marítimos precisam de muito torque para colocar a massa do motor em movimento, muito mais do que um motor de partida elétrico típico poderia fornecer. Motores de carro usam motores de partida elétricos para iniciar o motor e, consequentemente, o processo de combustão, mas isso não funcionaria com um grande motor marítimo de dois tempos porque o motor é muito grande, e a corrente necessária seria muito alta. O ar comprimido representa energia armazenada, e é essa energia que é usada para colocar o motor em movimento.

Quais são as principais partes de um sistema de partida a ar de navio?

Um sistema de partida a ar de navio possui vários componentes principais:

1.     Compressor de ar – a fonte de ar comprimido. Quase sempre haverá mais de um compressor de ar para que haja alguma redundância no sistema. Navios geralmente usam compressores de ar de pistão, embora outros tipos de compressores estejam disponíveis (parafuso, centrífugo, etc.).

2.     Reservatório de ar – armazena o ar comprimido produzido pelo compressor. Um reservatório de ar, ou reservatórios de ar, são tipicamente dimensionados para permitir várias partidas do motor. Um motor requer muito ar para iniciar, portanto, o ar deve ser armazenado em vez de produzido sob demanda.

Bom saber - um reservatório de ar também é conhecido como vaso de ar ou garrafa de ar.

3.     Válvula piloto – distribui ar para a válvula automática de partida a ar quando aberta; a válvula automática de partida a ar é fechada quando o ar da válvula piloto é fornecido. Drenar o ar da linha da válvula piloto faz com que a válvula automática de partida a ar se abra (o ar drenado é referido como 'ar de sangria').

4.     Intertravamento da engrenagem de direção – permite que o ar comprimido flua para a válvula automática de partida a ar apenas se a engrenagem de direção estiver desengatada. A engrenagem de direção consiste em um motor elétrico que pode se engajar com o volante do motor para girar o motor em baixa velocidade antes de iniciar.

5.     Válvula automática de partida a ar – abre uma vez que a linha da válvula piloto foi drenada e a engrenagem de direção desengatada.

6.     Distribuidor de ar – regula o fluxo de ar comprimido para cada válvula de partida a ar. O distribuidor garante que o ar comprimido alcance os cilindros designados no momento designado (o ar é distribuído para os cilindros com base na ordem de ignição).

7.     Válvula de partida a ar – o componente final do sistema de partida a ar antes de o ar ser admitido no cilindro. A válvula de partida a ar entrega ar comprimido em seu respectivo cilindro quando está aberta. As válvulas de partida a ar são montadas diretamente na cabeça do cilindro de cada cilindro.

Quais são as principais partes de uma válvula de partida a ar?

As principais partes de uma válvula de partida a ar são:

1. Corpo da válvula – a carcaça externa que abriga todos os componentes internos da válvula.

2. Tampa superior – fixa-se ao corpo da válvula.

3. Entrada piloto – o ar comprimido entra por este porto.

3. Mola – garante que a válvula retorne à sua posição fechada padrão após a operação.

4. Pistão de abertura – o ar comprimido atua sobre o pistão, fazendo com que a válvula se abra.

5. Pistão de balanceamento – usado para guiar o eixo da válvula e garantir que ele não se desalinha.

6. Porta de saída – quando a válvula está na posição aberta, o ar comprimido flui para o cilindro através desta porta.

Partes da Válvula de Partida a Ar do Motor

Como funcionam os sistemas de partida a ar de navios?

O ar comprimido é retirado dos reservatórios de ar, descarregado através de uma válvula piloto e também para o intertravamento da engrenagem de giro. O intertravamento da engrenagem de giro impede que o ar chegue à válvula automática de partida a ar até que a engrenagem de giro tenha sido desengatada. Quando a válvula piloto está aberta, o ar é entregue à válvula automática de partida a ar, o que faz com que a válvula permaneça na posição fechada; a remoção da pressão do ar piloto faz com que a válvula automática de partida a ar se abra.

Uma vez que a engrenagem de giro é desengatada, o ar comprimido flui para a válvula automática de partida a ar. O ar é mantido dentro da válvula automática de partida a ar pela pressão da mola da válvula e pelo ar comprimido aplicado pela válvula piloto. Nesta fase, a válvula automática de partida a ar está na posição fechada. Uma vez que um comando de partida é dado, o ar comprimido será drenado da linha da válvula piloto e a pressão da mola da válvula automática de partida a ar será excedida pela pressão do sistema principal de partida a ar; isso faz com que a válvula mude da posição fechada para a posição aberta.

O ar comprimido agora flui para cada válvula de partida a ar do cilindro e para o distribuidor de ar. O distribuidor distribuirá o ar com base na ordem de ignição do motor; ele usa uma válvula acoplada a um seguidor de came e um eixo de cames para conseguir isso. À medida que o eixo de cames gira, o seguidor de came se move para cima ou para baixo, o que faz com que a válvula distribuidora mude de posição (abra ou feche). À medida que a válvula distribuidora muda de posição, ela descarrega ou para de descarregar ar para cada válvula de partida a ar.

·       Se o ar for descarregado do distribuidor para uma válvula de partida a ar, a válvula de partida a ar se abre e o ar comprimido é admitido no respectivo cilindro.

·       Se o ar não for descarregado do distribuidor para uma válvula de partida a ar, a válvula de partida a ar permanece fechada e nenhum ar comprimido é admitido no respectivo cilindro.

O ar comprimido é admitido em cada cilindro em uma ordem especificada, isso é conhecido como ordem de ignição (a ordem em que a ignição ocorre dentro de cada cilindro). À medida que o ar comprimido entra em cada cilindro, ele força o pistão associado para baixo em direção ao PMI, mas como vários pistões estão sendo forçados para baixo simultaneamente, há impulso suficiente para forçar um pistão de volta para cima em direção ao ponto morto superior (PMS); o combustível pode então ser admitido e a ignição ocorre. Uma vez que a ignição ocorre, o motor pode continuar a operar por conta própria.

Bom saber - existem recursos de segurança incorporados nos sistemas de partida a ar para evitar danos ao sistema e ao pessoal. Estes incluem:

• Válvulas de controle – para regular, iniciar ou parar o fluxo de ar dentro do sistema de partida a ar.

• Válvulas de alívio – para aliviar qualquer sobrepressão que possa se acumular dentro do sistema.

• Armadilhas de chamas – instaladas antes de cada válvula de partida a ar para deter qualquer processo de combustão que possa ocorrer nas linhas de ar de alta pressão. Material de combustão dentro das linhas de ar vem do transporte de óleo dos compressores de ar; isso pode inflamar se uma válvula de partida a ar estiver passando/vazando e gases de escape quentes do espaço de combustão forem permitidos escapar para as linhas de ar.

Como funcionam as válvulas de partida a ar de navios?

O ar comprimido é alimentado para a parte inferior da válvula a partir da válvula automática de partida a ar. Um tubo de grande diâmetro conecta o sistema de partida a ar à válvula, o que garante que um grande volume de ar possa ser admitido rapidamente no cilindro. O distribuidor de ar descarregará ar comprimido para a entrada de ar piloto à medida que se move através de sua sequência (ordem de ignição), isso faz com que o pistão de abertura se mova para baixo e, consequentemente, a válvula de partida a ar se abra. Neste ponto, o ar comprimido é admitido no cilindro. Quando o distribuidor de ar muda de posição, o ar não será mais fornecido para a linha de entrada piloto, ele será drenado. A drenagem da linha piloto faz com que a mola se expanda, o que faz com que a válvula se feche (a pressão do ar na linha principal não é mais suficiente para superar a pressão residual da mola, assim a válvula de partida a ar se fecha).

O princípio de funcionamento da válvula de partida a ar pode ser visto no vídeo abaixo.

Quais são os principais designs de sistemas de partida a ar comprimido?

Existem dois principais designs de sistemas de partida a ar para motores diesel.

1. Partida direta – o ar comprimido é injetado diretamente em cada cilindro. Isso empurra o pistão respectivo para baixo, o que faz com que o virabrequim gire. Este design de partida a ar é simples e é usado por grandes motores diesel marítimos de dois tempos.

2. Partida com motor a ar – o ar comprimido é usado para acionar um motor a ar, que está conectado ao volante do motor. O ar comprimido flui através do motor, fazendo com que o eixo do motor gire, o que por sua vez aciona o volante e, consequentemente, o virabrequim do motor. Este design é usado para motores de tamanho médio.

Em ambos os designs, uma vez que o motor está operando, o fluxo de ar comprimido é interrompido e o motor continua a operar usando sua própria energia (energia química geralmente de diesel ou óleo combustível pesado). Uma vez que os compressores tenham reabastecido os cilindros de partida a ar (algum ar comprimido é consumido durante a partida), o sistema de partida a ar pode ser usado novamente para a próxima partida.