Este artículo aborda en profundidad el fenómeno del "blow-by" en motores, sus consecuencias y la importancia de los sistemas de ventilación del cárter para gestionarlo. Exploraremos los diferentes tipos de sistemas disponibles en el mercado y las ventajas que ofrece cada uno. Los motores que se analizan aquí se clasifican como Motores de Combustión Interna Alternativos (RICE) e incluyen configuraciones de encendido por chispa (motor SI) o encendido por compresión (motor CI). Los motores estacionarios se utilizan para la generación de energía (por ejemplo, de reserva, de pico/compensación, de potencia principal) y accionamiento mecánico (por ejemplo, compresores de gas y bombas). Los motores también se utilizan en la propulsión marina, la energía a bordo y las instalaciones de locomotoras.
- ¿Qué es el Blow-by?
- ¿Cómo se Crea el Blow-by?
- ¿Cómo Daña el Blow-by Excesivo a un Motor?
- ¿Qué es la Ventilación del Cárter?
- ¿Cuáles son los Tipos de Sistemas de Ventilación del Cárter?
- ¿Cuáles son los Beneficios de un Sistema de Ventilación del Cárter?
- Un Sistema Completo. Más Allá de un Simple "Filtro del Cárter"
¿Qué es el Blow-by?
El blow-by se produce cuando la mezcla de aire y combustible y los gases de combustión se escapan más allá de los anillos del pistón de un motor. La mezcla de aire y combustible presurizada y los gases de combustión se filtran en el cárter del motor a través de pequeños espacios entre los anillos y las paredes del cilindro. La mezcla resultante de neblina de aceite lubricante y gases se denomina blow-by.
¿Cómo se Crea el Blow-by?
La mayoría de los motores de combustión interna utilizan pistones, válvulas y ejes para convertir la energía de explosiones controladas en potencia mecánica. Los pistones son el corazón y el alma de un motor. Mueven los gases a través del motor y aprovechan la energía creada durante la carrera de combustión/potencia. Dentro del motor, los pistones están conectados a un cigüeñal giratorio y se mueven en dirección lineal dentro de un cilindro hueco fijo. El cigüeñal toma el movimiento lineal de los pistones y lo convierte en un movimiento de rotación que puede utilizarse para accionar motores eléctricos en grupos electrógenos, compresores y otros equipos de rotación. El área del motor en la que reside el cigüeñal se denomina cárter.
Cuando un pistón completa su movimiento desde la parte inferior del cilindro hasta la parte superior o desde la parte superior del cilindro hasta la parte inferior, el movimiento se denomina carrera. Cuando un motor se denomina de dos tiempos o de cuatro tiempos, esto indica el número de carreras necesarias para completar un ciclo de combustión. Nos centraremos en el tipo de cuatro tiempos para este artículo y las cuatro carreras que se producen en este orden: Admisión, Compresión, Potencia y Escape. El blow-by del cárter se genera durante las carreras de compresión y potencia.
Generalmente, los motores nuevos tendrán niveles más bajos de blow-by en comparación con los motores desgastados más antiguos. A medida que un motor funciona, los componentes internos de la cámara de combustión comienzan a desgastarse, lo que provoca que los espacios entre las paredes del cilindro y los anillos del pistón aumenten. Este desgaste permite que se escape más blow-by más allá de los anillos del pistón hacia el cárter del motor. Una buena regla general es esperar el doble de blow-by de un motor "desgastado" que de un motor "nuevo".
¿Cómo Daña el Blow-by Excesivo a un Motor?
El blow-by del motor debe ventilarse desde el cárter para evitar varios problemas. Los problemas comunes incluyen:
Presión Excesiva en el Cárter
La presión elevada en el cárter del motor puede provocar fugas de aceite a través de los sellos del motor, lo que contribuye a la pérdida de aceite.
Aumento del Consumo de Aceite
Cuando el blow-by contiene altos niveles de neblina de aceite que se ventila a la atmósfera y no se recupera, la eficacia del sistema de lubricación del motor puede disminuir debido al consumo excesivo de aceite.
Disminución del Rendimiento del Motor
Cuando el blow-by se redirige a través de la admisión del motor (cárter cerrado), el aceite y otros contaminantes pueden recubrir las partes internas de los componentes del motor, como los turbocompresores y los refrigeradores posteriores, lo que puede disminuir significativamente la eficiencia y el rendimiento.
¿Qué es la Ventilación del Cárter?
La ventilación del cárter es el proceso de ventilar o eliminar el blow-by del cárter de un motor para evitar la acumulación excesiva de presión dentro del motor. Los gases de blow-by se mezclan con neblina de aceite y otros contaminantes que pueden dañar los componentes internos del motor y contaminar el medio ambiente. Se necesita un filtro de ventilación del cárter de alta eficiencia para limpiar los gases ventilados antes de que regresen a la admisión del motor o se descarguen al medio ambiente.
¿Cuáles son los Tipos de Sistemas de Ventilación del Cárter?
Dependiendo de los requisitos de instalación y emisiones, el blow-by se ventilará utilizando dos tipos de sistemas: Ventilación Abierta del Cárter (OCV) y Ventilación Cerrada del Cárter (CCV).
Sistemas de Ventilación Abierta del Cárter (OCV)
Los sistemas OCV se aplican cuando el blow-by del cárter se descarga a la atmósfera. Un sistema OCV puede ser un simple respiradero de malla de alambre de baja eficiencia y baja contrapresión, o incluir un elemento coalescente de alta eficiencia diseñado para capturar grandes cantidades de neblina de aceite. Los sistemas OCV más eficaces integran un filtro coalescente de alta eficiencia con una fuente de vacío y un mecanismo de regulación de la presión del cárter. Una ventaja de utilizar sistemas de ventilación abierta del cárter es que se minimiza la posibilidad de acumulación de contaminantes y aceite dentro del turbo y los refrigeradores posteriores. Esto es especialmente importante en vertederos, biogás, gas de síntesis y otros lugares de instalación donde la calidad del gas puede ser un problema (Solberg SME y ACVB).
Sistemas de Ventilación Cerrada del Cárter (CCV)
Los sistemas de ventilación CCV se aplican cuando el blow-by del cárter se redirige a la admisión del motor. En la mayoría de los escenarios, se redirigirá aguas arriba del turbo (rueda del compresor) y aguas abajo del filtro de aire del motor. Algunos se redirigirán al escape del motor. A medida que las regulaciones ambientales se vuelven más estrictas, el uso de sistemas de ventilación cerrada del cárter (CCV) está aumentando. La ventilación del blow-by de vuelta a través de la trayectoria de admisión del motor permite a los operadores monitorizar las emisiones totales a través del escape del motor y eliminar una fuente de emisiones. Los sistemas de ventilación cerrada del cárter son adecuados para muchos tipos de instalación, especialmente cuando el CCV tiene tecnología de regulación de presión integrada (Solberg ACV).
Comparación de Sistemas OCV y CCV
Ambos tipos de sistemas pueden gestionar eficazmente la presión del cárter y cumplir las regulaciones ambientales. Consulte la tabla 1 a continuación para obtener más detalles.
| Característica | OCV (Ventilación Abierta del Cárter) | CCV (Ventilación Cerrada del Cárter) |
|---|---|---|
| Emisiones | Libera emisiones a la atmósfera | Recircula las emisiones a la admisión del motor |
| Complejidad | Generalmente más simple y menos costoso | Más complejo y potencialmente más costoso |
| Mantenimiento | Puede requerir menos mantenimiento | Puede requerir más mantenimiento debido a la recirculación de aceite |
| Impacto Ambiental | Mayor impacto ambiental debido a las emisiones directas | Menor impacto ambiental debido a la recirculación y filtración |
| Aplicaciones | Adecuado para motores más antiguos y aplicaciones donde la calidad del gas es un problema | Adecuado para motores modernos y aplicaciones con regulaciones de emisiones estrictas |
¿Cuáles son los Beneficios de un Sistema de Ventilación del Cárter?
Un sistema de ventilación del cárter bien diseñado y dimensionado correctamente ayuda significativamente a mantener la fiabilidad de un motor y reduce los costes de mantenimiento con el tiempo. Reducirá el consumo de aceite del motor y mejorará la eficiencia y el rendimiento del motor. Lo hace regulando la presión del cárter dentro de un rango especificado y capturando el aceite arrastrado en los gases de blow-by.
Regulación de la Presión del Cárter
La presión del cárter puede gestionarse utilizando la admisión del motor como fuente de vacío (CCV) o una fuente de vacío externa como un soplador regenerativo (OCV). En cualquier caso, el nivel de vacío debe regularse para garantizar que la presión del cárter se mantenga dentro de un rango especificado. Esto se suele conseguir utilizando válvulas manuales, válvulas automáticas o variadores de velocidad. Para los sistemas CCV, el avance consiste en utilizar válvulas de regulación de vacío automáticas como el tipo que se encuentra en las líneas de productos de la serie ACV y ACVB de Solberg. Para los sistemas OCV, el control manual de la válvula es más común, sin embargo, otras tecnologías como los sistemas de recirculación (SME-R) y el control mecánico automático (Solberg ACVB) están ganando terreno en una amplia gama de aplicaciones de motores. Las especificaciones para la succión o presión del cárter del motor suelen estar dentro del rango de (-3) a (+2)" W.C., (-7,5) a (+5) mbar o (-0,75) a (0,5) kpa. Las especificaciones del fabricante del motor varían según la marca y el modelo del motor, y es mejor consultar el manual de operaciones del fabricante del equipo original para conocer el rango de presión de funcionamiento ideal del cárter para un motor específico.
Reducción del Consumo de Aceite
El filtro del cárter limpia los gases de blow-by ventilados para asegurarse de que estén libres de contaminantes antes de descargarlos al medio ambiente o devolverlos a la admisión del motor. La neblina de aceite es la principal preocupación al ventilar los gases de blow-by. La función del filtro es capturar y coalescer la neblina de aceite arrastrada dentro del blow-by y devolverla al motor o a un sumidero de aceite usado. Al devolver el aceite al cárter del motor, el consumo de aceite debido a la ventilación del cárter puede reducirse significativamente.
Mejora de la Eficiencia del Motor
Tanto los sistemas de ventilación cerrada del cárter (CCV) como los sistemas de ventilación abierta del cárter (OCV) eliminan los contaminantes y la contaminación de las emisiones del cárter. La eficiencia del filtro es especialmente crítica para cualquier aplicación del sistema CCV. Los filtros coalescentes de alta eficiencia son muy eficaces para reducir la acumulación en turbos, refrigeradores posteriores y otros componentes internos. Algunas partículas y neblina de aceite pasan a través de los filtros. Con el tiempo, los contaminantes se acumularán, lo que podría afectar a las superficies del turbocompresor y reducir la eficiencia operativa. Por lo tanto, es mejor seleccionar los filtros de mayor eficiencia posible al redirigir el blow-by de vuelta a través de la admisión del motor.
(La filtración de alta eficiencia suele oscilar entre el 99% y el 99,97% de eficiencia a 0,3 um)
Protección del Medio Ambiente Circundante
Los sistemas de ventilación del cárter con filtros de alta eficiencia evitan que la neblina de aceite, el humo, los olores y otras partículas entren en el medio ambiente circundante. Cuando los sistemas de ventilación abierta del cárter (OCV) ventilan el blow-by sin tratar a la atmósfera, la neblina de aceite se acumulará en los edificios y en los equipos circundantes, incluido el motor. A medida que el aceite se acumula en las superficies, se convierte en un peligro de resbalamiento y potencialmente también en un peligro de incendio. La acumulación de neblina de aceite en espacios mal ventilados puede causar problemas respiratorios e irritación ocular al personal de la planta. Además, las fugas en los sellos del motor causadas por el exceso de presión en el cárter pueden crear peligros de resbalamiento para los operadores de la planta.
Cumplimiento de las Regulaciones Ambientales
Las agencias nacionales o regionales (EPA, IMO, etc.) pueden exigir la reducción o eliminación de las emisiones de blow-by del cárter. Los requisitos específicos suelen depender del tipo de combustible, la instalación estacionaria o marina y el servicio (continuo o de reserva). Incluso si su motor no está regulado por regulaciones específicas, es mejor promover la responsabilidad ambiental y la seguridad capturando las emisiones de blow-by aceitosas ventiladas.
Un Sistema Completo. Más Allá de un Simple "Filtro del Cárter"
Los requisitos de ventilación del cárter son únicos para cada modelo de motor y lugar de instalación. Los motores son cada vez más eficientes y complejos cada año. Como resultado, los productos "de talla única" pueden no ser la mejor solución para controlar las emisiones y promover un rendimiento óptimo del motor. Para los motores modernos, de alta eficiencia y bajas emisiones, la mayoría requerirá una filtración de alta eficiencia y al mismo tiempo contribuirá con una mínima contrapresión al cárter del motor. Se necesita un sistema de ventilación del cárter abierto o cerrado adecuado para el fin previsto para alcanzar los objetivos de emisiones y los requisitos específicos del lugar. Un sistema completo de cárter puede incluir una configuración específica de tuberías, ubicación de montaje, tipo y ubicación de la línea de drenaje, consolas de aceite usado, ubicación del escape, así como camisas de aislamiento para los filtros y tuberías.
La instalación del sistema ideal para un motor, planta o embarcación marina específica ayudará a promover el rendimiento del motor, la seguridad y el cumplimiento ambiental, al tiempo que mejora la fiabilidad y reduce el coste total de propiedad. Si tiene alguna pregunta sobre los sistemas de ventilación del cárter, póngase en contacto con Solberg Manufacturing.