¿Qué son las válvulas de alivio de explosión del cárter?
Una válvula de alivio de explosión del cárter (CERV) es un dispositivo de seguridad instalado en motores de combustión interna de tamaño mediano a grande. Normalmente, se instala una CERV por cada cilindro de un motor, aunque esto depende del tamaño del motor. Una CERV tiene tres funciones principales:
- Aliviar la presión en caso de sobrepresurización del cárter.
- Detener llamas para evitar que se propaguen desde el cárter.
- Volver a sellar el cárter después de un evento de sobrepresurización, evitando la entrada de aire. El resellado debe ocurrir después de una explosión del cárter (aumento de presión debido a la combustión) para evitar una explosión secundaria.
Es importante saber - una válvula de alivio de explosión del cárter también se conoce como 'puerta de explosión del cárter' o 'puerta de alivio del cárter', pero todos los términos significan lo mismo.
Válvulas de Alivio de Explosión del Cárter de Motor Diésel Marino de Dos Tiempos
¿Qué es una explosión del cárter?
Una explosión del cárter es un evento de combustión repentino y violento que ocurre dentro del cárter de un motor de combustión interna. La combustión requiere combustible, oxígeno y calor, todos los cuales pueden encontrarse dentro de un cárter bajo ciertas condiciones.
- Aceite de lubricación se utiliza en gran cantidad dentro del cárter, actuando como combustible.
- Oxígeno se encuentra en el aire, que siempre está presente dentro del cárter.
- Calor puede ser proporcionado por múltiples fuentes, como gases de escape o fricción (rozamiento de componentes del motor, etc.).
Las explosiones del cárter son un peligro raro pero serio que puede ocurrir en todos los motores de combustión interna, particularmente en motores más antiguos, mal mantenidos o que operan bajo condiciones extremas. Las consecuencias de una explosión del cárter pueden ser catastróficas, potencialmente llevando a daños significativos a la propiedad, interrupción del negocio y/o pérdida de vidas.
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Válvula de Alivio de Explosión del Cárter Montada (CERV)
¿Qué causa una explosión del cárter?
Varios escenarios podrían llevar a una explosión del cárter. Estos incluyen:
- Aros de pistón desgastados o dañados – impidiendo el sellado adecuado del pistón dentro del revestimiento del cilindro. Esto podría permitir que la mezcla de aire y combustible dentro del cilindro pase del espacio de combustión al cárter; la mezcla de aire y combustible puede entonces combustionar si encuentra un punto caliente dentro del cárter. En motores diésel marinos de dos tiempos grandes, los gases deben filtrarse más allá de los aros de pistón y la caja de empaquetadura antes de entrar en el cárter.
- Punto caliente dentro del cárter – causando que el aceite lubricante dentro del cárter se vaporice (cambie de estado líquido a estado de vapor); el aceite vaporizado luego se condensa en un área más fría del cárter dejando solo una fina niebla de aceite blanca. El punto caliente mencionado puede entonces servir como una fuente de ignición para la niebla de aceite (una vez que la nube de niebla de aceite es lo suficientemente grande). Los puntos calientes dentro de un cárter de motor son a menudo causados por cojinetes del cigüeñal desgastados debido a una falta de lubricación o irregularidades en la superficie del cojinete. Los motores diésel marinos de dos tiempos de baja velocidad están equipados con detectores de niebla de aceite para detectar la presencia de niebla de aceite dentro del cárter. Si se detecta niebla de aceite dentro del cárter, el detector de niebla de aceite activa una alarma en la sala de control del motor.
- Escape dentro del cárter – el escape ocurre cuando los gases de combustión se filtran más allá de los aros de pistón y la caja de empaquetadura (si está instalada), luego hacia el cárter. Esto puede suceder cuando los aros de pistón están desgastados, impidiendo el sellado adecuado del cilindro dentro del revestimiento del cilindro. Esto también puede ocurrir si las paredes del revestimiento del cilindro están dañadas, lo que también impide el sellado adecuado. El escape típicamente ocurre a altas velocidades del motor o cuando el motor está cargado pesadamente.
Es importante saber - una 'explosión del cárter' a veces se refiere como una 'explosión de niebla de aceite'.
Es importante saber - el aceite de lubricación debe calentarse a aprox. 200⁰C antes de que se vaporice, y requiere un punto caliente de aprox. 850⁰C para que se encienda. Las gotas de niebla de aceite tienen un tamaño de menos de 10 micrones. Es importante saber - una explosión secundaria del cárter suele ser de una magnitud mucho mayor que una explosión primaria del cárter. Después de una explosión primaria, existe un vacío dentro del cárter, y esto atraería una cantidad significativa de aire si no se instalan CERVs.
¿Cuáles son los componentes principales de una CERV?
Una válvula de alivio de explosión del cárter está compuesta por relativamente pocos componentes, estos incluyen:
- Cuerpo de la válvula – la carcasa principal de la válvula. Está hecha de un material fuerte y duradero, como aluminio o acero. El cuerpo de la válvula está diseñado para soportar las altas presiones que pueden ocurrir durante una explosión.
- Placa de la válvula (disco de la válvula) – una pieza de metal circular delgada que se encuentra dentro del cuerpo de la válvula. La placa de la válvula está conectada a un resorte que mantiene la válvula cerrada bajo condiciones normales de operación. Cuando la presión en el cárter aumenta, el resorte se comprime, la placa de la válvula se aleja de la tapa de la válvula, abriendo así efectivamente la válvula.
- Asiento de la válvula – la placa de la válvula presiona contra el asiento de la válvula para cerrar la válvula.
- Arrestallamas – el arrestallamas es un dispositivo que evita que las llamas escapen del cárter. Se fabrica típicamente como una malla fina o una serie de placas perforadas. Las llamas se enfrían al pasar a través del arrestallamas, lo que hace que se extingan antes de llegar al exterior del motor. El arrestallamas a veces está saturado de aceite debido a su ubicación dentro del cárter (dependiendo del diseño de la CERV); esto añade un efecto adicional de enfriamiento de las llamas.
- Sello – una junta o anillo tórico que se encuentra entre el asiento de la válvula y la placa de la válvula. El sello reduce la probabilidad de que el aire o el gas se filtren desde o hacia el cárter.
- Resorte – una bobina de metal que se encuentra dentro del cuerpo de la válvula. El resorte mantiene la placa de la válvula presionada contra el asiento de la válvula bajo condiciones normales de operación, manteniendo así la válvula en una posición cerrada. Cuando la presión en el cárter aumenta, el resorte se comprime y la válvula se abre.
- Deflector – dirige cualquier pulso de presión y llamas hacia abajo para proteger al personal cercano; el espacio a través del cual se dirige el pulso de presión es 120 grados de la circunferencia total de la válvula.
Es importante saber - una CERV es esencialmente una válvula de no retorno, es decir, permite el flujo en una sola dirección.
Es importante saber - una CERV no tiene husillo de válvula.
Válvula de Alivio de Explosión del Cárter
¿Cómo funciona una válvula de alivio de explosión del cárter?
Durante el funcionamiento normal del motor, las válvulas de alivio de explosión del cárter permanecen cerradas, sellando efectivamente el cárter y manteniendo la presión del cárter dentro de un rango aceptable.
En caso de una explosión del cárter, ocurre un aumento rápido de presión dentro del cárter. Si la presión no se alivia, puede ocurrir agarrotamiento del motor, daño a los componentes y/o incluso ruptura del cárter.
Cómo Funciona una Válvula de Alivio de Explosión del Cárter
Una válvula de alivio de explosión del cárter está diseñada para responder a cualquier aumento repentino de presión dentro del cárter. Cuando la presión del cárter aumenta, actúa sobre la placa de la válvula CERV, supera la fuerza del resorte que mantiene la válvula cerrada, abriendo así la válvula.
La apertura de la válvula de alivio del cárter crea un pasaje para que los gases de alta presión escapen del cárter; esta liberación de presión evita que el cárter se sobrepresurice, mitigando así los efectos de una explosión.
Para prevenir la propagación de llamas desde el cárter, una CERV incorpora un arrestallamas. Este componente enfría los gases de combustión y interrumpe el frente de llama, evitando que las llamas escapen de la válvula y potencialmente enciendan materiales combustibles circundantes.
Una vez que la presión del cárter ha disminuido por debajo del punto de ajuste de apertura de la válvula (presión de apertura), la fuerza ejercida por el resorte hará que la placa de la válvula presione contra el asiento de la válvula, es decir, la válvula se cierra, sellando efectivamente el cárter y evitando que entre aire o gas externo. El sellado del cárter después de una explosión es importante porque de lo contrario el aire fresco puede entrar en el cárter después de una explosión primaria, lo que puede llevar a una explosión secundaria adicional más grande.
Válvula de Alivio de Explosión del Cárter
¿Qué daño se causa sin una CERV?
Un motor que experimenta una explosión del cárter sin la presencia de una CERV probablemente sufriría daños estructurales catastróficos. Si este escenario ocurriera en un barco, dejaría la embarcación sin propulsión y tal vez sin energía eléctrica. En particular, las explosiones del cárter pueden causar daños a los siguientes componentes del motor:
- Cárter – el cárter es la carcasa que encierra el cigüeñal del motor y otras partes móviles. Una explosión del cárter podría romper el cárter, causando que el aceite y los escombros se descarguen del cárter, potencialmente hiriendo al personal cercano y dañando el área circundante. Una falla de este tipo también podría llevar a un incendio en la sala de máquinas, lo que podría causar daños a otros sistemas del barco.
- Fallo de la biela (conectando la varilla) – una biela conecta un pistón a un cigüeñal en casi todos los motores, sin embargo, en un motor de dos tiempos marino grande, la biela se conecta a un cruceta, que luego se conecta a una varilla de pistón. Una explosión del cárter podría doblar o romper una biela, causando que el motor se agarrote.
- Daño al pistón – los pistones son las partes que se mueven hacia arriba y hacia abajo dentro de los cilindros para generar energía. Una explosión del cárter puede dañar los pistones debido a un desalineamiento, resultando en una falta de sellado entre los aros de pistón y el cilindro.
¿Cómo se puede evitar una explosión del cárter?
Una CERV existe solo para proteger el motor si ocurre una explosión del cárter. Las explosiones del cárter se pueden evitar asegurando que el motor esté adecuadamente mantenido y correctamente operado. El mantenimiento siempre debe seguir las pautas de mantenimiento del fabricante.
¿Quién inventó la CERV?
Las válvulas de alivio del cárter fueron desarrolladas en la década de 1950 por la Asociación Británica de Alivio de Motores de Combustión Interna (BICERA). BICERA se formó en 1948 en respuesta a una serie de explosiones del cárter que ocurrieron a bordo de barcos. La organización realizó investigaciones sobre las causas de estas explosiones y desarrolló una serie de dispositivos de seguridad, incluida la válvula de alivio del cárter.
La primera válvula de alivio de explosión del cárter fue patentada por BICERA en 1954. La válvula fue diseñada para abrirse y aliviar la presión si había una explosión del cárter y para evitar que las llamas escaparan del cárter. Las válvulas de alivio de explosión del cárter ahora son una característica de seguridad estándar en casi todos los motores de combustión interna medianos y grandes.
Recursos Adicionales
https://www.marinetopics.com/articles-desktop-en/crankcase-relief-valve/
http://www.machineryspaces.com/explosion-relief-valve.html
https://man-es.com/docs/default-source/service-letters/sl2009-512.pdf?sfvrsn=6ff9c151_8
https://chiefengineerlog.com/2022/10/19/what-you-need-to-know-about-crankcase-relief-valves/