Válvula de Alívio de Explosão do Cárter Explicada

O que são válvulas de alívio de explosão do cárter?

Uma válvula de alívio de explosão do cárter (CERV) é um dispositivo de segurança instalado em motores de combustão interna de médio a grande porte. Normalmente, uma CERV é instalada para cada cilindro de um motor, mas isso depende do tamanho do motor. Uma CERV tem três funções principais:

• Aliviar a pressão em caso de sobrepressurização do cárter.
• Conter chamas para evitar que sejam expelidas do cárter.
• Re-selar o cárter após um evento de sobrepressurização, impedindo a entrada de ar no cárter. O re-selamento do cárter deve ocorrer após uma explosão do cárter (surto de pressão devido à combustão), caso contrário, o ar pode reentrar no cárter, causando uma explosão secundária.

É bom saber - uma válvula de alívio de explosão do cárter também é conhecida como 'porta de explosão do cárter' ou 'porta de alívio do cárter', mas todos os termos significam a mesma coisa.

Válvulas de Alívio de Explosão do Cárter de Motor Diesel Marítimo de 2 Tempos

O que é uma explosão do cárter?

Uma explosão do cárter é um evento de combustão súbito e violento que ocorre dentro do cárter de um motor de combustão interna. A combustão requer combustível, oxigênio e calor, todos os quais podem ser encontrados dentro de um cárter sob certas condições.

• Óleo de lubrificação é usado em grande quantidade dentro do cárter, atuando como combustível.
• Oxigênio é encontrado no ar, que está sempre presente dentro do cárter.
• Calor pode ser fornecido por várias fontes, como gases de escape ou atrito (fricção dos componentes do motor, etc.).

Explosões do cárter são um risco raro, mas sério, que pode ocorrer em todos os motores de combustão interna, particularmente em motores mais antigos, motores mal mantidos ou motores operados em condições extremas. As consequências de uma explosão do cárter podem ser catastróficas, potencialmente levando a danos significativos à propriedade, interrupção dos negócios e/ou perda de vidas.

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Válvula de Alívio de Explosão do Cárter Montada (CERV)

O que causa uma explosão do cárter?

Vários cenários podem levar a uma explosão do cárter. Estes incluem:

• Aros de pistão desgastados ou danificados – impedindo a vedação adequada do pistão dentro do revestimento do cilindro. Isso pode permitir que a mistura de ar e combustível dentro do cilindro passe do espaço de combustão para o cárter; a mistura de ar e combustível pode então se combustionar se encontrar um ponto quente dentro do cárter. Em grandes motores diesel marítimos de dois tempos, os gases devem vazar pelos aros de pistão e pela caixa de enchimento antes de entrar no cárter.
• Ponto quente dentro do cárter – causando a vaporização do óleo lubrificante dentro do cárter (mudança de estado líquido para vapor); o óleo vaporizado então condensa em uma área mais fria do cárter, deixando apenas uma névoa fina de óleo branco. O ponto quente mencionado pode então servir como uma fonte de ignição para a névoa de óleo (uma vez que a nuvem de névoa de óleo seja grande o suficiente). Pontos quentes dentro de um cárter de motor são frequentemente causados por rolamentos de virabrequim desgastados devido à falta de lubrificação ou irregularidades na superfície do rolamento. Grandes motores diesel marítimos de dois tempos de baixa velocidade são equipados com detectores de névoa de óleo para detectar a presença de névoa de óleo dentro do cárter. Caso a névoa de óleo dentro do cárter seja detectada, o detector de névoa de óleo ativa um alarme na sala de controle do motor.
• Vazamento dentro do cárter – vazamento ocorre quando gases de combustão vazam pelos aros de pistão e pela caixa de enchimento (se instalada), entrando no cárter. Isso pode acontecer quando os aros de pistão estão desgastados, impedindo a vedação adequada do cilindro dentro do revestimento do cilindro. Isso também pode ocorrer se as paredes do revestimento do cilindro estiverem danificadas, o que também impede a vedação adequada. Vazamento geralmente ocorre em altas velocidades do motor ou quando o motor está sob carga pesada. 

É bom saber - uma 'explosão do cárter' às vezes é referida como uma 'explosão de névoa de óleo'.

É bom saber - o óleo de lubrificação deve ser aquecido a aprox. 200⁰C antes de vaporizar, e requer um ponto quente de aprox. 850⁰C para se inflamar. As gotas de névoa de óleo têm um tamanho de menos de 10 microns. É bom saber - uma explosão secundária do cárter geralmente é de uma magnitude muito maior do que uma explosão primária do cárter. Após uma explosão primária, existe um vácuo dentro do cárter, e isso atrairia uma quantidade significativa de ar se não houvesse CERVs instaladas.

Quais são os principais componentes de uma CERV?

Uma válvula de alívio de explosão do cárter é composta por relativamente poucos componentes, incluindo:

• Corpo da Válvula – a carcaça principal da válvula. É feita de um material forte e durável, como alumínio ou aço. O corpo da válvula é projetado para suportar as altas pressões que podem ocorrer durante uma explosão.
• Placa da Válvula (disco da válvula) – uma peça circular fina de metal localizada dentro do corpo da válvula. A placa da válvula está conectada a uma mola que mantém a válvula fechada em condições normais de operação. Quando a pressão no cárter aumenta, a mola é comprimida, a placa da válvula se afasta da tampa da válvula, abrindo efetivamente a válvula.
• Assento da Válvula – a placa da válvula pressiona contra o assento da válvula para fechar a válvula.
• Supressor de Chamas – o supressor de chamas é um dispositivo que impede que as chamas escapem do cárter. É tipicamente fabricado como uma tela de malha fina ou uma série de placas perfuradas. As chamas são resfriadas à medida que passam pelo supressor de chamas, o que faz com que sejam extintas antes de alcançar o exterior do motor. O supressor de chamas às vezes é saturado de óleo devido à sua localização dentro do cárter (dependendo do design da CERV); isso adiciona um efeito adicional de resfriamento das chamas.
• Vedação – uma junta ou O-ring localizada entre o assento da válvula e a placa da válvula. A vedação reduz a probabilidade de vazamento de ar ou gás para fora ou para dentro do cárter.
• Mola – uma bobina de metal localizada dentro do corpo da válvula. A mola mantém a placa da válvula pressionada contra o assento da válvula em condições normais de operação, mantendo assim a válvula em posição fechada. Quando a pressão no cárter aumenta, a mola é comprimida e a válvula se abre.
• Defletor – direciona qualquer pulso de pressão e chamas para baixo para proteger o pessoal próximo; o espaço através do qual o pulso de pressão é direcionado é 120 graus da circunferência total da válvula.

É bom saber - uma CERV é essencialmente uma válvula de retenção, ou seja, permite o fluxo em apenas uma direção.

É bom saber - uma CERV não possui haste de válvula.

Válvula de Alívio de Explosão do Cárter

Como funciona uma válvula de alívio de explosão do cárter?

Durante a operação normal do motor, as válvulas de alívio de explosão do cárter permanecem fechadas, vedando efetivamente o cárter e mantendo a pressão do cárter dentro de uma faixa aceitável.

Em caso de explosão do cárter, ocorre um aumento rápido de pressão dentro do cárter. Se a pressão não for aliviada, pode ocorrer travamento do motor, danos aos componentes e/ou até mesmo ruptura do cárter.

Como Funciona uma Válvula de Alívio de Explosão do Cárter

Uma válvula de alívio de explosão do cárter é projetada para responder a qualquer aumento súbito de pressão dentro do cárter. Quando a pressão do cárter aumenta, ela atua sobre a placa da válvula CERV, supera a força da mola que mantém a válvula fechada, abrindo assim a válvula.

A abertura da válvula de alívio do cárter cria uma passagem para que os gases de alta pressão escapem do cárter; esse alívio de pressão impede que o cárter se torne sobrepressurizado, mitigando assim os efeitos de uma explosão.

Para evitar a propagação de chamas do cárter, uma CERV incorpora um supressor de chamas. Este componente resfria os gases de combustão e interrompe a frente de chama, impedindo que as chamas escapem da válvula e potencialmente inflamem materiais combustíveis ao redor.

Uma vez que a pressão do cárter tenha diminuído abaixo do ponto de ajuste de pressão de abertura da válvula (pressão de ruptura), a força exercida pela mola fará com que a placa da válvula pressione contra o assento da válvula, ou seja, a válvula se fecha, vedando efetivamente o cárter e impedindo a entrada de ar ou gás externo. A vedação do cárter após uma explosão é importante porque, caso contrário, o ar fresco pode entrar no cárter após uma explosão primária, o que pode levar a uma explosão secundária adicional e maior.

Válvula de Alívio de Explosão do Cárter

Que danos são causados sem uma CERV?

Um motor que sofre uma explosão do cárter sem a presença de uma CERV provavelmente sofreria danos estruturais catastróficos. Se esse cenário ocorresse em um navio, deixaria a embarcação sem propulsão e talvez sem energia elétrica. Em particular, explosões do cárter podem causar danos aos seguintes componentes do motor:

• Cárter – o cárter é a carcaça que envolve o virabrequim do motor e outras partes móveis. Uma explosão do cárter pode romper o cárter, causando a expulsão de óleo e detritos do cárter, potencialmente ferindo o pessoal próximo e danificando a área circundante. Uma falha desse tipo também pode levar a um incêndio na sala de máquinas, que pode causar danos a outros sistemas do navio.
• Falha da biela (conectando a haste) – uma biela conecta um pistão a um virabrequim em quase todos os motores, no entanto, em um grande motor marítimo de dois tempos, a biela conecta-se a um cabeçote, que então se conecta a uma haste do pistão. Uma explosão do cárter pode dobrar ou quebrar uma biela, causando o travamento do motor.
• Danos ao pistão – os pistões são as partes que se movem para cima e para baixo dentro dos cilindros para gerar potência. Uma explosão do cárter pode danificar os pistões devido ao desalinhamento, resultando em falta de vedação entre os anéis de pistão e o cilindro.

Como uma explosão do cárter pode ser evitada?

Uma CERV existe apenas para proteger o motor se ocorrer uma explosão do cárter. Explosões do cárter podem ser evitadas garantindo que o motor seja devidamente mantido e corretamente operado. A manutenção deve sempre seguir as diretrizes de manutenção dos fabricantes.

Quem inventou a CERV?

As válvulas de alívio do cárter foram desenvolvidas na década de 1950 pela Associação Britânica de Alívio de Motores de Combustão Interna (BICERA). A BICERA foi formada em 1948 em resposta a uma série de explosões do cárter que ocorreram a bordo de navios. A organização conduziu pesquisas sobre as causas dessas explosões e desenvolveu uma série de dispositivos de segurança, incluindo a válvula de alívio do cárter.

A primeira válvula de alívio de explosão do cárter foi patenteada pela BICERA em 1954. A válvula foi projetada para abrir e aliviar a pressão se houvesse uma explosão do cárter e para impedir que as chamas escapassem do cárter. As válvulas de alívio de explosão do cárter são agora um recurso de segurança padrão em quase todos os motores de combustão interna de médio e grande porte.

Recursos Adicionais

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/