GRUPOS GERADORES

PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO, INSTALAÇÃO, OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE GRUPOS GERADORES

PARTE I - MOTORES DIESEL


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2.5 - COMBUSTÃO NO MOTOR DIESEL

  • Processo por injeção: 

O gás de combustão aspirado ou induzido sob pressão é tão comprimido (temperatura entre 550 e 600° C), que se dá a auto-ignição. Uma parte do combustível, injetado em primeiro lugar, queima rapidamente e o que é injetado em seguida, em maior quantidade, queima a pressão aproximadamente constante. A combustão não ocorre inteiramente, caso não se sucedam no tempo certo o aquecimento do combustível e a ignição. A injeção começa antes do pistão atingir o PMS, no tempo de compressão. Só se consegue uma boa combustão, quando há a melhor mistura possível entre as gotículas de combustível e o ar necessário à combustão. Para tanto, faz-se necessário, entre outras coisas, a adequação do jato de combustível à forma da câmara de combustão (com ou sem repartições). Outras possibilidades: um ou mais jatos; disposição dos jatos; comprimento dos jatos; sua força; tamanho das gotículas, turbilhonamento mais intenso do ar de combustão. Forma do pistão; câmara de combustão repartida, com câmaras de ar, pré-câmaras, ou câmaras de turbilhonamento e também fluxo de ar tangencial.

  • Ignição:  

Pode não se dar uma sensível vaporização do combustível Diesel, de elevado ponto de ebulição, devido à rapidez do processo. As gotículas de combustível que são injetadas, inflamam-se após terem sido levadas à temperatura de auto-ignição, pelo ar pré-aquecido e comprimido, no cilindro. O intervalo de tempo entre a injeção e a ignição deve estar sincronizado com a calagem da árvore de manivelas, correspondente a elevação adequada de pressão. O retardo da ignição deve ser o mínimo possível; caso contrário, chega à câmara de combustão, uma quantidade excessiva de combustível não queimado, que irá produzir aumento de pressão no próximo tempo de compressão e reduzir a lubrificação entre as camisas dos cilindros e os anéis de segmento, resultando, com a continuidade do processo, em desgaste, que num primeiro momento, é conhecido como "espelhamento" das camisas dos cilindros. Combustíveis Diesel com boa ignição, tem um pequeno retardo; proporcionam compressão uniforme para a combustão e operação suave do motor. O retardo da ignição, depende do tipo de combustível, pressão e temperatura na câmara de combustão.

  • Retardo da injeção:

Medido pela calagem da árvore de manivelas, é o intervalo de tempo necessário ao pistão da bomba de injeção, para levar a quantidade de combustível situada entre a canalização da bomba e o assento da válvula de injeção (bico injetor), à pressão de injeção. Infelizmente é quase impossível, especialmente nos motores de funcionamento rápido, controlar de maneira satisfatória o programa de combustão ("Lei de aquecimento") e a variação da pressão durante a combustão mediante o início e o desenvolvimento da injeção, a não ser com baixa compressão, que por outro lado diminui o rendimento e se opõe frontalmente ao princípio do motor Diesel. No tempo de alguns centésimos de segundo entre o começo da injeção e a ignição, uma parte importante da quantidade injetada penetra na câmara de combustão e se inflama rápida e simultaneamente com o imprevisto aumento de pressão. Além disto, durante a ignição na fase fluida se formam peróxidos com um indesejável caráter explosivo. Estas "batidas" dão aos carburantes um maior retardamento de ignição impróprio para motores Diesel.

A temperatura dos gases tem como limite superior a resistência das peças à alta temperatura e a qualidade do óleo lubrificante e como limite inferior, a temperatura da atmosfera. O limite superior de pressão é dado pelo fato de que um aumento de compressão, mesmo que pequeno, acarreta um aumento nas forças do motor e no seu peso. O limite inferior, é o da pressão atmosférica. As limitações de Volume são conseqüência da necessidade de se evitar expansões demasiado grandes, pois só se consegue uma pequena vantagem de potência com a desvantagem de um motor muito grande.

Para avaliar o nível da conversão de energia no motor, há processos de cálculo que permitem determinar as limitações acima.

2.5.1 – TIPOS DE INJEÇÃO

O ponto mais importante é a formação da mistura mediante a injeção do combustível diretamente antes e durante a auto-ignição e combustão na carga de ar fortemente comprimida. Durante seu desenvolvimento foram encontradas várias soluções que em parte coexistem ainda em nossos dias.

Uma pequena parte da câmara de combustão (antecâmara) é separada da parte principal mediante um estreitamento. O combustível, que em sua totalidade é injetado na antecâmara mediante uma bomba dosificadora a êmbolo com funcionamento de excêntrico, com uma pressão entre 80 e 120 at, dependendo do projeto do motor, inflama-se e queima parcialmente ali; a sobre-pressão instantânea assim formada sopra a mistura inflamada com um efeito de pulverização e turbulência violentas através do "canal de disparo" até a câmara principal rica de ar. As paredes da antecâmara, sobretudo o ponto de impacto do jato entrante, são mantidas com a temperatura mais elevada possível, pois desta forma auxiliam na preparação e ignição do combustível. Embora tenha a vantagem de produzir menos componentes de gás de escape prejudiciais à saúde, produz maiores perdas de calor, devido a multiplicação de superfícies de permutação, o que resulta em maior consumo específico de combustível e, atualmente, é um processo pouco utilizado nos motores modernos.

Injeção de combustível

Antecâmara no cabeçote de um motor Diesel de 4 tempos. 

A parte inferior da antecâmara a é quente, porque se encontra separada das paredes refrigeradas pelo entreferro. Descontinuidade da pressão na antecâmara e insuflação na parte principal da câmara de combustão mediante um canal injetor. b = tubulação de combustível; c = ignição auxiliar para partidas a frio; d = passagem da água de refrigeração para o cabeçote.

Antecâmara tipo esférica. 

A câmara de turbulência  a  contém quase toda a carga de ar que, no percurso de compressão, penetra tangencialmente pelo canal b começando um movimento circular; c = tubulação de combustível.

O combustível é injetado diretamente sobre a cabeça do pistão mediante um bico injetor, com um ou vários pequenos furos (diâmetros de 0,1 a 0,3 mm) direcionados segundo um ângulo apropriado. Funciona com pressões muito elevadas (até 400 at) para conseguir uma pulverização muito fina e uma distribuição adequada do combustível no ar de carburação. O jato único forma uma neblina composta de gotas minúsculas que costuma se inflamar em primeiro lugar na proximidade de entrada. A formação da mistura é acelerada e melhorada quando o ar de carburação executa um movimento rápido em relação à névoa do combustível. Com isto o movimento circular e turbulento do ar se produz de várias formas já com o processo de sucção ou com a compressão. A maioria dos motores modernos utilizam o processo de injeção direta de combustível, em virtude do seu melhor rendimento térmico.

Tipo de injeção do combustível

Processos de injeção direta. a = injeção direta no ar parado (Cummins); b  = jato sobre a cabeça do pistão com câmara de mistura térmica (processo MAN-M).

 

Muitas pesquisas têm sido desenvolvidas sobre o processo da combustão em motores Diesel. Inicialmente, acreditava-se que ocorria uma explosão no interior do cilindro, razão pela qual, os motores de combustão interna eram também chamados de motor a explosão. Por meio de observações, testes diversos, tentativas, erros e acertos, os componentes do sistema de injeção vêm sendo aperfeiçoados nos seus desenhos, preservando, no entanto, o que de melhor se alcançou, em termos de resultados com o processo de injeção direta. Recentemente, descobriu-se mais detalhes do processo de combustão e isto, certamente, trará novos desenvolvimentos. Com o auxílio de um equipamento de raios-x de alta velocidade, foi possível registrar os diversos instantes em que a combustão se processa. Até então, todas as observações feitas eram por meio de iluminação estroboscópica, que permitia visualizar uma fração de cada tempo de combustão e, formando uma seqüência de imagens, tinha-se uma idéia do processo.

 

2.5.1.1 – SISTEMA DE INJEÇÃO

Desde a construção do primeiro motor Diesel, o principal problema tem sido o processo de injeção do combustível para a combustão ideal. Os sistemas existentes não sofreram grandes modificações no correr dos anos. As principais alterações, que resultaram em evolução significativa, foram, primeiramente o advento da bomba rotativa em linha, desenvolvida por Robert Bosch em 1927, que permitiu aos motores alcançarem rotações mais elevadas e, conseqüentemente, mais potência. Depois, no decorrer da década de 80, surgiram os primeiros sistemas de gerenciamento eletrônicos (EDC, de Electronic Diesel Control). O desenvolvimento dos sistemas EDC, embora trazendo consideráveis resultados, esbarrava na limitação mecânica dos sistemas em uso, que não podiam prescindir de um meio de comprimir o óleo Diesel pela ação de um pistão comandado no instante adequado. Assim, mantinham-se os componentes básicos dos sistemas de injeção, utilizando-se os recursos eletrônicos para monitoramento e controle, sem possibilidade de intervenções importantes no processo de injeção. O início, duração e término da injeção permaneciam acoplados à posição da árvore de manivelas, uma vez que as bombas injetoras não permitiam variações, por serem acionadas por engrenagens conduzidas pela rotação do motor. Diferentemente dos motores do ciclo Otto, que já utilizavam a injeção eletrônica de combustível e sistema de ignição transistorizado independentes, os motores Diesel ainda esperavam por novas tecnologias.

Em 1997, a Alfa Romeu lançou o seu modelo 156 equipado com um motor Diesel dotado de um sistema de injeção revolucionário, que ela denominou de JTD. Tal sistema, aumentava a potência e o torque com redução do consumo e, por conseqüência, os níveis de emissões e abriu novas perspectivas para o futuro dos motores Diesel. Posteriormente, os direitos de fabricação deste sistema foram cedidos à Robert Bosch, que começou a equipar motores para a Mercedes Benz, BMW, Audi, Peugeot e Citroën (estes últimos denominam o sistema de HDI). Em 2003 chegará ao mercado um modelo da Fiat. A Ford está testando um modelo Focus e a Volkswagen já apresentou um Passat equipado com o novo sistema. No segmento de motores mais pesados, as fábricas Mercedes, Scania e Volvo já anunciaram os lançamentos dos novos motores equipados com este sistema, que ganhou a denominação de COMMON RAIL.

Segundo a Robert Bosch do Brasil:

“O Sistema Common Rail Bosch é um moderno e inovador sistema de injeção diesel. Ele foi desenvolvido para atender à atual demanda do mercado em relação à diminuição do consumo de combustível, da emissão de poluentes e maior rendimento do motor exigidos pelo mercado. Para isto são necessárias altas pressões de injeção, curvas de injeção exatas e dosagem extremamente precisa do volume do combustível.

Com a introdução da primeira bomba injetora em linha fabricada em série no ano de 1927, estavam criadas as condições para o emprego do motor Diesel de alta rotação em veículos automotivos. O emprego da bomba injetora em linha ainda hoje está em diversos veículos utilitários e motores estacionários, chegando até a locomotivas e navios com pressões de injeção para motores de até cerca de 160 kw por cilindro. Os diferentes requisitos para a utilização dos motores Diesel levaram ao desenvolvimento de diversos sistemas de injeção, adequados às respectivas exigências.

O sistema de injeção de pressão modulada "Common Rail" para motores de injeção direta abre perspectivas completamente novas:

• Ampla área de aplicação (para veículos de passeio e utilitários leves com potência de até 30 kw / cilindro, para utilitários pesados chegando até a locomotivas e navios com potência de até 200 kw / cilindro);

• Alta pressão de injeção de até cerca de 1400 bar;

• Início de injeção variável;

• Possibilidade de pré-injeção, injeção principal e pós-injeção;

• Volume de injeção, pressão no "Rail" e início da injeção adaptados a cada regime de funcionamento, assim como;

• Pequenas tolerâncias e alta precisão durante toda a vida útil.

O sistema de injeção de pressão modulada "Common Rail", produção de pressão e injeção são acoplados. A pressão de injeção é produzida independente da rotação do motor e do volume de injeção e está no "Rail" (acumulador de combustível de alta pressão) pronta para a injeção.

Momento e qualidade de injeção são calculados na unidade de comando eletrônica e transportados pelo injetor (unidade de injeção) em cada cilindro do motor através de uma válvula magnética ativada. Com o injetor e a alta pressão sempre iminente, obtém-se uma curva de injeção muito precisa.

Com a ajuda dos sensores a unidade de comando pode captar a condição atual de funcionamento do motor e do veículo em geral. Ela processa os sinais gerados pelos sensores e recebidos através de cabos de dados. Com as informações obtidas ela tem condição de exercer comando e regulagem sobre o veículo e, principalmente, sobre o motor.

O sensor de rotação do eixo de comando, determina, com o auxílio do efeito "Hall", se o cilindro se encontra no PMS da combustão ou da troca de gás. Um potenciômetro na função de sensor do pedal do acelerador, informa através de um sinal elétrico à unidade de comando, com que força o condutor acionou o pedal (aceleração).

O medidor de massa de ar informa á unidade de comando qual a massa de ar atualmente disponível para assegurar uma combustão possivelmente completa. Havendo um turbocompressor, atua ainda o sensor que registra a pressão de carga. Com base nos valores dos sensores de temperatura do agente de refrigeração e de temperatura do ar. De acordo com o veículos são conduzidos ainda outros sensores e cabos de dados até a unidade de comando para fazer cumprir as crescentes exigências de segurança e de conforto.”

Injeção commonrail

  1. medidor de massa de ar,
  2. unidade de comando,
  3. bomba de alta pressão,
  4. acumulador de alta pressão (Rail),
  5. injetores,
  1. sensor de rotação do eixo da manivela,
  2. sensor de temperatura do motor,
  3. filtro de combustível,
  4. sensor do pedal do acelerador.

Esta nova tecnologia ainda não está disponível para os motores utilizados nos grupos geradores. Tudo indica que brevemente também os motores estacionários e industriais serão incrementados com novos desenvolvimentos tecnológicos.

Um indicativo importante do sucesso do sistema, por exemplo, é o anúncio da Delphi Diesel de investimento de 2 bilhões de dólares no desenvolvimento das suas linhas de produção para fabricar componentes Common Rail.

Com o advento destas inovações, muda sensivelmente o perfil do profissional de manutenção de motores, que deverá adquirir conhecimentos também de sistemas digitais e da utilização de ferramentas computadorizadas para diagnóstico de falhas e correção de defeitos.

3 – COMPONENTES DO SISTEMA DE INJEÇÃO

A injeção do combustível Diesel é controlada por uma bomba de pistões responsável pela pressão e dosagem para cada cilindro, nos tempos corretos. Na maioria dos motores Diesel, utiliza-se uma bomba em linha dotada de um pistão para cada cilindro e acionada por uma árvore de cames que impulsiona o combustível quando o êmbolo motor (pistão) atinge o ponto de início de injeção, no final do tempo de compressão. Alguns motores utilizam bombas individuais para cada cilindro e há outros que utilizam uma bomba de pressão e vazão variáveis, fazendo a injeção diretamente pelo bico injetor acionado pela árvore de comando de válvulas. Há ainda aqueles que utilizam bombas rotativas, que distribuem o combustível para os cilindros num processo semelhante ao do distribuidor de corrente para as velas utilizado nos motores de automóveis.


As bombas injetoras, rotativas ou em linha, para que funcionem, são instaladas no motor sincronizadas com os movimentos da árvore de manivelas. Ao processo de instalação da bomba injetora no motor dá-se o nome de calagem da bomba. Cada fabricante de motor adota, segundo o projeto de cada modelo que produz, um processo para a calagem da bomba injetora. Na maioria dos casos, a coincidência de marcas existentes na engrenagem de acionamento da bomba com as marcas existentes na engrenagem acionadora é suficiente para que a bomba funcione corretamente. Em qualquer caso, porém, é absolutamente necessário consultar a documentação técnica fornecida pelo fabricante, sempre que se for instalar uma bomba injetora, pois os procedimentos são diferentes para cada caso.

Bomba injetora Bosch em linha

 

A dosagem do combustível é feita pela posição da cremalheira, conectada ao acelerador por meio do governador de rotações.

Débito nulo

Débito médio

Débito máximo

 

Dosagem do combustível. Com o mesmo deslocamento vertical, o pistão injeta mais ou menos combustível em função da sua posição. O que muda é o tempo final de débito.

Sistema de injeção Bosch

 

Bomba injetora

Normalmente instalados nos cabeçotes, tem a finalidade de prover o suprimento de combustível pulverizado em forma de névoa. A agulha do injetor se levanta no começo da injeção devido ao impacto da pressão na linha de combustível, suprida pela bomba injetora. Durante os intervalos de tempo entre as injeções, se mantém fechado automaticamente pela ação de uma mola. Uma pequena quantidade de combustível, utilizada para lubrificar e remover calor das partes móveis dos injetores é retornada ao sistema de alimentação de combustível. Os bicos injetores, assim como as bombas, são fabricados para aplicações específicas e não são intercambiáveis entre modelos diferentes de motores. Em muitos casos, um mesmo modelo de motor, em decorrência de alguma evolução introduzida na sua produção, utiliza um tipo de bico injetor até um determinado número de série e outro a partir de então, sem que sejam intercambiáveis entre si. É necessário ter atenção especial quando for o caso de substituir bicos ou bombas injetoras, para que sejam utilizados os componentes corretos.

 

Bico injetor

Injetor commonrail

Injetor Common Rail BOSCH

Porta-injetor e Bico injetor. 

A agulha do bico b que fecha com o auxílio de uma forte mola a, é levantada pela elevada pressão do combustível bombeado em c. d = linha de pressão; e = parafuso de ajuste para a regulação da pressão de injeção; f = linha de retorno do combustível utilizado para lubrificação e refrigeração do bico injetor.

4 – REGULAÇÃO DA VELOCIDADE

A rotação de trabalho do motor Diesel depende da quantidade de combustível injetada e da carga aplicada à árvore de manivelas (potência fornecida à máquina acionada). Também é necessário limitar a rotação máxima de trabalho do motor, em função da velocidade média do pistão (cm= s n / 30), que não deve induzir esforços que superem os limites de resistência dos materiais, bem como da velocidade de abertura e fechamento das válvulas de admissão e escapamento, que a partir de determinados valores de rotação do motor, começam a produzir efeitos indesejáveis. Nas altas velocidades, começa haver dificuldade no enchimento dos cilindros, devido ao aumento das perdas de carga e a inércia da massa de ar, fazendo cair o rendimento volumétrico.

Como a quantidade de combustível injetada é dosada pela bomba injetora, por meio da variação de débito controlada pelo mecanismo de aceleração, limita-se a quantidade máxima de combustível que pode ser injetada. Dependendo do tipo de motor, essa limitação é feita por um batente do acelerador, que não permite acelerar o motor além daquele ponto. O mecanismo de aceleração, por si só, não é capaz de controlar a rotação do motor quando ela tende a cair com o aumento da carga ou a aumentar com a redução da mesma carga. É necessário então outro dispositivo que assegure controle da dosagem de combustível em função das solicitações da carga. Na maioria dos motores, este dispositivo é constituído por um conjunto de contrapesos girantes, que por ação da força centrífuga, atua no mecanismo de aceleração de modo a permitir o suprimento de combustível sem variações bruscas e respondendo de forma suave às solicitações da carga. Conhecidos como reguladores ou governadores de rotações, são utilizados em todos os motores Diesel e, dependendo da aplicação, como visto no início deste trabalho, tem características distintas e bem definidas. No caso específico dos motores para grupos Diesel-geradores, a regulação da velocidade é um item particularmente crítico, uma vez que a freqüência da tensão gerada no alternador necessita ser mantida constante, ou seja, o motor Diesel deve operar em rotação constante, independente das solicitações da carga. Isto significa que a cada aparelho elétrico que se liga ou desliga, o governador deve corrigir a quantidade de combustível injetada, sem permitir variações da RPM, o que é quase impossível, dado o tempo necessário para que as correções se efetivem. Para solucionar o problema, existem três tipos básicos de governadores isócronos, que são:

 Constituídos por um sistema de contrapesos, molas e articulações, atuam no mecanismo de aceleração aumentando ou diminuindo o débito de combustível sempre que a rotação se afasta do valor regulado, em geral, 1800 RPM. Tem tempo de resposta considerado longo e permitem oscilações em torno do valor regulado. Dependendo da carga que for aplicada bruscamente, permitem quedas acentuadas da RPM e, na recuperação, permitem ultrapassar o valor regulado para, em seguida, efetuar nova correção de menor grau. São mais baratos e utilizados em grupos Diesel-geradores que alimentam equipamentos pouco sensíveis às variações de freqüência. Tem precisão de regulação em torno de 3%, podendo chegar até 1,5%. O tipo mais comum, utilizado em grande numero de motores equipados com bombas injetores Bosch em linha, é o governador Bosch modelo RSV.

Governador RSV

 

De maior precisão que os governadores mecânicos, podem ser acionados pelo motor Diesel independentemente da bomba injetora e atuam sobre a alavanca de aceleração da bomba, exercendo a função que seria do pedal do acelerador do veículo. São constituídos por um sistema de contrapesos girantes, que fazem o papel de sensor de rotação e uma pequena bomba hidráulica para produzir a pressão de óleo necessária ao acionamento. As variações de rotação "sentidas" pelos contrapesos são transformadas em vazão e pressão de óleo para alimentar um pequeno cilindro ligado à haste de aceleração da bomba. Por serem caros e necessitarem de um arranjo especial para montagem no motor, são pouco utilizados. O modelo mais conhecido em uso no Brasil é o Woodward PSG.

 

Governador hidráulico

Governador Hidráulico WOODWARD modelo PSG

 

Atualmente estão sendo utilizados em maior escala, dado o custo, que vem se reduzindo nos últimos anos. Oferecem a melhor precisão de regulação que se pode conseguir e são constituídos por três elementos básicos: 

1) – Pick-up magnético, que exerce a função de sensor de RPM; 

2) – Regulador eletrônico, propriamente dito (ou unidade de controle) e 

3) – Atuador

A construção pode variar, conforme o fabricante, mas todos funcionam segundo os mesmos princípios. O pick-up magnético é uma bobina enrolada sobre um núcleo ferromagnético e instalado na carcaça do volante, com a proximidade adequada dos dentes da cremalheira. Com o motor em funcionamento, cada dente da cremalheira, ao passar próximo ao pick-up magnético, induz um pulso de corrente elétrica que é captado pelo regulador. A quantidade de pulsos por segundo (freqüência) é comparada, pelo regulador, com o valor padrão ajustado. Se houver diferença, o regulador altera o fluxo de corrente enviada para o atuador, que efetua as correções do débito de combustível, para mais ou para menos, conforme necessidade. Há atuadores que trabalham ligados à haste de aceleração da bomba injetora, como nos governadores hidráulicos e outros que são instalados no interior da bomba e atuam diretamente sobre o fluxo de combustível. Os atuadores externos mais conhecidos são os fabricados pela Woodward, (governadores modelo EPG) e os internos são os utilizados nos motores Cummins (governador EFC).

 

Governador eletrônico Woodward

Governador Eletrônico WOODWARD modelo EPG - 12 ou 24 Volts 

 

Governador eletrônico Cummins

Governador Eletrônico CUMMINS modelo EFC.

 

Governadores Digitais

Os governadores digitais utilizados atualmente, embora possam oferecer recurso de comunicação via porta serial e funções de controle PID (Proportional Integral Derivate), dependem de um atuador analógico para comandar as correções de RPM do motor, o que os torna iguais, em termos de resultados, aos governadores eletrônicos analógicos.

 

Governador digital

Governador Eletrônico Digital

Woodward 2301D

Load Sharing and Speed Control

 

Nos grupos geradores, assim como em outras aplicações, a variação de RPM é função da variação da carga e o tempo de correção também é proporcional à intensidade da mesma variação. No caso do veículo que sobe uma ladeira, o motorista aciona o pedal do acelerador para manter a rotação e vencer a subida. Nos grupos geradores, quem aciona o acelerador é o governador de rotações.

Os governadores são ditos isócronos quando asseguram rotação constante entre vazio e plena carga, corrigindo no menor tempo possível as variações de RPM. Por mais isócronos que possam ser, não podem corrigir instantaneamente as variações de rotação do motor, devido à inércia natural do sistema. É necessário, primeiro, constatar que houve uma variação de RPM para, em seguida, efetuar a correção.

O tempo de resposta é ajustado até um limite mínimo, a partir do qual o funcionamento do motor se torna instável, por excesso de sensibilidade. Neste ponto, é necessário retroceder um pouco até que a rotação se estabilize. Uma vez obtido o melhor tempo de resposta, a quantidade de RPM que pode variar dentro deste tempo depende da solicitação da carga. Uma grande variação brusca na carga induz uma variação proporcional da RPM. Além da sensibilidade, é necessário ajustar o valor máximo que se pode permitir de queda ou de aumento de RPM, entre vazio e plena carga, que nem sempre pode ser zero RPM. Esta variação é conhecida como droop e é necessária, especialmente para grupos geradores que operam em paralelo (mais de um grupo Diesel-gerador alimentando a mesma carga).

Todos os governadores de rotação, atualmente, ajustam a quantidade de combustível por meios mecânicos. Utiliza-se sempre um dispositivo atuador, que nos governadores eletrônicos é acionado eletricamente, para fazer variar a quantidade de combustível injetada e corrigir a rotação para o valor nominal.

 

CARACTERÍSTICAS DE REGULAÇÃO

O problema de manter constante a velocidade do motor é o mesmo de qualquer sistema submetido a um controle para correção.

 

 Sistema de controle


No grupo gerador, teríamos:

Sistema governador

Com reguladores ou governadores ditos proporcionais, as correções das variações acontecem de forma semelhante à curva:

Regulação de velocidade

Com governadores digitais PID (Proportional Integral Derivate) as correções são semelhantes à curva:

Regulação da velocidade

Alguns exemplos de ajustes de governadores eletrônicos e digitais:

Resposta do governador

Reposta de regulação

DROOP:

É a variação percentual entre as velocidades nominal em vazio e a final, com aplicação de 100% de carga. = (RPMnom – RPMfin) / RPMnom

Droop

Rotação nominal em vazio: 1800 RPM

Com 100% de carga: 1740 RPM

Droop = (1800 – 1740) / 1800 = 0,0333.... ou 3,3%

Para os motores das próximas gerações, não serão mais necessários governadores de rotações, uma vez que bastará programar a ECU do sistema de injeção eletrônica para operar em rotação constante sob qualquer condição de carga ou com o droop desejado.

5 – O COMBUSTÍVEL

Motores Diesel precisam, para a auto-ignição e queima perfeita, de combustíveis de alto ponto de ignição.

A pré-combustão é a tendência do combustível à auto-ignição quando da injeção, no motor Diesel, e é característica importante para o desempenho do combustível, neste tipo de motor; é medida pelo índice de cetana.

O óleo Diesel é uma mistura de hidrocarbonetos com ponto de ebulição entre 200 e 360°C, obtido por destilação do petróleo por hidrogenação, síntese, ou craqueamento catalítico a baixas temperaturas. Tem poder calorífico médio (ou calor de combustão) de 11.000 Kcal / Kg.

O óleo Diesel comum, ou comercial, utilizado universalmente, embora atenda aos requisitos básicos em termos de características físicas e químicas, requer cuidados quanto ao manejo e utilização. A água, presente, em maior ou menor concentração, é o principal contaminante e deve sempre ser removida, por centrifugação ou filtragem especial com decantadores. Como os componentes das bombas e bicos injetores são construídos com folgas adequadas à lubrificação pelo próprio óleo Diesel, a presença de água os danifica imediatamente. Além de água, todo óleo Diesel tem um certo teor de enxofre, que não pode ser removido, do qual resulta, após a combustão, compostos nocivos à saúde. São as seguintes as características e especificações para o óleo Diesel adequado:
 

PROPRIEDADE
ESPECIFICAÇÃO
MÉTODO DE TESTE EM LABORATÓRIO
Viscosidade
ASTM D-445
1,3 a 5,8 CentiStoke a 40°C
Numero de Cetana
ASTM D-613
No mínimo 40, exceto em clima frio e serviço em marcha lenta por períodos prolongados, quando será necessário numero mais elevado.
Teor de Enxofre
ASTM D-129 

ou 1552

Não deve exceder a 1,0% em peso.
Teor de água e sedimentos
ASTM D-1796
Não deve exceder a 0,1% em peso.
Resíduos de carbono
ASTM D524 

ou D-189

Não deve exceder a 0,25% em peso em 10% de resíduos.
Ponto de fulgor
ASTM D-93
52°C (125°F) mínimo. Algumas sociedades classificadoras exigem ponto de fulgor mais elevado.
Ponto de Névoa
ASTM D-97
12°C abaixo da temperatura esperada de operação.
Corrosão por enxofre ativo sobre lâmina de cobre
ASTM D- 130
Não deve exceder o n° 2 após 3 horas a 50°C.
Teor de cinzas
ASTM D-482
Não deve exceder a 0,02% em peso.
Destilação

 

ASTM D-86

 

A curva de destilação deve ser suave e contínua. 98% do combustível deve evaporar abaixo de 360°C. Todo o combustível deve evaporar abaixo de 385°C.

Os hidrocarbonetos não carburados (perdas na exaustão e por vazamentos nas vedações dos pistões), o formaldeído (reação parcial da mistura de combustível e ar), o monóxido de carbono, os óxidos nítricos (reação do ar com pressão e temperaturas elevadas) e todos os componentes de mau cheiro como a fuligem podem causar problemas. A importância dos componentes carcinógenos e tóxicos nos gases de escapamento é preocupação no mundo inteiro e vem sendo objeto de padrões e normas para a proteção ambiental.

6 – GASES DE ESCAPE - EMISSÕES

O processo de combustão é uma reação química de oxidação que se processa em altas temperaturas.

Nos motores em geral, o processo de combustão oxida uma parcela dos componentes que são admitidos no interior do cilindro. O combustível, principalmente os derivados de petróleo, é, na realidade uma mistura de hidrocarbonetos que contém também outros materiais, tais como enxofre, vanádio, sódio, potássio, etc. Por outro lado, o ar, utilizado como comburente, é uma mistura de gases diversos, como sabemos. O oxigênio contido no ar é o que realmente interessa ao processo de combustão. Os demais gases, como o nitrogênio, ao se combinarem com alguns outros componentes do combustível, podem produzir compostos indesejáveis, os quais são lançados na atmosfera, misturando-se ao ar que respiramos. Alguns desses compostos, como o SO2, são prejudiciais e atualmente são objeto de preocupação mundial. As organizações internacionais, como a EPA, nos Estados Unidos, o CONAMA, do Brasil e outras entidades, vem estabelecendo padrões para controle dos níveis de emissões desses poluentes e, se considerarmos os milhões de motores que existem no planeta, emitindo milhões de toneladas desses produtos diariamente, veremos que, realmente, existem motivos para preocupações.

Para os automóveis, na Europa já é obrigatório o uso de catalisadores e no Brasil essa obrigação será estabelecida em futuro próximo. Os DETRAN já estão equipados com os equipamentos de medição de emissões e, a partir do próximo ano, não mais serão licenciados veículos com altos níveis de emissões. Os motores Diesel produzidos atualmente necessitam atender a limites estabelecidos em normas internacionais, sendo esses limites, periodicamente, reduzidos a fim de obrigar os fabricantes a desenvolverem motores capazes de produzirem potência com o máximo aproveitamento do combustível e o mínimo de emissões. Como ilustração, vide abaixo tabela de emissões de um motor Diesel novo, em boas condições de operação e aprovado em testes de emissões:
 

HC Hidrocarbonetos não queimados
2,40
NOx Óxidos de Nitrogênio como N2
11,49
CO Monóxido de Carbono
0,40
PM Material particulado
0,50
SO2 Anidrido Sulfuroso
0,62
CO2 Gás Carbônico
510
N2 Nitrogênio
3.400
O2 Oxigênio
490
H2O Vapor d’água
180
Os valores são expressos em gramas/HPh

Para saber mais sobre as limitações de emissões, consulte a Resolução CONAMA n° 001 de 08/03/90 e veja a norma brasileira NBR14489 - Motor Diesel - Análise e determinação dos gases e do material particulado emitidos por motores do ciclo Diesel - ciclo de 13 pontos, publicada pela ABNT em 04/2000.


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