Anéis de Pistão são fabricados e classificados com base na função e usabilidade. A principal utilização do anel de pistão é para selar a câmara (onde o pistão está em movimento), que pode ser uma câmara de combustão de um motor de 2 ou 4 tempos. Os motores marítimos têm três ou mais tipos de anéis instalados na circunferência do pistão.
O anel do pistão é uma peça essencial do pistão, e os seus números e funcionalidade diferem dependendo do tipo e capacidade do motor.
Em motores de 2 tempos grandes, os anéis de pistão do tipo compressão são utilizados para selar a câmara de combustão e os anéis limpadores são instalados por baixo deles para limpar os depósitos da camisa e distribuir óleo na superfície da camisa.
Leitura relacionada: Razões do desgaste do forro do cilindro e formas de o medir
No entanto, em motores marítimos mais pequenos, são utilizados diferentes tipos de anéis de pistão para fins específicos. Por exemplo, o anel raspador de óleo é utilizado em motores de 4 tempos, uma vez que é um motor do tipo tronco, e o óleo do cárter tem acesso directo à camisa do cilindro e ao pistão. Neste artigo, veremos os diferentes tipos de anéis de pistão utilizados em motores marítimos.
Tabela de conteúdos
Tipos e funções de anéis de pistão
Anéis de compressão ou anéis de pressão
Os anéis de compressão proporcionam vedação acima do pistão e evitam a fuga de gás do lado de combustão. Os anéis de compressão estão localizados nas primeiras ranhuras do pistão.
No entanto, isto pode diferir de acordo com o desenho do motor. A principal função destes anéis é vedar os gases de combustão e transferir calor do pistão para as paredes do pistão.
O óleo é controlado pelo corte da camada de óleo deixada pelo anel de óleo, fornecendo assim aos anéis de compressão superiores lubrificação suficiente. Além disso, também fornece ajuda ao anel de compressão superior na selagem e transferência de calor.
Anel do Limpador
O anel do limpador também chamado de anel de Napier, ou anel de compressão de reserva, são instalados abaixo do anel de compressão. A sua principal função é limpar a superfície do revestimento do excesso de óleo e actuar como anel de apoio ao parar qualquer fuga de gás mais para baixo que escapasse ao anel de compressão superior. A maioria dos anéis limpadores tem uma face de ângulo cônico que é posicionada em direcção ao fundo para proporcionar uma acção de limpeza à medida que o pistão se move em direcção à cambota.
Leitura relacionada: Como as Forças Internas em Motores Marítimos afectam o seu funcionamento?
Se o anel limpador instalado incorrectamente com o ângulo cônico mais próximo do anel de compressão, resulta num consumo excessivo de óleo. Isto é causado pelo anel limpador que limpa o óleo em excesso em direcção à câmara de combustão.
Anéis de controlo de óleo / Raspadores
Os anéis de controlo de óleo controlam a quantidade de óleo lubrificante que passa para cima ou para baixo das paredes do cilindro. Estes anéis são também utilizados para espalhar o óleo uniformemente em torno da circunferência do revestimento.
O óleo é salpicado sobre as paredes do cilindro. Estes anéis são também chamados anéis raspadores, uma vez que raspam o óleo das paredes do cilindro e enviam de volta para o cárter.
Estes anéis não permitem que o óleo passe do espaço entre a face do anel e o cilindro.
Leitura relacionada: Lubrificação Inteligente de Cilindros para Motores Marítimos Modernos
No anel de óleo, são cortados furos ou ranhuras no centro radial do anel, o que permite que o óleo em excesso flua de volta para o reservatório.
Anéis de óleo podem ser de uma ou duas peças. Para aumentar a pressão de contacto entre o anel e a superfície do revestimento, os anéis podem ter bordos chanfrados em ambos os lados externos das terras ou de frente para a câmara de combustão para reduzir o consumo de óleo através de uma melhor raspagem de óleo do furo.
Anéis de controlo de óleo de duas peças consistem num anel de ferro fundido ou de aço perfilado e uma mola helicoidal que é feita de aço de mola resistente ao calor para actuar em torno de toda a circunferência do anel para manter a pressão e o contacto.
Material do anel de pistão
Um dos materiais mais proeminentes utilizados na fabricação de anéis de pistão é o ferro fundido. Isto porque contém grafite na forma lamelar que por sua vez actua como um lubrificante que ajuda o movimento de deslizamento entre os anéis e o revestimento.
As ligas e os revestimentos são feitos nos anéis de pistão, e variam conforme o tipo de anel, uma vez que a funcionalidade destes anéis é diferente uns dos outros.
A forma mais comum de liga de ferro fundido é o crómio, molibdénio, vanádio, titânio, níquel e cobre.
O material do anel do pistão é mantido mais duro do que o revestimento do cilindro para proporcionar uma vida útil máxima.
Leitura relacionada: Como são feitos os anéis de pistão?
O Pistão do Motor Principal
A câmara de combustão de um motor marítimo de 2 tempos é um grande espaço que produz uma enorme quantidade de calor e tensões.
Os anéis superiores do pistão estão directamente em contacto com a câmara de combustão, pelo que necessitam de melhor protecção e revestimento para enfrentar o stress térmico e proporcionar uma vedação adequada.
Muitos novos desenhos foram introduzidos especialmente para os grandes motores marítimos de dois tempos. Alguns dos desenhos importantes introduzidos são:
motor MAN
O anel superior do pistão é do tipo de Alívio de Pressão Controlada em que vários sulcos oblíquos rasos (cromados duros) são fornecidos na face permitindo que alguma pressão de gás passe para o 2º anel, reduzindo assim a carga no anel superior. Tem junta tipo ‘S’ nas extremidades do anel.
Foi também recentemente introduzido um novo desenho que é uma versão modificada dos anéis de CPR conhecida como CPR Port on Plane rings (CPR POP).
A modificação é feita na posição dos sulcos que são agora colocados no lado inferior do anel, uma vez que se notou que o desgaste dos sulcos dos anéis de CPR no lado de funcionamento era mais rápido do que o habitual.
Segundo ou Anéis Intermediários
Os outros anéis têm um corte oblíquo nas extremidades dos anéis. Todos os anéis de pistão são revestidos de alumínio na superfície exterior para ajudar na rodagem.
Motor Wartsila
No motor Wartsila 2 tempos, as ranhuras dos anéis de pistão na superfície do pistão são temperadas para uma excelente resistência ao desgaste. O anel superior do pistão (também conhecido como anel de gás (GT) em Wartsila) tem extremidades sobrepostas para evitar a fuga de gás com uma forma assimétrica do barril. São revestidos de cromo-cerâmica (CC) juntamente com o revestimento de rodagem (RC).
O número de anéis de pistão variará dependendo do tamanho do motor. Por exemplo, um RTflex 35 terá uma saia muito curta e está equipado com três anéis de pistão, mas um motor RTA pode ter 5 anéis de pistão.3
Motor a 4 tempos
O requisito de anel de pistão num motor a 4 tempos é diferente, uma vez que o conjunto do revestimento do pistão está aberto para o poço. Assim, os anéis raspadores de óleo são adicionalmente necessários no conjunto de anéis de pistão de 4 tempos. Consiste tipicamente em 2-5 anéis, dependendo do tipo e especificação do motor. Normalmente, são fornecidos 2-4 anéis de compressão para selar os gases da câmara de combustão, e 1-3 anéis de controlo de óleo para evitar a entrada de óleo em excesso na câmara de combustão.
Os anéis de pistão do compressor são normalmente do tipo de barril com face cónica para uma vedação eficiente dos gases. Os perfis dos anéis de controlo de óleo compreendem dois terrenos e uma mola helicoidal inserida para suportar a pré-tensão do anel.
Como funcionam os anéis de pistão?
Como explicado, existem diferentes tipos de anéis fornecidos num pistão a vários níveis, que executam diferentes tarefas.
A ranhura superior do pistão consiste num anel de compressão cuja função principal é vedar qualquer tipo de fuga dentro da câmara de combustão durante o processo de combustão.
Quando a mistura ar-combustível é inflamada, a pressão dos gases de combustão é aplicada à cabeça do pistão, forçando o pistão em direcção à cambota.
Os gases pressurizados percorrem a fenda entre a parede do cilindro e o pistão e para a ranhura do anel do pistão.
Durante o processo de combustão, a força dos gases de alta pressão pressiona o anel do pistão contra a parede do revestimento do cilindro, o que o ajuda a formar uma vedação eficaz. Esta pressão empurrando o anel do pistão é proporcional à pressão do gás de combustão.
O próximo conjunto de anéis no pistão que são colocados abaixo do anel de compressão e acima dos anéis de óleo são chamados anéis limpadores.
Têm uma construção de face cónica e são utilizados para selar ainda mais a câmara de combustão. Como o nome sugere, eles ajudam a limpar a parede do revestimento de qualquer excesso de óleo e impurezas. Se algum dos gases de combustão conseguir passar pelo anel de compressão, estes gases serão bloqueados pelo anel limpador em bom estado.
O último conjunto de anéis são anéis de óleo que se encontram nas ranhuras inferiores do pistão mais próximo do cárter. A principal função do anel de óleo é raspar qualquer excesso de óleo das paredes do revestimento do cilindro quando o pistão está em movimento.
Majoridade do óleo limpo é direccionado para o cárter de volta para o cárter de óleo. Estes anéis de óleo vêm com mola instalada na parte de trás num motor a 4 tempos para dar um empurrão adicional para limpar a camisa.
Porque é que os anéis de pistão falham?
A câmara de combustão exerce uma pressão tremenda sobre os anéis de pistão. Se a pressão de combustão do gás produzido dentro da câmara for superior ao habitual, pode afectar o desempenho do anel.
Isto pode ser devido à detonação e pinging do combustível do injector com fugas ou quando o combustível é misturado com ar sujo.
O fuelóleo contaminado ou o grau errado do óleo do cilindro também irá afectar o desempenho do anel. Quando o anel começa a desgastar-se, a sua capacidade de selar os gases de combustão tornar-se-á aparente.
Combustível mau ou qualidade de óleo de cilindro, mau processo de combustão, mau timing do combustível, revestimento gasto, etc., são a causa normal do desgaste dos anéis de pistão. A indicação ou sinal mais comum de um anel gasto é a passagem de gás para o cárter ou sob a área do pistão conhecida como blowby.
Anel pegajoso devido ao depósito de carbono ou lama e quebra ou rachadura no anel pode resultar devido ao desgaste.
Coisas a verificar durante a inspecção do anel de pistão
Inspecção dos anéis de pistão é uma tarefa importante para determinar o bom funcionamento dos anéis de pistão seguido de limpeza ou substituição dos anéis de pistão (se quebrados ou desgastados).
Em motores de 2 tempos, a porta contendo o anel superior está geralmente numa posição mais alta do que a ranhura do anel superior do motor de 4 tempos.
Durante a Inspecção de Rotina
Durante a inspecção normal do espaço de escavação, os anéis de pistão são pressionados com a ajuda de uma chave de parafusos. Isto é feito para verificar a acção ou tensão das molas dos anéis. Isto também indica se o anel está partido ou não. Se o anel estiver partido, não haverá acção da mola.
Os anéis são verificados quanto à sua liberdade nas ranhuras, pois podem ficar presos devido a depósitos de carbono e podem finalmente partir-se causando muitos danos no revestimento.
A folga entre o anel e a ranhura é também verificada e o desgaste é calculado. O anel é verificado quanto a marcas de arranhões e danos, e o estado geral é também avaliado.
Leitura relacionada: Essential Marine Engine Maintenance Guide For Marine Engineers
Durante as grandes revisões
Durante as grandes revisões, os anéis de pistão são mudados completamente com o novo conjunto. Mas os passos seguintes têm de ser considerados para a eliminação dos anéis:-
1) Se o anel do pistão for encontrado preso na ranhura.
2) Se a altura axial dos anéis for reduzida e a folga nos anéis e ranhura for grande.
3) Se a camada de cromo for descascada ou danificada.
p>Durante a revisão, as ranhuras têm de ser devidamente limpas dos depósitos de carbono e verificadas quanto a danos nas ranhuras dos anéis.
Antes de colocar os anéis de pistão, estes devem ser primeiro enrolados arredondados nas ranhuras. Neste processo, o anel é inteiramente movido dentro das ranhuras.
Com este teste, podemos verificar se as ranhuras são mais profundas do que a largura radial do anel.
Enquanto se insere o pistão com anéis substituídos no revestimento, utiliza-se a ferramenta compressora de anéis de pistão adequadamente lubrificada que assegurará que os anéis não se colarão à face do revestimento enquanto se vai para dentro da câmara de combustão.
Os anéis de pistão são colocados dentro do revestimento gasto, e a fenda do rabo também é verificada. Para anéis do pequeno pistão (por exemplo, compressor), as extremidades podem ser tratadas com um limador de anéis de pistão, mas para motores marítimos, os anéis têm de ser enviados para a oficina de terra para recondicionamento se a folga do rabo for invulgar. Ao colocar os anéis, estes devem ser verificados quanto à marcação de que peça está para cima ou para baixo e também verificar diferentes marcações para diferentes posições.
Os anéis devem ser colocados com a ajuda de uma portagem adequada, ou seja, com a ajuda de um expansor de anéis. A folga entre o anel e a ranhura é verificada com a ajuda do apalpador.
A folga axial e radial do anel antigo é verificada e registada para avaliar a quantidade de desgaste durante várias horas de funcionamento.
Como é feita a instalação do anel de pistão?
Antes de instalar o anel de pistão, o anel novo ou sobressalente é verificado quanto à sua marcação e comparado com o anel antigo para a mesma classe ou posição. Se a marcação do anel de pistão antigo for apagada, verificar o manual para a identificação do anel de pistão de modo a que possa ser colocado na sua ranhura apropriada.
A ranhura deve ser devidamente limpa para garantir que não haja depósito de carbono e lama. Durante a limpeza, é preciso ter em mente que algumas ranhuras do pistão são revestidas com uma película de protecção especial. Não devem ser danificadas pela utilização de uma ferramenta de trituração ou de trituração.
Após a ranhura estar devidamente limpa, o anel do pistão é instalado utilizando a ferramenta de anel de pistão que expande o anel a ser inserido na ranhura, deslizando-o do topo da cabeça do pistão. Assegurar-se de inserir o anel mantendo a marcação superior no lado superior.
A maioria dos anéis de pistão são fornecidos com a marcação “TOP” ou a superfície estampada com número de identificação é considerada como a face superior se não estiver presente nenhuma marcação específica.
É extremamente importante utilizar adequadamente a ferramenta expansora de anéis, pois uma utilização incorrecta pode danificar o anel ou prejudicar o operador, uma vez que o anel está sob tensão constante.
Em pequenos motores de 4 tempos, caso a ferramenta não esteja disponível, o anel pode ser expandido através do uso de roupa ou trapos disponíveis na casa das máquinas.
Dois trapos são colocados em cada lado das extremidades do anel e são puxados para que os anéis possam ser expandidos e inseridos a partir da parte superior do pistão.
Após a colocação de todos os anéis de pistão, assegurar que a abertura ou a extremidade do topo de todos os anéis de pistão não estejam alinhados para evitar a fuga de gás da câmara.
Vida útil dos anéis de pistão
Semelhante a todas as outras peças de maquinaria, o anel de pistão também terá um período de tempo definido de revisão e substituição. A vida útil de um anel de pistão depende inteiramente do tipo de anel de pistão, do tamanho do motor em que é montado, e do estado operacional do anel e do revestimento.
Para um anel de pistão grande de dois tempos com um diâmetro de aproximadamente 900mm, a vida útil total do anel pode ser de até 24.000 horas e para motores mais pequenos de 500mm de diâmetro, pode ser de até 16.000 horas.
Para motores marítimos auxiliares de 4 tempos de alta velocidade, a vida útil do anel do pistão é normalmente inferior à do motor de 2 tempos. A vida média de um motor marítimo de 4 tempos de alta velocidade é de aproximadamente 8000 horas, após o que é necessária a sua renovação.
P>Pode também gostar de ler:
- Como são feitos os Anéis de Pistão?
- Saias de Pistão, Hastes de Pistão e Tronco de Pistão
- Um Guia de Purificador de Óleo Lubrificante
- Eixo de Hélice Marinha – Design e Construção
- Um Guia de Óleo de Gás Marinho e LSFO Utilizado em Navios
Disclaimer: A opinião dos autores expressa neste artigo não reflecte necessariamente a opinião da Marine Insight. Os dados e gráficos, se utilizados, no artigo foram obtidos a partir da informação disponível e não foram autenticados por qualquer autoridade estatutária. O autor e a Marine Insight não reclamam a sua exactidão nem aceitam qualquer responsabilidade pelos mesmos. Os pontos de vista constituem apenas as opiniões e não constituem quaisquer directrizes ou recomendações sobre qualquer linha de acção a ser seguida pelo leitor.
O artigo ou imagens não podem ser reproduzidos, copiados, partilhados ou utilizados sob qualquer forma sem a permissão do autor e Marine Insight.
Tags: guia da casa das máquinas anéis de pistão