Boroscopia: ferramenta útil na inspeção de motores de combustão interna

Marcos Thadeu Lobo

Engenheiro Mecânico Graduado Pela Universidade Estadual De Campinas ( Unicamp ) em 1985. Ingressou na Petrobras Distribuidora S/A em 1986 como profissional de Suporte Técnico em Produtos. E atualmente exerce a função de Consultor Técnico Sênior.

Boroscopia

O monitoramento da condição de serviço e do desgaste de componentes ( êmbolos, camisas, válvulas de admissão e escapamento, guias de válvula ) da câmara do cilindro ( cilindrada + câmara de combustão ) em motores de combustão interna Ciclo Otto 4T alimentados a Gás Natural Comprimido ( GNC ), por inspeção boroscópica, sem a necessidade de desmontagem parcial do maquinário reduz substancialmente o tempo de indisponibilidade.

Figuras 1/2 – Tempo de indisponibilidade: elevado custo na geração de energia.

A inspeção por boroscopia é um interessante método de inspeção que  pode dar aos técnicos de manutenção preditiva um panorama instantâneo da condição do maquinário. É muito importante, porém, que averiguemos quais as reais necessidades dos que vão se valer da inspeção por boroscopia visto que tal técnica não é a solução para todas as situações e pode gerar expectativas indevidas.

Figura 3 – A inspeção por boroscopia reduz a indisponibilidade do maquinário.

A inspeção por boroscopia é ferramenta útil na inspeção de motores de combustão interna Ciclo Otto 4T alimentados a Gás Natural Comprimido ( GNC )  quando:

1. Utilizada na detecção prematura de avarias mecânicas.
2. Substituição da carga de óleo lubrificante de cárter em uso.
3. Monitoramento da periodicidade de troca do óleo lubrificante de cárter por condição.
4. Necessidade eventual de extensão em revisões programadas de manutenção por questões técnicas ou operacionais.
5. Acompanhamento de desempenho e desgaste em componentes mecânicos e óleo lubrificante de cárter.

Figura 4/5 – A inspeção por boroscopia pode ser útil em várias aplicações.

O presente informativo técnico destina-se a fornecer informações básicas sobre quais elementos mecânicos podem ser monitorados e que parâmetros críticos devem ser avaliados para que  resultados significativos sejam obtidos na inspeção por boroscopia de motores de combustão interna Ciclo Otto 4T alimentados a Gás Natural Comprimido (GNC).

Boroscopia: Elementos mecânicos a serem monitorados

A câmara de combustão em motores de combustão interna Ciclo Otto 4T alimentados a Gás Natural Comprimido (GNC) é local em que se pode utilizar de forma bastante proveitosa a inspeção por boroscopia, sendo os seguintes componentes mecânicos os que podem ter a sua condição de serviço e taxa de desgaste monitorados:

1. Camisas de cilindro
2. Êmbolos ( topo )
3. Cabeçotes ( válvulas de admissão e escapamento; sede de válvulas )

Figuras 6/7 – Tubo de inserção com câmera.

Pode-se dar início à inspeção por boroscopia em motores de combustão interna Ciclo Otto 4T alimentados a Gás Natural Comprimido (GNC) movendo-se, através do bujão da vela de ignição, o tubo  de  inserção  com câmera  em  direção  ao  Porto Morto Inferior (PMI) do êmbolo de forma a se visualizar a região inferior das camisas de cilindro, onde será possível ter boas imagens do estado do brunimento. Movendo-se, então,  o  tubo  de  inserção  com câmera em  direção  ao  Ponto  Morto  Superior (PMS) do êmbolo será possível visualizar os efeitos do fenômeno da combustão na área superior das camisas dos cilindros.

O brunimento facilita a retenção da película de óleo lubrificante às paredes das camisas dos cilindros com vistas à redução do atrito com os anéis de segmento e vedação da câmara de combustão. Enquanto o brunimento se mantiver em condições adequadas ao longo de todo o curso do êmbolo o consumo de óleo lubrificante será mantido em níveis normais.

Figuras 8/9 – Brunimento em camisa de cilindros e espelhamento.

O atrito entre os anéis de segmento dos êmbolos e as camisas de cilindros leva, com o passar do tempo, à suavização (desgaste) do brunimento das camisas dos cilindros processo denominado de “espelhamento de camisas de cilindros (bore polishing)”.

Figuras 10/11 – Espelhamento de camisas de cilindros (bore polishing).

O processo de “espelhamento de camisas de cilindros (bore polishing)” é acelerado quando  material  carbonoso oriundo da combustão se  deposita  na face lateral da cabeça do êmbolo, entre a ranhura do primeiro anel de compressão e o topo do êmbolo, levando ao desgaste abrasivo e à perda de adesividade do óleo lubrificante.

Figuras 12/13 – Resíduos de carbono depositados na face lateral da cabeça do pistão.

Com vistas a se minorar a questão do espelhamento de camisas de cilindro (bore polishing) pode-se instalar anéis anti-espelhamento substituíveis nas camisas de cilindro (anéis raspadores de resíduos de carbono), que são anéis de aço fixados no topo das camisas e com diâmetros pouco menores que os diâmetros das camisas de cilindro e levemente maiores que os diâmetros das cabeças dos êmbolos de forma que, quando o êmbolo inverter a direção de movimento e atingir o Ponto Morto Superior (PMS) sejam removidos quaisquer depósitos carbonosos oriundos da combustão que tenham se  formado nesta região.

Figuras 14/15 – Mecanismo de formação de depósitos de carbono e anel antiespelhamento.

Movendo-se, através do bujão da vela de ignição,  o tubo  de  inserção  com câmera    até o  Ponto Morto Superior (PMS) do êmbolo pode-se visualizar a região superior das camisas de cilindro com intento de se monitorar a espessura e o aspecto de eventuais depósitos carbonosos formados nesse local.

Verificando arranhões nas camisas dos cilindros

A condição geral das camisas dos cilindros deverá ser inspecionada de maneira a verificar-se a ocorrência de arranhões horizontais ou verticais,  perpendiculares ou paralelos à linha de movimento dos êmbolos. O brunimento das camisas de cilindros deverá estar bem nítido, mesmo com a deposição de delgada formação de película de verniz.

Figuras 16/17 – Formação de depósitos carbonosos e de verniz em camisa de cilindro.

O bom estado do brunimento das camisas de cilindros é fundamental para que o consumo de óleo lubrificante de cárter em motores de combustão interna Ciclo Otto 4T alimentados a Gás Natural Comprimido (GNC) se mantenha na normalidade.

Figuras 18/19 – Brunimento de camisas em bom estado: consumo normal de óleo.

Nunca é demais frisar que as condições, mencionadas a seguir, levam à substancial elevação no consumo de óleo lubrificante de cárter:

1. Desgaste no brunimento das camisas de cilindros também chamado de “espelhamento de camisas de cilindros (bore polishing)”.
2. Formação de película de verniz nas camisas de cilindros.

Figuras 20/21 – Espelhamento (bore polishing) e depósitos em forma de verniz em camisas de cilindros = aumento no consumo de óleo lubrificante.