Contaminação causa danos no sistema de injeção – Parte III

Marcos Thadeu Lobo

Engenheiro Mecânico Graduado pela Universidade Estadual de Campinas ( Unicamp ). Exerce, atualmente, a função de Consultor Associado na empresa QU4TTUOR CONSULTORIA.

Sistema de injeção

1.5 – CONTAMINAÇÃO

Danos no sistema de injeção

Os contaminantes presentes no combustível (Óleo  Diesel Rodoviário BS500/ BS10; OCA1; Óleo Diesel Marítimo DMA/DMB; OCM 120/180/380  etc.) podem ser tão abrasivos como os materiais utilizados na usinagem de peças quando do processo de manufatura, de forma que é extremamente importante remover o máximo possível de material particulado sólido abrasivo antes que  avariem componentes críticos do sistema de injeção.

Figuras 1/2  – Material particulado sólido abrasivo

O material particulado sólido presente no combustível causa desgaste prematuro às unidades de injeção diminuindo a sua vida útil, reduzindo o desempenho do sistema de injeção e, consequentemente, do motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T e pode, até mesmo, causar engripamento súbito das unidades de injeção.

Figuras 3/4 – A presença de material particulado sólido diminui a vida útil do sistema de injeção de combustível e reduz o desempenho do motor.

Material particulado sólido abrasivo com dimensões entre 5 mícron – 10 mícron podem danificar unidades de injeção por romper o filme fluido de combustível que lubrifica as suas partes móveis e, eventualmente, arranhar êmbolos das válvulas, agulhas dos bicos, corpo do bico, corpo do injetor, causando a ocorrência de contato metal-metal e travamento da unidade de injeção. Pouco material particulado sólido abrasivo presente no combustível pode avariar rapidamente unidades de injeção.

Figuras 5/6 – O combustível contaminado com material particulado sólido abrasivo: desgaste prematuro de componentes móveis das unidades de injeção.

O controle da contaminação do combustível tem crescido em importância com vistas a maximizar-se a vida em serviço dos sistemas de injeção de combustível. Sistemas de injeção de combustível que equipam modernos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T chegam a exceder pressões de injeção de 30.000 psi com intento de se obter maiores potências, reduzir-se o consumo de combustível e diminuir-se emissões poluentes. Para que estas pressões de injeção sejam atingidas são necessárias tolerâncias dimensionais menores que 5 mícron nas peças do sistema de injeção de combustível.

Figuras 7/8 – Tolerâncias dimensionais inferiores a 5 mícron.

As citadas pressões de injeção e tolerâncias dimensionais tornam os sistemas de injeção de combustível bastante mais sensíveis ao desgaste e à abrasão.

1. Bocais das unidades de injeção: material particulado sólido abrasivo se movimenta rapidamente em sistemas de elevada pressão de injeção causando danos e provocando erosão nos orifícios de injeção o que resulta em atomização incompleta e superalimentação de combustível,  comprometendo o desempenho do motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T e o consumo de combustível. Material particulado sólido abrasivo e água podem resultar em partidas mais difíceis do equipamento móvel, emissões poluentes aumentadas. As partículas sólidas abrasivas de maiores dimensões podem, até mesmo, obstruir orifícios de injeção.

Figuras 9/10 – Orifícios de injeção erodidos ocasionam atomização incompleta.

2. Êmbolos das válvulas, agulhas dos bicos, corpo do bico, corpo do injetor: material particulado sólido abrasivo pode causar desgaste entre êmbolo de válvula e corpo do injetor e entre agulha do bico e corpo do bico.

Figuras 11/12 – Danos às superfícies metálicas causados por contaminantes.

Pode ocorrer, também, arranhamento das superfícies metálicas com, consequente, contato metal-metal e eventual travamento da unidade de injeção.

3. Válvulas de controle: material particulado sólido abrasivo e água danificam as válvulas que controlam a pressão de combustível por causar erosão às superfícies metálicas dos componentes das válvulas em movimento relativo. Este tipo de avaria leva a vazamentos e, eventual, perda de potência do motor de combustão interna Ciclo Diesel 4T.

Figuras 13/14 – Contaminantes danificam as válvulas de controle.

Material particulado sólido abrasivo com dimensão média de 5 mícron pode danificar sistemas de injeção de combustível ( 1 mícron é a milionésima parte do metro ).

Figuras 15/16 – Comparação: fio de cabelo humano x material particulado sólido.

A título de comparação podemos dizer que o diâmetro médio de 01 fio de cabelo humano é 80 mícron e que as folgas médias nas modernas unidades de injeção de combustível dos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T é 4 mícron, tornando-se fácil entender como pequenas quantidades de material particulado sólido abrasivo e água presentes no combustível podem causas sérias avarias.

Podemos citar como principais fontes de contaminação do combustível utilizado em motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T:

1. Contaminantes ( ex. material particulado sólido abrasivo, água ) podem entrar no combustível durante o manuseio e transporte. Fornecedores confiáveis, dispensa de combustível após filtração eficiente e acompanhamento periódico da qualidade do combustível através de ensaios adequados poderão assegurar uma consistente qualidade do combustível utilizado.

Figuras 17/18 – Contaminação pode ocorrer durante o manuseio e transporte.

2. Material particulado sólido aerotransportado pode ser inalado para o interior do tanque de combustível através do tubo de respiro.

Figuras 19/20 – Tubos de respiro: filtros para retenção de particulados.

Caso não seja instalado no tubo de respiro filtro dessecante e para retenção de material particulado sólido abrasivo o combustível no interior do tanque de armazenamento em granel pode ser  contaminado  pelo movimento natural de contração     do  volume  de  combustível  com  a  queda  de   temperatura  ambiente ( ingestão ), principalmente se o posto de abastecimento estiver em local de atmosfera úmida e com muita poeira em suspensão.

Figuras 21/22 – Ambientes poeirentos e úmidos: necessidade de filtros nos tubos de respiro dos tanques de armazenamento de combustível.

3. Material particulado sólido abrasivo pode contaminar o combustível durante a manutenção, operação e abastecimento do equipamento móvel se cuidados não forem tomados.

Figura 23- Abastecimento utilizando conexões seladas de engate rápido evitam a contaminação do combustível por material particulado sólido abrasivo.

O  Código de Contaminação de Partículas Sólidas ISO 4406:2021  (Hydraulic Fluid Power – Fluids – Method For Coding The Level Of Contamination By Solid Particles) refere-se ao número de partículas de material sólido contido  em amostra de 01 ml segundo 03 diferentes Número de Classe (R):

1. O primeiro Número de Classe (R4) refere-se ao número de partículas de material sólido maior que 4 mícron.
2. O segundo Número de Classe (R6) refere-se ao número de partículas material sólido maior que 6 mícron.
3. O terceiro Número de Classe (R14) refere-se ao número de partículas de material sólido maior que 14 mícron.

Figura 24 – Código de Contaminação de Partículas Sólidas ISO 4406:2021

Por exemplo: Nível Geral de Limpeza 21/19/16 segundo o  Código  de  Contaminação de Partículas Sólidas ISO 4406:2021( Hydraulic Fluid Power – Fluids – Method For Coding The Level Of Contamination By Solid Particles ) significa que em 01 ml de amostra de combustível está presente:

1. Número de Classe R4 ( 21 ): entre 10000 e 20000 partículas sólidas > 4 mícron
2. Número de Classe R6 ( 19 ): entre 2500 e 5000 partículas sólidas > 6 mícron
3. Número de Classe R14 ( 16 ): entre 320 e 640 partículas sólidas > 14 mícron

Figura 25 – Nível Geral de Limpeza 21/19/16 ( ISO 4406:2021 )

A elevação de 01 Número de Classe ( R ) significa que  a  quantidade  de  partículas daquela dimensão ( 4 mícron, 6 mícron, 14 mícron ) duplicará.

Figuras 26/27 – Contaminação de combustível por material particulado sólido.

Os componentes com folgas dimensionais extremamente justas que compõem os modernos sistemas de injeção de combustível presentes nos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T demandam combustíveis com excelente Nível Geral de Limpeza para o que são necessários filtros de combustível “on-board” especificamente selecionados para a aplicação e com meio de filtração de Dimensão Média de Poros suficientemente capacitado para remover mais que 99,9% de material  particulado  sólido  abrasivo  de  dimensão  igual  ou  superior  a  2 mícron ( Razão Beta = 1000 ) e água.

Figuras 28/29 – Modernos sistemas de injeção de combustível demandam filtros de combustível “on-board” específicos.

Filtros de combustível “on-board” especificamente dimensionados para os modernos sistemas de injeção propiciarão os seguintes diferenciais aos motores de combustão interna Ciclo Diesel 4T:

1. Máximo desempenho e economia de combustível.
2. Redução da ação abrasiva causada por material particulado sólido abrasivo e redução da ação corrosiva provocada pela contaminação por água nas unidades de injeção e bomba de alta pressão.
3. Menor necessidade de ajustes no sistema de injeção.
4. Menor emissão de poluentes ( material particulado sólido; NOx; HC ).
5. Partidas mais fáceis e maior disponibilidade operacional do maquinário.