Apostila 20-Spa 001 Cfaq I-c 2013_moc

MARINHA DO BRASIL DIRETORIA DE PORTOS E COSTAS ENSINO PROFISSIONAL MARÍTIMO CURSO DE FORMAÇÃO DE AQUAVIÁRIOS (CFAQ I-C)

SISTEMAS DE PROPULSÃO E AUXILIARES – SPA 001–

1ª.edição Rio de Janeiro 2013 1

© 2013 direitos reservados à Diretoria de Portos e Costas

Autor : Professor Nélio Fernandes Pereira

Revisão Pedagógica : Revisão ortog ráfica : Diagramação/Digitação : Invenio Design Coordenação Geral :

____________ exemplares

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APRESENTAÇÃO A finalidade deste trabalho é oferecer aos alunos do Curso de Formação de Aquaviários um material didático adequado ao acompanhamento dos assuntos constantes da disciplina Sistemas de Propulsão e Auxiliares. Os temas aqui abordados abrangem informações sobre os diferentes tipos de propulsão aquaviária, exemplificando a grande maioria deles; mostrando os diversos sistemas que complementam a propulsão das embarcações; dando-se uma atenção especial ao sistema de propulsão com motores diesel, tendo em vista que esse tipo propulsão representa a maioria das máquinas propulsoras da frota mercante atual; estudados, também, os sistemas auxiliares dos motores a diesel, juntamente com suas funções e características. Que esse material, juntamente com a bibliografia citada no final, possa contribuir para uma melhor formação profissional dos alunos do CFAQ-I-C e que os mesmos encontrem aqui as respostas para as dúvidas relacionadas a estes assuntos de importância indiscutível para o exercício profissional em formação.

Sucesso e bons estudos.

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“ Quem dominar o mar, dominará o comércio; quem dominar o comércio será senhor das riquezas do mundo”

Walter Raleigh.

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SUMÁRIO APRESENTAÇÃO UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO ............................................................................................... 1. 1 SISTEMA DE PROPULSÃO A MOTOR DIESEL ....................................................... 1. 2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO SISTEMA DE PROPULSÃO A MOTOR DIESEL ........................................................................................................................ 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6

CAIXA MECÂNICA DE REVERSÃO DE MARCHA ..................................................... CAIXA HIDRÁULICA DE REVERSÃO DE MARCHA ................................................. TUBO TELESCÓPICO DO EIXO PROPULSOR ......................................................... HÉLICE DE PASSO VARIÁVEL ...................................................................................

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UNIDADE 2 – MOTOR DIESEL E SISTEMAS ASSOCIADOS............................................. 2.1 MOTORES DE DOIS TEMPOS E MOTORES DE QUATRO TEMPOS ...................... 2.1.1 Motor de 2 tempos ........................................................................................................ 2.1.2 Motor de 4 tempos ........................................................................................................ 2.2 COMPONENTES (PEÇAS) DOS MOTORES DE DOIS E QUATRO TEMPOS .......... 2.3 RELAÇÃO VOLUMÉTRICA NO CILINDRO ................................................................. 2.4 DIAGRAMA CIRCULAR – ÉPURA ............................................................................... 2.5 SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO .................................................................................... 2.5.1 Sistema de lubrificação para motor diesel marítimo de pequeno porte......................... 2.5.2 Sistema de lubrificação de motor diesel marítimo de grande porte .............................. 2.6 MANUTENÇÕES PREVENTIVAS APLICADAS AO SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO .. 2.7 SISTEMA DE ARREFECIMENTO ............................................................................... 2.8 MANUTENÇÕESPREVENTIVASAPLICADASAO SISTEMA DE ARREFECIMENTO29 2.9 REGULADOR DE VELOCIDADE ................................................................................. 2.10 SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL .............................................................. 2.11 COMPONENTES DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL ........................... 2.12 BOMBA INJETORA DE COMBUSTÍVEL ..................................................................... 2.13 ISOLAR BOMBA INJETORA ...................................................................................... 2.14 PULVERIZAÇÃO DO COMBUSTÍVEL ......................................................................... 2.15 VÁLVULA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL .............................................................. 2.16 SISTEMA VIT (VARIABLE INJECTION TIMING) ..................................................... 2.17 SISTEMA DE INJEÇÃO ELETRÔNICA ........................................................................

16 16 17 18 18 21 21 23 24 25 26 28

2.17.1 Motores de pequeno porte ......................................................................................... 2.17.2 Motores de médio e grande porte............................................................................... 2.18 VANTAGENS DA SUPERALIMENTAÇÃO ................................................................... 2.19 SISTEMA SUPERALIMENTAÇÃO ............................................................................. 2.20 SISTEMA DE PARTIDA ELÉTRICA ............................................................................. 2.21 SISTEMA DE PARTIDA PNEUMÁTICA ...................................................................... 2.22 SISTEMA DE SEGURANÇA DOS MOTORES DIESEL .............................................. 2.23 FUNCIONAMENTO DO MOTOR DIESEL ...................................................................

39 40 42 42 43 44 46 47

30 32 33 34 35 35 36 37 39

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2.24 REVERSÃO DE MARCHA PELO DESLOCAMENTO AXIAL DO EIXO DE CAMES... 2.25 REVERSÃO DE MARCHA PELO DESLOCAMENTO RADIAL DO EIXO DE CAMES 2.26 REVERSÃO DE MARCHA PELO DESLOCAMENTO DO TUCHO DA BOMBA INJETORA .................................................................................................................... 2.27 PARADA DO MOTOR DIESEL .................................................................................... 2.28 DIFERENÇA ENTRE MCP E MCA, QUANTO AOS SISTEMAS ASSOCIADOS ........

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UNIDADE 3 – SISTEMAS AUXILIARES ............................................................................... 3.1 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE SERVIÇOS GERAIS ..........................................

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3.2 SISTEMA DE RECEBIMENTO E TRANSFERÊNCIA DE ÓLEOS COMBUSTÍVEIS . 3.3 SEPARADORA DE CENTRÍFUGA .............................................................................. 3.4 SISTEMAS DE CENTRIFUGAÇÃO EM OPERAÇÃO ................................................. 3.5 COMPONENTES DO SISTEMA DE SEPARADOR DE ÁGUA E ÓLEO ..................... 3.6 SEPARADOR DE ÁGUA E ÓLEO .............................................................................. 3.7 SISTEMA MARÍTIMO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS SERVIDAS ............................ 3.7.1 Partes do sistema de unidade de tratamento super tridente......................................... 3.8 MÁQUINA DO LEME ELETRO-HIDRÁULICA ............................................................ 3.9 SISTEMA DE GOVERNO ELETRO-HIDRÁULICO ...................................................... 3.10 COMPONENTES PRINCIPAIS DE UMA CALDEIRA ................................................. 3.11 GERADOR DE VAPOR (CALDEIRA) .......................................................................... 3.12 COMPONENTES DO GRUPO DESTILADOR ............................................................ 3.13 OPERAÇÃO DO GRUPO DESTILADOR ....................................................................

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3.13.1 Princípio de funcionamento do destilador................................................................... 3.14 SISTEMA HIDRÓFORO DE ÁGUA POTÁVEL ............................................................ 3.15 SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO ................................................................................. 3.16 MECANISMO DE CONTROLE DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO ......................... 3.17 MOLINETE E GUINCHO ..............................................................................................

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REFERÊNCIAS .....................................................................................................................

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UNIDADE 1 INTRODUÇÃO

1.1 SISTEMA DE PROPULSÃO A MOTOR DIESEL No mundo de hoje as máquinas de combustão interna assumem uma posição de grande destaque. O motor diesel, por exemplo, são muito empregados em ônibus, caminhões, tratores, usinas geradoras de eletricidade, navios, etc..

Algumas aplicações do motor diesel: Podemos dizer que o motor diesel é o campeão em aplicações navais, seja em navios de pequeno, seja de médio ou de grande porte. Algumas vantagens do motor diesel em relação a outras máquinas de combustão: a. É mais econômico porque utiliza um combustível mais barato. b. É mais seguro porque sua instalação apresenta menos risco de incêndio. c. Tem uma vida útil mais longa porque é mais robusto. d. Apresenta maior eficiência na transformação de combustível em trabalho. 1.2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO SISTEMA DE PROPULSÃO A MOTOR DIESEL O sistema de propulsão propriamente dito consiste em um conjunto de acessórios, elementos da propulsão e máquina propulsora ou outros meios, cuja finalidade é de transformar energia produzida pela queima do combustível em energia de movimento, a qual faz o navio deslocar-se no meio aquático. Com o desenvolvimento do motor a diesel, este substitui as máquinas a vapor, pois os motores de combustão interna possuem maior rendimento. Uma menor quantidade de diesel era necessária em peso e volume do que o carvão, aumentando a capacidade de carga das embarcações. 7

Máquina de Combustão Interna Alternativa - É as que convertem a energia química de seus combustíveis, através o aproveitamento da energia térmica de expansão dos gases resultantes da combustão, que ocorre nos seus cilindros e que atuam diretamente sobre as partes da máquina que se movimenta (êmbolos), em energia mecânica no seu eixo.

Figura 1: Sistema de propulsão com motor diesel.

1.3 CAIXA MECÂNICA DE REVERSÃO DE MARCHA A caixa mecânica de reversão de marcha, também chamada de reversor mecânico, é um dispositivo que se adapta ao volante do motor e ao eixo propulsor da embarcação. Nesse caso, o hélice utilizado é de passo fixo e o motor é do tipo irreversível. Além de transmitir a potência do MCP, o reversor gira o eixo propulsor tanto num sentido quanto noutro. É bastante utilizado em pequenas embarcações. Observe a figura a seguir.

Figura 2: Caixa mecânica de reversão de marcha. Nomenclatura dos componentes: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Eixo de manivelas do motor Volante do motor Carcaça da embreagem Disco de fricção da embreagem Platô da embreagem Colar da embreagem

7. Garfo do colar da embreagem 8. Alavanca externa do garfo 9. Parafuso de regulagem 10. Alavanca articulada da embreagem 11. Braço de comando da alavanca de embreagem 12. Alavanca de comando

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13. Eixo de reversão 14. Garfo da engrenagem de comando central 15. Engrenagem de comando central 16. Engrenagem de marcha à ré 17. Engrenagem do comando de marcha à ré

18. Engrenagem intermediária de marcha à ré 19. Engrenagem de comando de marcha avante 20. Engrenagem de marcha avante 21. Flange de saída para o eixo propulsor 22. Eixo primário

A figura 2 mostra uma caixa mecânica de reversão cujo princípio de funcionamento resume-se no seguinte: com o motor funcionando e a alavanca de comando (12) em ponto morto, o disco de fricção (4) gira porque fica comprimido pelas molas do platô (5). O colar da embreagem (6) funciona, mas sem encostar-se ao garfo. Assim, o eixo propulsor não gira. Com o motor funcionando e a alavanca de comando (12) em ponto morto, o disco de fricção (4) gira porque fica comprimido pelas molas do platô (5). O colar da embreagem (6) funciona, mas sem encostar-se ao garfo. Assim, o eixo propulsor não gira. Tanto em marcha avante, quanto em marcha atrás, o platô da embreagem (5) faz pressão sobre o disco de fricção (4), o qual é arrastado pelo volante do motor (2) com a mesma velocidade deste. O disco de fricção (4) é dotado de estrias internas que engrenam nas estrias externas do eixo primário (22), obrigando-o a girar junto consigo. Dentro da caixa de reversão, as estrias externas do eixo primário engrenam nas estrias internas da engrenagem de comando central (15). Essa engrenagem, acionada pela alavanca de comando (12), pode ser deslocada de forma axial para um lado ou para o outro, podendo ocupar as seguintes posições operacionais: a. Ponto morto (conforme se apresenta na figura); b. Marcha à ré (engranzada na engrenagem 17); e c. Marcha avante (engranzadana engrenagem 19). As engrenagens da caixa de reversão são lubrificadas, devendo o nível do lubrificante, no seu cárter, ser mantido dentro das recomendações do fabricante. 1.4 CAIXA HIDRÁULICA DE R EVERSÃO DE MARCHA A figura 3 mostra um dos dois conjuntos de propulsão do E/M ENVIRA R-53 da SANAVE. Cada conjunto é constituído por um motor SCANIA de 290 CV e um reversor/redutor da ZF de 4:1. Também conhecido como caixa de reversão hidráulica, o reversor é utilizado em embarcações de porte superior ao das embarcações que utilizam o reversor mecânico. Para ter uma ideia do funcionamento de uma caixa de reversão hidráulica, observe a figura 4, a qual representa um tipo da TWIN DISC bastante utilizado em rebocadores e barcos de pesca da região, com MCP de 150 a 230 CV de potência. O referido equipamento consiste de três partes principais que são: a embreagem de propulsão avante, a embreagem de propulsão à ré e o eixo de saída de força.

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Figura 3: Conjuntos de propulsão do E/M ENVIRA R-53 da SANAVE.

Figura 4: Funcionamento de uma caixa de reversão hidráulica.

Uma válvula seletora dirige o óleo com pressão, o que engaja hidraulicamente a embreagem desejada. A roda motriz com o coxim de borracha é ligada ao volante do motor propulsor. O eixo da engrenagem de propulsão avante e a embreagem condutora da reversão giram sempre no mesmo sentido do MCP. O eixo da embreagem de reversão e a engrenagem conduzida da reversão giram sempre no sentido contrário ao do motor. Quando a embreagem de propulsão for engatada, a engrenagem do eixo da saída de força vai girar no sentido contrário ao de rotação do motor, devido ao acoplamento da engrenagem com o pinhão de propulsão. No momento em que a embreagem de reversão for engatada, a engrenagem do 10

eixo de saída de força irá girar no mesmo sentido do motor, devido ao acoplamento da engrenagem com o pinhão de reversão. Quando posicionada em neutro, todas as partes móveis do reversor marítimo giram com as mesmas rotações do motor. O anel rotativo, montado sobre o volante, liga o motor à caixa de reversão hidráulica. O coxim de borracha da roda motriz é acoplado ao anel rotativo. A roda motriz é montada por ranhuras no eixo da embreagem de propulsão. Os dentes internos dos discos de aço da embreagem engatam nos dentes externos da engrenagem-cubo, a qual é diretamente ligada ao eixo da embreagem de propulsão. É por essa razão que os discos de aço da embreagem de propulsão giram no mesmo sentido e com as mesmas rotações do motor. A engrenagem condutora da reversão é chaveteada num setor cônico do eixo da embreagem de propulsão. Esta engrenagem condutora está acoplada na engrenagem conduzida da reversão, a qual é chaveteada num setor cônico do eixo da embreagem de reversão. A relação entre estas duas engrenagens é de 1:1. O eixo da embreagem de reversão gira no sentido oposto e com as mesmas rotações do motor por causa desse acoplamento. Os dentes internos dos discos de aço engrenam nos dentes internos da engrenagem-cubo, a qual é ligada diretamente ao eixo da embreagem de reversão. Por isso, os discos de aço da embreagem de reversão giram no sentido contrário e com as mesmas rotações do motor propulsor. A bomba de óleo, acoplada ao eixo da embreagem de reversão, gira também em sentido contrário e com as mesmas rotações do motor. Porque tanto a embreagem de propulsão, quanto a embreagem de reversão estão desengatadas, não encontramos outro fluxo de força na caixa de reversão. Quando em propulsão as partes móveis da caixa, que giravam quando em neutro, continuam girando. Todavia, no momento em que a embreagem de propulsão for engatada, os discos de aço entrarão em contato firme com os discos de metal sintetizado. Os dentes externos dos referidos discos viram o tambor da embreagem, que é montado por ranhuras no pinhão de propulsão. Por isso mesmo, o pinhão de propulsão girará no mesmo sentido e com as mesmas rotações do motor, quando a embreagem de propulsão for engatada. O pinhão de propulsão vira a engrenagem do eixo da saída de força, que é chaveteada no seu eixo. O flange da saída de força é montado com ranhuras no eixo da saída de força e, por isso, esse flange gira em sentido contrário ao do motor quando em “propulsão”. O eixo da saída de força e seu flange giram com rotações reduzidas, por causa da redução entre a engrenagem da saída de força e o pinhão de propulsão. Quando em reversão, todas as peças móveis da caixa, que giravam quando em “neutro” continuam girando. Entretanto, quando a embreagem de reversão é engatada, os discos de aço entram em contato firme com os discos de metal sintetizado. Então os dentes externos desses discos viram o tambor da embreagem, o qual é montado por ranhuras no pinhão de reversão. Por isso mesmo, o pinhão de reversão gira em sentido contrário e com as mesmas rotações do motor propulsor, quando a embreagem de reversão é engatada. O pinhão de reversão gira a engrenagem do eixo da saída de força que é chaveteada no eixo. O flange da saída de força é montado com ranhuras no eixo da saída de força e por isso esse flange gira no mesmo sentido do motor quando em “reversão”. Tanto o eixo de saída de força quanto o 11

seu flange giram com rotações reduzidas por causa da redução entre a engrenagem da saída de força e o pinhão de reversão. A seguir, apresentamos uma vista explodida da caixa hidráulica de reversão fabricada pela TWIN DISC. Não serão listados todos os seus componentes, e sim apenas os necessários à compreensão da descrição geral que acabamos de fazer.

Figura 5: Caixa de reversão Twin Disc – vista explodida. 1. Anel rotativo 7. Coxim de borracha 8. Roda-motriz 23. Engrenagem, ondutora/rever.

25. Eixo embreagem/propulsão 38. Pinhão de propulsão 44. Tambor da embreagem 46. Engrenagem-cubo

47. Disco, metal sintetizado 48. Disco, aço 50. Pistão, embreagem 53. Porta-pistão

Um dos maiores fabricantes de reversores/redutores do mundo é a ZF. Seus produtos são muito utilizados nos navios fluviais da região amazônica. O reversor/redutor ZF 220 A, mostrado na figura 6 abaixo, é um produto destinado a barcos de trabalho e de lazer. De excelente qualidade, alto rendimento e de grande durabilidade. É dotado de embreagem multidisco e pode ser acionado hidraulicamente por controle remoto, mecânico, elétrico, ou hidráulico.

Figura 6: reversor/redutor ZF 220 A.

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O acoplamento da caixa de reversão entre o eixo propulsor e o mecanismo de transmissão de potência pode ser rígido ou elástico. Entretanto, para a maioria das instalações, recomenda-se que a transmissão do motor à caixa de reversão e redução de marcha seja feita por um acoplamento flexível (luva elástica). Esse tipo de acoplamento compensa eventuais desvios axiais e angulares na montagem do motor com o reversor/redutor. 1.5 TUBO TELESCÓPICO DO EIXO PROPULSOR Tubo por onde o eixo do hélice atravessa o casco do navio. Ou seja, o eixo propulsor sai do casco do navio dentro do tubo telescópico. Nele são colocados o engaxetamento e a bucha do eixo. Assim, no interior do tubo coloca-se um mancal de sustentação chamado mancal ou bucha do tubo telescópico. As extremidades do tubo são ligadas à estrutura do navio por espelhos (flanges) de aço fundido. A superfície de trabalho do mancal do tubo telescópico é formada por taliscas de pau de peso ou resina, e é invadida livremente pela água do mar, com a finalidade de lubrificar e refrigerar a mesma. Na extremidade do tubo que fica no interior no navio há uma caixa de gaxetas, ou selo mecânico, para vedar a entrada da água do mar. O compartimento em que fica situada esta caixa de gaxetas é geralmente um espaço pequeno estanque e chama-se compartimento da bucha, ou recesso da bucha. Na caixa de gaxetas os fios de gaxetas são apertados por um flange especial.

Figura 7: Tubo telescópico do eixo propulsor.

1.6 HÉLICE DE PASSO VARIÁVEL Um hélice de passo controlado, muitas vezes inadequadamente denominado hélice de passo variável, é capaz de diminuir, aumentar, anular e inverter o ângulo de suas pás, seja pela ação de um dispositivo mecânico (embarcações miúdas), seja por meio de um sistema hidráulico (embarcações de maior porte). 13

É um sistema que vem sendo usado em alguns navios de médio porte e em alguns empurradores que operam na Amazônia. Projetado para trabalhar em instalações com motores irreversíveis é um propulsor que, mesmo com o motor funcionando, permite que o navio pare ou se movimente para avante ou para a ré. O controle do passo do hélice pode ser feito do local ou a distância do passadiço, mais precisamente. Normalmente, para reduzir a alta rotação do motor propulsor, o hélice de passo variável é instalado em um eixo acoplado a uma caixa redutora, e não de reversão.

Figura 8: Hélice de passo variável.

O hélice de passo controlado foi desenvolvido para obter-se uma alta eficiência da potência propulsiva em quaisquer condições de carga e velocidade. Com o navio completamente carregado, a propulsão requerida é, obviamente, muito maior do que com o navio descarregado. Ajustando-se o ângulo das pás do hélice pode-se obter a máxima eficiência e, naturalmente, uma maior economia de combustível. Ao contrário do hélice de passo fixo, que é mais eficiente para uma determinada condição de carga e velocidade, o de passo controlado devidamente ajustado pode ser eficiente para uma ampla gama de velocidade de rotação, já que pode ser adaptado de forma a absorver toda a potência que o motor é capaz de produzir em quase todas as rotações. Uma vantagem muito significativa do hélice de passo controlado é a significativa melhora nas condições de manobra do navio, pois o mesmo propicia uma rápida mudança de direção de propulsão. A direção desse impulso pode ser modificada em uma faixa de tempo que vai de 15 a 40 segundos. Outra vantagem do hélice de passo controlado é que ele dispensa o uso de um motor reversível ou mesmo de uma caixa de reversão. Para melhor compreensão do funcionamento básico do sistema de um hélice de passo controlado, apresentamos a figura 9.

Figura 9: Funcionamento básico do sistema de um hélice de passo controlado.

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O sistema consiste de um cubo (1) com um mecanismo interno e as pás do hélice juntamente com um servo-motor com cilindro hidráulico (2), instalado a ré do referido cubo. O movimento de rotação das pás do hélice é obtido por meio do movimento alternado do êmbolo (3) com sua haste (7) e do conjunto guia (6) do disco de manivela (4). Pode-se observar também que há um bloco deslizante (8) no qual articula o pino (5) do disco de manivela. Esse pino se movimenta em um recesso apropriado do conjunto guia. É possível ajustar-se o passo das pás do hélice a partir da posição de passo máximo avante até o passo máximo atrás passando, é claro, pela posição de zero ou passo nulo. Em operação normal do servo-motor, quando o passo é ajustado, o óleo hidráulico passa para a câmara de vante ou de ré do cilindro do servo-motor.

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UNIDADE 2 MOTOR DIESEL E SISTEMAS ASSOCIADOS

2.1 MOTORES DE DOIS TEMPOS E MOTORES DE QUATRO TEMPOS Os motores a diesel são máquinas térmicas alternativas, de combustão interna, destinadas ao suprimento de energia mecânica ou força motriz de acionamento. O nome é devido a Rudolf Diesel, que desenvolveu o primeiro motor, em Augsburgh - Alemanha, no período de 1893 a 1898.

Figura 10: Sistema de combustão interna.

Os motores do ciclo diesel aspiram ar, que após ser comprimido no interior dos cilindros, recebe o combustível com a pressão superior àquela em que o ar se encontra. A combustão ocorre por autoignição quando o combustível entra em contato com o ar aquecido pela pressão elevada. O combustível que é injetado ao final da compressão do ar, na maioria dos motores do ciclo diesel é o óleo diesel comercial, porém outros combustíveis, tais como nafta, óleos minerais mais pesados e óleos vegetais podem ser utilizados em motores construídos especificamente para a utilização destes combustíveis. O processo diesel não se limita a combustíveis líquidos. Nos motores pode ser utilizado também carvão em pó e produtos vegetais. Também é possível a utilização de gás como 16

combustível, que são conhecidos como de combustível misto ou conversíveis. Já são produzidos em escala considerável e vistos como os motores do futuro. 2.1.1 Motor de d ois tempos

1º tempo

2º tempo Figura 11: Motor de dois tempos.

O ciclo motor abrange apenas uma rotação da árvore de manivelas, ou seja, dois cursos do pistão. A exaustão e a admissão não se verificam e são substituídas por: a. Pela expansão dos gases residuais, através da abertura da válvula de escape, ao fim do curso do pistão. b. Substituição da exaustão pelo percurso com ar pouco comprimido. Os gases são expulsos pela ação da pressão própria. c. Depois do fechamento da válvula, o ar que ainda permanece no cilindro, servirá à combustão (a exaustão também pode ser feita por válvulas adicionais). d. O curso motor é reduzido. O gás de exaustão que permanece na câmara, é introduzido no momento oportuno; nos motores de carburação (só usados em máquinas pequenas), o gás de exaustão já apresenta a mistura em forma de neblina. Vantagens: 1. O motor de dois tempos, com o mesmo dimensionamento e RPM, tem potência maior que o motor de quatro tempos. E o torque é mais uniforme. 2. Não possuem mecanismos de distribuição dos cilindros, substituídos pelos pistões, combinados com as fendas de escape e combustão, assim como as de carga. Desvantagens: 1. A carga calorífica é consideravelmente mais elevada que num motor de quatro tempos, de igual dimensionamento. 2. Possuem bombas especiais de exaustão e de carga, com menor poder calorífico e consumo de combustível relativamente elevado.

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2.1.2 Motor de quatro tempos

1º Tempo Curso de admissão

2º Tempo Curso de compressão

3º Tempo Curso de potência

4º Tempo Curso de escapamento

Figura 12: Motor de quatro tempos.

Um ciclo de trabalho estende-se por duas rotações da árvore de manivelas, ou seja, quatro cursos do pistão. No primeiro tempo, com o pistão em movimento descendente, dá-se a admissão do ar. Na maioria dos motores diesel modernos, uma ventoinha empurra a carga para o cilindro (turbo-compressão). No segundo tempo, ocorre a compressão, com o pistão em movimento ascendente. Antes de completar o seu curso, ocorre à ignição por autoignição. No Terceiro tempo, com o pistão em movimento descendente, expansão dos gases e transferência de energia ao pistão (tempo motor). temos a ignição, com a No quarto tempo, o pistão em movimento ascendente, empurra os gases de escape para a atmosfera. Durante os quatro tempos ou duas rotações transmitiu-se trabalho ao pistão só uma vez. Para fazer com que as válvulas de admissão e escapamento funcionem corretamente, abrindo e fechando as passagens nos momentos exatos, a árvore de comando de válvulas (ou eixo de cames) gira á meia rotação do motor, completando uma volta a cada ciclo de quatro tempos. 2.2 COMPONENTES (PEÇAS) DOS MOTORES DE DOIS E QUATRO TEMPOS Um motor Diesel é constituído por um grande número de peças fixas e móveis. Os principais componentes fixos são: bloco, cabeçote e cárter.  Bloco – é o corpo do motor em cujo interior são montados os elementos do conjunto móvel, sistema de lubrificação e parte do sistema de distribuição. Serve de apoio também para as peças de outros sistemas de motor.  Cabeçote – é o elemento do motor que, montado na parte superior do bloco, cobre os cilindros formando a câmara de compressão com a cabeça do êmbolo. Serve como tampa do

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cilindro e como alojamento do mecanismo das válvulas e da câmara de combustão. E fixado ao bloco por meio de parafusos ou prisioneiros com porcas.  Cárter – é a peça que fecha o bloco na sua parte inferior e também serve como depósito de óleo lubrificante para o motor. Deve ter um formato adequado para permitir contato permanente do óleo lubrificante com a bomba desse sistema. O cárter é fixado ao bloco através de parafusos e junta de vedação de cortiça. Na parte inferior do cárter existe um bujão que serve para escoamento do óleo lubrificante.

Veja na figura 13 tais componentes.

Figura 13: Principais componentes fixos de um motor Diesel.

Os principais componentes móveis são: eixo de manivelas, êmbolo, biela e volante.

Figura 14: Principais componentes móveis de um motor Diesel.  Eixo de manivelas ou virabrequim – Árvore de manivelas ou virabrequim é a peça móvel do motor que recebendo o impulso do conjunto êmbolo-biela, descreve um movimento circular contínuo, acumulando energia para ser utilizada como força motriz no acionamento de veículos, grupos geradores, etc.

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 Êmbolo ou pistão –– O êmbolo é uma peça móvel do motor, sobre a qual e exercida a pressão dos gases de combustão que o impulsionam durante o tempo de expansão, para produzir o tempo útil do ciclo de trabalho.  Conectora ou biela – A biela é o elemento do motor que se encarrega de converter o movimento alternativo retilíneo do êmbolo em movimento circular contínuo da árvore de manivelas.  Volante – O volante é uma roda ou disco de bastante peso, afixada numa das extremidades da arvore de manivelas.

Os principais componentes do mecanismo de distribuição por engrenagens, são:

Figura 15: Mecanismo de distribuição por engrenagens.

A figura 16 mostra os principais componentes de um Motor Diesel CUMMINS modelo 6CT8.3.

Figura 16: Principais componentes de um Motor Diesel CUMMINS.

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2.3 RELAÇÃO VOLUMÉTRICA NO CILINDRO A relação volumétrica, também conhecida como taxa de compressão, é a relação de compressão ou grau de compressão. Isto é, o número de vezes que o volume total do cilindro é reduzido até o volume final (volume do espaço morto).

Figura 17: Taxa de compressão.

Em outras palavras, a relação matemática que indica quantas vezes o ar, que foi aspirado no cilindro, é comprimido na câmara de combustão, antes que se inicie o processo de queima. Ou ainda, a Taxa de Compressão é a relação volumétrica no cilindro antes e depois da compressão. Assim, temos: Taxa de compressão = Volume de admissão + Volume da câmara de combustão Volume da câmara de combustão Onde: Volume de admissão – é o volume compreendido entre o ponto motor superior e o ponto morto inferior. Volume de admissão = π × (diâmetro do cilindro)² x curso do pistão Número de cilindros Ponto Morto Superior – Posição extrema do pistão na parte superior do cilindro. Caracteriza o mínimo volume do cilindro. Ponto Morto Inferior – Posição extrema do pistão na parte inferior do cilindro. Caracteriza o máximo volume do cilindro. Curso do Êmbolo – É a distância percorrida entre o ponto morto superior e o ponto morto inferior. Volume da Câmara de Combustão – É o volume ocupado pela mistura combustível/ar quando o pistão encontra-se no Ponto Morto Superior. 2.4 DIAGRAMA CIRCULAR – ÉPURA O diagrama circular, também conhecido como de épura, de distribuição e de manivela, é uma forma de representar as fases do ciclo de um motor alternativo de combustão interna, considerando o ângulo descrito pela manivela, durante cada período do ciclo.

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Neste estudo será considerado inicialmente o motor diesel de quatro tempos. Assim, o ciclo do motor de quatro tempos é realizado em duas voltas do eixo de manivelas (720º) e, logicamente, apenas uma volta do eixo de cames. Sabemos também que a engrenagem do eixo de cames possui o dobro do número de dentes da engrenagem do eixo de manivelas. A relação de transmissão das engrenagens é, portanto, de 2:1. No motor diesel teórico, cada fase do ciclo (admissão, compressão, expansão e descarga) necessita de 180º de giro do eixo de manivelas. Além disso, a injeção só começa quando o êmbolo se encontra exatamente no seu PMS, no final da compressão. Por isso, o diagrama teórico da distribuição de um motor Diesel de quatro tempos toma a forma da figura abaixo.

Figura 18: Diagrama da manivela teórico de um motor diesel de quatro tempos.

Pode-se perceber claramente que no diagrama teórico supõe-se que a válvula de admissão inicia a sua abertura quando o êmbolo se encontra exatamente no PMS e termina o seu fechamento exatamente quando o êmbolo chega ao seu PMI. Da mesma maneira, observa-se que a válvula de descarga inicia a sua abertura com o êmbolo no PMI (exatamente no instante em que a válvula de admissão acabou de fechar) e termina o seu fechamento exatamente quando o êmbolo atinge o PMS. Considera-se também, no referido diagrama, que a injeção começa com o êmbolo no PMS, no final do curso de compressão. Na prática as coisas não acontecem como descritas acima. Para tornar possível o funcionamento do motor com um rendimento satisfatório, tornam-se indispensáveis as cotas de avanços e atrasos.

Figura 19: Diagrama prático da manivela de um motor diesel de 4 tempos.

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Como pode ser visto na figura 19, os avanços e atrasos fazem com que o diagrama prático do motor diesel de quatro tempos assuma uma forma bastante diferenciada da do diagrama teórico.

Figura 20: Marcas no volante de um motor diesel de quatro tempos com quatro cilindros.

2.5 SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO A finalidade principal do sistema de lubrificação do motor é evitar o desgaste das peças. Logo, é necessário reduzir o atrito entre as peças, que trabalham com movimento relativo. Isso é conseguido mediante o estabelecimento de um fluxo contínuo de lubrificante entre essas peças. Ocorre, entretanto, que, além dessa finalidade, o lubrificante acaba realizando funções secundárias de particular importância para o motor. Diversas são as substâncias consideradas lubrificantes: graxas, gorduras, sólidos finamente pulverizados como, por exemplo, o grafite e até mesmo, em casos especiais, a água e o ar. Dentre as funções secundárias desempenhadas pelo lubrificante do motor diesel, destacamos: Resfriamento Ocorre porque, enquanto lubrifica, o óleo absorve parte do calor gerado pelo atrito entre as peças do motor e o transfere para o exterior em um trocador de calor denominado resfriador de óleo lubrificante. Por outro lado, em alguns motores de grande porte, uma ramificação do sistema de lubrificação é utilizada para circular o óleo nos espaços ocos existentes nas coroas dos êmbolos, com o propósito de remover dos mesmos o excesso de calor oriundo da combustão. Isto é feito com o auxílio de tubos telescópicos. Vedação a película de óleo lubrificante entre os anéis de segmento e as paredes dos cilindros intensifica a vedação do ar e dos gases, principalmente, nas fases de compressão, combustão e expansão, as quais a pressão no interior do cilindro é bastante elevada.

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Limpeza o lubrificante circulando no sistema deve ser capaz de desagregar e arrastar as impurezas que se formam no mesmo, principalmente, as oriundas dos resíduos da combustão. Essa limpeza deve-se a uma propriedade do óleo denominada detergência, que é da maior importância, pois as impurezas podem obstruir parcial ou totalmente, tubos, galerias e orifícios de passagem do lubrificante. Amortecer choques deve-se ao fato de que a película de óleo em determinados mancais, como exemplo o da conectora, que sofre cargas muito elevadas, principalmente no instante da combustão. O lubrificante deverá, por suas propriedades de resistência de película, suportar esses aumentos de carga e de pressão, de maneira a impedir o contato metálico entre as telhas dos mancais e o eixo. Ataques químicos a película de óleo lubrificante deve ainda proteger contra os ataques químicos todas as superfícies com as quais entra em contato. 2.5.1 Sistema de lubrificação para um mot

or di esel marítimo de pequeno porte

Figura 21: Sistema de lubrificação do motor MWM-DT-VP.

No referido sistema, o óleo lubrificante circula no motor por meio de uma bomba (2). Esta bomba aspira óleo quente do cárter (1) e o envia para resfriador (4). Se a temperatura do óleo estiver muito alta, a válvula termostática (5) fecha fazendo com que o óleo passe pelo resfriador; se estiver muito frio, a válvula abrirá e uma boa parte do óleo passará por fora do mesmo.

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Do resfriador (4) o óleo passa pelo filtro de óleo (6), e se dirige aos mancais fixos do eixo de manivelas (8) e do eixo de comando de válvulas (9). Em seguida, segue para os tuchos (12), eixo dos balancins (14) e eixo de ressaltos de acionamento das bombas injetoras de combustível. Uma ramificação do sistema conduz o óleo para os mancais do turbocompressor. Um manômetro (17) é conectado ao sistema para indicar a pressão do óleo. Depois de lubrificar os vários pontos do motor, o óleo retorna ao cárter. Da mesma linha de sucção da bomba de óleo lubrificante (2), uma pequena bomba (3) aspira lubrificante e o envia com pressão para os bicos de arrefecimento (11) dos êmbolos. Portanto, nesse motor o óleo lubrificante é também utilizado como agente de resfriamento dos êmbolos. 2.5.2 Sistema de lubrificação para um mot

or di esel marítimo de grande porte

Figura 22: Sistema simplificado de lubrificação de um motor marítimo de grande porte.

No diagrama, a bomba aspira óleo lubrificante armazenado no tanque situado abaixo do motor, denominado poceto, e o descarrega através de um resfriador para o motor. Depois de lubrificar as peças desse motor o lubrificante é aparado no cárter, retornando em seguida para o poceto. Os motores marítimos de grande porte utilizam vários sistemas de lubrificação, cada um deles utilizando um óleo mais adequado às condições de trabalho. Entre esses, podemos citar o dos mancais principais e da cruzeta, o do eixo de cames, o da lubrificação dos cilindros, o do turbocompressor, e o do comando hidráulico das válvulas de descarga. O fato de esses motores utilizarem diferentes tipos de lubrificantes deve-se não apenas ao grande porte, mas também a certas características especiais próprias dos motores diesel de dois tempos empregados na propulsão como, por exemplo, o fato de serem muito altos, de baixa rotação, possuírem cárter seco, e outros. Um enorme volume de óleo que, dependendo do porte do motor, pode até ultrapassar os 1000.000 litros, é utilizado na lubrificação dos mancais fixos e das cruzetas, sendo que na maioria dos navios parte do mesmo é utilizado no resfriamento dos êmbolos e no acionamento de motores de reversão de marcha. Assim, para comportar todo o óleo necessário para circular

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no motor, há necessidade de se ter um grande tanque abaixo do mesmo denominado poceto. Esse reservatório está localizado abaixo do nível do cárter, que no caso é do tipo seco. 2.6 MANUTENÇÕES PREVENTIVAS APLICADAS A O SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO O sistema de lubrificação de um motor está sujeito a várias adversidades e que para responder a essas situações devemos estar atentos na condução e manutenção desse sistema. Devemos, então: 1. Verificar o nível de óleo lubrificante do cárter ou poceto de qualquer máquina ou equipamento levando em consideração: a. Se o nível estiver abaixo da marca recomendada, atentar para a possibilidade de perdas ou vazamentos. Se for este o caso, localizar, corrigir, e em seguida completar o óleo. b. Se o nível estiver acima da marca recomendada, atentar para a possibilidade de contaminação do sistema com outro fluido. Exemplo: água doce, água salgada, óleo diesel, etc. Localizar a fonte da contaminação, corrigir e renovar completamente a carga de óleo. Formas usuais de verificação de nível de óleo lubrificante: a. Vareta – Carter de MCA, motores diesel de pequeno porte tais como gerador de emergência, moto-bomba e motor da baleeira. b. Visor de vidro – Carter de compressoresfrigoríficos, de purificadores, turbocompressor. c. Tubo de sonda – Poceto do MCP, com a utilização de trenas de fita de aço graduadas. Algumas máquinas, a exemplo do MCP, são equipadas com indicadores de nível à distância (boias magnéticas, arranjos pneumáticos, sensores eletrônicos). Entretanto, é recomendável a verificação direta através da sondagem do poceto com trena, pois desta forma verificaremos também a aparência do óleo lubrificante no que tange a sua viscosidade, oleosidade e aspecto físico. Por outro lado, devemos considerar que numa indicação de nível à distância existem diversos componentes passíveis de falha, que estão envolvidos no processo. 2. Observação da correta especificação do óleo recomendada pelo fabricante: Toda máquina vem acompanhada do seu manual onde, entre outras informações, o fabricante apresenta uma tabela de lubrificação recomendando o volume da carga de óleo a ser utilizada, a especificação do tipo de óleo e a equivalência das marcas entre os diversos fornecedores usuais. Assim, de acordo com o regime de trabalho e o tipo de máquina, as propriedades físicoquímicas do lubrificante variam no que tange, por exemplo: a sua viscosidade, ponto de congelamento, e tipos de aditivos. Portanto, nunca se deve misturar óleos de especificação diferente com risco de obtermos uma mistura instável cujas propriedades resultantes não atenderão aos requisitos de lubrificação da máquina.

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Ainda que a tabela de lubrificação apresente uma lista de equivalência entre as diversas marcas de óleo, ao se mudar o fornecedor, sempre que possível, recomenda-se não misturar os produtos e proceder a total substituição da carga. 3. Verificação e análise periódica da qualidade do óleo nos sistemas quanto à viscosidade e ocorrência de contaminações: De acordo com o sistema, a possibilidade de contaminação do óleo lubrificante é um aspecto a ser considerado. A contaminação pode ocorrer de diversas formas em função do circuito que o óleo percorre no sistema e do tipo de equipamento onde opera. Vejamos alguns exemplos clássicos: MCA: a. Contaminação por água salgada através do resfriador de óleo lubrificante. b. Contaminação por água doce proveniente de vazamento entre as camisas e o bloco. c. Contaminação por óleodiesel proveniente dasbombas injetoras. MCP: a. Todas as três causas acima. b. Contaminação por condensado proveniente da serpentina de vapor de aquecimento do poceto. c. Contaminação por água de selo do purificador de óleo lubrificante. d. Contaminação por condensação do ar nas paredes internas do bloco do motor em regiões de clima frio. e. Contaminação por água da dala da Praça de Máquinas para o interior do poceto através de flanges de redes mal apertados, porcas frouxas ou juntas avariadas de portas de visita ou elipses de acesso. O grande volume de óleo do poceto não entra em contato com as paredes do cilindro. Logo, a possibilidade de contaminação com resíduos da combustão praticamente não existe. Todavia, esse lubrificante pode ser contaminado com água oriunda do sistema de aquecimento em caso de furo na serpentina de aquecimento existente no interior do poceto, ou por água do sistema de resfriamento do motor em decorrência de um possível furo no resfriador de óleo do sistema. Na realidade, para minimizar os riscos de contaminação com água do sistema de resfriamento, a pressão do óleo é ajustada para ser um pouco maior do que a do referido fluido. Por essas razões, e pelo alto custo do grande volume de óleo no sistema, o estado do lubrificante é monitorado por meio de inspeções realizadas pelos operadores do motor e também por análises laboratoriais realizadas em terra. Mas, além disso, o lubrificante é quase continuamente purificado por um sistema de centrifugação.

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1. poceto 2. Ralo 3. Bomba 4. Filtro 5. Resfriador de O. L. 6. MCP 7. Cárter

Figura 23: Sistema de lubrificação do motor MWM-DT-VP.

2.7 SISTEMA DE ARREFECIMENTO O motor de combustão interna necessita de uma temperatura ótima para converter a energia do combustível em trabalho de forma eficiente. Para tanto, é necessário à existência de um sistema que mantenha a temperatura interna do motor dentro de certos limites. Esse sistema é o de arrefecimento. Então, as máquinas térmicas transformam energia calorífica em trabalho. Assim é com o motor diesel, que transforma a energia calorífica do combustível em trabalho no êmbolo. energia calorífica do provoque combustível provoca grande aquecimento no peças motor. do Assim, para que oAcalor produzido não sobreaquecimento, danificando as motor, é necessário existir um sistema de resfriamento. Este sistema diminui a níveis aceitáveis, o calor que as peças adquirem em seu trabalho, evitando que o material sofra avarias. Entretanto, resfriar um motor de combustão interna significa desperdiçar uma parte da energia térmica obtida da queima do combustível. O ideal, conforme teorizou o físico Carnot em seu ciclo, seria conseguir o aproveitamento total da energia térmica do combustível convertendo-a inteiramente em trabalho no final do processo, sem perdas. A tecnologia atual ainda não permite tal perfeição termodinâmica. Temperaturas abaixo ou acima da temperatura ideal para o bom desempenho de um motor são prejudiciais ao mesmo: podem, inclusive, causar avarias. Motor aquecido demais: as peças se dilatam, o lubrificante fica muito fino (pouco viscoso), há um aumento de atrito e do desgaste entre os elementos móveis. Motor muito frio: as folgas entre os componentes ficam excessivas prejudicando o desempenho do motor, além do risco do surgimento de trincas e rachaduras provocadas pelo choque térmico (diferenças bruscas de temperatura). Devemos anotar que alguns motores pequenos são resfriados com água de um radiador a qual troca calor com um ventilador. Há ainda pequenos motores que são resfriados apenas por ar que é dirigido às aletas instaladas em suas camisas.

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Lembrar que a água doce trabalha em um circuito fechado, e a água externa trabalha em um circuito aberto. Em outras palavras, isto significa dizer que a água doce é reaproveitada e a água externa é jogada de volta para o rio ou para o mar. A figura 24 é um esquema do sistema de arrefecimento de um motor – motor MAN L23/30ª com a respectiva legenda.

Figura 24: Esquema do sistema de arrefecimento de um motor. Legenda: 1. Caixa de aspiração 2. Filtro (água do circuito aberto) 3. Bomba (água do circuito aberto) 4. Bomba stand by (água do circuito aberto) 5. Resfriador central 6. Válvula de descarga externa 7. Bomba de baixa temperatura 8. Bomba stand by de baixa temperatura 9. Resfriador de ar de carga 10. Resfriador de óleo LO/transmissão 11. Resfriador de água doce 12. Válvula termostática de baixa temperatura 13. Tanque de expansão de baixa temperatura

14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.

Bomba de alta temperatura Bomba stand by de alta temperatura Válvula termostática de alta temperatura Tanque de expansão de alta temperatura Bomba de circulação Válvula termostática Válvula para pré-aquecimento Trocador de calor Bomba de água externa para gerador de água doce 23. Gerador de água doce 24. Válvula de descarga externa para gerador de água doce

2.8 MANUTENÇÕES PREVENTIVAS APLICADAS AO SISTEMA DE ARREFECIMENTO Para a proteção dos sistemas de água doce contra a corrosão nos motores diesel marítimos, existem vários tipos de inibidores. Entre eles, somente são recomendados os inibidores baseados em nitrito-borato. Vários dos produtos comercializados pelas grandes empresas estão especificados na lista do manual do motor. As dosagens necessárias e o

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procedimento para a mistura estão especificados em detalhes nessa lista. Fique claro que essas recomendações devem ser observadas. A concentração do inibidor não deve, sob nenhuma circunstância, cair abaixo da concentração recomendada pelo fabricante, já que isto envolve o risco de haver maior corrosão. Portanto, a concentração deve ser verificada regularmente, se possível uma vez por semana. A água de resfriamento evaporada deve ser reposta com água não tratada, mesmo considerando que uma perda de água por vazamento deve ser reposta com água tratada. Na manutenção dos êmbolos, deverá ser recolocada uma nova dosagem de inibidor imediatamente após o término dos trabalhos. Verificação do sistema de água de resfriamento e da água de resfriamento em serviço: Se a água de resfriamento se contaminar durante o serviço, podem ser formados depósitos ou borra. Portanto, a condição do sistema de resfriamento de água deve ser regularmente verificada, especialmente quando não for usada água deionizada ou destilada. Em caso de existência de depósitos nos espaços de resfriamento, esses espaços, ou todo o sistema, devem ser limpos. Os tubos de aço galvanizado do sistema de resfriamento de água doce são susceptíveis a corrosão, o que pode provocar a formação de borra, mesmo quando a água de resfriamento estiver corretamente inibida. Portanto, não é recomendado usar tubos galvanizados no sistema de resfriamento de água doce. A qualidade da água de resfriamento deve ser verificada regularmente. Deve ser determinada concentração do inibidor, o valor do pH, que deve ser medido a 20ºC, assim como a concentração de cloretos, que normalmente não deve exceder a 50 PPM (50 mg/litro). Para isso, os produtores dos inibidores normalmente fornecemkits simples de teste. O registro de todos os resultados de medição serve para avaliar tanto o estado atual como as futuras tendências do sistema. Um aumento do teor de cloretos na água de resfriamento indica um vazamento de água do mar, que deve ser encontrado e reparado imediatamente. A cada três meses uma amostra da água de resfriamento deve ser enviada a terra para análise laboratorial, especialmente para o controle do inibidor ativo, do teor de sulfatos, do teor de ferro e da salinidade total da água. 2.9 REGULADOR DE 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. 30

Nas altas velocidades, começa a 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, eles são utilizados em todos os motores a diesel e, dependendo da aplicação, como visto no início deste trabalho, têm características distintas e bem definidas. No caso específico dos motores diesel-geradores, a regulação da velocidade é um item particularmente crítico, uma vez que a frequência 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: a. Governadores mecânicos – 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.

Figura 25: Governadores mecânicos.

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b. Governadores hidráulicos – possui 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.

Figura 26: Governador de velocidade Woodward UG8.

c. Governadores eletrônicos – oferecem melhor precisão de regulação. Atualmente, estão sendo utilizados em maior escala devido ao custo versus benefício.

Figura 27: Governador Eletrônico WOODWARD modelo EPG– 12 ou 24 Volts.

2.10 SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL O objetivo do sistema de injeção de combustível é fazer com que o óleo combustível chegue aos cilindros do motor em condições adequadas de pressão, temperatura, viscosidade, quantidade etc. no qual o mesmo opera. Os combustíveis destinados ao motor diesel devem ser facilmente inflamáveis ao contato com o ar superaquecido. Esta facilidade de inflamação é favorável ao arranque do motor e assegura em andamento uma combustão mais completa, diminuindo assim a produção de fumaças no escape. 32

A facilidade de inflamação dos combustíveis diesel é indicada pelo índice de cetano. Os combustíveis para motores a diesel devem possuir um índice compreendido entre 30 e 60 cetanos. O índice de cetano é determinado comparando a facilidade de inflamação do combustível a testar com a facilidade de inflamação de uma mistura de base. Esta mistura de base é formada de cetano (muito inflamável) de alfa-metilo-naftalina (muito pouco inflamável). O primeiro é um hidrocarboneto derivado do petróleo e o segundo é extraído do alcatrão de hulha. A quantidade de cetano em porcentagem na mistura da base, caso tenha as mesmas facilidades de inflamação que o combustível testado, é dada como índice. Assim, por exemplo, um combustível é de 45 cetanos quando a sua facilidade de inflamação é idêntica à de uma mistura contendo 45% de cetano e 55% de alfametilo-naftalina. 2.11 COMPONENTES DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL Em se tratando dos componentes do sistema de injeção de combustível, eles podem apresentar alguns detalhes que diferenciam um do outro. Todavia, o menos sofisticado dos sistemas de combustível deve apresentar, pelo menos, os componentes representados na figura 28.

Figura 28: Sistema de injeção de combustível.

O sistema de combustível é composto por dois circuitos, ou seja, o circuito conhecido como de baixa pressão e o circuito de alta pressão. O circuito de baixa pressão é formado pelo tanque de combustível, filtro de combustível e uma bomba de engrenagens. Este circuito tem a função de fornecer desde a partida e durante todo o período de funcionamento do motor, combustível para a bomba de alta pressão. O filtro de combustível tem a função de reter impurezas na sua forma sólida para que não entrem em contato com os componentes mecânicos do sistema protegendo os mesmos de danos. Vale lembrar que, na maioria dos sistemas o óleo diesel além de ser o combustível para o motor também é o lubrificante para os componentes do sistema; assim, ele é um elemento de

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extrema importância e deve receber atenção tanto para o período de substituição quanto na sua aplicação, determinados pelo fabricante. Outro detalhe é a questão de drenagem de água que nele se acumula com o tempo. Apesar de, na maioria dos casos, haver uma lâmpada indicadora no painel da presença de água é importante que o encarregado da manutenção faça este processo com certa periodicidade, antecipando-se a este alerta, que indica o momento critico. A bomba de engrenagens funciona de maneira simples: são duas engrenagens que giram em sentidos opostos onde de um lado está a aspiração do combustível e do outro a saída do mesmo com pressão controlada por uma válvula mecânica interna. O circuito de alta pressão de combustível é composto pela bomba injetora, os tubos distribuidores e os injetores. 2.12 BOMBA INJETORA DE COMBUSTÍVEL O equipamento de injeção do combustível tem por finalidade introduzir no cilindro, com extrema exatidão e regularidade, uma quantidade determinada de combustível no momento próprio. Esse combustível tem de ser finamente pulverizado e distribuído na câmara de combustão, de modo que cada partícula seja colocada em contato com o oxigênio do ar que foi ali admitido e comprimido. A bomba injetora está localizada entre o filtro de combustível e os bicos injetores. É a principal parte do sistema de alimentação diesel. Tem como funções: a. Dosar o combustível de acordo com as necessidades do motor. b. Enviar o combustível para os bicos injetores de acordo com a ordem de ignição do motor. c. Promover pressão suficiente para pulverizar o combustível na massa de ar quente na câmara de combustão. A bomba injetora é regulada eletronicamente por um sistema de medição de débitos. O sistema eletrônico de medição de débitos regula sistemas mecânicos e eletrônicos de monitoramento de bombas injetoras.

Figura 29: Bomba injetora.

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2.13 “ ISOLAR” B OMBA INJETORA A operação de isolar uma bomba injetora consiste em suspender e travar o tucho de acionamento da mesma, de maneira que este não seja alcançado pelo seu excêntrico de acionamento. Este procedimento é muito usado quando se deseja obter a pressão de compressão em um cilindro do motor, ou mesmo quando se deseja cortar o combustível para o mesmo em situações excepcionais. Os motores de médio e grande porte são dotados de um sistema mecânico apropriado para isolar cada uma das bombas injetoras do motor. 2.14 PULVERIZAÇÃO DO COMBUSTÍVEL A pulverização tem por finalidade fracionar uma determinada quantidade de combustível em pequenas partículas para aumentar substancialmente a área de contato do combustível com o ar, aumentando assim a razão de combustão. Sabe-se, entretanto, que a operação econômica do motor exige a correta queima do seu combustível. Esta, por sua vez, depende da eficiência da pulverização, da penetração e da turbulência. Se o combustível for excessivamente pulverizado, suas partículas serão menores e terão energia cinética insuficiente para conduzi-las aos espaços da câmara de combustão. A alta densidade do ar comprimido no cilindro do motor cria uma elevada resistência ao movimento das partículas de combustível, as quais tendem a se agrupar em torno do bico injetor de combustível reduzindo o oxigênio durante a combustão. Assim, a razão da combustão será reduzida podendo srcinar uma pós-queima. Se a pulverização for insuficiente, as partículas serão maiores e terão mais energia cinética quando entrarem na câmara de combustão, o que provocará uma maior propagação dentro da câmara, podendo atingir o restante das paredes do cilindro. Isto causará uma baixa taxa de combustão e a possibilidade de pós-queima. Um acúmulo de carbono ocorrerá em volta do topo do cilindro e no lado da parede da coroa do êmbolo. O grau de penetração depende da quantidade da pulverização. Esta, entretanto, é obtida somente à custa da penetração proporcionada pelo tamanho dos furos pulverizadores e pressão de injeção, desde que a viscosidade do combustível não varie. Tanto a pulverização quanto a penetração e a turbulência contribuem decisivamente para a obtenção das melhores condições para a queima do combustível. O principal objetivo é criar partículas suficientemente pequenas para queimar no curto tempo disponível para tal e distribuí-las no interior de toda a câmara de combustão, de modo que as partículas adjacentes não façam faltar oxigênio durante a combustão. A penetração e a turbulência contribuem para a distribuição uniforme das partículas.

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2.15 VÁLVULA DE INJEÇÃO D E COMBUSTÍVEL A válvula de injeção é o dispositivo responsável pela introdução do combustível pulverizado no cilindro do motor diesel. É também conhecida como bico injetor ou simplesmente injetor. Fica instalada no cabeçote do cilindro, podendo ser resfriada por óleo ou água. Nos motores marítimos de médio e grande porte dotados de válvula de descarga na cabeça, podem aparecer duas ou três para cada cilindro. As válvulas de injeção podem ser de orifício único ou de múltiplos orifícios. Os motores marítimos de médio e grande porte utilizam válvulas de múltiplos orifícios. O diminuto diâmetro dos furos e a elevada pressão a que o combustível é submetido garantem um elevado grau de pulverização do mesmo no interior dos cilindros, facilitando sobremaneira a mistura com o ar e, consequentemente, a combustão. A figura 30 mostra os componentes de uma válvula de injeção.

Figura 30: Válvula de injeção de combustível.

O funcionamento da válvula de injeção de combustível pode ser descrito da seguinte maneira: a. O combustível chega à válvula de injeção por meio do tubo de alta pressão (1). Um canal internode(2)agulha conduz(4), o combustível até afirmemente câmara de pressão (3),na quesua cerca a extremidade da válvula que é mantida assentada sede pela ação do conjunto formado pela haste 5 e pela mola 6. b. O combustível em alta pressão exerce um empuxo entre a ponta da agulha e o seu assento. Tão logo esse empuxo torne-se superior ao da mola (6), a agulha é levantada de sua sede dando passagem ao combustível em forma pulverizada, iniciando assim a injeção. c. Depois que a quantidade dosada pelabomba penetra no cilindro, a pressão abaixa e a agulha cai em seu assento, fechando a passagem do combustível. 36

d. As válvulas de injeção possuem diferentes dispositivos para regular a sua pressão de abertura. Na válvula de injeção da figura anterior, por exemplo, isso é conseguido atuando-se no parafuso de regulagem (8), que tanto pode comprimir quanto distender a mola (6). Em outros tipos de válvulas, essa ajustagem pode ser feita pela colocação ou retirada de arruelas sobre a mola (6).

Figura 31: Circulação de fluido na válvula injetora.

2.16 SISTEMA VIT (VARIABLE INJECTION TIMING) O sistema VIT (variable injection timing system), ou sistema de variação do ponto de injeção, foi criado com o propósito de controlar o funcionamento da bomba injetora, de maneira que a pressão máxima de combustão seja alcançada quando o motor atinge 85% da carga. Isso resulta em aumento da eficiência térmica e redução do consumo de combustível. O sistema VIT pode ser utilizado tanto em bombas cujos êmbolos são dotados de rebaixo helicoidal para controlar a quantidade de combustível injetado, quanto também em bombas que controlam a injeção por meio de válvulas de admissão e de descarga. Nessas últimas (caso das bombas Sulzer), o ponto de injeção pode ser alterado pela mudança das posições dos excêntricos que controlam as posições das válvulas de admissão e de descarga (saída). Esse sistema é então controlado por essas duas válvulas, sendo que quando a de admissão é abaixada a injeção começa mais cedo, mas a quantidade de combustível é aumentada. Quando a haste da válvula de descarga é levantada, o final da injeção ocorre mais cedo e o aumento da quantidade de combustível descarregada reduzido podendo ser trazido de volta ao seu nível srcinal. Dessa maneira, o ponto de injeção é agora avançado sem qualquer mudança na quantidade de combustível descarregada no cilindro. Nesse tipo de bomba, o ponto de injeção pode ser atrasado revertendo-se a direção do movimento dos excêntricos. Nas bombas injetoras dotadas de rasgo helicoidal no êmbolo e janelas reguladoras da quantidade de combustível (caso das bombas MAN B&W), pode-se alterar o ponto de injeção pela elevação ou abaixamento do cilindro da bomba, sem alteração dos pontos mortos superior e inferior do êmbolo; Isso quer dizer que o curso do êmbolo não varia.

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Figura 32: Bomba injetora com sistema VIT.

Os movimentos de subida e descida do cilindro da bomba injetora são proporcionados pelo movimento axial da cremalheira do sistema VIT. A figura acima mostra o mecanismo de elevação e abaixamento da camisa, o qual é conseguido por meio de uma rosca aberta na parte inferior do cilindro onde enrosca uma porca localizada entre duas faces de encosto no corpo da bomba. Na circunferência externa da porca há uma engrenagem, na qual atua uma cremalheira que trabalha num guia localizado no corpo da bomba. Se, por meio da cremalheira VIT, o cilindro da bomba injetora for abaixado, as janelas de admissão e descarga serão cobertas mais cedo pelo êmbolo, antecipando assim o início da injeção. E como o curso do êmbolo não foi alterado, as janelas também serão descobertas mais cedo antecipando também o fim da injeção. Dessa maneira, haverá uma alteração no ponto de injeção, sem que seja alterada a quantidade de combustível descarregada. Obviamente, a elevação do cilindro da bomba proporcionará um efeito contrário, atrasando o ponto de injeção. Para evitar frequentes mudanças na bomba durante as manobras do navio, o sistema VIT é concebido de modo que não haja mudança do ponto de injeção até 40% da MCR. Quando a carga do motor aumenta acima de 40%, inicia-se a atuação do sistema VIT e o consequente avanço do ponto de injeção. Quando o motor atinge 85% da MCR a pressão máxima de combustão é atingida. Então, a partir daí, os servos retardam a injeção de modo que a pressão se mantém constante entre 85 e 100 da MCR. A cerca de 90% da MCR obtém-se uma economia de 4 a 5 g/HPh. Outro objetivo do VIT é a redução da emissão de gases poluentes como os óxidos de nitrogênio, uma vez que o aumento das pressões melhora a combustão e reduz a emissão de gases poluentes na atmosfera.

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2.17 SISTEMA DE INJEÇÃO ELETRÔNICA 2.17.1 Motor es de pequeno p ort e O sistema de injeção eletrônica do tipo coletor comum, (comum rail), utilizado com sucesso nos modernos motores MWM, tem o seu funcionamento resumido a: a. O combustível é aspirado do tanque de serviço através de um filtro, por uma bomba elétrica de baixa pressão (bomba alimentadora). b. Esta envia o combustível para a admissão da bomba de alta pressão, que por sua vez o envia para um coletor comum, onde um sistema de controle sofisticado mantém uma pressão constante de 1.350 bar. c. Os bicos injetores, eletronicamente controlados por uma ECU (Unidade de Controle Eletrônico), introduzem o combustível atomizado nos cilindros do motor.

Figura 33: Sistema de injeção utilizado em motores de pequeno porte.

Na realidade, a CPU envia sinais elétricos de durações variadas para ativar a bobina da válvula de injeção eletromagnética, controlando assim o tempo das injeções. A ECU, portanto, processa milhares de informações tais como: giro do motor, aceleração exigida e temperatura de ar em milésimos de segundo, determinando exatamente a quantidade de combustível a ser injetado nos cilindros em função da carga a que o motor está submetido. Para que isso seja possível, vários sensores são instalados no motor. A Unidade de Controle Eletrônico gerencia inclusive a injeção piloto, otimizando a combustão. Em consequência, obtém-se um ótimo desempenho, com sensível redução na emissão de gases poluentes, redução do consumo de combustível, redução das vibrações e, obviamente, um funcionamento homogêneo do motor.

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2.17.2 Motor es de médio e gr ande port e A mais nova geração de motores diesel marítimos de médio e grande porte apresenta uma tecnologia bastante avançada que dispensa o uso do eixo de cames para acionar bombas injetoras, válvulas de descarga, lubrificadores de cilindros e distribuidor de ar de partida. Naturalmente, se tais motores não são dotados de eixo de cames, também não possuem o conhecido mecanismo de transmissão de rotação do eixo de manivelas para o eixo de cames. O antigo comum rail system, ou “sistema de coletor comum”, era dotado de uma bomba de alta pressão que enviava o combustível a uma pressão de aproximadamente 400 bar para um coletor comum, de onde saiam as tubulações para as válvulas de injeção individualmente situadas nas cabeças dos cilindros. No referido sistema, entretanto, a abertura de cada válvula de injeção era feita por meio de um sistema similar ao de acionamento mecânico das válvulas de aspiração e descarga, constituídas de tucho, vareta ou haste e balancim. Assim, ao contrário da maioria dos motores, que equipam nossos navios mercantes, a abertura das válvulas de injeção era feita mecanicamente e não hidraulicamente. Com o desenvolvimento da eletrônica e da tecnologia computacional, o comum “ rail system” ou sistema de coletor comum ressurgiu do esquecimento e passou a integrar os

sistemas de injeção dos motores diesel, eletronicamente controlados. Assim, essa moderna tecnologia utiliza sistemas de controle que determinam o momento apropriado da injeção e também da abertura da válvula de descarga sem necessidade de dispositivos mecânicos, o que torna possível a dispensa do eixo de cames. O motor diesel marítimo sem eixo de cames foi introduzido no mercado por dois dos maiores fabricantes de motores de grande porte do mundo: a SULZER e a MAN B&W. A SULZER denominou seu motor de RT Flex e a MAN B&W de ME (motor inteligente). Ambos os motores são dotados de bombas de êmbolos axiais acionadas por motor elétrico para pressurização de um servo coletor de óleo com uma pressão de cerca de 200 bar para acionamento das válvulas de descarga e outro com uma pressão de 1.000 bar para o sistema de óleo combustível. Por seu turno, a MAN B&W utiliza o sistema servo de óleo para acionamento dos lubrificadores de cilindros. Ambos, entretanto, utilizam o computador para controlar a injeção de combustível e a operação das válvulas de descarga e de ar de partida. Relativamente à injeção, entretanto, os métodos utilizados pelos referidos fabricantes são diferentes.

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Figura 34: Sistema de injeção eletrônica utilizado em motores Sulzer de grande porte.

Como pode ser observado na figura acima, a SULZER dota o seu motor de um coletor comum usando um conjunto de bombas de êmbolos de débito variável acionado por came de três lóbulos, que por sua vez recebe movimento do eixo de manivelas por meio de um sistema de engrenagens. Essas bombas são controladas por um eixo acionado eletricamente e controlado pelo computador do motor. O sistema de computador denominado “Wartsila Engine Control System”, ou “WECS” controla a descarga do coletor comum individualmente para os cilindros e também a descarga de óleo pressurizado a 200 bar por bombas elétricas. Como pode ser observado na figura abaixo, quando as válvulas do coletor comum são energizadas para a injeção pelo módulo acionador da válvula, óleo do coletor comum abre as válvulas de controle da injeção.

Figura 35: Sistema de injeção eletrônica utilizado em motores Sulzer sem eixo de cames.

As válvulas de injeção de combustível são pressurizadas e a pressão do óleo combustível atuando por trás do êmbolo do cilindro de quantidade de combustível mantém esta pressão nos injetores ou válvulas de injeção. À medida que o êmbolo se move para a esquerda, um sinal de realimentação é enviado para o Módulo de Controle do cilindro. O motor utiliza três válvulas de injeção por cilindro, mas em regimes de baixas cargas, duas delas são colocadas fora de ação, contribuindo de forma significativa para a redução do

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consumo de combustível e da emissão de gases tóxicos para o meio ambiente. Além disso, a carga do motor pode ser reduzida a 10% em um regime de apenas 7 RPM. 2.18 VANTAGENS DA SUPERALIMENTAÇÃO Quando se aumenta a pressão do ar no interior de um mesmo cilindro, a massa desse ar também aumenta. Com isso pode-se enviar mais combustível para ele, obtendo-se assim uma combustão mais violenta. Isso faz com que uma força muito maior atue sobre o êmbolo, resultando num considerável aumento da potência do motor. Portanto, pode-se dizer que a finalidade da superalimentação é aumentar a potência do motor, sem aumentar consideravelmente o seu porte ou volume. A superalimentação exige que as peças do motor sejam mais resistentes que as dos motores de aspiração natural, por causa das maiores pressões de trabalho decorrentes do aumento da pressão de combustão nos cilindros. Dependendo da pressão do ar de superalimentação, consegue-se hoje aumentar a potência do motor diesel em até mais de 50%. Este fato consagrou definitivamente a máquina diesel como a preferida na propulsão dos navios mercantes, principalmente os de médio e grande porte, onde é extremamente importante instalar grandes potências no menor espaço possível. A superalimentação é tão importante que, atualmente, os únicos motores não superalimentados a diesel são aqueles em que a potência é tão pequena que não justifica o custo da instalação de um dispositivo para aquele fim. Comparando-se dois motores de mesma potência, sendo um de aspiração natural e outro superalimentado, pode-se garantir que o segundo apresenta, pelo menos, as seguintes vantagens em relação ao primeiro: menor volume, menor peso, maior rendimento e menor preço. 2.19 SISTEMA SUPERALIMENTAÇÃO Observe a figura 36.

Figura 36: Sistema superalimentação.

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Conforme se apresentam na figura 35, os principais componentes do sistema de superalimentação são: o turbocompressor, o resfriador de ar o caixão de ar e o coletor de gases de descarga. Embora o turbocompressor seja o dispositivo de sobrealimentação mais encontrado em todo o mundo, há outros raramente encontrados. Ao invés de utilizarem a energia cinética dos gases para acionar uma turbina que por sua vez aciona um compressor centrífugo, ele utiliza um compressor de lóbulos acionado mecanicamente pelo próprio motor. A figura abaixo mostra um antigo motor GM tipo 71 com janelas de admissão e válvulas de descarga na cabeça.

Figura 37: Compressor de lóbulos.

O turbo-alimentador abaixo se compõe de três partes principais: a carcaça de mancais, a turbina e o compressor.

Figura 38: Componentes de um turbo-alimentador.

2.20 SISTEMA DE PARTIDA ELÉTRICA Esse sistema, mostrado na figura 38 é, sem dúvida alguma, um dos sistemas de partida mais utilizados tanto em terra quanto a bordo dos navios, especialmente na partida dos 43

motores de propulsão dos navios de pequeno porte. Já em navios de médio e grande porte sua aplicação restringe-se à partida dos motores de acionamento de bombas de incêndio, geradores de emergência, baleeiras, etc.

Figura 39: Sistema de partida elétrica.

Observe que os principais componentes do sistema são: a bateria, os cabos, a chave ou botão de contato e o motor de arranque. Quando o operador liga a chave de contato e depois aperta o botão de partida, o motor elétrico é alimentado pela corrente contínua da bateria e seu pinhão engrena nos dentes da cremalheira do volante do motor diesel, fazendo-o girar. Quando a velocidade é suficiente e o motor começa a queimar o seu combustível, o operador solta o botão de partida, cortando a energia elétrica para o motor. Aí o pinhão do motor de partida desengrena da cremalheira do volante. Com o motor diesel funcionando, o alternador também funciona e passa a alimentar os consumidores de bordo, ao mesmo tempo em que carrega a bateria. 2.21 SISTEMA DE PARTIDA PNEUMÁTICA É o sistema de partida mais encontrado a bordo dos navios mercantes da cabotagem e do longo curso. Entretanto, seu emprego em navios fluviais, especialmente os empurradores, vem aumentando consideravelmente com a nova geração de motores de 1200 HP para cima. Em um motor de quatro tempos, por exemplo, o sistema deve injetar ar comprimido em cada cilindro do motor com o êmbolo descendo e as válvulas de admissão e descarga fechadas. Naturalmente, esta injeção de ar é feita em um cilindro de cada vez. Como todos os sistemas de arranque, sua ação é passageira, e deve ser interrompido pouco depois do motor começar a queimar combustível. A figura 39 mostra um sistema de partida por injeção de ar comprimido aplicado a um motor auxiliar em “V” de oito cilindros. 44

Figura 40: Sistema de partida pneumática.

O ar comprimido é obtido por compressores de dois estágios, sendo enviado para as ampolas ou garrafas (no mínimo duas), que o armazenam na pressão de 25 ou 30 bar, conforme a instalação. O funcionamento do sistema resume-se no seguinte: uma tubulação conduz o ar comprimido da garrafa ao motor onde, depois de passar por uma válvula mestra, acionada manual ou automaticamente, é injetado nos cilindros do motor (um de cada vez), obedecendo à sequência da ordem de queima do mesmo. Cada cilindro do motor possui uma válvula de arranque ou partida instalada na cabeça, para deixar passar o ar comprimido para dentro do mesmo, após a informação enviada pelo distribuidor. O distribuidor, acionado mecanicamente pelo eixo de cames do motor, é o elemento encarregado de acionar, pneumaticamente, e no momento apropriado, as válvulas de partida, permitindo a entrada do ar comprimido nos cilindros. Para que isso seja possível, observe que do distribuidor saem tubulações de pequeno diâmetro que são conectadas às partes superiores das referidas válvulas. Vejamos agora, com mais detalhes, o funcionamento do sistema, atentando para a figura abaixo.

Figura 41: Funcionamento do sistema de partida pneumática.

Estando a válvula da ampola de ar aberta, o operador aciona a válvula mestra e o ar comprimido passa para a linha principal que o conduz até a câmara inferior de cada válvula de partida. Outra parte de ar comprimido é enviada ao distribuidor. Pela tubulação de pequeno 45

diâmetro, o distribuidor manda, então, o ar de comando, segundo a posição do seu disco, para a parte superior da válvula de partida correspondente ao cilindro cujo êmbolo estiver na fase de expansão. Assim, a válvula é obrigada a abrir, deixando entrar no cilindro. O ar que estava armazenado na sua câmara inferior, e que antes não entrava no cilindro em virtude da ação da mola da válvula, que mantinha a mesma fechada. Observe-se que o eixo do distribuidor tem sua extremidade estriada para permitir o encaixe do orifício também estriado do seu disco, fazendo com que o mesmo gire conforme o eixo. Observe também que o disco do distribuidor possui um orifício de forma ovoide que, durante o seu movimento de rotação, coincide com cada um dos orifícios dos canais do corpo do distribuidor. Enquanto termina o curso útil do cilindro, o disco do distribuidor já girou o suficiente para que o ar da tubulação de comando da válvula de arranque seja evacuado para a atmosfera através do canal de escape do distribuidor. Isto faz com que a válvula de partida feche por ação de sua mola, cessando, portanto, a carga de ar para o referido cilindro. Durante esse intervalo, o disco do distribuidor, girando continuamente, alcança a posição na qual se inicia o ciclo em outro cilindro. O distribuidor de ar é o elemento do sistema que envia o ar de comando para promover, no momento oportuno, a abertura de cada uma das válvulas de partida instaladas no motor. É interessante salientar que além do distribuidor do tipo rotativo cujo funcionamento foi descrito, há também o tipo alternativo, que é mais usado nos sistemas de partida dos motores de médio e grande porte. 2.22 SISTEMA DE SEGURANÇA DOS MOTORES DIESEL Há duas situações distintas nesse caso: a primeira é a de regime de manobras e a segunda é a de regime de viagem. Durante o regime de manobras, as principais preocupações devem estar voltadas para o controle da pressão do ar comprimido nas ampolas, pressões e temperaturas do óleo lubrificante, água de resfriamento, óleo combustível, óleo ou água de resfriamento dos êmbolos, etc. Com o navio em regime de viagem, devem-se obter os valores de pressão, temperatura, nível, RPM, etc. a intervalos regulares. Nos navios modernos, um computador faz automaticamente uma varredura das variáveis do motor a intervalos regulares. Atenção especial deve ser dada ao nível e à qualidade do óleo lubrificante no poceto, do óleo combustível no tanque de serviço, da água de resfriamento no tanque de expansão, e do sistema de resfriamento dos êmbolos (se for à água). Os lubrificadores mecânicos também devem merecer uma atenção especial, pois uma pequena fuga de óleo ou a presença de ar pode impedir que o lubrificante alcançasse um determinado ponto da camisa do cilindro.

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Figura 42.

Ruídos anormais no motor devem ser levados muito a sério, pois podem representar sintomas de problemas graves. 2.23 FUNCIONAMENTO DO MOTOR DIESEL Procedimentos gerais, considerando que há diferenças entre a forma convencional, semiautomática e plenamente automatizada, para a preparação da partida da maioria dos motores marítimos utilizados na propulsão dos navios mercantes: a. Aquecer lentamente o motor principal com a água doce proveniente dos motores auxiliares. Se não houver esta possibilidade de interligação entre os sistemas, o motor principal deverá ser provido de um sistema de aquecimento próprio com um aquecedor elétrico a vapor ou a óleo térmico. b. Encher com óleo combustível purificado, se possível clarificado, o tanque de serviço do motor. c. Fazer circular o combustível no sistema e, no caso do óleo pesado, mantê-lo aquecido e com a viscosidade recomendada na admissão das bombas injetoras de combustível. d. Manter limpos os filtros de óleo lubrificante e óleo combustível, tendo o cuidado de verificar se não existe ar nos mesmos. e. Fazer as manobras necessárias e funcionar a bomba de lubrificação, atentando para o nível de lubrificante no poceto; caso o resfriamento dos êmbolos seja feito por óleo, verificar se há fluxo de retorno do mesmo nos visores apropriados. f. Verificar as manobras e colocar a bomba do sistema de lubrificação do turboalimentador em funcionamento, observando se há fluxo de retorno no visor; caso o sistema de lubrificação seja dependente da própria unidade de superalimentação, verificar nos visores se está correto os níveis de lubrificante dos mancais do compressor e da turbina. g. Verificar o nível de óleo nos lubrificadores mecânicos e fazer manualmente uma prélubrificação nos cilindros.

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h. Lubrificar todos os pontos que exigem lubrificação manual, sobretudo aqueles ligados a transmissões para alavancas de comando e articulações especiais. i. Verificar se os reservatórios de ar comprimido estão suficientemente carregados e devidamente drenados; caso não haja purgadores automáticos nas ampolas, elas devem ser drenadas manualmente. j. Com as válvulas de prova (rubinetes) abertas, girar o motor com o auxílio da catraca no mínimo uma volta, se o motor for de 2 tempos e duas, se o motor for de 4 tempos; esse procedimento é muito importante, principalmente no caso de o motor ter estado inoperante por um longo período, pois visa a verificar se há acúmulo de água no interior do cilindro; esta tanto poderia decorrer de uma rachadura na camisa, cabeçote ou caixa de válvula de descarga, como de condensação do vapor d'água presente no ar atmosférico, que pode penetrar no motor pela tubulação de descarga de gases. k. Verificar se o sistema de óleo combustível encontra-se em ordem, ou seja, escorvado e com o combustível na temperatura recomendada. l. Abrir no reservatório as válvulas de ar necessárias à partida, ao comando e ao controle do motor. m. Desengrazar a catraca. n. Consultar o passadiço sobre as condições externas e, assim que receber a permissão, funcionar o motor por alguns segundos em marcha avante e marcha atrás. o. Fechar as válvulas de prova e daro pronto da máquina. 2.24 REVERSÃO DE MARCHA PELO DESLOCAMENTO AXIAL DO EIXO DE CAMES A figura 42, a seguir, mostra um arranjo do método de reversão de marcha pelo deslocamento axial do eixo de cames aplicado a um motor MAN de dois tempos, bastante antigo, mas ótimo para facilitar a compreensão de todo o processo. Observe-se que o motor não possui válvula de descarga na cabeça, como é o caso dos motores atuais. Portanto, é dotado de janelas de admissão e de descarga, com um injetor posicionado no centro do cabeçote. Observe-se também que o eixo de comando das bombas injetoras possui dois excêntricos para cada uma delas e dois excêntricos para cada elemento do distribuidor de ar, que no caso é do alternativo. Assim, avante tanto ae outro, bombapara injetora quanto distribuidor terão um tipo excêntrico para marcha marcha atrás.o elemento do Os excêntricos, com calagem certo número de graus um do outro, devem ser ligados por uma espécie de rampa para evitar que durante o movimento axial do eixo, nem o excêntrico da bomba injetora nem o do elemento do distribuidor de ar tropecem nos tuchos dos mesmos.

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Figura 43: Reversão de marcha pelo deslocamento axial do eixo de cames.

Note-se que em uma das extremidades do eixo de cames é instalado um êmbolo para trabalhar no interior de um cilindro hidráulico, que se comunica por um lado com o depósito de marcha e peloe outro com o depósito de redes marcha Esses cilindros sãoalternam carregados com óleoavante hidráulico são comunicados com deatrás. ar comprimido que se como canais de admissão e de drenagem de ar, conforme o eixo deva ser movimentado de forma axial num ou noutro sentido. Observe também que, durante o movimento axial do eixo de cames, a sua engrenagem não se desloca de forma axial, pois, se assim fosse, ela desengrenaria da engrenagem intermediária (21). Assim, o eixo pode se deslocar sem levar a engrenagem consigo, graças a uma espécie de luva ou manga montada com folga axial em relação ao eixo. Outra maneira de conseguir o mesmo efeito seria construir a engrenagem do eixo de cames com uma espessura maior do que a da engrenagem da transmissão (21). Nesse caso, a dita engrenagem deveria ser fixada ao eixo para se deslocar de forma axial com ele, mas sem desengrenar da engrenagem mencionada. lembrar nos navios modernos, o motor tanto ser operado do local quantoÉ aimportante distância e, neste que, último caso, o referido controle é feito porpode um sistema de comando constituído por uma série de componentes eletropneumáticos que conferem maior segurança e praticidade ao sistema. Esses dispositivos, que não aparecem na figura, modernizam, mas não relegam o sistema estudado à condição de obsoleto. Portanto, o funcionamento do sistema que está sendo descrito serve de base para a compreensão dos sistemas mais atuais que utilizam o deslocamento axial do eixo de cames.

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A figura 43, abaixo, representa outro arranjo para reversão de marcha pelo deslocamento axial do eixo de cames. Dessa vez o método está sendo aplicado a um motor propulsor de 4 tempos. O mecanismo pode parecer um pouco diferente, mas o princípio de funcionamento é praticamente o mesmo do sistema que foi descrito.

Figura 44: Motor de quatro tempos.

Observe que, por se tratar de um motor de quatro tempos, há dois excêntricos para cada válvula de admissão e dois para cada válvula de descarga. Do ponto de vista construtivo, as principais diferenças entre esse sistema e o estudado anteriormente são: a. A engrenagem de transmissão é fixada no eixo de cames e tem uma espessura bem maior que a da engrenagem intermediária, isso para impedir que a do eixo de cames desengrene da intermediária durante o deslocamento axial do eixo. b. O conjunto formado pelo êmboloe pelo cilindro utiliza apenas ar comprimido. c. O êmbolo do aparelho de reversão não é fixado em uma das extremidades do eixo de cames como no caso anterior. 2.25 REVERSÃO DE MARCHA PELO DESLOCAMENTO RADIAL DO EIXO DE CAMES Em alguns motores de dois tempos, o mesmo excêntrico que aciona a bomba injetora quando o motor funciona em marcha avante é utilizado por ocasião da operação de marcha atrás. Isso é conseguido fazendo-se “girar” o eixo de cames por meio de um servo-motor operado por pressão de óleo. Observe, na figura 44, que duas palhetas são fixadas no eixo de comando das bombas injetoras, e que esta parte do eixo trabalha numa carcaça no interior da qual são fixados dois esbarros. Os espaços entre as palhetas e os esbarros formam câmaras destinadas ao óleo hidráulico.

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Figura 45.

Quando o motor está funcionando, seja em marcha avante, seja em marcha atrás, as palhetas do servo-motor estão encostadas nos esbarros e o conjunto é arrastado pela engrenagem intermediária que faz parte do trem de engrenagens da distribuição do motor. A figura 45, motor Sulzer RL A 56 ilustra, melhor o que acabamos de descrever. Quando se deseja fazer a reversão, o óleo hidráulico tem que ser pressurizado nas pequenas câmaras formadas entre as palhetas do eixo e os seus esbarros e drenado das outras duas. O óleo com pressão, atuando nos lados apropriados das palhetas, faz o eixo de cames girar até que as suas palhetas encostem-se aos seus esbarros. É fácil compreender que os volumes dessas câmaras variam durante a reversão e que o motor possui duas ordens de queima: uma para marcha avante e outra para marcha atrás.

Figura 46: Motor Sulzer RL A 56.

A figura 46 dá uma ideia melhor do funcionamento do servo-motor hidráulico de reversão. A válvula de controle do fluxo de óleo para o mesmo é atuada por meio de outra controlada pneumaticamente, válvula esta que faz parte do sistema de controle do motor. A referida válvula é mostrada em duas posições (a) e (b) para a operação do motor em marcha avante e em marcha atrás. As passagens do óleo através do eixo de cames são também mostradas em 51

forma de linhas, juntamente com setas mostrando a direção do fluxo do óleo durante a operação de reversão de marcha.

Figura 47: Funcionamento do servo-motor hidráulico de reversão.

2.26 REVERSÃO DE MARCHA PELO DESLOCAMENTO DO TUCHO DA B OMBA INJETORA Nos motores MAN B&W da série MC, a came de acionamento da bomba injetora foi projetada para levantar o êmbolo da mesma e mantê-lo no PMS enquanto o tucho com rolete permanece na parte mais elevada da came de acionamento, até o próximo curso de fornecimento de combustível, quando então o tucho retorna ao círculo base da came (círculo de menor diâmetro) e o êmbolo da bomba injetora move-se para baixo para realizar o curso de sucção. A figura 48A mostra que o tucho subiu a rampa da came com o eixo de cames movido no sentido anti-horário; isto é, para o início da injeção. Se o sentido de rotação do motor for revertido nesse ponto, o ar comprimido entrará no cilindro pneumático e o seu pistão será movido para a direita como indica a figura 48B. O tucho será então movimentado e esse movimento terminará na posição mostrada que será o ponto correto para o funcionamento do motor em marcha atrás.

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Figura 48A

Figura 48B

Deve-se levar em conta que a reversão do tucho só ocorre quando o motor está girando. Se o motor for parado a partir do funcionamento em marcha à vante e for partido em marcha atrás, o tucho da bomba injetora de combustível será movido na partida do motor para girar e antes do combustível ser admitido por abertura do orifício de admissão da bomba injetora. Pode-se perceber nas referidas figuras a presença de um micro interruptor que detecta se o tucho da bomba foi ou não todo movido. Se não, uma lâmpada indicadora acenderá na sala de controle. Mas se o tucho não se mover devido digamos a um possível problema de corrosão no cilindro servo, ainda assim o motor arrancará. Um alarme será então acionado por um breve tempo. Permitir a partida do motor nesta situação pode ser útil e interessante durante manobras em águas confinadas.

2.27 PARADA DO MOTOR DIESEL Quando o navio se aproxima do porto de destino e a ordem de atenção à máquina é recebida no telégrafo, o pessoal envolvido na manobra de chegada deve tomar basicamente as seguintes providências: a. Reduzir gradualmente a velocidadedo motor. b. Controlar as temperaturas do óleo lubrificante, óleo combustível e da água doce de circulação das jaquetas do motor. c. Abrir a válvula de comunicação do ar comprimido no reservatório (devidamente carregado), bem como a válvula principal do sistema de ar de partida do próprio motor propulsor. Fechar em seguida os drenos do sistema. d. Após o término do regime demanobras e recebida a ordem de"máquina dispensada", Fechar a válvula principal de ar no motor e na ampola, mantendo o compressor de ar pelo comando automático. e. Manter por cerca de 20 minutos o fluxo de óleo lubrificante, principalmente para minimizar a deposição de carbono no interior dos êmbolos quando resfriados por óleo. f. Manter também por cerca de 20 minutos o fluxo de água de resfriamento do motor, deixando desta forma a temperatura baixar lentamente.

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g. Desfazer a manobra do óleo de lubrificação do turbo-alimentador, caso o seu sistema seja do tipo de gravidade. h. Caso o navio esteja em região de clima frio, se a temperatura ambiente se aproximar de 4ºC, toda a água das jaquetas do motor deverá ser drenada, bem como a da carcaça do turbocompressor. Evidentemente essa operação será realizada se o sistema de aquecimento não for capaz de eliminar os riscos de congelamento. i. Fazer o restante das manobras de regime de porto. IMPORTANTE: Levando-se em conta que a maioria dos motores marítimos pode manobrar com óleo pesado, pode não haver necessidade de se cambar para o óleo diesel se a estadia do navio for curta. Entretanto, se a expectativa for de longa permanência no porto, como nos casos de reparos de vulto ou docagem, o pessoal deve cambar para o óleo diesel cerca de duas horas antes da chegada ao porto, para que todo o óleo combustível pesado existente na rede seja consumido e não haja necessidade de aquecimento do sistema após a parada do motor. 2.28 DIFERENÇA ENTRE MCP E MCA, QUANTO AOS SISTEMAS ASSOCIADOS São muitas as razões que justificam a aplicação do motor diesel na quase totalidade dos navios mercantes da atualidade. Não resta a menor dúvida de que a maior delas é de ordem econômica, pois marinha mercante é comércio e, como tal, visa essencialmente o lucro. Isso nos leva a crer que quanto maior for o rendimento da máquina propulsora, maior será o atrativo para a sua aplicação na atividade comercial. E quando falamos em rendimento, colocamos a máquina diesel acima de todas as suas concorrentes. O motor diesel de dois e de quatro tempos são amplamente empregados a bordo dos navios mercantes. Os de dois são mais empregados na propulsão dos navios de médio e de grande porte (MCP), enquanto os de quatro tempos são mais utilizados no acionamento das máquinas auxiliares dos referidos navios (MCA). Entre essas máquinas auxiliares (MCA) encontram-se os geradores principais, o gerador de emergência, a bomba de emergência para combate a incêndio, o compressor de ar de emergência e outros. Contudo, em navios de pequeno porte como os empurradores e rebocadores, tais motores são os únicos que se fazem presentes a bordo, tanto como propulsores quanto auxiliares. O motor diesel de dois tempos é ideal para aplicações em sistemas de propulsão de grande porte (MCP), por causa de inúmeras vantagens sobre os de quatro tempos. Entre outras, destacam-se as seguintes: a. Apresentam um rendimento total maior do que o de quatro tempos. b. Considerando-se as mesmas dimensões, desenvolvem cerca de ¾ da potência dos de quatro tempos, ocupando por isso menor espaço a bordo. c. São motores de baixa rotação e, consequentemente, dispensam o uso de redutores. 54

As vantagens acima não desbancam, entretanto, a aplicação do motor diesel de quatro tempos em serviços onde a velocidade se constitui um bom atrativo. É o caso do acionamento de geradores, compressores de ar, bombas de incêndio, etc.

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UNIDADE 3 SISTEMAS A UXILIARES

3.1 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE SERVIÇOS GERAIS As bombas são empregadas nas embarcações principalmente para os seguintes serviços: a. Bomba de água de resfriamento do motor propulsor – serve para fazer circular a água doce que resfria o motor propulsor. b. Bomba de água de circulação – aspira à água do mar e faz com que ela circule pelos aparelhos trocadores de calor. c. Bomba de recalque de óleo combustível do motor propulsor – aspira do tanque de serviço o óleo combustível e, após aumentar a pressão do óleo, descarrega o para a queima no motor. d. Bomba de óleo lubrificante do motor propulsor – aspira do poceto do motor e, após aumentar a pressão do óleo, descarrega-o para o motor propulsor. e. Bomba hidrofórico de água doce – aspira do tanque de água doce e descarrega no sistema hidrofórico para todas as acomodações do navio. f. Bomba de transferência de óleo combustível – aspira óleo combustível dos tanques de armazenagem e descarrega-o para os tanques de sedimentação. g. Bomba de lastro – aspiram àágua do mar, descarregando-a para os tanques de lastro da embarcação para estabilidade da embarcação. h. Bomba de serviços gerais e incêndio – também aspira à água do mar, mas a descarrega para o interior da embarcação. A água irá servir para manter as redes de incêndio com pressão e outros diversos serviços que utilizam a água salgada. i. Bomba de carga – em navios petroleiros é a bomba que aspira dos tanques a carga (petróleo ou seus derivados) estocada e a descarrega para o terminal. j. Bomba de alimentação da caldeira – em navios que possuem caldeiras, esta bomba é empregada para enviar a água ao tubulão de água da caldeira. k. Bomba de esgoto de porão – aspira todo o líquido existente na dala da praça de máquinas, enviando-o para um tanque de esgoto.

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3.2 SISTEMA DE RECEBIMENTO E TRANSFERÊNCIA DE ÓLEOS COMBUSTÍVEIS Os modernos motores dos navios de médio e grande porte consomem quantidades enormes de combustível de baixa qualidade. Esses produtos são normalmente entregues a bordo utilizando-se oleodutos, barcaças ou caminhões tanques, sendo normal a presença de impurezas como: sedimentos, escórias de solda, água, borras, etc. Tanto quanto possível, essas impurezas devem ser eliminadas do combustível, para não comprometer o funcionamento dos sistemas de injeção dos motores diesel. Para tratar o óleo combustível pesado a bordo, torna-se necessária a utilização de dois sistemas: o de transferência e o de tratamento. Vejamos como esses sistemas operam, atentando para a figura 49:

Figura 49: Sistema de tratamento de óleo combustível pesado.

O óleo combustível pesado é recebido a bordo no tanque de armazenamento (1), (2) e (3). Por meio de uma das bombas de transferência (5), o combustível é enviado para os tanques de decantação ou sedimentação (6) e (7). Na admissão desse tanque, termina o sistema de transferência e começa o de tratamento. No tanque de sedimentação, uma boa parte da água e de sedimentos, porventura presentes no combustível, é separada do óleo pela ação da força de gravidade. Desse tanque, o combustível é aspirado pela bomba de alimentação (8), que o descarrega através do aquecedor (9), para o centrifugador purificador (10). Este remove a água e um pouco da borra do combustível que o processo de decantação não conseguiu remover, enviando-o em seguida para o centrifugador clarificador (11), que, por sua vez, remove o restante dos sedimentos e o envia para o tanque de serviço (12). Desse tanque de serviço, o combustível flui para o motor através da sua válvula de comunicação. 57

Um tanque de óleo diesel (que não está representado na figura) é utilizado durante os regimes de manobra do motor ou sempre que se achar necessário. Os sistemas de transferência e tratamento do óleo pesado são constituídos dos seguintes componentes: a. Tanque de armazenamento de combustível – ao invés de um, há pelo menos três a bordo, sendo um lateral de BB, um lateral de BE e uma central. São tanques estruturais destinados ao armazenamento de grandes quantidades de combustível. Possuem serpentinas de aquecimento a vapor ou óleo térmico, suspiro, tubo de sondagem e elipse para inspeção e limpeza. b. Bomba de transferência - tem por finalidade transferir o óleo combustível dos tanques de armazenamento para os de decantação. Há sempre duas no sistema (uma reserva da outra). c. Tanques de sedimentação (decantação) – no mínimo dois, um reserva do outro, estão situados em um plano elevado na praça de máquinas. Eles permitem que o combustível seja separado de uma boa parte das impurezas, pelo processo de decantação. Cada um deles possui, normalmente, serpentinas de aquecimento, indicador de nível, suspiro, elipse, válvula de admissão ou enchimento, e válvula de descarga, bem como uma válvula de dreno para permitir a remoção da água e de alguma borra separada no processo de decantação ou sedimentação. d. Bomba de alimentação dos centrifugadores – aspira combustível de qualquer um dos tanques de decantação e o envia para a alimentação do centrifugador, através do aquecedor 9. e. Aquecedor de óleo combustível – indispensável no sistema, permite que o combustível seja aquecido na temperatura adequada ao processo de centrifugação. f. Centrifugador purificador de combustível – é uma máquina de alta rotação que utiliza a força centrífuga para processar, quase que instantaneamente o combustível, utilizando para tal uma força milhares de vezes superiores à da gravidade. O centrifugador pode operar como purificador ou como clarificador. Quando o propósito principal é remover água do óleo, ele deve trabalhar como purificador. Quando o propósito principal é remover sedimentos, deve trabalhar como clarificador. Ocorre que, quando um centrifugador trabalha como purificador, além da água, ele acaba removendo também uma boa parte dos sedimentos presentes no óleo. g. Centrifugador clarificador – a descarga do centrifugador purificador é enviada para a admissão do centrifugador clarificador. É o chamado processo seriado ou em série. O clarificador tem por finalidade clarear o óleo, o que ele consegue removendo o restante dos sedimentos que o processo de purificação não conseguiu remover. h. Tanque de serviço de óleo combustível – normalmente em número de dois, destina-se a armazenar o combustível limpo para trabalhar no motor. Possui suspiro, válvula de dreno, indicador de nível, válvula de enchimento, elipse e, na saída, uma válvula de comunicação de fechamento rápido e de comando local ou a distância, para permitir o corte do combustível para o motor, em situações emergenciais.

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i. Tanque de serviço de óleo diesel – esse tanque armazena óleo diesel limpo utilizado nos regimes de manobra do motor, ou em caso de desejar-se limpar a rede de óleo pesado. Com exceção das serpentinas de aquecimento, possui normalmente todos os componentes do tanque de serviço de óleo pesado, inclusive a válvula de fechamento rápido para corte do combustível em situações de emergência. 3.3 SEPARADORA DE CENTRÍFUGA Força centrífuga pode ser compreendida como a força que atua em um corpo fazendo com que ele se afaste do centro onde essa força está atuando, ou seja, centrífuga. Assim sendo, os corpos mais pesados são os que mais se afastam do centro do eixo de atuação da força.

Figura 50: Separador centrífugo.

Para o processo de separação de líquidos de diferentes pesos específicos ou densidades, temos dois tipos de separação por meio da força centrífuga, a saber: Purificação: É a separação de líquido/líquido, na qual a máquina é usada para separar dois líquidos misturados, mas que não sejam solúveis um no outro (líquidos não miscíveis) e com pesos específicos diferentes. Os sólidos encontrados e com pesos específicos superiores aos dos líquidos podem ser separados simultaneamente. Clarificação: É a separação dos sólidos existentes nos líquidos (A + B), ou seja, separa somente a fase sólida e os líquidos continuam juntos, isto é, um contaminando o outro. Normalmente os óleos combustíveis recebidos a bordo vêm contaminados com água ou se contaminam a bordo durante a armazenagem; assim sendo, é importante usarmos primeiro o processo purificação para que seja retirada toda a água não miscível no óleo. Para os óleos combustíveis atualmente usados na queima nos motores diesel dos navios, sabendo que eles contêm grande quantidade de contaminantes sólidos (borra), utilizamos dois separadores centrífugos em série, dos quais o primeiro trabalha no processo de purificação (separando a água e outros líquidos mais pesados do óleo) e o segundo trabalha no processo 59

de clarificação (que recebe o óleo já purificado), fazendo com que toda a parte sólida seja separada do óleo. O processo de clarificação é fundamental na limpeza dos óleos combustíveis, atualmente, empregados para a queima a bordo dos navios, tendo em vista que esses óleos contêm quantidade muito grande de borra e outros contaminantes sólidos. Após observar a figura 51 é importante conhecermos a terminologia que iremos encontrar no estudo de separadoras centrífugas logo a seguir. 1. Admissão de óleo a ser tratado na bomba da separadora 2. Descarga de óleo a ser tratado, da bomba para o aquecedor 3. Entrada de óleo a ser tratado na separadora 4. Saída de óleo limpo da separadora 5. Saída de água separada 6. Conexão para saída de água e dreno 7. Saída de borra do rotor 9. Suprimento de água de lavagem e selo 10. Entrada de água de fechamento do rotor 11. Entrada de água de abertura do rotor A. Válvula de fechamento na entrada da bomba de admissão B. Filtro na entrada da bomba de admissão C. Bomba de admissão D. Rotor E. Eixo vertical F. Pinhão G. Coroa H. Acoplamento de fricção J. Contador de rotações K. Freio L. Visor de óleo do cárter M. Bujão de óleo (admissão no cárter) N. Indicador de fluxo O. Termômetro

Figura 51: Separador centrífugo.

a. Vazão – quantidade de líquido fornecida por unidade de tempo. A vazão é dada em metros cúbicos por hora, (m3/h) ou litros por hora (l/h). b. Capacidade receptora – quantidade máxima de líquido que o rotor da separadora pode tratar por unidade de tempo. É expressa em m3/h ou l/h. c. Purificação – separação de líquido/líquido, na qual a máquina é usada para separar dois líquidos misturados, mas não solúveis um no outro, e com pesos específicos diferentes. Os sólidos com pesos específicos superiores aos dos dois líquidos também podem ser separados simultaneamente. d. Clarificação – separação de líquido-borra, na qual a máquina é usada para separar partículas, geralmente sólidas, com peso específico maior do que o do líquido. e. Viscosidade – propriedade pela qual um fluido oferece resistência ao cisalhamento. A viscosidade de um líquido diminui com o aumento de sua temperatura. f. Densidade – relação entre seu peso e o peso de igual volume de água nas condições normais. Pode também ser expressa como a relação entre sua massa ou peso específico e os da água. 60

g. Sedimento – tudo aquilo que possui peso específico superior ao do líquido que desejamos purificar ou clarificar. Nos tanques ele vai se depositar no fundo e nas separadoras centrífugas, nas paredes do tambor. 3.4 SISTEMAS DE CENTRIFUGAÇÃO EM OPERAÇÃO A separadora centrífuga é composta basicamente de: a. Rotor – é uma das partes vitais do equipamento, onde se efetua o processo de separação. Como nas bombas, tudo que gira faz parte do rotor. Ele é composto de várias partes móveis (como você verá abaixo) que diferem de acordo com o processo de trabalho e o tipo de separadora. O corpo inferior poderá ser fechado (rotor fechado) ou ter aberturas laterais, onde é descarregada a borra (descarga automática). Estes dois tipos de rotores são diferentes. No rotor fechado a limpeza interna só pode ser efetuada de maneira mecânica. Temos que desmontá-lo para limpar suas partes internas. No rotor aberto, ou com aberturas laterais, as impurezas depositadas são expelidas através da admissão de água quente e, a partir da força centrífuga, junto com a água de limpeza. O tipo de descarga automática tem um fundo falso onde se encontra o sistema hidráulico para comandar as aberturas e fechamentos do rotor. O fundo móvel é a peça que desliza em movimentos verticais, abrindo ou fechando o rotor. No que diz respeito ao processo de tratamento do óleo (purificação ou clarificação) os rotores são classificados como: Rotor purificador – neste tipo de rotor iremos encontrar duas saídas para os líquidos. O líquido a ser tratado (óleo combustível ou qualquer outro óleo) entra pelo distribuidor (parte central do rotor), descendo para a parte inferior do rotor e ocupando os espaços entre os discos. Pela força da gravidade, as fases líquidas são separadas uma das outras, ou seja, a fase pesada (líquida ou sólida) move-se através da face inferior dos discos em direção à periferia do rotor, em cuja parede interna os sólidos se depositam. A fase pesada (líquido) segue por cima do disco superior em direção a saída (chamada de gargalo do rotor) e é descarregada através do disco de gravidade (saída externa). A fase leve (produto limpo, já purificado) move-se ao longo da face superior dos discos de separação em direção ao centro do rotor e é descarregada através do furo de gargalo do disco superior. Rotor clarificador – possui somente uma saída de líquido. Lembre-se que no processo de clarificação somente a borra é separada do líquido. O líquido a ser tratado entra no distribuidor (pelo centro) para os espaços entre os discos. As partículas pesadas são arremessadas, através da força centrífuga, em direção à periferia do rotor, em cujas paredes internas acabam se depositando. O líquido dirige-se então para o centro do rotor, paralelamente ao eixo vertical, e é descarregado.

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Partes do Rotor – dependendo do tipo de separador centrífugo utilizado você verá rotores com partes diferentes. Abaixo, temos como base o rotor de um separador da Alfa Laval tipo MAPX – um dos mais encontrado a bordo dos navios mercantes.

Figura 52: Partes do rotor.

b. Motor Elétrico – para que a separadora centrífuga funcione, é necessário que uma força motriz faça girar seu eixo. Normalmente essa força motriz é fornecida por um motor elétrico, que é um dos componentes fundamentais na separadora centrífuga. Por meio de um processo de transmissão do giro do eixo do motor para um eixo instalado na separadora, por meio de embreagem centrífuga (que transmite baixo torque na partida devido ao deslizamento), é que acontece o giro do rotor. As separadoras centrífugas são dotadas de motores elétricos que funcionam de acordo com o tipo de corrente elétrica gerada a bordo do navio. Se a geração de energia de bordo fornece corrente alternada de 60 ciclos por segundo (60 Hz) e 440 volts, o motor elétrico deve operar com essas características. Se a geração de energia for de 50 Hz, o motor deve trabalhar nessa frequência. Nunca poderemos instalar motores de 60 Hz em instalações de 50 Hz, ou vice-versa, pois o equipamento ou irá operar com menor rotação ou será necessária uma grande quantidade de modificações nos componentes de transmissão do rotor. Devemos observar que sempre são recomendados para o uso naval motores totalmente fechados, com ventilação externa. Outro detalhe importante: quando o motor for religado, após haver sido desinstalado por qualquer motivo, deve-se verificar sempre o sentido de rotação correto, conforme a flecha indicativa na carcaça do motor srcinal ou desenho na separadora com essa identificação. 62

Em países extremamente frios, são recomendados motores com resistência de aquecimento, cuja finalidade básica é garantir uma boa resistência de isolamento enquanto estiver fora de operação. Vale ainda ressaltar que, eventualmente, o motor deverá ter os rolamentos lubrificados, se não forem blindados (lubrificação permanente). c. Acionamento Horizontal – o eixo horizontal da separadora é acionado pelo motor elétrico. Ele contém uma coroa que irá transmitir o movimento de rotação ao eixo vertical. A coroa é imersa em banho de óleo e deve-se ter o cuidado de o óleo do cárter nunca ultrapassar a marca do visor, quando a máquina estiver parada, pois, sendo o sistema de lubrificação por salpicos para os rolamentos do eixo vertical, caso haja excesso de óleo no cárter, além da resistência imposta pelo óleo à rotação da coroa, elimina o efeito do salpico, comprometendo assim a integridade física desse rolamento. Podemos dizer que óleo lubrificante em excesso danifica qualquer máquina. Deve-se ter cuidado na desmontagem das sapatas de embreagens, pois, se estiverem impregnadas de óleo, irão queimar o óleo, além de não transmitir o torque necessário. Nesse caso a separadora não alcançará a rotação de regime. d. Acionamento Vertical – o acionamento vertical compreende basicamente o eixo vertical, em cuja extremidade superior é fixado o rotor da separadora, que deve sempre permanecer livre para manter a rotação constante, tanto em 50 como em 60 Hz, o que é conseguido por meio da transmissão coroa (do eixo horizontal) / pinhão (do eixo vertical). Como o rotor gira a altas rotações com sólidos e líquidos ele desenvolve forças bastante elevadas. Em vista dessas forças, o eixo vertical deve ter amortecedores tanto radiais como axiais. Entende-se como amortecedor radial a caixa de molas em que é montado o rolamento. Os amortecedores axiais são compostos de seis molas radiais diametralmente opostas que suportam todo o peso no sentido axial, agindo para evitar os pequenos desbalanceamentos no decorrer do processo de tratamento de óleos minerais. O eixo vertical é fixo na sua parte inferior por uma bucha de fundo, onde é usado um rolamento que possibilita corrigir automaticamente os pequenos desbalanceamentos, justamente para amortecer as pequenas oscilações do eixo vertical no amortecedor radial. e. Sistema de Admissão e Recalque - o sistema de admissão compreende os tubos flexíveis, tampas e tubo de alimentação do rotor. Devemos ressaltar que as separadoras têm instrumentação local instalada (manômetro, termômetro, indicador de fluxo, indicador de vibração etc.) para indicar as condições em que está sendo operada. Deve-se verificar, sempre que possível, a leitura nos instrumentos de medição, confrontando-a com os valores indicados nos dados de funcionamento apresentados pelo fabricante, a fim de se fazer uma análise quanto ao funcionamento correto, ou não, do equipamento e determinar as correções necessárias para melhor aproveitamento da separadora. Para o processo de purificação, deve-se ter, de preferência, água quente na linha de alimentação do selo hidráulico.

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Já o sistema de recalque compõe-se basicamente das saídas de óleo limpo e da fase pesada separada (água e borra misturada a água). Quando existir o sistema de alarme de quebra de selo hidráulico, o pressostato, o manômetro e a válvula de regulagem da pressão de saída, devem ser instalados na rede de saída de óleo limpo. f. Bomba de Alimentação - a bomba de admissão acoplada à separadora tem a função de alimentar a centrífuga com óleo a ser tratado. Deve existir sempre um filtro na aspiração da bomba, para evitar a quebra do acoplamento de arrasto ou o engripamento dos dentes de engrenagem. O acoplamento de arrasto funciona como fusível mecânico, isto é, em caso de sobrecarga na bomba, ele deverá ser o primeiro a quebrar para garantir a integridade física dos demais componentes. O material para confeccionar o pino de arrasto é aço carbono 1010 a 1020 (macio). Nunca se deve substituir esse material por outro aço mais duro que SAE 1020 ou similares. A bomba tem uma válvula de alívio montada no seu próprio corpo, como é de praxe em todas as bombas de deslocamento positivo. g. Sistema de pré-aquecimento – em razão da viscosidade do óleo a ser tratado, haverá necessidade de aquecê-lo visando a diminuir sua viscosidade (grande variação) e também a sua densidade (pequena variação). A temperatura não deverá exceder a 100ºC, para de água, que podena quebrar o selo hidráulico; também porque a água naevitar formaevaporação de vapor não será oseparada centrifugação.

Figura 53.

h. Sistema de água de manobra – o sistema de água de manobra serve para a abertura e fechamento do rotor e descarregamento de sólidos nas centrífugas de descarga automática que descarregam os sólidos acumulados sem parada da separadora. 64

Nas separadoras da Alfa Laval, podemos encontrar dois sistemas de descarga automática para separadoras de óleo mineral para uso naval: Sistema convencional – denominado de descarga do tipo total, ou seja, todo o conteúdo do rotor é descarregado. Por esse motivo haverá necessidade de se cortar a alimentação de óleo à separadora durante o ciclo de descarga. Sistema de descarga controlada – sua característica principal é permitir descargas controladas com volume menor, sem haver perda de óleo e sem a necessidade de interrupção da alimentação de óleo sujo quando ocorrer à descarga. O comando do painel deve ser do tipo eletrônico. As pressões da água para limpeza, abertura e fechamento do rotor devem ser reguladas segundo o manual do fabricante, sempre de acordo com o tipo de separadora instalada. Outros sistemas que iremos encontrar nas modernas separadoras são: O sistema de alarme para a quebra de selo hidráulico, cuja função é alarmar quando houver a quebra de selo hidráulico do rotor. O sistema de controle automático, cuja função básica é monitorar as descargas nas separadoras automáticas. O controle de interface, utilizado em alguns tipos de separadoras, e importante para controlar a linha de separação (dentro do rotor) através da contrapressão na saída do óleo limpo.

Figura 54: Isolamento térmico do óleo combustível pesado.

3.5 COMPONENTES DO SISTEMA DE SEPARADOR DE ÁGUA E ÓLEO Separador de água e óleo Turbois Senco além da boa capacidade de separação, possui algumas características exclusivas, como sejam: ocupa pouco espaço, baixo peso, baixo custo de aquisição e é de fácil manutenção. O seu comando operacional pode ser manual ou completamente automatizado. A capacidade destes equipamentos varia de 10 a 250 t/h de água a ser processada (água contaminada por óleo). 65

12345678910 11 12 13 -

Junta Parafusos de fixação Bóia e suspiro de ar Corpo superior Torneira de provas Tubo de dreno Parafuso de fixação entre os corpos Corpo Inferior Bujão roscado para válvula de esgoto de fundo Junta de válvula de dreno Válvula de dreno Discos da câmera de separação inferior Chapa para fixação da parte superior dos discos

14 15 -16 17 18 19 -

Parafusos Junta Câmara de separação superior Junta do aquecedor Parafusos do flange do aquecedor Aquecedor a vapor ou elétrico

Figura 55: Separador de água e óleo tipo Turboil Senco.

3.6 SEPARADOR DE ÁGUA E ÓLEO Uma fonte poluidora do meio marinho ou de outro local onde esteja uma embarcação é a água proveniente das dalas da praça de máquinas.

Figura 56: Diagrama de um separador de água e óleo – filtros coalescentes. Legend: I – Oil chamber II – Coalescing plate pack chamber 1. Bilge solenoid valve 2. Oily water inlet valve 3. Drain & sludge outlet valve 4. Sample drain valve 5. Oil outlet solenoid valve 6. Oil outlet valve 7. Clean water inlet solenoid valve 8. Clean water inlet valve 9. Water inlet valve to oil alarm monitor

10. Overboard valve 11. Oil check valve 12. Oil check valve 13. Pressure relief valve 14. Lower oil probe 15. Upper oil probe 16. Alarm oil probe 17. Oil pipeline 18. Float switch – low level 19. Float switch – high level 20. Float switch – alarm high level 21. Heater with float switch

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Sabemos que, em virtude de vazamentos de óleo combustível e lubrificante dos equipamentos instalados, bem como de água de diferentes sistemas da praça de máquinas, tal mistura, que irá ser coletada na dala (porão ou parte inferior da praça de máquinas), deverá ser removida. Como sabemos, não podemos esgotá-la diretamente para o mar. Isto causará poluição. Por este motivo é que é instalado na praça de máquinas um equipamento denominado: separador de água e óleo. O separador de água e óleo, seja de que tipo for, tem a finalidade de separar a maior parte do óleo existente na mistura oleosa da dala da praça de máquinas, ou seja, permitir que a água seja descarregada para o mar, através do separador, com uma quantidade mínima de óleo. A legislação internacional permite no máximo 15 PPM de óleo descarregado. Isto é, em um milhão de partículas de água só pode haver quinze partículas de óleo. 3. 7 SISTEMA MARÍTIMO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS SERVIDAS O sistema de tratamento de efluentes ou sistema de tratamento de material fecal é um sistema autossuficiente para tratamento de esgotos de navios ou plataformas de exploração de petróleo, evitando que seja descarregado para o mar material fecal in natura. O sistema usa o princípio de introdução do ar para digestão do material fecal, em conjunto com o tratamento do efluente final, e é geralmente aceito como o sistema mais compacto, eficaz e flexível para uso a bordo. Sendo o mais encontrado a bordo o Super Tridente. Geralmente, a unidade de tratamento Super Tridente é formada por um tanque dividido em três compartimentos estanques: um de arejamento, um de sedimentação e um de contato com o cloro.

Figura 57: Unidade de tratamentoSuper Tridente

Os efluentes com material fecal são admitidos no tanque de arejamento, onde são digeridos por bactérias. Este compartimento contém oxigênio e microrganismos que são desenvolvidos no próprio efluente pela adição do oxigênio. 67

Do compartimento do arejamento, o efluente passa para o compartimento de sedimentação, onde o conjunto de bactérias aeróbicas desenvolvidas, conhecido como lama ativada, é deixado decantar para produzir um efluente claro, que passa através de um tanque clorinador onde entra em contato com o cloro, permanecendo no compartimento final para permitir a ação do cloro antes de ser descarregado. A ação do cloro faz com que os microrganismos morram, tornando a água pronta para ser descarregada. 3.7.1 Partes do s ist ema da unidade de tratamento Super Tridente Veja a seguir as partes do sistema da unidade de tratamento Super Tridente. a. Compartimento de arejamento – neste compartimento da unidade de tratamento as bactérias aeróbicas (necessitam de oxigênio) reproduzem-se, alimentando-se de dejetos introduzidos. Como o ar é fundamental para a proliferação dos microrganismos, devemos manter sempre sua alimentação para o tanque. Isto é possível através de compressores instalados no sistema. O ar não precisa de pressões elevadas, mas uma baixa pressão faz com que o conteúdo do tanque seja misturado com os efluentes não tratados ainda, pois os efluentes entram continuamente. Além disso, uma parte da lama ativada retorna para o equipamento. É importante observar que na entrada dos efluentes existe uma tela que impede a passagem de material sólido no tanque de aeração. A limpeza periódica dos tanques é de fundamental importância para o bom funcionamento do sistema. b. Compartimento de sedimentação – nele as bactérias se sedimentam e retornam ao compartimento de arejamento através do tubo de circulação do ar. Assim, o ar retira o sedimento do fundo do compartimento e o descarrega no compartimento de arejamento. Através de um tubo indicador visual pode-se verificar o retorno da lama. O compartimento de sedimentação da unidade é em forma de funil. Os lados inclinados do tanque evitam o acúmulo de lama já sedimentada, conduzindo-a na direção do tubo de circulação de ar. Os efluentes entram no compartimento através de um filtro e de uma câmara de repouso, sobem através do clarificador e são descarregados no compartimento de contato com o cloro (pastilhas ou líquido). Também podemos notar a existência de um tubo, no compartimento de arejamento que, colocado à superfície, serve para fazer retornar ao tanque de sedimentação quaisquer resíduos. c. Compartimento de contato com o cloro – neste compartimento o efluente fica armazenado depois de passar através do clorinador, onde o cloro efetua a destruição das bactérias. Normalmente são instalados dois contatos de nível (alto e baixo) que permitem a operação da bomba de descarga da água. Existe também outro contato (tipo interruptor de flutuação) que faz operar o sinal de nível alto no tanque. d. Clorinador – passagem de fluxo por onde o efluente atravessa, e no qual o cloro (pastilhas ou líquido dosado) faz o papel de veneno das bactérias. e. Bombas de descarga da água – normalmente duas bombas que são acionadas por motores elétricos e que funcionam ou param através de comando do flutuador de nível do tanque. 68

f. Compressores de ar – partes fundamentais do sistema. Normalmente são instaladas duas unidades, sendo que, sempre que o sistema de tratamento de material fecal estiver operando, um compressor deve estar funcionando e o outro fica na condição de reserva. Quase sempre são compressores de palhetas rotativas. g. Suspiros – os tanques de aeração e sedimentação são providos de suspiros para a eliminação dos gases. Tais gases são explosivos e devem ser retirados pela parte mais alta do navio (chaminé ou mastro). h. Entrada de águas servidas – existente para recolher as águas sem material fecal e que se srcinam dos lavatórios, chuveiros e demais partes dos compartimentos habitados do navio, exceto lavatórios e pias da cozinha do navio.

Figura 58: Unidade de tratamento químico-biológico. Legend : I. Preliminary chamber II. Activated sludge chamber III. Sedimentation chamber IV. Chlorinating chamber 1. Valve - outlet from chlorination chamber 2. Valve - discharge pump outlet 3. Valve - circulating pump inlet

15. Valve - „grey” sewage inlet to chlorinating chamber 16. Valve - batcher refilling 17. Float switch – low level in preliminary chamber 18. Float switch – high level in preliminary chamber 19. Float switch – emergency level in chlorinating chamber 20. Float switch – high level in chlorinating chamber 21. Float switch – low level in chlorinating chamber

4. Valve Valve -- outlet circulating outlet chamber 5. from pump preliminary 6. Valve - discharge pump inlet 7. Valve - outlet from sedimentation chamber 8. Valve - outlet from activated sludge chamber 9. Valve - sea water inlet 10. Valve - „black” sewage overboard 11. Valve - discharge pump outlet 12. Valve - „black” sewage outlet 13. Valve - „black” sewage inlet to preliminary chamber 14. Valve - „grey” sewage outlet

22. Strainer Grate 23. 24. Diaphragm valve 25. Aerating nozzles 26. Air ejector - sedimentation chamber 27. Funnel 28. Air ejector - chlorinating chamber 29. Non-return valve 30. Solenoid valve – controlling diaphragm valve 31. Solenoid valve – for dosing NaOCl-solution 32. Beaker

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3. 8 MÁQUINA DO LEME ELETRO-HID RÁULICA O marinheiro que manobra o leme para governar uma embarcação chama-se timoneiro, ou homem do leme. Nas embarcações miúdas, o timoneiro atua diretamente na cana do leme; contudo, nos navios em movimento, o esforço necessário para girar o leme é muito grande. Há, então, necessidade de se instalar um aparelho de governo, que permite a um só homem governar o navio com facilidade. Quase sempre empregamos o termo “máquina do leme” para todo o sistema de governo de uma embarcação; mas a máquina, propriamente dita, é uma das partes do sistema de governo. Ela é responsável pela substituição do esforço empregado pelo homem, quando direcionava o leme no comando manual. Por meio dela, o homem pode deslocar grandes embarcações sem qualquer esforço físico. Por intermédio de mecanismos que constituem o sistema de governo, o esforço do timoneiro no timão é multiplicado muitas vezes ao ser transmitido ao leme. As seis unidades principais, interligadas de modo a executar um trabalho preciso e suave, conhecidas em conjunto como sistema de governo, são: a. b. c. d.

Timão, também chamado de rodado leme. Sistema de transmissão entre o timão e a máquina do leme. Máquina do leme ou servo-motor. Sistema de transmissão entre a máquina do leme e o leme.

e. Leme. f. Indicador de ângulo do leme. Com o desenvolvimento tecnológico alcançado no que diz respeito ao material empregado, na construção das máquinas do leme, hoje podemos observar que, embora tenham diminuído de tamanho, são tão ou mais robustas que outrora. Hoje vemos navios de grande porte, como os VLCC, com máquinas do leme pequenas, para o porte da embarcação, funcionando sem qualquer avaria de material durante toda a sua vida útil. Isto representa um grande avanço na construção naval, em relação há anos atrás, quando as máquinas do leme eram muito maiores para navios de porte menor. A máquina de leme é composta de um atuador hidráulico de palhetas rotativas (servomotor do leme) montadas diretamente na madre do leme, servido por duas unidades de bombas descarregando óleo na pressão necessária para o acionamento do leme. As duas unidades de bombas podem ser operadas juntas ou separadamente. Cada unidade de bomba provê óleo com pressão suficiente para desenvolver o especificado torque na madre do leme. Em operação normal no mar, opera apenas uma unidade de bomba, enquanto a outra é mantida em modo de espera. Durante a manobra do navio, quando um tempo de operação mais curto é requerido, é possível funcionar ambas as bombas simultaneamente e nesse caso a capacidade de operação do leme será dobrada. As unidades de bomba são operadas com válvulas solenoides, as quais são normalmente operadas por meio de sinais vindos dos controles de direção da ponte (timão, 70

botoeiras ou joysticks). Entretanto, quando necessário, essas válvulas podem ser comandadas do próprio compartimento do servo-motor do leme. As unidades de bombas ficam submersas nos tanques de óleo. Há três tanques de óleo. Um para cada unidade de bomba e outro para armazenamento de óleo para possíveis complementações no sistema. Há um sensor de alarme de nível baixo em cada câmara de unidade de bomba. Os procedimentos de emergência são fornecidos com cada máquina de leme e devem ser expostos ou visualizados na ponte e no compartimento da máquina do leme.

Figura 59: Diagrama da máquina do leme. Legenda: 1. Bomba de parafuso 2. Reservatório de óleo 3. Válvula de segurança (alívio) 4. Filtro de óleo da linha de retorno 5. Válvula direcional 4x3 operada por pressão hidráulica, retorno por mola (de controle) 6. Válvula direcional 4x3 operada por solenóide, retorno por mola (piloto) 7. Válvula de retenção 8. Atuador da máquina do leme (servo-motor) 9. Válvulas de segurança 10. Indicador de ângulo do leme 11. Timão para controle manual do leme ( follow-up controller) 12. Ajuste do indicador do ângulo do leme 13. Controle do leme elétrico joystick (ou barra de direção) 14. Bomba de enchimento dos tanques das unidades de bombas 15. Reservatório para armazenamento de óleo limpo.

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A máquina do leme pode ser operada em cada um dos seguintes modos: a. Follow-up control (FU) – O ajuste adequado do valor do ângulo de giro do leme é realizado por meio do timão (follow-up control FU). Este modo de controle é realizado no programa por um clique de “mouse” no lado apropriado do timão, na parte do FU da coluna de controle. Um clique de mouse corresponde aproximadamente a 1º do ângulo de giro do leme. Para manter o curso desejado do navio é necessário segurar continuamente o botão esquerdo do mouse. Soltando esse botão, o ângulo do leme vai à zero (posição de leme a meio). O ângulo de giro do leme é visível no indicador de ângulo do leme. b. Non-follow-up control (NFU) – Este tipo de controle pode ser realizado a partir da coluna principal de controle, do painel de controle da asa e do painel de controle de sobrepor. Clicando sobre o adequado modo de controle steering ( mode) no controle da ponte ( bridge panel), seleciona-se o modo non follow-up control operado por uma alavanca - joystick. O controle de sobrepor (override control joystick) é muitas vezes equipado com prioridade, e desse modo outros modos de controle são desconectados quando a máquina do leme está operando. Se a prioridade de controle de direção for usada, um alarme sonoro será ativado; o alarme pode ser rearmado pelo botão da buzina buzzer ( push button). Para recuperar a direção normal, acione o botão rearme de sobrepor override ( reset push button). c. Controle local a partir do compartimento da máquina do leme - As manobras de válvulas no servo-motor do leme podem ser feitas manualmente por meio dos dispositivos de emergência montados nas solenóides. As chaves seletoras no painel de controle local ( local control panel) do servo-motor devem ser giradas para a posiçãolocal control. 3. 9 SISTEMA DE GOVERNO ELETRO-HIDRÁULICO O sistema de governo, localizado fisicamente no compartimento da máquina do leme, contígua à ré da praça de máquinas, tem como principais componentes os seguintes itens: a. Uma máquina do leme operada eletro-hidraulicamente, com duas bombas acionadas por motor elétrico e controlada do passadiço por um sistema elétrico de transmissão de governo. b. Leme em estrutura de aço, de forma hidrodinâmica. Observe com cuidado a figura 60. Voltando às pequenas embarcações, nas quais o homem utiliza o remo ou aplica sua força na cana do leme para direcionar uma pequena embarcação, sabemos que o leme só irá se movimentar se uma força atuar sobre ele. Sabemos, também, que é o homem quem indica quanto o leme deve se deslocar para que o rumo desejado seja alcançado. Assim sendo, uma cadeia de atividades deve funcionar de maneira coordenada, partindo do timão (ou roda do leme) até alcançar o leme. Nos navios mais modernos, o timão tem sido substituído por comandos pequenos, como o joystick. É a modernização dos equipamentos de bordo. 72

Figura 60: Sistema de máquina de leme.

Sigamos, então, a cadeia de atividades que irá fazer com que a embarcação tenha seu rumo correto, como desejado: a. O timoneiro aciona o timão ou um comando que o substitui. b. A ordem é transmitida para a máquina do leme ou servo-motor. c. A máquina do leme faz movimentar mecanismos que transmitem força para girar o leme. d. O leme se move no ângulo desejado acusado no indicador do ângulodo leme. 73

OBSERVAÇÃO: A roda do leme é uma roda de madeira ou de metal, montada num eixo horizontal situado no plano diametral do navio. Em seu contorno exterior há usualmente vários punhos chamados malaguetas, por meio dos quais o timoneiro imprime o movimento de rotação. O movimento da roda do leme para BE coloca o leme a BE, fazendo a proa mover-se para BE, na marcha a vante. O movimento da roda do leme para BB, da mesma maneira, fará o navio guinar para BB.

Figura 61: Máquina de leme hidráulica.

3. 10 COMPONENTES PRINCIPAIS DE UMA CALDEIRA

A caldeira um trocador de calor que, por meio do aquecimento do ar no seu interior, transforma água édestilada em vapor. Quando o combustível é queimado na fornalha, esta fica cheia de gases quentes da combustão. Esses gases trocam calor com o interior da caldeira da seguinte forma: a. Por irradiação, porque emitem ondas de calor radiante, que são projetadas em todas as direções e absorvidas por toda a superfície a elas exposta. b. Por convecção, porque após terem transmitido parte do seu calor à superfície de aquecimento (direta ou indiretamente) por irradiação, os gases sobem, por convecção, pelas partes superiores da caldeira, trocando calor através dessa corrente gasosa ascendente. c. Por condução, porque os tubos, feitos por material metálico, recebem aquecimento direto dos gases da combustão e suas moléculas vibram mais intensamente, aumentando sua temperatura e, consequentemente, a da água que passa no seu interior. As caldeiras são divididas em dois tipos: flamatubular e aquatubular. Nas caldeiras flamatubulares a fonte de calor (gases da combustão) passa por dentro dos tubos instalados e a água fica por fora deles. Nas do tipo aquatubular acontece o inverso; a água fica por dentro dos tubos e os gases fluem por fora deles.

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Figura 62: Planta de vapor e água de alimentação.

Estas são as partes básicas de uma caldeira, do tipo aquatubular, instalada a bordo de navios mercantes nacionais: a. Fornalha – local em que o combustível é queimado, e do qual o calor é transmitido aos tubos onde circula água a ser vaporizada. b. Tubulão de água – reservatório onde fica armazenada a água que circula nos tubos para ser evaporada, produzindo vapor. Podem ser dois ou somente um tubulão. c. Tubulão de vapor – também conhecido como tubulão superior, onde o vapor e parte da água ficam depositados. O vapor produzido é retirado da caldeira através do tubulão superior. d. Feixe tubular – conjunto de tubos, de diversos diâmetros e diversas finalidades, onde circula a água ou o vapor. e. Queimadores – também conhecidos como maçaricos, que são os responsáveis por admitir óleo combustível pulverizado para a queima. f. Sistema de alimentação de ar – sem o ar é impossível efetuar-se a queima do combustível. O sistema de admissão de ar na fornalha é composto de um ventilador, dutos e difusores que permitem que o ar penetre na fornalha de uma forma turbulenta. g. Sistema de ramonagem – Constituído de uma lança (instalada no interior da caldeira e entre tubos), sistema de alimentação de vapor e sistema de movimentação da lança. É instalado para a limpeza externa dos tubos geradores de vapor. h. Superaquecedor – Conjunto de tubos, partindo do tubulão de vapor (superior) que devolve o vapor produzido à fornalha para aumentar sua temperatura e retirar qualquer líquido ainda existente no vapor.

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i. Desuperaquecedor – o vapor superaquecido pode não ser necessário e assim ele retorna para um sistema de tubos que passa pelo tubulão superior, diminuindo sua temperatura. j. Válvulas, redes e demais equipamentos auxiliares. k. Sistemas de controle e proteção – constituídos de manômetros, indicadores de nível, termômetros e toda a parte de automação.

3. 11 GERADOR DE VAPOR (CALDEIRA) A caldeira é um equipamento bastante complexo que, através de seus vários componentes operando de forma sincronizada, serve para produzir vapor a ser utilizado como vetor energético nos navios, seja para produção de potência seja para produção de calor de processo. Utiliza a queima de um combustível na seção própria denominada câmara de combustão e, através da energia radiante da combustão e dos efeitos convectivos dos gases quentes assim gerados, produz o vapor na outra seção especializada ou caldeira propriamente dita, que normalmente é composta de tubulões, headers e paredes d’água. Os dois grandes modelos são as caldeiras flamatubulares e as caldeiras aquatubulares. Caldeiras flamatubulares: a câmara de água e de vapor fica na parte externa dos tubos e, os gases quentes no interior dos tubos. A entrada dos tubos geralmente situa-se na saída da câmara de circulam combustão.

Figura 63: Caldeira flamatubular.

Vantagens das caldeiras flamatubulares: Equipamento compacto. Com capacidade até 20 t/h tem menor custo e são mais econômicas do que as caldeiras aquatubulares. Perdas por radiação são minimizadas devido ao fato do isolamento térmico ser mais fácil. 76

Apresentam alta eficiência de transferência de calor, cerca de 40% maior que as caldeiras aquatubulares por área de troca térmica. Aceita grandes variações de carga rapidamente (3,5 vezes mais rápido que caldeira aquatubular similar em capacidade). Simplicidade operacional. Manutenção mais fácil. Desvantagens das caldeiras flamatubulares: Apresentam sérios problemas de incrustação, depósito no lado dos gases. Necessitam de manutenção frequente. Dificuldade de acesso para manutenção e inspeção. Não podem trabalhar intermitentemente, pois podem surgir problemas na zona de fixação dos tubos (mandrilagem), devido a dilatações diferentes. Não geram vapor superaquecido. Rendimento 70 a 80%. Capacidades de geração de vapor e pressão de trabalho. Baixas capacidades de geração de vapor e pressão de trabalho (máxima 12 t/h e máxima 18 kgf/cm2). A espessura de construção do corpo cilíndrico aumenta proporcionalmente à pressão e diâmetro, ultrapassados determinados limites seria necessário construir caldeiras com chapas de excessivas espessuras que tomada: custo elevado, peso exagerado e difícil conformação. Custam mais a produzir vapor devido a grande capacidade de água. Devido à simplicidade operacional e por não contar com muitos instrumentos para monitorizarão de sua operação, muitas vezes sua operação é um tanto negligenciada. Lidera as estatísticas de acidentes (normalmente explosão). Caldeiras aquatubulares: as câmaras de água e vapor são distribuídas pelos tubos e paredes d’água e, os gases quentes e a energia radiante liberada na queima do combustível, circulam na parte externa desses componentes. Assim a câmara de combustão é praticamente independente dos tubos.

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Figura 64: Caldeira aquatubular.

A desvantagem das caldeiras aquatubulares e o alto custo inicial, exigindo grandes investimentos em projetos de engenharia, montagem e instrumentação. Vantagens das caldeiras aquatubulares: Não necessitam de manutenção constante. Com o fluxo de água pelo interior dos tubos, a perda de carga dos gases diminui. Podem ser montados tubos retos ou curvos nas mais diversas posições. Para uma mesma capacidade, as caldeiras aquatubulares ocupam volume menor, sendo também de peso menor que as flamatubulares. Rendimento de 80% a 90%. Menor espaço de tempo entre início da operação (caldeira inativa) e início da vaporização. Permitem desenvolver uma combustão muito superior, porque a fornalha não forma parte integral da caldeira. Nos navios chamamos de caldeira principal à caldeira que gera vapor de alta pressão, o qual vai ser utilizado na propulsão do navio (turbina a vapor). As caldeiras auxiliares são utilizadas para gerar vapor para serviços auxiliares (produção de calor de processo – aquecedores, calefação, etc.). Nas grandes instalações marítimas a vapor temos vapor de alta pressão, de média pressão e de baixa pressão. O vapor de alta pressão é normalmente utilizado nas turbinas de propulsão. O vapor de média pressão pode ser utilizado nas bombas (turbo-bombas ou bombas alternativas a vapor) e o vapor de baixa pressão é utilizado para serviços auxiliares (aquecedores, calefação, limpeza, etc.). As tubulações de vapor instaladas no convés dos navios, apesar do isolamento térmico, estão expostas às intempéries. Há necessidade de cuidados constantes com esse sistema de vapor pelos seguintes fatos principais: 78

a. No clima quente, não havendo utilização desse vapor, o mesmo se condensa e, portanto, torna-se necessária a purga (drenagem) do condensado antes do início de funcionamento dos equipamentos. A não drenagem pode causar martelo hidráulico e atrasa o funcionamento dos equipamentos. b. No clima frio, não havendo utilização por um longo período desse vapor, o mesmo se condensa e em seguida o condensado congela, obstruindo a passagem de vapor quando houver a necessidade de funcionamento dos equipamentos a vapor. Nesse caso, após a parada dos equipamentos, devem-se drenar todas as tubulações no convés, deixando as tubulações totalmente livres de vapor e/ou condensado. Como vimos acima, caldeira é um trocador de calor que transforma a água em vapor através da troca de calor entre os gases de combustão provenientes da queima de qualquer combustível e a água que passa no interior dos tubos (operação para uma caldeira do tipo aquatubular). Assim, para que o processo se realize, é indispensável que tenhamos dois elementos: água e combustível para ser queimado. Para entender melhor o funcionamento de uma caldeira do tipo aquatubular, vamos dividir em sistemas (água, combustível e ar). a. Sistema de água de alimentação: O sistema é composto de tanques, bombas, redes e tubos no interior da caldeira. A água é enviada para a caldeira e deposita-se nos tubulões. Há caldeiras com dois e três tubulões. Sabemos que os tubos que recebem calor nunca devem ficar sem água ou vapor. Com o recebimento do calor eles vão romper sua estrutura molecular e a caldeira fica inoperante. A água no interior dos tubulões deve ficar da seguinte maneira: No tubulão inferior (de água) a água preenche completamente seu interior. A partir dele teremos tubos que farão sua comunicação com o tubulão superior (água e vapor). O tubulão superior deve ser mantido com seu nível a 75%. A falta de água no visor do tubulão superior é muito perigosa porque não sabemos se os tubos que geram vapor e que passam na fornalha recebendo calor estão cheios de água. Assim, devemos manter o nível do tubulão superior sempre dentro dos padrões de segurança, de acordo com o manual do fabricante. esqueça que o vapor Quanto que sai mais da caldeira efetuar um trabalho é proveniente da a água Não acumulada nos tubulões. vapor para utilizado, temos mais água para alimentar caldeira. Atualmente, o processo de alimentação da caldeira é feito automaticamente por meio dos dispositivos automáticos. Em outras palavras, as caldeiras modernas têm seu funcionamento controlado automaticamente. Ao embarcarmos em um navio, devemos sempre estudar o manual de instruções do equipamento. É necessário conhecer bem cada equipamento para poder operá-lo com segurança. 79

b. Sistema de óleo combustível: É quem fornece calor para a geração de vapor. É composto de tanques, bombas e tubos. Além disso, temos os queimadores no interior da fornalha que servem para vaporizar o óleo a ser queimado. Os maçaricos são partes fundamentais do processo. A alimentação de óleo para eles é regulada através de dispositivos de controle de pressão de vapor. Por exemplo, se desejamos manter a caldeira com uma pressão de 10 bar e a tendência da pressão de vapor é diminuir porque está havendo muito consumo, o sistema automático alimenta os maçaricos com mais óleo combustível, mantendo a pressão desejada. Quando esta é alcançada, o fluxo de óleo diminui, sendo regulada a pressão de vapor. c. Sistema de ar para queima: É composto de ventilador (chamado de tiragem forçada, de grande capacidade nas caldeiras de grande porte), dutos e difusores de ar na fornalha. A admissão de ar na fornalha também é controlada por dispositivos automáticos e varia com o volume de óleo admitido para queima. Mais óleo, mais ar e vice-versa. 3. 12 COMPONENTES DO GRUPO DESTILADOR O gerador de água doce, também conhecido como grupo destilatório, ou simplesmente destilador, é do tipo de baixa pressão (opera com vácuo) e é constituído pelos seguintes componentes: a. Carcaça do destilador: evaporador (trocador de calor de placas), separador de gotículas, condensador (trocador de calor de placas) e acessórios - válvula de quebra vácuo, válvula de segurança, vacuômetro, termômetro e indicador de nível de vidro. b. Ejetor combinado para ar esalmoura - air/brine ejector. c. Bomba ejetora - ejector pump. d. Bomba de extração de destilado - fresh water pump. e. Painel de Controle com salinômetro f. Bloco de alarme da Sala de Controle.

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Figura 65: Diagrama do grupo destilador (veja legenda a seguir).

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3. 13 OPERAÇÃO DO GRUPO DESTILADOR

Figura 66: Painel de controle do destilador.

3.13.1 Princípio de funci onamento do destilador A alimentação da água a ser destilada é tomada a partir da saída da água de resfriamento do condensador (água do mar). Ela entra no evaporador onde evapora a cerca de 40-50ºC, passando entre as placas aquecidas por temperatura média. A temperatura de evaporação corresponde a um vácuo de 90 a 95%, mantido pelo ejetor combinado de ar e salmoura. O vapor gerado passa através do separador de gotículas, onde quaisquer gotas de água salgada arrastadas são removidas e caem por gravidade para a salmoura no fundo da câmara do gerador. Os vapores de água isentos de sal seguem para o condensador, onde, passando pelas placas frias resfriadas pela água do mar, se condensam. Para verificação contínua da qualidade da água doce produzida, um salinômetro é provido com uma unidade de eletrodos instalada no lado de descarga da bomba de extração de destilado. Se a salinidade da água produzida exceder ao valor máximo permitido, que é de 2 PPM, a válvula solenóide e o alarme são ativados para desviar a água doce produzida para o porão. Durante os primeiros minutos, após a partida da bomba de extração de destilado, a salinidade da água produzida pode ser maior do que a do valor ajustado para o alarme (set point); recomenda-se então descarregá-la para o porão (a válvula solenoide do lado de descarga da bomba de extração de destilado permanece aberta). Quando a evaporação começa, a temperatura de ebulição sobe, enquanto o vácuo obtido cai para 93%. Após alguns poucos minutos, o vácuo é normalizado, a temperatura de ebulição é restabelecida, a salinidade cai abaixo do ponto ajustado no alarme e a válvula solenóide fecha. 3. 14 SISTEMA HIDRÓFORO DE ÁGUA POTÁVEL O sistema hidróforo de água potável tem como princípios básicos o fornecimento de água potável com pressão para as diversas acomodações do navio. 82

Os navios mais antigos utilizavam dois sistemas hidropneumáticos, sendo que um operava com água doce e outro com água salgada. O sistema de água salgada era destinado aos vasos sanitários. Hoje, com a existência de grupos destilatórios de grande capacidade a bordo, o suprimento de água para as dependências é garantido por um único sistema de água doce. Isso reduziu bastante os problemas de corrosão nos tubos e o volume de manutenção da instalação de água para as acomodações de bordo. Nos sistemas atuais de bordo, uma parte da água doce sai do tanque hidropneumático e passa por um aquecedor elétrico ou a vapor. Uma vez aquecida é usada nos lavatórios, chuveiros, cozinha e lavanderia. O sistema hidropneumático é constituído basicamente dos seguintes componentes: a. Vaso de pressão ou tanque hidropneumático ou balão hidrofórico. É provido de manômetro, controlador de pressão diferencial, indicador de nível de água, conexão com o sistema de ar comprimido, válvula de segurança, válvula de dreno do tanque hidropneumático e válvulas de entrada e saída no vaso. b. Bomba de água. É do tipo auto escorvável com manovacuômetro, manômetro e válvulas de admissão e descarga. c. Tanques de água nº 1 e 2. d. Filtro de água. e. Painel de controle.

Figura 67: Diagrama de um sistema hidróforo (veja legenda a seguir).

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A instalação hidropneumática funciona automaticamente. Uma bomba centrífuga, acionada eletricamente, aspira água dos tanques através de um filtro. A bomba força a água para o interior do vaso de pressão, o qual é cheio com parte de água e parte de ar. O controle de pressão diferencial, instalado na parte superior do vaso, interrompe o suprimento de energia para o motor de CA da bomba, quando a pressão no vaso atinge 0,55 MPa. A corrente é conectada novamente quando a pressão no vaso cai para 0,35 MPa. O nível de água no vaso de pressão deve estar relacionado com a pressão, o que significa que quando a pressão atinge 0,35 MPa (partida da bomba), o nível de água deve estar no mínimo (MIN). No caso da pressão chegar a 0,55 MPa, o nível de água deve corresponder ao máximo (MAX). A partir do vaso de pressão-hidróforo, a água é enviada para os consumidores. 3. 15 SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO A refrigeração marítima teve nos últimos anos um acentuado desenvolvimento tecnológico, como a introdução de novos fluidos refrigerantes em obediência ao Protocolo de Montreal, e facilidade de operação e manutenção de seus componentes. Nos navios mercantes, a refrigeração é responsável pela conservação de gêneros, conforto térmico e transporte de carga frigorificada, congelada ou resfriada. Define-se refrigeração como o processo de abaixamento da temperatura de um ambiente de forma controlada, até um valor previamente estabelecido, de modo a conservar produtos neste ambiente (refrigeração comercial e industrial), ou efetuar climatização para conforto térmico (ar-condicionado e ventilação). A refrigeração a bordo dos navios torna-se necessária pelos seguintes motivos: a. Conservação dos alimentos, mantendo os mesmos em condições de consumo sem prejuízo à saúde do ser humano. b. Transporte de cargas frigoríficas em navios especializados mantendo a mesma nas desejadas condições de temperatura e umidade relativa. c. Conservação dos instrumentos de navegação nopassadiço nas desejadas condições de temperatura e umidade relativa. 84

d. Conforto térmico para a tripulação. O ciclo básico de refrigeração de compressão por vapor é composto por compressor, condensador, dispositivo de expansão e evaporador. A figura 68 mostra um esquema básico de um sistema de refrigeração por compressão de vapor, com seus principais componentes.

Figura 68: Ciclo básico de refrigeração direta ou de compressão por vapor

Conceito de agente refrigerante – fluidos refrigerantes ou agentes refrigerantes são substâncias químicas responsáveis pelo abaixamento da temperatura do meio a refrigerar. Podemos dizer que os fluidos refrigerantes transportam a energia em um ciclo de refrigeração. Os agentes refrigerantes devem possuir as seguintes características: não serem explosivos, não serem corrosivos, não serem inflamáveis, atóxicos, facilmente detectáveis quando houver vazamentos, devem ter boa estabilidade química, estável e inerte, ou seja, não sofrerem alteração química em sua composição ou reagir com os materiais das tubulações ou equipamentos do sistema de refrigeração e capacidade de produção de frio adequada à finalidade que se destinam. Os agentes refrigerantes empregados na maioria das aplicações industriais podem ser do tipo primário ou secundário. Os refrigerantes primários são frequentemente utilizados em sistemas de refrigeração por compressão de vapor e são comumente denominados de gases refrigerantes. Os refrigerantes primários se dividem nos seguintes grupos: a. Hidrocarbonetos halogenados, como o monoclorodifluormetano (R-22), e o tetrafluoretano (R-134a). b.de Compostos inorgânicos, como a amônia (R-717), o dióxido de carbono (CO2), e o dióxido enxofre (R-764). c. Hidrocarbonetos como o propano (R-290), e o butano (R-600). d. Misturas azeotrópicas ou zeotrópicas de diferentes refrigerantes, como o R-407C (composto de R-32, R-125 e R-134a), e o R-404A (composto de R-125, R-134a e R-143a). Os fluidos refrigerantes secundários são comumente a água, o etileno glicol, o propileno glicol e as salmouras de cloreto de cálcio. Esses refrigerantes têm o abaixamento da sua temperatura em aparelhos trocadores de calor, denominados resfriadores, onde um agente de 85

refrigeração primário em baixa temperatura resfria o secundário até a desejada temperatura de refrigeração exigida para o sistema, sem, no entanto atingir o valor da temperatura de congelamento deste fluido, ou seja, não há mudança de fase do fluido secundário de refrigeração. Em outras palavras, quando o fluido frigorífico não sofre evaporação no interior do trocador de calor permanecendo na fase líquida, o trocador de calor é denominado de resfriador, sendo bastante utilizado nos sistemas indiretos de refrigeração. Todos os processos de refrigeração são regidos por princípios físicos básicos que podem ser classificados como sensível ou latente, de acordo com o efeito que o calor absorvido tem sobre o refrigerante. Quando o calor absorvido causa uma elevação ou diminuição da temperatura do refrigerante, o processo de refrigeração é denominado de sensível. Se o calor absorvido provoca a mudança de fase do refrigerante, o processo de refrigeração é denominado de latente. A temperatura do agente refrigerante sempre deverá ser inferior a do meio a refrigerar, para que o calor possa ser retirado deste meio e absorvido pelo refrigerante. Para melhor compreensão do processo de refrigeração, na figura 67 temos um trocador de calor colocado no interior de um recinto que será refrigerado de 30ºC até uma temperatura de –18ºC. Para tal finalidade, faz-se circular, no interior do trocador de calor (evaporador aletado), um fluido refrigerante cuja temperatura é inferior à do recinto em 8 a 10ºC, ou seja, de –26ºC a -28ºC.

Figura 69: Processo de refrigeração direta em evaporador aletado de um navio.

A refrigeração do recinto se processa então da seguinte maneira: a. A temperatura do recinto é abaixada de 30ºC até o valor predeterminado de –18ºC através da retirada de calor Q (carga térmica de refrigeração) do recinto devido à diferença de temperatura entre o recinto e o fluido frigorífico. b. O calor retirado do recinto passa ao fluido frigorífico no interior do trocador de calor por convecção e condução, onde o referido fluido sofre evaporação, passando de vapor úmido (VU) para vapor seco (VS), e devido a isto, o trocador de calor é denominado de evaporador. 86

No sistema de refrigeração direta, o evaporador está em contato direto com o material ou espaço a refrigerar podendo ainda se localizar em passagens de circulação de ar que se comunica com esse espaço. O evaporador de um sistema de refrigeração direta pode ser de qualquer tipo de trocador de calor, como serpentinas de tubos, resfriadores tubulares, serpentinas aletadas ou qualquer dispositivo no qual um refrigerante primário, como amônia, freon, ou dióxido de carbono, seja circulado e evaporado com a finalidade de resfriar qualquer material em contato direto com a superfície exposta do trocador de calor (evaporador). Existem dois tipos básicos de sistemas de refrigeração indireta a bordo dos navios. No primeiro, são utilizadas as salmouras frigoríficas para o transporte de cargas frigorificadas. No segundo, água gelada é utilizada para conforto térmico utilizando os “chillers” para o abaixamento da temperatura da água na faixa de 4 a 10ºC, sendo a mesma bombeada para as serpentinas de refrigeração que irão climatizar os diversos compartimentos dos navios. No sistema de refrigeração indireta com salmouras frigoríficas, o refrigerante primário circula no interior da serpentina do evaporador, que está imerso em um tanque de salmoura. A salmoura fria (refrigerante secundário) é então circulada por bombas para as serpentinas dos compartimentos a refrigerar. Em navios que utilizam as salmouras frigoríficas, dependendo da sua composição química, as mesmas podem ser bombeadas líquida em temperaturas de até -40ºC, com o ponto de congelamento podendo atingirna atéfase -60ºC. Assim, a diferença entre um sistema de refrigeração direta e o de refrigeração indireta, não está no tamanho ou formato do equipamento de transferência de calor, mas, no processo de transferência de calor, ou seja, pelo processo de absorção de calor latente, através da evaporação do refrigerante primário, ou pelo processo de resfriamento sensível com um refrigerante secundário. A figura 70 ilustra o esquema básico de um sistema de refrigeração indireta com salmouras frigoríficas.

Figura 70: Sistema de refrigeração indireta com salmoura.

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3. 16 MECANISMO DE CONTROLE DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO A figura 69 ilustra um plano frigorífico típico de navios mercantes nacionais para fluidos halogenados (R-22, R-134a e R-404A), onde é mostrado os seus componentes e acessórios. O compressor comprime o fluido refrigerante misturado ao óleo lubrificante do cárter, para o separador de óleo, onde é feita a separação do óleo e do fluido refrigerante. O óleo lubrificante retorna ao cárter, e o fluido refrigerante vai ao condensador. No condensador, a água de circulação ocasiona a condensação do fluido refrigerante, provocando um resfriamento no líquido condensado em torno de 5 a 10ºC, que é armazenado no depósito de líquido, já incorporado ao condensador. Do depósito de líquido, o refrigerante na fase líquido resfriado, é direcionado as válvulas de expansão termostáticas. Este resfriamento é necessário, para garantir que somente líquido chegue às válvulas de expansão, a fim de permitir a redução da pressão de condensação até a pressão de evaporação necessária a evaporação do fluido refrigerante nos evaporadores. Antes das válvulas de expansão, são colocadas as válvulas solenóides, as quais são comandadas por termostatos ou controladores eletrônicos de temperatura.

Figura 71: Diagrama de um sistema de câmaras frigoríficas.

Os instrumentos de controle e segurança frequentemente utilizados nos sistemas de refrigeração de navios são os pressostatos, termostatos, controladores eletrônicos de temperatura, chave diferencial de óleo, CLP e válvulas de segurança da instalação. Pressostatos de alta e baixa pressão do compressor – eles são dispositivos elétricos comandados a pressão. Nas instalações de refrigeração dos navios, eles são denominados de pressostatos de alta pressão (high pressure), baixa pressão (low pressure), pressostatos de controle de capacidade do compressor, e pressostatos de degelo. O pressostato de baixa pressão tem por finalidade parar o compressor quando a pressão na linha de sucção atinge um determinado valor abaixo da pressão normal de funcionamento. 88

O pressostato de alta pressão tem por finalidade parar o compressor quando a pressão na linha de alta pressão atinge um determinado valor acima da permitida na descarga do compressor. Os pressostatos de controle de capacidade são empregados para acionar algum dispositivo elétrico, como por exemplo, as válvulas solenóides de óleo lubrificante, que enviam o mesmo para atuação no mecanismo interno de regulagem da capacidade dos compressores. Os pressostatos de degelo são utilizados como segurança ao degelo elétrico nas câmaras de baixa temperatura dos navios, cortando as resistências elétricas quando o tempo de degelo for excessivo, evitando a queima das referidas resistências e golpes de líquido na aspiração do compressor devidos à elevação da pressão de aspiração quando as câmaras estiverem em degelo. As figuras 72(a) e (b) ilustram os pressostatos de alta e baixa pressão.

Figuras 72 (a) e (b): Pressostato de baixa e de alta pressão.

Chave diferencial de óleo do compressor - a chave diferencial de óleo ou pressostato de óleo lubrificante do compressor tem por finalidade parar o compressor quando a pressão diferencial entre o óleo lubrificante e a pressão de aspiração do compressor atingir um determinado valor e se após um tempo entre 30 a 60 segundos, esta pressão diferencial não for restabelecida. A figura 73 ilustra um esquema típico da chave diferencial de óleo montada no compressor frigorífico.

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Figura 73: Chave diferencial de óleo.

Pressostatos de controle de capacidade – os pressostatos de controle de capacidade são utilizados para o acionamento externo das solenóides de óleo lubrificante que permitem a passagem do óleo lubrificante para a atuação no mecanismo interno de regulagem da capacidade do compressor. A figura 74 ilustra um esquema típico de pressostatos para a atuação nas solenóides de óleo de um compressor frigorífico com 100%, 75%, 50% e 25% de capacidade.

Figura 74: Chave diferencial de óleo típica de navios.

Termostatos de controle de temperatura – para manter a temperatura de um meio ou de um determinado corpo, são utilizados termostatos, os quais mantêm a temperatura em uma determinada faixa estabelecida.

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Figura 75: Termostato para controle de temperatura.

A figura 75 ilustra basicamente um termostato típico de navio os quais são basicamente compostos de: bulbo sensor, fole, botão de ajuste da temperatura, botão de ajuste do diferencial de temperatura e contatos elétricos. O bulbo sensor recebe a informação da temperatura do meio ou do corpo e transmite esta informação para o fole, que dilatará ou se contrairá acionando os contatos elétricos para a desejada finalidade. O botão de ajuste da temperatura regula a mesma para o valor desejado ousetpoint, enquanto o diferencial aparente regula a variação necessária para manter a temperatura dentro da faixa desejada. Pressostato e termostato de degelo – o pressostato de degelo é colocado na linha de aspiração do compressor logo após os evaporadores, e tem por finalidade evitar que a pressão na aspiração suba a valores excessivos (acima de 5bar), quando as câmaras frigoríficas estão em degelo excessivo, evitando a queima das resistências elétricas e golpe de líquido na aspiração do compressor. Por ocasião do degelo, o compressor para, e se a pressão na aspiração for superior a 5bar por degelo excessivo, o pressostato de degelo aciona o compressor e corta as resistências de degelo, permitindo a passagem do fluido refrigerante para os evaporadores. O termostato de degelo tem seu bulbo colocado na serpentina dos evaporadores, e sente a temperatura da superfície dos mesmos. Se durante o degelo, a temperatura na superfície for superior a 50C, o termostato corta as resistências elétricas de degelo, evitando a queima das mesmas. Pressostato de água de circulação do condensador – o pressostato de água de circulação do condensador tem por finalidade parar o compressor se a pressão da bomba d’água ou o fluxo de água do condensador cair abaixo de um determinado valor, antecipandose a parada do compressor pelo pressostato de alta pressão.

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Este pressostato está situado na canalização de entrada ou saída de água de circulação do condensador. Manômetros de leitura das pressões – os manômetros de leitura de pressões usualmente encontrados nos compressores frigoríficos são o manômetro de leitura das pressões de aspiração e descarga, e os manômetros da leitura da pressão diferencial. A figura 76 ilustra um manômetro típico de leitura da pressão de aspiração ou descarga do compressor.

Figura 76: Manômetro de leitura de pressão de descarga ou aspiração.

Termômetros de leitura das temperaturas de descarga e aspiração do compressor – os termômetros são instalados para a leitura local das temperaturas de aspiração e descarga do compressor, e da linha de líquido na entrada da expansora. Os valores indicados estes termômetros são de grande valia para a verificação do desempenho do sistema depor refrigeração. A figura 77 ilustra um termômetro típico utilizado em navios.

Figura 77: Termômetro típico de navios para leitura local das canalizações de aspiração e descarga do compressor, e na entrada da expansora.

Válvulas de segurança da instalação de refrigeração – As válvulas de segurança da instalação de refrigeração são geralmente colocadas no cabeçote do compressor e no condensador, e atuam aliviando a pressão do sistema, quando o pressostato de baixa pressão falha no desligamento automático do compressor. 92

Estas válvulas são reguladas pelo fabricante e não devem ter a sua regulagem alterada pelo pessoal de bordo. A figura 78 ilustra uma válvula de segurança típica de um sistema de refrigeração de navios.

Parafuso de ajuste Lacre Conexão de encaixe

Canalização

Figura 78: Válvula de segurança típica de instalações de refrigeração

3. 17 MOLINETE E GUINCHO No convés de uma embarcação, iremos encontrar máquinas que nos ajudarão na faina de atracação e fundeio no mar. Sem estas máquinas não teríamos condições de amarrar um grande ou até médio navio ao cais, pois os cabos de amarração são muito pesados, alguns deles até de aço. Na proa do navio, temos uma que chamamos molinete e que serve para arriar o ferro (ancora) para fundear o navio. Serve também para puxar os cabos de atracação. É por esse motivo que hoje em dia chamamos tal equipamento de guincho combinado. Ele faz o serviço de cabos de amarração e o de recolher ou soltar a amarra do ferro.

Figura 79: Guincho combinado.

No meio do navio e na popa, iremos encontrar o que conhecemos como guincho de manobras, que servem para solecar ou tesar os cabos de amarração. Eles, por se localizarem no meio do navio e na popa, não trabalham com a amarra do ferro. Outro equipamento, atualmente em desuso em embarcações mercantes, é o cabrestante, que também serve para solecar ou tesar os cabos de amarração. A diferença do cabrestante para o guincho é que o cabrestante tem o eixo de trabalho no sentido vertical e o guincho o tem no sentido horizontal.

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O cabrestante pode também trabalhar, arriando e suspendendo o ferro da embarcação. Para tal é necessária à instalação de uma peça chamada coroa de barbotin, que é o local onde os elos da amarra são tracionados.

Figura 80: Guincho de manobra.

Partes principais de um guincho, molinete e cabrestante: A máquina de suspender (molinete ou guincho combinado) ou a máquina de manobra de cabos consta de uma máquina motriz (aquela que faz a força para que o eixo gire), coroa de Barbotin (nos molinetes), a saia, o tambor, os eixos e transmissões. a. Máquina motriz – é a que faz a força para movimentar o eixo, seja ele vertical (cabrestante), seja horizontal (molinete, guincho).

Figura 81: Motor elétrico de um guincho.

Nas embarcações mais antigas, o próprio homem substituía a máquina com sua força. Depois veio a máquina a vapor, que usava o vapor para fazer funcionar uma máquina alternativa. Hoje em dia, temos os motores elétricos ou hidráulicos, fazendo o mesmo papel, isto é, movimentando um eixo que tem em sua extensão as partes necessárias para que sejam passados os cabos ou a amarra do navio. b. Coroa de Barbotin – também conhecida com “coroa”, é uma roda fundida tendo a periferia (parte de fora) côncava e com dentes, onde a amarra se aloja e os elos são momentaneamente presos durante o movimento do eixo. É preciso que a amarra faça, pelo menos, meia volta ao redor da coroa a fim de que, no mínimo, três elos engrazem nela.

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Figura 82: Coroa de barbotin.

c. Saia – a maioria das máquinas de suspender tem, além da coroa, uma ou duas saias, que são tambores fundidos com a periferia totalmente lisa e que servem para a manobra dos cabos de amarração. A saia sempre existe nos guinchos ou cabrestantes, mas não necessariamente nos molinetes. Quando o molinete também possui saia, denominamos de guincho combinado, pois ele serve para movimentar a amarra e os cabos de amarração.

Figura 83: Saia.

d. Tambor – é uma parte muito parecida com a saia e serve para que os cabos fiquem enrolados para serem usados na atracação. Sua forma é a de um tambor colocado na horizontal, com as laterais maiores, que impedem que o cabo possa sair quando enrolado.

Figura 84: Tambor.

e. Eixos e transmissões – o eixo da máquina motriz (motor elétrico, máquina a vapor, máquina hidráulica) é ligado ao eixo da coroa e da saia por meio de transmissões de movimento que podem ser: roda dentada e parafuso sem fim, engrenagens cilíndricas (roda dentada e rodete) e transmissão hidráulica. 95

No molinete, a saia quase sempre é montada, quase sempre no eixo da coroa. A coroa liga-se ao eixo geralmente por meio de embreagem de fricção.

Figura 85: Eixo de transmissão.

f. Freio – nos guinchos e nos molinetes existe um flange sobre o qual pode ser apertado um freio mecânico que é constituído por uma cinta de aço, em forma de anel, que tem cravada uma lona tal qual a lona de freio dos automóveis. O aperto do freio (da cinta do freio) faz-se por meio de um parafuso comandado por um volante ou por meio de uma alavanca.

Figura 86: Freio.

Os principais cuidados com os equipamentos de manobra são os seguintes: a. As engrenagens, copos de lubrificação dos mancais e quaisquer outras partes lubrificadas devem ser conservados limpos e livres de poeira ou água. Devem ser inspecionadas regularmente. b. Devem ser usados somente os lubrificantes indicados pelo fabricante. Normalmente os fabricantes indicam, no manual de instrução do equipamento, as partes a serem lubrificadas. c. Sempre antes do uso do equipamento devemos observar o nível de óleo lubrificante no cárter e se existe graxa nos pontos de lubrificação.

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d. Se a máquina motriz for a vapor fazer a purgação do condensado da rede e da máquina. e. Quando der partida, deve-se movimentar a máquina sem carga, isto é, sem que ela esteja fazendo o trabalho de cabos ou amarras, a fim de que seja feita a lubrificação dos mancais e engrenagens. f. Observar sempre, quando o equipamento estiver funcionado, se existe qualquer barulho estranho ou aquecimento excessivo nas partes que se atritam. A manutenção correta de todas partesseguro da máquina fará com que, durante as manobras da embarcação, tenhamos umas trabalho e sem preocupações.

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