Válvulas para Combustível à Gás
O constante aumento do interesse mundial pelo uso do gás natural comprimido (GNC) ou gás liquado como combustíveis altenativos da gasolina, diesel ou fuel oil é devido á:
1) Necessidade de diversificar as fontes de abastecimento, permitindo em muitos países o uso do combustível á gás.
2) Reduzir a contaminação com combustíves "mais limpos".
3) Reduzir os custos dos combustíveis.
4) Aumentar a eficiência dos motores, permitindo consumos menores com mais potência.
5) Prolongar a vida útil do motor.
Esta tendência, agora mundialmente generalizada, originou em Basso S.A. há vários anos, um programa de investigação e desenvolvimento para oferecer válvulas aptas para o uso do gás natural comprimido ou liquado. Se concretizou em 1991 com o lançamento da linha "extra gás" na argentina para motores FORD, GM, DODGE e outros, convertidos á combustíveis gasosos em vários países do mundo.
Quais são as características do gás, como combustível, que obriga a fabricação de válvulas e outros elementos especiais?
O GÁS NATURAL é uma mistura de hidrocarboneto gasoso (principalmente Metano entre 85 à 90%) e outros como Propano Dióxido de Carbono, Butano, Nitrogênio etc.se obtem dos jazidos petrolíferos associados ao petróleo ou em formação que contém apenas gás. Deve-se comprimir em alta pressão(200 kgs/cm2), para poder acumular quantidades significativas em espaços reduzidos.
O GÁS LIQUADO do petróleo (LIQUIFIED PETROLEUM GÁS OU L.P.G) é uma mistura de dois hidrocarbonetos gasosos, Propano e Butano, que obtem-se como um subproduto dos processos de refinaria de petróleo, ou por separação (a temperaturas muito baixas) do GÁS NATURAL. Pode-se manter em estado líquido a temperatura ambiente e a pressões relativamente baixas.
As características que afetam ou influenciam o desenho da câmara de combustão, válvulas e guias, são as seguintes:
1) A primeira é de não possuir chumbo, ou seja, já é um combustível "lead free" ou "livre chumbo". Nas gasolinas convencionais "com chumbo" agrega-se um composto chamado TETRAELITO DE CHUMBO para melhorar suas condições anti-detonantes, quer dizer, usar em motores mais "comprimidos" sem riscos de destruição, obtendo-se mais potência com menos consumo.
O chumbo agregado à gasolina deposita-se sobre a base do cabeçote dos cilindros, protegendo-os do desgaste, ao funcionar como um "LUBRIFICADOR SÓLIDO" que se interpõem entre a válvula e seu assento. No gás a falta da "capa" protetora pode provocar um desgaste por fricção, ao girar a válvula fechando-a e abrindo-a sucessivamente. Se a base do cilindro não é endurecida, vai perdendo material, o chamado "AFUNDAMENTO" do assento, até produzir uma grave falha no conjunto base-válvula, ou seja, por queimadura, ruptura, fadiga, ou perda da sua selagem.
Em geral este mecanismo de falha se produz na válvulas de escape já que devem trabalhar em um ambiente corrosivo e de altas temperaturas (até 870°c) dos gases queimados.
Lembramos também, que suportam os enormes esforços da pressão de combustão e do choque violento contra seu assento muitas vezes por segundo (em uma velocidade do motor de 3000 RPM, uma válvula de escape abre e fecha 25 vezes por segundo).
Assim mesmo, a presença do chumbo, ajuda a lubrificar as guias das válvulas, interpondo-se como lubrificante sólido entre haste e guia.
2) Outra característica muito importante que não foi valorizada nos primeiros desenvolvimentos de motores "convertidos" à Gás é que este queima mais lentamente e com maior dificuldades para iniciar a combustão que os combustíveis líquidos convencionais.
Ao mesmo tempo a "leva" de escape ao motor, foi desenhada de maneira que a válvula correspondente esteja assentada num certo tempo, assim evacuando o calor da explosão anterior.
Quando novamente os gases queimados do interior saem, já deve haver baixado a sua temperatura o suficiente para não superar os límites aceitáveis pelo material.
Como o gás queima mais lentamente que a gasolina, quando a válvula de escape se abre num motor transformado a GNC "encontram" gases que todavia não conseguiram "esfriarem-se" o suficiente e começa a esquentar mais.
Por outra parte, ao entrar na câmara de combustão como gás, em vez de pequenas gotinhas de combustível líquido como nas gasolinas, não existe a absorção de calor, que se produz ao vaporizar essas gotinhas suspendidas na corrente de ar que ingressa ao cilindro.
Estes dois fatores vêm induzindo a muitos usuários de Gás Natural a acreditar que sua combustão é mais "imediata" que a da gasolina. Se bem que é um conceito errado, a conseqüencia prática é que a temperatura do trabalho da válvula de escape é maior, chegando a superar a capacidade de selagem da válvula e seu assento por falha do material da cabeça ou do casquilho.Esses fatores podem acontecer devido à:
-falta de espessura em calor.
-resistência inadequada na corrosão.
-resistência insuficiênte no desgaste.
Para resolver esta situação é necessário melhorar o material da válvula, ou um recobrimento espesso no assento da mesma, mediante ligação de metais, por processos de soldadura de "plasma" de última geração, que é o caso das válvulas fabricadas por Basso S.A. com recobrimento de "STELLITE" ou similares.
A vantagem principal desses materiais para o assento da válvula é a manutenção de uma espessura boa, em alta temperatura e excelente resistência à corrosão e ao desgaste, graças a combinação de Cobalto, Níquel, Ferro e Cromo na sua ligação.
Em caso de motores grandes como caminhões do tipo "HEAVY DUTY" (de carga) se recomenda também a modificação do ângulo do assento da válvula de escape, diminuindo de 45° à 30° (ou até 15° em válvulas muito comprometidas).
O que se consegue com essa prática? Na figura da página seguinte aparece um esquema das forças atuantes na válvula e seu assento, devido a ação da mola as forças de inércia, produto do movimento alternado da válvula e as resultantes da pressão de combustão.
Se bem, não todas essas forças atuam simultaneamente, podemos dizer que sua resultante F atua segundo o eixo da válvula e se equilibra com as reações que atuam no cabeçote de cilindros (iguais e opostos a F 30 ou F 45 respectivamente).
Se observa o paralelogramo de forças que para uma mesma resultante de F, os componentes de F30 são menores que F 45, ou seja, com somente a troca do ângulo se diminuem as cargas atuantes no assento, portanto também é menor o desgaste na superfície do mesmo.
Ângulos menores de 15° não são recomendados porque perdem a capacidade "auto-limpante" do assento, quer dizer, qualquer partícula de carvão, resíduos de combustão e etc. podem ficar presos entre a válvula e seu assento, não deslizando para fora como "pendente" (ângulo do assento) maiores, com risco de "queimadura" da válvula ou do assento.
Esta solução somente é possível com um combustível "limpo" como o Gás, não sendo recomendado para qualquer tipo de combustível líquido, diesel ou gasolina, pela presença de impurezas, partículas e resíduos "post-combustão".
3) A terceira característica destacável do Gás como combustível, é seu elevado poder anti-detonante equivalente a uma gasolina de 120/130 octanos (sem necessidade de Tetraelito de Chumbo). Isso permitirá aumentar a relação de compreensão dos motores 11:1 ou 12:1, obtendo mais potência com menos consumo.
Mas também, na maioria dos "convertidos" a Gás, não aumenta a relação de compreensão, para manter o uso dual (gasolina ou gás), segundo as possibilidades de abastecimento. Em alguns casos esta operação "dual", provoca falhas nas válvulas, devido ao fato que se opera para que o motor esteja pronto para arrancar em Gás, ou seja, apta para a gasolina convencional, mas muito "demorada" para Gás.Justamente por sua baixa velocidade de combustão, requer mais avanços de faisca que a gasolina, seria necessário uns 10 ou 12 graus mais no avance inicial.
4) Uma característica que geralmente provoca problemas de desgaste nas guias das válvulas, é a baixa capacidade lubruficadora, por ser um gás. Os treinamentos realizados pela Basso S.A. em veículos que percorrem mais de mil kilômetros mensais, nas condições de operação, e demonstraram a necessidade do cromado duro na haste que reduz a fricção com a guia, aumenta a duração da haste e facilita a circulação do azeite lubrificante entre a haste e a guia.
Como conseqüencia deste breve "guia de gás como combustível", daremos agora uma série de recomendações úteis na conversão de motores a gás:
A) Para melhorar a transferência de calor das válvulas ao cabeçote de cilindros, é conveniente fazer os assentos de escape com uma largura maior de (1/16" a 3/32", ou seja, 1,16 à 2,40 mm).
B) Não usinar os assentos do cabeçote de cilindros com interferência dos ângulos entre válvulas e assentos, preparar-los com os mesmos ângulos.
C) Manter a concentricidade entre guia e assento menor à 0,025 mm.
D) Profundizar mais o assento no cabeçote de cilindros, colocando sa válvulas um pouco mais "fundas" que seu normal, não devem ficar os bordes das válvulas fachados aparecendo dentro da câmara de combustão.
E)Usar casquilhos ou assentos endurecidos, com um bom conteúdo de cromo e níquel na sua composição.
Alguns cabeçotes de fundição de ferro, costumam trazer os assentos (temperados) môrnos por indução, esta situação não é aceitavél em a plicações de trabalho rígido ou "HEAVY DUTY", simplesmente não suportarão o esforço e se afundarão.
F) Manter folgas entre as válvulas e as guias nos valores originais, exceto nos casos onde sejam substituídas por válvulas rôscas (cheias de sódio) por válvulas maciças, sendo necessário aumentar as folgas para compensar a dilatação maior da válvula maciça.
G) Não utilizar rotadores de válvulas, ou bloquear seu giro livre, caso não haja outros discos disponíveis.
H) Não retifique válvulas usadas, já que diminui a largura (distância) da margem.
Use somente as melhores válvulas disponíveis, recobertas de "STELLITE", hastes cromados com os melhores aços inoxidáveis como as fabricadas por Basso S.A.
I) Itilizar um corretor de avance no contato que automaticamente aumente de 10 à 12 graus o salto da faísca ao passar para Gás.
Lembre-se que em toda conversão de motores para Gás natural ao colocar válvulas não adequadas, ocasionará problemas ao usuário e para o retificador que deverá realizar o trabalho duas vezes pelo preço de um.
Esperamos que esta dica possa ser útil para os leitores, ajudando-nos também a divulgar seu conteúdo,com um conhecimento maior dos produtos que Basso S.A. fabrica e que permitindo-nos brindarmos sempre com serviços melhores.