Ventilación del cárter y filtración de los gases de blow-by

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Composición y caudales de los gases de blow-by

El caudal de blow-by se expresa como un porcentaje de la cilindrada del motor por revolución. Los motores nuevos con holguras correctas en el paquete de anillos producen tasas de blow-by del 0.5–1.5% de la cilindrada por ciclo a carga nominal; los motores con anillos desgastados o camisas vitrificadas pueden producir un 3–5% o más. A la velocidad y carga nominales de un motor diésel de servicio pesado de 12 litros que produce 600 kW, una tasa de blow-by del 1% corresponde a aproximadamente 60 L/min de caudal de gases del cárter en condiciones estándar. La tasa de blow-by aumenta mucho con el desgaste del motor y se usa como indicador diagnóstico: un aumento sostenido de más del 50% sobre la tasa de blow-by de base de un motor nuevo en condiciones de operación equivalentes indica un deterioro del paquete de anillos o de las camisas que hay que investigar. La temperatura de los gases de blow-by a la entrada del separador suele ser de 80–120°C; las gotas de aerosol de aceite abarcan el rango submicrométrico (0.1–10 µm de diámetro), con el tamaño de partícula de aerosol más penetrante (MPPS) entre 0.1–0.3 µm para el medio coalescente, donde no predomina ni la difusión browniana ni el impacto inercial.

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Mecanismos de captura del medio coalescente

La separación del aerosol de aceite del CCV se basa en tres mecanismos de captura distintos que predominan en distintos rangos de tamaño de partícula. El impacto inercial predomina en las partículas mayores de 1 µm: las partículas con masa suficiente no pueden seguir las desviaciones de la corriente de aire alrededor de las fibras del medio y chocan contra la superficie de la fibra. La intercepción captura las partículas de 0.3–1 µm que siguen las líneas de corriente pero tocan la superficie de las fibras cuando su radio supera la distancia entre el centro de la partícula y la superficie de la fibra. La difusión browniana predomina por debajo de 0.3 µm: los impactos moleculares térmicos aleatorios desplazan a las partículas de las líneas de corriente y las hacen tocar las fibras de forma estocástica. La suma de los tres mecanismos define la curva de eficiencia de recolección, con un mínimo en el MPPS (0.1–0.3 µm), donde no predomina ningún mecanismo. El medio coalescente del CCV se diseña como microfibra de vidrio de borosilicato multicapa con gradientes de diámetro de fibra controlados: las capas aguas arriba, más gruesas, capturan las gotas más grandes por impacto, y las capas aguas abajo, más finas, se ocupan del rango submicrométrico. El aceite recolectado coalesce en gotas sobre la superficie de las fibras, migra por gravedad y tensión superficial hacia la parte inferior del elemento y drena por un circuito de retorno de aceite hacia el cárter.

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Método de ensayo de desempeño SAE J1243

SAE J1243 (Crankcase Emission Control Test Code) define el procedimiento de ensayo para medir el desempeño de los separadores CCV. El circuito de ensayo genera gas de blow-by con temperatura, caudal y concentración de aerosol de aceite definidos, mediante un generador de aerosol calibrado que produce gotas representativas del aerosol del cárter del motor. Parámetros de ensayo: el caudal de blow-by va desde ralentí (10–20% del nominal) hasta el caudal de blow-by nominal del motor; temperatura de ensayo de 100°C ±5°C a la entrada del separador; concentración de aerosol de aceite de 5–15 g/m³ a la entrada. Métricas de desempeño medidas según SAE J1243: (1) tasa de arrastre de aceite aguas abajo del separador en g/h al caudal nominal; (2) caída de presión del separador en bar al caudal nominal; (3) eficiencia de recolección del separador como porcentaje de la masa de aceite de entrada retenida. El arrastre de aceite máximo admisible en las aplicaciones CCV de diésel de servicio pesado suele especificarlo el fabricante del motor según los límites de ensuciamiento del turbocompresor y de depósitos de aceite en el sistema de admisión, normalmente en el rango de 0.5–2.0 g/h al caudal de blow-by nominal.

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Caída de presión y gestión de la presión del cárter

La caída de presión del separador CCV al caudal de blow-by nominal no debe superar la presión de venteo de diseño del cárter del motor, para evitar que el cárter se presurice. Una presión excesiva en el cárter provoca la extrusión de los retenes del cigüeñal y puede forzar el aceite a pasar por el retén trasero hacia la carcasa del volante. La caída de presión máxima admisible del separador CCV al blow-by nominal depende del motor, normalmente ≤0.05 bar (50 mbar) al caudal de blow-by nominal en los motores diésel de servicio pesado modernos. A medida que el elemento separador se carga de aceite y de las partículas sólidas acumuladas del blow-by (hollín, partículas de combustión), la caída de presión aumenta. Algunos diseños de separador CCV incorporan una válvula de derivación automática ajustada a la presión máxima admisible del cárter: si el elemento separador se bloquea, la derivación se abre y deja pasar el blow-by sin filtrar directamente a la admisión, lo que preserva la integridad de los retenes de aceite del motor a costa de un mayor consumo de aceite. Los elementos se reemplazan en intervalos definidos (normalmente 1,000–2,000 horas de operación) o ante la señal de un indicador de restricción.

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Contexto normativo y requisitos de CCV cerrado

La ventilación abierta del cárter (el venteo directo del blow-by a la atmósfera) está prohibida en los motores diésel de servicio pesado nuevos según EPA 40 CFR Part 86 Subpart N en Norteamérica y según el Reglamento UE 2016/1628 (Stage V / equivalente a Euro 7 para maquinaria móvil no de carretera) en Europa. Estas normativas consideran las emisiones del cárter parte del inventario total de emisiones del motor; el venteo abierto permitiría que emisiones no controladas de hidrocarburos, partículas y NOₓ se salteen el sistema de postratamiento del escape. Los sistemas CCV cerrados deben llevar el gas de blow-by separado a la admisión del motor aguas arriba de la entrada del compresor del turbocompresor o directamente al múltiple de admisión; en los motores turboalimentados se prefiere llevarlo antes del compresor para evitar que el aerosol de aceite se deposite en los álabes del compresor. En las aplicaciones donde la recirculación cerrada no es viable (aplicaciones con caudal de blow-by muy alto), se permiten sistemas con venteo abierto con un separador de neblina de aceite que cumpla los límites de emisión reglamentarios, bajo exenciones específicas.

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