Tech File: New Cylinder Pressure Sensor ajuda a otimizar grandes motores

Por Jürg Stadler • 9 fevereiro 2018

Métodos de medição de pressão otimizados economizam combustível

A eficiência de grandes motores, como os usados ​​em embarcações comerciais, pode ser aumentada com a ajuda de sensores de pressão do cilindro que monitoram de forma precisa o processo de combustão. Existe uma tendência crescente em relação aos motores de gás e de combustível duplo (diesel e gás) ao lado dos motores diesel convencionais que já são amplamente utilizados. Esses tipos de motores alternativos visam aumentar a compatibilidade ambiental, reduzindo o consumo de combustível e as emissões de CO2. Mas também existem outras conseqüências de seu uso: os processos de combustão estão se tornando cada vez mais complexos, e eles precisam ser controlados com a ajuda da medição da pressão do cilindro (CLCC - Controle de Combustão de Loop fechado). O monitoramento dos processos de combustão identifica possíveis formas de otimizar a pressão do cilindro. Por exemplo, um aumento de 1 bar no pico de pressão pode reduzir o consumo de combustível até 0.2-0.25g / kWh.

Por mais de 20 anos, a Divisão Marítima e estacionária do Grupo Kistler ofereceu componentes e sistemas que utilizam a medição da pressão do cilindro como base para a otimização de grandes motores, incluindo os utilizados para a produção de energia. O portfólio de soluções da Kistler varia desde diagnósticos de motores normais e monitoramento operacional em andamento para sensores personalizados para sistemas CLCC.

As principais prioridades no grande desenvolvimento do motor incluem reduzir o consumo de combustível e monitorar os processos de combustão. Numerosos fabricantes de motores grandes, construtores de navios, companhias de transporte e operadores de usinas de energia colocam sua confiança na experiência de monitoramento de combustão que Kistler acumulou ao longo de muitos anos.

Robusto e altamente preciso

O sensor de pressão de cilindro de alto desempenho tipo 6635A1 é uma nova adição ao portfólio de tecnologia de medição especializada da Kistler. Mesmo sob altas cargas térmicas e tensões induzidas por vibração, este sensor garante uma aquisição de sinal altamente dinâmico com excelente precisão de medição. O novo sensor piezoelétrico da Kistler tem uma série de características de design que o tornam ideal para uso em grandes motores de combustão. No coração do novo sensor é um desenvolvimento avançado do cristal PiezoStar com propriedades excepcionais: por exemplo, pode ser usado a temperaturas até 350 ° C. O tipo 6635A1 também possui uma forma de diafragma patenteada para combinar precisão e força. Outra vantagem: as flutuações de temperatura cíclicas acentuadas causadas pela frente de chamas de combustão são otimizadas com simulação FEM (Método de Elemento Finito), com testes e validação subseqüentes no sensor. A manga antistrain (também patenteada pela Kistler) assegura a desacoplamento mecânico do sensor da carcaça, de modo que um sinal de medição estável é garantido mesmo em caso de maiores pressões que causem a deformação das culatras. Uma terceira característica de design crítico é o lead de cerâmica que hermeticamente reúne o elemento de medição.

Em vez de uma conexão não positiva, a transmissão de sinal necessária na faixa de milivolt e picoampere é implementada através de uma ligação de substância a substância, portanto, não há partes móveis, como conectores. A combinação de uma junta soldada e engastada oferece resistência excepcional contra choques, como foi claramente demonstrado em testes de longo prazo. Para realizar a validação abrangente do novo sensor, a Kistler desenvolveu uma configuração de teste especial para ensaios de vida útil que permite o rastreamento no tempo das tensões complexas em um motor grande. A série de testes mostrou que o sensor de pressão de cilindro Type 6635A1 recém-projetado oferece excelente durabilidade com características de medição constantes - características que garantem estabilidade a longo prazo. No entanto, os testes de campo com o motor específico em questão são sempre necessários para a validação conclusiva.

Elemento piezoelétrico altamente sensível

Desde 1998, a Kistler cresceu seus próprios cristais PiezoStar que são processados ​​nas próprias máquinas CNC de cinco eixos da empresa em Winterthur, na Suíça. Estes cristais pertencem à família de cálcio-gallogermanate de compostos semelhantes a quartz como o langasite (La3Ga5SiO14) que oferecem as seguintes características:

A nova geração de cristais foi especificamente otimizada para a medição da pressão do cilindro. Eles são altamente duráveis ​​porque sua sensibilidade tem uma dependência muito baixa de temperatura e eles têm um alto grau de isolamento elétrico.

O autor

Jürg Stadler é chefe do motor Marine & Stationary no Kistler.