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Impulsionando o crescimento da maturidade tecnológica
Os operadores de trens precisam de tecnologias de compressores de ar que combinem altos níveis de eficiência operacional e alta disponibilidade em serviço em todas as condições de operação, incluindo ciclos de trabalho muito baixos. Para atender a essa necessidade, a Wabtec realizou um extenso teste de campo e o desenvolvimento da próxima geração de compressores de ar. O pistão Buran CSS com vedação coberta/setorial da Wabtec é uma solução de última geração, capaz de suportar todas as condições operacionais, incluindo temperatura e umidade extremas e aplicações de baixo ciclo de trabalho.
Mudando de compressores lubrificados para compressores isentos de óleo
Durante décadas, os trens foram equipados com compressores de ar para abastecer seus sistemas de freio e suspensão. As tecnologias de compressores para trilhos foram baseadas na tecnologia de compressores existente na indústria, predominantemente compressores lubrificados de pistão recíproco ou de parafuso lubrificado.
No entanto, os clientes descobriram que as tecnologias de compressores lubrificados tinham algumas desvantagens sérias, incluindo a necessidade de:
- Verificação diária do óleo
- Reabasteça após o consumo do compressor
- Substituição e reciclagem regulares de óleo e filtro
- Armazenar os condensados do secador de ar contendo óleo a bordo
- Esvaziamento e reciclagem regulares de tanques de condensados
O uso de compressores lubrificados também se torna complexo pelo ciclo de trabalho exigido. Ao projetar o sistema de geração de ar de um trem, é necessário encontrar um equilíbrio entre dois requisitos contraditórios: o ciclo de trabalho e o tempo para encher o trem durante a preparação inicial. Naturalmente, os operadores de trem estão buscando o menor tempo de abastecimento possível.
Para o ciclo de trabalho, há dois fatores a serem considerados aqui. Em primeiro lugar, os compressores são máquinas termodinâmicas projetadas para aquecer. Em segundo lugar, durante o processo de compressão, a água é separada do ar e se mistura com o óleo quando se condensa. Um ciclo de trabalho curto pode não permitir que o compressor aqueça o suficiente para evaporar completamente a água. Permitir que essa água se misture com o óleo pode causar sérios problemas de lubrificação e danificar gravemente o compressor.
Os primeiros passos para a isenção de óleo
Há cerca de 15 anos, muitos no setor ferroviário começaram a considerar seriamente a tecnologia de compressores isentos de óleo. A opção mais adequada para uso em trens é o pistão alternativo, que pode cobrir toda a faixa de fluxo de ar necessária. Isso varia de 300 l/min para trens curtos até 2.500 l/min para trens longos ou locomotivas.
Na Wabtec, nosso foco principal no desenvolvimento e validação da tecnologia de compressores isentos de óleo era a nova tecnologia de fricção e compressão entre o pistão e o cilindro. Após uma análise aprofundada do desgaste do ciclo de trabalho elevado, chegamos a uma solução que foi adotada pela maioria dos participantes do mercado. Isso consistia em dois segmentos de compressão e um material de fricção à base de PTFE no corpo do pistão.
Essa solução funcionou bem em ciclos de trabalho razoavelmente altos. No entanto, em ciclos de trabalho baixos em que o compressor não atingiu sua temperatura operacional normal, encontramos desgaste prematuro no material de fricção e compressão. Em ciclos de trabalho de até 5%, com longo modo de estacionamento ou quando o resfriamento do compressor é exacerbado por um arranjo montado no teto, às vezes encontramos desgaste severo.
O uso de reguladores de ciclo de trabalho permite que a operação do compressor seja mantida em um nível aceitável. Isso é obtido usando uma válvula no circuito do tubo principal que cria um vazamento controlado para garantir um ciclo mínimo de trabalho do compressor. No entanto, isso é mais um paliativo do que uma solução completa, e não é ideal em vista da demanda por maior eficiência energética.
Indo além dos requisitos do mercado
Os engenheiros da Wabtec não mediram esforços para aumentar a resiliência aos baixos ciclos de trabalho na tecnologia de compressores alternativos isentos de óleo. Para validar uma solução em um prazo razoável, desenvolvemos uma bancada de testes exclusiva para criar uma simulação acelerada do uso de materiais de fricção e compressão em todos os tipos de condições. Foi uma longa jornada para desenvolver e validar uma nova solução, e nossos esforços valeram a pena.
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Ficou claro que algumas aplicações permaneceriam com aplicações de baixo ciclo de trabalho e, portanto, exigiriam uma solução capaz de resistir a tais condições e atingir uma vida útil aceitável sem um regulador de ciclo de trabalho. Isso é exatamente o que nosso conjunto de pistão e cilindro CSS recém-patenteados agora oferecem.
Nosso primeiro passo foi uma demonstração na bancada de testes. Com um ciclo de trabalho tão baixo quanto 5% e em uma temperatura baixa permanente, a solução CSS alcançou facilmente a periodicidade de revisões equivalente com uma grande margem.
A segunda etapa foi a validação no trem. Agora temos mais de 500 compressores em serviço com a solução CSS. Optamos por implementar o CSS com prioridade em aplicações com ciclos de trabalho e temperaturas baixas e realizar medições regularmente nesses compressores. A taxa de desgaste que observamos no campo é ainda melhor do que em condições simuladas semelhantes em nossa bancada de testes. Mesmo nessas piores condições, sabemos que a solução CSS pode atingir mais de 12.000 horas de bombeamento, o que corresponde ao compressor MTBO usual.
Nosso próximo desafio será levar o MTBO além dos requisitos usuais do mercado.
Agradecemos aos nossos clientes pela confiança durante todo esse processo e estamos muito felizes com o resultado obtido. Atingimos um grande passo na maturidade da tecnologia de compressores recíprocos isentos de óleo.
A nova geração de compressores Buran da Wabtec, Buran CSS, é a nova referência de mercado, altamente resiliente a condições extremas de operação e de última geração.