lunes, 29 de diciembre de 2008

Motores Diesel. Influencia del contenido de azufre en el combustible

El azufre es un elemento natural del petróleo crudo. Los combustibles que se obtienen del petróleo, pueden variar su % de azufre en dependencia del tipo de crudo. Los combustibles pesados normalmente tienen un alto contenido de azufre.

Los combustibles livianos tienen un menor contenido de azufre porque éste puede reducirse o eliminarse durante el proceso de refinación.

El contenido de azufre en el combustible afecta a los motores diesel de dos formas diferentes. Una tiene que ver con la contaminación ambiental por la emisión de SOx de los gases producidos en la combustión y otra directamente a las partes que componen los motores.

En los últimos años la preocupación por controlar la contaminación que producen los motores diesel, ha ido en aumento. En función de ello la Organización Marítima Internacional (IMO) y la Unión Europea (EU), han establecido límites para disminuir el contenido de azufre en los combustibles pesados empleados en los motores marinos.

Por ello el Anexo VI del convenio Marpol 73/78 de la IMO, que a partir de mayo del año 2006 se hizo efectivo, establece que el límite de contenido de azufre en el combustible aceptado globalmente es del 4,5% y para ciertas áreas tales como el Mar Báltico y Mar del Norte (SECAS) el contenido permitido de azufre es de 1,5 %, buscando atenuar así la formación de SOx “óxidos sulfurosos”.

En referencia a cómo afecta a las distintas partes del motor, podemos decir que un elevado contenido de azufre en el combustible se puede considerar como un enemigo potencial y silencioso para el motor de combustión interna.

Cuando el combustible diesel con azufre se consume en la cámara de combustión de un motor, se forman óxidos de azufre que reaccionan con el vapor de agua para formar el ácido sulfúrico. Al igual que el sulfuro de hidrógeno, si estos vapores de ácidos se condensan, atacan químicamente las superficies de metal de las guías de válvula, de las camisas de los cilindros y pueden afectar los cojinetes. Por ejemplo, cuando la temperatura de las camisas de los cilindros es inferior a la temperatura de rociado del ácido sulfúrico, y el aceite de lubricación no tenga suficiente reserva de alcalinidad (Número de Base) para neutralizar el ácido, las camisas se pueden desgastar diez veces más rápido.

Cuando se producen daños debido a la presencia de azufre en el combustible, habrá pocos cambios en la potencia del motor. Pero, con frecuencia, el desgaste corrosivo traerá consigo un consumo excesivo de aceite y escape de gases, causando la reconstrucción prematura del motor.

Un alto contenido de azufre en el combustible utilizado produce:

Desgaste corrosivo en las zonas de baja temperatura de los pistones y camisas de cilindros. El azufre contenido en el combustible origina la formación la H2SO4 en las zonas subenfriadas de las camisas de cilindros.

La creciente presión de trabajo de los motores actuales facilita que se alcance el punto de rocío de las especies corrosivas que no pueden ser neutralizadas por la reserva alcalina del aceite de lubricación.

Deposición de lacas negras en las zonas internas de las camisas de cilindros.

Desgaste corrosivo por alta temperatura en las válvulas de escape, asientos de válvulas y zonas del pistón directamente expuestas a la combustión.

Un bajo contenido de azufre en el combustible utilizado nos proporciona:

Menores emisiones de SO2 con los gases de escape.

Menor corrosión en frío en las zonas del circuito de gases de escape con temperaturas inferiores a los 150º C (conductos y chimeneas), debido a la menor condensación de ácido sulfúrico como consecuencia de la menor presencia de SO2 y SO3.

Una vez que se han formado los compuestos ácidos en el interior del cilindro la única forma de combatir su efecto corrosivo es con la correcta aplicación de lubricantes con una adecuada base alcalina (BN), que se corresponda con el % de azufre contenido en el combustible utilizado.

El valor de la base alcalina (BN) no es el único criterio de la capacidad del lubricante, pero síi representa la guía más adecuada para proteger el motor del desgaste corrosivo. El lubricante debe poseer suficiente BN en todo momento y nunca debemos dejar que desciendan por debajo del mínimo requerido, de acuerdo al % de azufre del combustible utilizado.

Un importante trabajo de Luis Conde Cid, Francisco Fernández Vacas y Miguel Martínez Melgarejo, que pueden leer en el siguiente link, describe el desgaste adhesivo (scuffing) en motores diesel lentos de dos tiempos, al quemar combustibles de bajo contenido de azufre.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas


domingo, 21 de diciembre de 2008

Motores Diesel. El concepto de “Análisis del Motor” versus "Análisis de la Combustión"

Los tiempos cambian. Desde siempre usamos un aparato mecánico para tomar diagramas de un motor en funcionamiento con la intención de:

1) Calcular la potencia indicada, calculando la superficie del diagrama de cada cilindro, cosa que nunca hice.
2) Tratando de tomar un diagrama abierto, generalmente a mano, en motores de muy pocas RPM, para tener información sobre el proceso de inyección de cada cilindro.
3) Tomar las presiones de compresión y de inyección de todo el motor, más otros datos, como temperaturas de escape, y con todo, tratar de regular el funcionamiento del motor.

Para la mayoría de las personas que conducíamos o teníamos a cargo el mantenimiento de motores, un indicador de diagrama era un aparato de muy alto costo en términos de dinero y creo que nunca pudimos demostrarle a los dueños de los motores la utilidad del uso de los mismos y como podría ayudarlos a bajar el costo en combustible o en mantenimiento.

El análisis del motor es mucho más que el análisis de la combustión, porque involucra el monitoreo de las condiciones reales de los componentes.
Balanceando las presiones pico de encendido podremos conseguir ahorros de combustible del orden del 2 al 5 % y disminuir el costo de mantenimiento, ya que entre el 60 al 70% de la degradación mecánica puede ser atribuida al desbalanceo de las presiones del cilindro.

Hace un tiempo me interesé por un aparato que permite hacer realmente un mantenimiento predictivo de motores, pedí presupuesto a fábrica, y cuando recibí la respuesta del costo, antes de pensar en la parte técnica, pensé como convencer a los armadores de buques que si lo compraban ahorrarían dinero al usarlo.

Años atrás, una publicidad de televisores decía “caro, pero el mejor”, creo que también se puede aplicar en este caso.
Es interesante saber que existe, cómo funciona y espero que alguno tenga la suerte de usarlo.

En el siguiente link encontrarán un PDF “Introducción al Análisis de Motores Diesel” con toda la información sobre el mismo.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

miércoles, 17 de diciembre de 2008

El sistema de Propulsión CODAG (Motores Diesel y Turbinas de Gas combinados)

La solución que adoptaron durante el proyecto del "Queen Mary II"

Desde el inicio de la idea hasta que finalmente entró en servicio, el proyecto del “Queen Mary II” quedó plasmado en un buque de:

Eslora total: 345 mts
Manga: 41 mts
Calado: 10 mts
Potencia instalada: 117,2 MW
Potencia de propulsión: 86 MW
Velocidad: 29,5 nudos


Lo primero fue decidirse por un buque de pasajeros de línea en lugar de un buque de cruceros.

Las principales diferencias técnicas entre ambos tipos de buques son que un buque de línea tiene coeficiente de bloque más modesto y un mayor calado para un buen comportamiento en la mar y gran autonomía, y potencial para una velocidad más alta. También está diseñado estructuralmente para mantener la velocidad en cualquier estado de la mar, con un margen de potencia en servicio suficiente para ello.

A la planta de propulsión se le dio la máxima importancia. Usando datos de numerosos buques en servicio y en especial al Queen Elizabeth II, se dedujo una curva de potencia-velocidad que indicaba que, para la condición de servicio, se requería una potencia de propulsión en torno a 80 MW. Existían varias alternativas de plantas de propulsión e inicialmente se decidió instalar dos pods azimutales y una hélice central de paso controlable, ya que, desde el éxito de los buques de la clase Fantasy, la propulsión diesel - eléctrica ha sido considerada como el modo de propulsión más deseable para los buques de Carnival.

El peso de los pods era un problema y se comprobó que si la potencia se repartía uniformemente entre los tres propulsores, los pods requerirían una potencia del orden de 26,7 MW, que se traducía en que su peso sería superior a 300 toneladas.

Se aconsejó limitar la potencia de los pods a 20 MW (250 t de peso), lo que significaba que la hélice central tendría una potencia de 40 MW. Se consideraba necesaria una hélice de paso controlable con palas de alto skew con el fin de limitar los pulsos de presión, similar de hecho a los dos primeros propulsores instalados en el Queen Elizabeth II, de 45 MW cada uno.

Una vez conocida la estimación preliminar de la potencia y las pérdidas asociadas, se estimó y añadió la carga de hotel (16 MW) para obtener el requisito total de generación de potencia, por flexibilidad y para garantizar que la velocidad requerida pueda alcanzarse mientras se realiza el mantenimiento periódico de los motores diesel, se eligió una configuración de ocho motores diesel en dos cámaras de máquinas.

El único motor semirrápido que podía satisfacer el requisito de potencia era el motor Wärtsilä Vasa 64 de 12 cilindros, pero el tamaño de este motor y la falta de experiencia de Carnival/Cunard con él era un hándicap importante. Además, se requerían cuatro guardacalores extendiéndose a través del buque, los cuales habrían restado espacio a los locales públicos.
Chantiers de l'Atlantique propuso una configuración CODAG (diesel y gas combinada) basada en dos turbinas de gas General Electric LM25O0+ de 25 MW, cada una, situadas en una cámara de turbinas localizada inmediatamente detrás de la chimenea, y cuatro motores diesel Wärtsilä 16V46C, que desarrollan una potencia unitaria de 16.800 kW a 514 rpm, instalados en una única cámara de máquinas.

Una planta propulsora CODAG, balancea las conocidas ventajas y desventajas de la propulsión Diesel y la propulsión turbogas, en un amplio espectro de velocidades, como son: el consumo específico y autonomía razonables a velocidades moderadas (potencia relativamente baja) al ser impulsado por la planta Diesel, con emisiones de gases de baja energía, y por otro lado una alta densidad de potencia, en peso y volumen, con menores solicitaciones termomecánicas para la operación a alta velocidad, al ser impulsado por la turbogas, además de proveer al buque un bajo nivel de ruido.

Con esta planta propuesta, el buque estaría propulsado por cuatro propulsores pod Mermaid de 21,5 MW, los dos de proa fijos y los otros dos azimutales, desarrollados conjuntamente por Kamewa y Alstom. Los pods han sido especialmente diseñados para la velocidad máxima de operación del buque, siguiendo un extenso programa de investigación. Los cuatros propulsores pod Mermaid han sido suministrados por Rolls-Royce.
Con la propulsión azipod no son necesarias líneas de ejes, timones y servomotores, por lo que hay un ahorro de peso y espacio, que puede estar disponible para otros usos, tales como una mayor capacidad de pasajeros.
Los cuatro motores diesel Wärtsilä 16V46C desarrollan una potencia total de 67.200 kW con la que el Queen Mary II puede alcanzar una velocidad de 23,5 nudos. Los cuatro motores diesel y las dos turbinas de gas funcionando proporcionan una potencia suficiente para la carga de hotel y 86.000 kW para la planta de propulsión que permite que el buque alcance una velocidad en pruebas de más de 29,5 nudos.
El equipo de diseño del Queen Mary II también identificó que la planta de propulsión tendría otras ventajas para el buque y su operación, tales como la eliminación del guardacalor de la segunda cámara de máquinas, que liberaba una cantidad considerable de espacio dentro de los locales públicos y camarotes, y que el motor propuesto ya había sido instalado anteriormente en buques en servicio en la flota de Carnival.
Esta combinación de turbinas de gas y motores diesel tiene otra ventaja, una buena flexibilidad operacional y redundancia para una operación normal. Al tener los grupos de motores diesel-alternadores y los de turbinas de gas-alternadores, cuadros eléctricos diferentes y estar separados una distancia considerable, un incidente que deje inoperativa a una u otra fuente de generación de energía eléctrica no dejará necesariamente inoperativo al buque.
Sin embargo, existen algunas desventajas. El diseño original de Chantes requería una manga de 39 metros pero, al eliminar motores diesel de gran peso de la parte baja del buque y reemplazarlos por turbinas de gas, ligeras, en la base de la chimenea, se requería un ajuste de la estabilidad. Por tanto, se incrementó la manga a 40 metros, aunque finalmente quedó fijada en 41 metros. Por otra parte, la disposición CODAG requiere que el buque transporte dos combustibles diferentes: fuel-oil para los motores diesel y gas-oil para las turbinas de gas.
Los motores Wärtsilä 16V46C usan un sistema de inyección de combustible con rail común, controlado electrónicamente, que permite una combustión limpia sin humo visible a cualquier carga. Esto es particularmente beneficioso en puerto donde los motores pueden funcionar con carga parcial suministrando potencia para el alumbrado, aire acondicionado y otros sistemas de hotel. En común con otros tipos de motores diesel, esta serie cumple los límites actuales sobre emisiones de NOx. Además, un bajo consumo de combustible da lugar a emisiones de CO2 más bajas que las de otros motores alternativos.
Las turbinas de gas han sido especialmente diseñadas para el Queen Mary II y son 35 t más ligeras que anteriores turbinas LM2500+ instaladas en otros buques. Ofrecen un empacho reducido y bajos niveles de ruidos y vibraciones así como un menor mantenimiento, y un arranque más rápido, ya que se necesitan sólo unos minutos para pasar de frío a plena carga. Los aspectos de diseño permitían que el astillero tuviera flexibilidad, especialmente con respecto a su instalación a bordo. Además, el volumen y peso de los conductos de admisión, escape y ventilación se redujo significativamente.

Con esta disposición, y el hecho de que Carnival/Cunard tienen tolerancia cero en lo que concierne a las emisiones, en el Maritime Institute, de Dinamarca, se realizaron ensayos sobre emisiones de humos con el fin de optimizar la forma de la chimenea. La chimenea causaba un problema particular debido a la altura del Puente Verazzano, uno de los puentes que hay a la entrada del puerto de Nueva York.
Con la capa de contorno situada casi al nivel de 62 metros habría sido conveniente haber incrementado la altura de la chimenea para que fuese más efectiva pero, como ésta no era una opción posible, hubo que encontrar otra solución para alejar el humo de la parte alta de la chimenea. Esto se consiguió mediante la optimización de la cavidad del viento en la base de la chimenea que es reminiscente de la del Queen Elizabeth II.

Fuente INGENIERÍA NAVAL - ENERO 2004

martes, 16 de diciembre de 2008

Motores Diesel. Mejorar las Prácticas de Lubricación.

Llega un momento en que las personas que estamos a cargo de la conducción o mantenimiento de Motores Diesel decidimos que llegó la hora de actualizar las prácticas de lubricación en los motores a nuestro cargo, posiblemente con el objetivo de disminuir los costos de mantenimiento.

Lo primero en que pensamos es en la utilización de Análisis de Aceite para ayudarnos a cumplir con el objetivo. Este es un proceso científico de ensayos de laboratorio con el fin de determinar la presencia y origen de contaminantes en el aceite, así como de verificar eventuales cambios en las características del fluido.

Mediante la aplicación de estos datos es posible detectar en forma incipiente la aparición de problemas que evitan el desarrollo de fallas catastróficas en los motores diesel.

Ahora bien, recibir un informe del laboratorio no significa “utilizarlo”. Hasta que los resultados sean implementados para reducir el desgaste, no son “utilizados”.

Un buen plan de lubricación tiene que incluir análisis, pero solamente haciendo analizar el aceite no podemos calificar el plan como bueno. El hecho de enviar el aceite al laboratorio es solamente un paso en una parte de un programa más amplio. Un estudio reciente demuestra que un gran porcentaje de los diagnósticos sirven solo para ser archivados y olvidados.

Para que el aceite pueda cumplir satisfactoriamente sus funciones debe mantenerse limpio, químicamente estable y libre de contaminantes. La degradación y la contaminación del aceite son los síntomas que sirven para controlar el estado del sistema de lubricación.

Estudios desarrollados y avalados por la STLE (Asociación de Tribología e Ingenieros en Lubricación por sus siglas en inglés), establecen que el 80% del desgaste es causado por la contaminación de los lubricantes y que el 30% de los lubricantes son cambiados cuando aún pueden seguir trabajando.

La contaminación del aceite se debe a la presencia de sustancias extrañas, tanto por causas externas como internas, alterando las propiedades físicas y químicas del aceite acelerando su degradación.

La degradación del aceite es el proceso por el que se reduce su capacidad para cumplir sus funciones por alteración de sus propiedades, produciendo sustancias no solubles en el aceite que facilitan el proceso de desgaste.

Si queremos alcanzar la excelencia en lubricación debemos establecer un punto de referencia, e identificar las oportunidades para mejorar. Una vez hecho esto, hay que desarrollar un plan para implementar los cambios y por último un plan de monitoreo y mejoramiento continuo identificando nuevas oportunidades donde trabajar para el logro de nuestros objetivos.

Para establecer el inicio de nuestro plan debemos tener en cuenta:

Selección de Lubricante
Compra de lubricantes
Almacenamiento de Lubricantes
Manejo de lubricantes (cambio de aceites, relleno y re-engrase)
Sistemas de aplicación de lubricantes
Consolidación de lubricantes
Programación y control de las rutinas de lubricación
Análisis de aceite
Entrenamiento en las mejores prácticas y selección de lubricantes
Disposición de lubricantes usados

Debemos pensar que no hay un camino corto para la excelencia en lubricación y no podemos esperar que una sola acción aislada nos lleve a lograr nuestros objetivos.
La mayoría de los planes fallan al intentar implementar cambios permanentes porque tratan de mejorar la lubricación simplemente por la adquisición de herramientas, equipos novedosos, lubricantes sintéticos, u otras cosas que supuestamente creará el éxito instantáneo.

En las prácticas de lubricación hay muchos hábitos difíciles de romper y debemos saber que el mejor aceite del mundo o un completo análisis de aceite no cubrirá los errores de procedimientos.

Ver también:

Mantenimiento Proactivo. Concepto de Confiabilidad

En Mantenimiento, Controlar pequeñas cosas para obtener Grandes resultados

De aceites y costos de mantenimiento

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

viernes, 12 de diciembre de 2008

Motores Diesel- MAN Diesel y Wärtsilä unidas en el proyecto Hércules

El transporte marítimo es un medio imprescindible para el comercio internacional. En el 2008 se transportarán por mar casi 8.000 millones de toneladas de mercancías, con una distancia media de unas 4.500 millas.

Aunque la navegación se considera el transporte más ecológico, las emisiones de aire procedentes de los gases de los barcos todavía preocupan a ecologistas e ingenieros marinos por igual.

En los buques, el consumo de energía y sus emisiones de CO2 por tn x milla son, en promedio, del orden de la cuarta parte de las del transporte por carretera y casi la centésima parte de las del transporte aéreo.

El proyecto Hércules (High Efficiency Research & Development on Combustion with Ultra Low Emissions for Ships), es coordinado desde Grecia por el Dr. Nikolaos Kyrtatos, con un presupuesto de 33 millones de euros, proviniendo la mitad de la Comisión Europea.

Sus principales objetivos son:
1) Descenso del consumo de fuel
2) Reducción en 1/3 de las emisiones de dióxido de carbono
3) Garantía de que los motores resulten más fiables en un 20%

En declaraciones recientes el Dr. Kyrtatos informó:

«El principal objetivo del proyecto HÉRCULES consiste en desarrollar motores eficientes que utilicen menos combustible y produzcan por lo tanto menos emisiones».

«De esta forma, tendremos motores de barco que podrán superar la legislación existente y futura sobre las emisiones de combustibles de las embarcaciones marítimas».

Una de las numerosas innovaciones del proyecto hasta la fecha ha sido el desarrollo de dos potentes prototipos de «motores de parámetros extremos» capaces de funcionar bajo condiciones térmicas y mecánicas extremas.

«Creo que el desarrollo del motor de parámetro extremo es algo que nos supuso mucho esfuerzo y que exigió la sinergia de los diferentes socios del proyecto en diversas áreas de la ingeniería. Así que creo que por el momento es una de las innovaciones estrella de las múltiples que surgirán del proyecto».

El proyecto ha embarcado a más de cuarenta organizaciones de diez países, entre las que se encuentran dos de las mayores empresas del mundo constructoras de motores diesel, que suelen ser intensos competidores habituales dentro del mercado de barcos, como MAN Diesel y Wärtsilä.

La cuestión energética, es sin ninguna duda, una de las que más preocupa a nivel internacional y gran parte de las políticas actuales están orientadas al desarrollo y mejoras que ayuden a reducir el consumo de petróleo y a reducir las emanaciones de gases contaminantes a la atmósfera.

En el siguiente video podrán ver la explicación del Proyecto Hércules
http://www.youtube.com/watch?v=vPG7nbOUsHU

Ver también en los siguientes links:
Contaminación de la Atmósfera por las Máquinas de Barcos

Motores Marinos. Evolución de la eficiencia energética

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

jueves, 11 de diciembre de 2008

Motores Diesel. Distintos Contaminantes y sus efectos sobre el Aceite Lubricante y el Motor

La contaminación del aceite lubricante es el enemigo más importante para el buen funcionamiento de los Motores Diesel y la podríamos definir como cualquier cosa que se encuentre en el aceite y que no debería estar ahí.

Se introduce desde la atmósfera o es generado en el interior del motor.
Es causante de diferentes problemas y una preocupación para las personas encargadas de la conducción o mantenimiento de los mismos.

La siguiente es una Guía Rápida sobre los diferentes Contaminantes, los Efectos sobre el aceite y el motor y las Causas Probables donde se originan.

Contaminante: Partículas metálicas

Efectos:
Aumento de:
Oxidación del aceite por efecto catalítico
Formación de depósitos
Desgaste abrasivo
Incrustaciones en los cojinetes
Saturación del filtro de aceite

Causas probables: Desgaste del motor
Residuos de fundición

Contaminante: Hollín

Aumento de: Ennegrecimiento del aceite
Viscosidad del aceite
Formación de depósitos, floculación
Saturación del filtro de aceite

Causas probables: Mala combustión
Puntos calientes en la parte alta del motor, (pistones/cilindro)
Desgaste de los aros
Entrada de aire defectuosa

Contaminante: Productos de Oxidación. Solubles e Insolubles

Aumento de: Depósitos de barnices y lacas
Corrosión de los cojinetes
Viscosidad del aceite
Acidez del aceite
Disminución de: Estabilidad del aceite
Detergencia del aceite

Causas probables: Temperatura del aceite del cárter muy elevada
Puntos calientes en la parte alta del motor
Largo periodo de utilización del aceite
Baja relación carburante/aire
Encendido defectuoso
Mala ventilación del cárter
Elevada cantidad de gases en el cárter
Sobrecarga del motor

Contaminante: Perdida de detergencia

Aumento de: Depósitos
Desgaste del motor

Causas probables: Alto contenido de agua
Alto contenido de hollín
Aceite muy oxidado

Contaminante: Agua y glicol

Aumento de: Depósitos de barro
Emulsión
Herrumbre y corrosión
Depósitos de lacas
Disminución de: Estabilidad del aceite
Detergencia del aceite

Causas probables: Condensación por baja temperatura de funcionamiento
Importante cantidad de gases en el cárter
Fuga en el circuito de refrigeración

Contaminante: Combustible

Aumento de: Desgaste del motor
Depósitos de lacas y barnices
Disminución de: Estabilidad del aceite
Viscosidad

Causas probables: Caudal de gasoil elevado
Inyección defectuosa
Fugas en bombas y tuberías
Elevada cantidad de gases en el cárter

Contaminante: Polvo y suciedad

Aumento de: Desgaste abrasivo
Depósitos
Espuma
Saturación de filtros de aire y aceite

Causas probables: Filtros de aire o aceite inapropiados
Fugas en los sistemas de admisión
Combustible contaminado y mala filtración
Manipulación sin precaución del lubricante

Ver también en los siguientes links:
Contaminantes del aceite en los Motores Diesel I - Hollín

Contaminantes del aceite en los Motores Diesel II- Agua
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

martes, 9 de diciembre de 2008

Motores Diesel. El concepto de “Motor sin Humo”

Debido al cumplimiento de las reglamentaciones de la IMO sobre bajas emisiones de gases de escape o como una condición comercial por menores consumos de combustible, costos de mantenimiento y para el confort de los pasajeros en los cruceros y barcos de pasaje, el humo visible a la salida de la chimenea se ha convertido, en la última década, en un tema muy importante entre los constructores de grandes motores diesel.


Las actuales tecnologías, como la de inyección de combustible conocida como Common Rail, el precalentamiento del aire de carga con calor residual, tubocompresores de alto rendimiento a carga parcial, cámaras de combustión optimizadas para reducir los humos y la alta presión de inyección permite disponer de motores “sin humo” visible a cargas por encima del 25%, tanto en motores de velocidad media de 4 Tiempos, como en motores lentos de 2 Tiempos.


Para evitar el humo con cargas menores es necesario evitar que las gotas formadas al inyectar el combustible dentro de la cámara de combustión entren en contacto con las superficies metálicas.
Esto puede lograrse con gotas de combustible pequeñas, retardo de encendido breve, alto acceso de aire y mucho espacio entre la tobera de inyección y la cavidad del pistón.

En estos temas se ha trabajado intensamente y se ha comprobado que el tamaño de las gotas de combustible, es el que tiene mayor potencial para mejorar.

En los sistemas de inyección mecánica, la presión de inyección es función de la velocidad y de la carga del motor, lo que hace que, a baja carga disminuye la presión de inyección, aumentando el tamaño de las gotas de combustible, chocando éstas sobre las superficies metálicas dentro de la cámara de combustión.
El uso del sistema Common Rail permite mantener alta presión de inyección y por lo tanto, la formación de pequeñas gotas a régimen de velocidad muy lento.


Los sistemas de inyección con control electrónico permiten elegir los parámetros óptimos de funcionamiento del motor como el tiempo de inyección o la presión de inyección, independientemente de la velocidad del motor. Con esto logramos menor consumo de combustible, emisiones más bajas de NOx, posibilidad de arrancar el motor sin humo visible y menores costos de mantenimiento.


Desde que las emisiones de NOx en los motores diesel se convirtieron en objeto de atención, los valores han descendido de manera constante. Las últimas tecnologías para lograr esta reducción se basan en introducir agua presurizada en el proceso de combustión. El agua presurizada se agrega al aire después del turbocompresor, donde se evapora inmediatamente, debido a la alta temperatura del aire comprimido y entra en los cilindros como vapor, bajando las temperaturas de la combustión, disminuyendo la formación de NOx hasta el 50%.


Ver también en el siguiente link:
El sistema Common-rail en los motores de cuatro tiempos de Wärtsilä

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

domingo, 7 de diciembre de 2008

Motores Diesel “de 2 ó 4 tiempos”

Cuando las personas relacionadas con los Motores Diesel montados en la Sala de Máquinas de los barcos nos juntamos en “charlas de café” o foros por Internet, siempre surge la comparación entre: “Motores Diesel de 2 ó 4 Tiempos”.

Como casi siempre, cada uno da un punto de vista de su experiencia personal.

Opiniones como que: “el motor de dos tiempos es más eficiente, tiene mayor rendimiento, mejor mantenimiento y menor consumo de combustible”.

¿Menor consumo de combustible? ¿y los consumos de aceite? ¿cuál es el consumo de aceite de un motor de 2T? Además, se debe disponerse de aceites diferentes para lubricación del motor y para lubricación de los cilindros.

¿Y en relación al peso?. En el caso de los de 2 tiempos, ¿Cuánto pesa cada pieza de un motor de cientos de toneladas de peso, por ejemplo, una biela o un cojinete del cigüeñal?, y en los de 4 tiempos, debemos tener en cuenta la reductora, que ya no hace tan amplia la diferencia en peso.

¿Y sobre la potencia?. En la actualidad, el motor de 4 tiempos más potente de MAN B&W es el 18V48/60B 21600 kW (unos 29.000 BHP) mientras que el motor MAN B&W de 2 tiempos 14K108 ME-C, de aplicación a los modernos megaportacontenedores (15.000 TEU) es capaz de proporcionar 97.300 kW (132.000 BHP). ¿Montar un solo motor de 2 tiempos o dos de 4 tiempos?

Podríamos seguir con este tipo de comparaciones hasta cansarnos. En el siguiente link, podemos leer un estudio del Dr. Ingeniero Naval Luis López Palancar

http://www.repuestosbarcos.com/art_motoresdiesel03.htm

y un foro en el cual muchas personas dan su opinión que nos puede aclarar el tema.

http://www.ingenierosnavales.com/foros/verforo.asp?idforo=4

Independiente de los distintos argumentos a favor de uno u otro sistema, recordemos que los Motores Diesel de 2T o los de 4T, los eléctricos, las turbinas de vapor y las de gas son todas opciones posibles para la propulsión de barcos.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

viernes, 5 de diciembre de 2008

Propulsión Eléctrica en los Buques (IV)

El concepto CRP (Contra-Rotating Propulsion) Azipod de ABB

Como siempre comentamos, no solo el alto precio o la posible falta de petróleo en el futuro preocupa a los constructores o a los armadores de buques.
Las emisiones de gases de la combustión a la atmósfera provocando “lluvia ácida” o “efecto invernadero” es también una preocupación importante.
Tanto las emisiones de SOX, como las de CO2 son proporcionales, al consumo de combustible, por tanto, el aumento del rendimiento de las plantas propulsoras es el objetivo de toda la industria en conjunto.

El proyecto ENVIROPAX

En un proyecto de I+D, financiado en parte por el gobierno finlandés se unieron
ABB, Kvaerner Masa- Yards y Wärtsilä.

ABB es una compañía destacada en el sector de la propulsión diesel-eléctrica y con marcas registradas como AZIPOD, Kvaerner Masa-Yards en construcción naval y Wärtsilä en motores marinos.

En el proyecto ENVIROPAX se estudiaron dos conceptos de barcos Ropax de rápido desplazamiento con propulsión CRP Azipod.

Se ensayaron y analizaron aspectos hidrodinámicos de los sistemas de propulsión utilizando exactamente el mismo casco de barco para determinar con claridad los efectos de diferentes hélices y unidades POD.



El estudio completo del proyecto es muy interesante pero aquí trataré solamente de explicar el concepto y alguna aplicación.

Una de las muchas conclusiones que sacaron, fue que el reparto de la potencia entre las hélices tiene un importante efecto sobre la eficiencia global, ya que afecta mucho al coste del sistema de propulsión.
El reparto de la potencia es probablemente el aspecto más importante cuando se evalúa este tipo de sistema de propulsión para un barco.

Propulsión CRP Azipod en funcionamiento

El concepto de propulsión CRP Azipod se ha aplicado a dos transbordadores rápidos que operan en Japón y son los primeros barcos que cuentan con este tipo de propulsión.
Los transbordadores Hamanasu y Akashia de Shinni Honkai llevan en servicio desde junio de 2004.


Los barcos se construyeron en el astillero Heavy Industries que Mitsubishi tiene en Nagasaki. El concepto operacional se basa en una elevada velocidad de crucero (30,5 nudos).

Estos buques están diseñados para conseguir una navegación suave.
La unidad Azipod funciona también como timón y mejora la gobernabilidad estabilizando el flujo y aumentando la potencia. Facilita la maniobrabilidad en puerto, especialmente a bajas velocidades, y reduce el tiempo de atraque.

El diseño de la planta de propulsión incluye dos motores Wärtsilä 12V46 que impulsan una hélice principal de paso regulable a través de una caja de engranajes de doble entrada y salida única. Otro par de motores 12V46 mueve los alternadores que suministran energía eléctrica a la unidad Azipod.


La distribución de potencia es de 25,2 MW en la hélice principal y 17,6 MW en la unidad Azipod, lo que hace un total de 42,8 MW. Para conseguir la misma velocidad de navegación, un sistema de propulsión convencional de doble eje requeriría una potencia total instalada de aproximadamente 47 MW.

Tras varios meses de funcionamiento en su ruta, la compañía naviera sabe que, durante el mismo servicio de 24 horas, los dos barcos ahorrarán el 20% de combustible en comparación con los dos antiguos transbordadores accionados con motor diesel, de doble eje, que operaban temporalmente en la ruta.

Con respecto a la velocidad de régimen, en las pruebas de velocidad, con una potencia repartida entre la hélice de proa (55%) y la de popa (45%), el buque registró una velocidad máxima de 32,04 nudos, un logro notable comparándolo con la velocidad de régimen de los transbordadores de doble eje que era sólo 29,4 nudos.
En relación con la capacidad de transporte, los antiguos transbordadores, tienen una capacidad de 15% menor que la de los nuevos barcos.

El uso de la transmisión de energía eléctrica y tecnología CRP proporciona un ahorro considerable a las compañías navieras gracias a la reducción del consumo de combustible, a los menores costes de mantenimiento y la mayor flexibilidad durante el diseño del barco.

Otra importante ventaja es que se reduce la contaminación, un factor que ganará en relevancia a medida que la legislación medioambiental se vaya haciendo más estricta.

Ver también:

Propulsión Eléctrica en los Buques (I)

Propulsión Eléctrica en los Buques (II)

Propulsión Eléctrica en los Buques (III)

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas


miércoles, 3 de diciembre de 2008

Propulsión Eléctrica en los Buques (III)

La Energía Solar y su uso en la Propulsión de Embarcaciones.

Desde el año 1839, cuando Jacobi monta un motor eléctrico alimentado a baterías sobre una embarcación y logra desplazarla en una prueba en el río Neva a una velocidad de 2,25 nudos llevando 14 personas a bordo, han pasado muchos años.
En esa prueba, el electrolito de la batería, de 64 elementos, lo forma a base de ácido sulfúrico y ácido nítrico, siguiendo las recomendaciones publicadas por el físico británico William Grove.
Previamente, en el año 1838, había probado a alimentar el motor con baterías Daniell constituidas por 320 elementos formados por placas de cobre y zinc (la velocidad alcanzada con estas baterías era de 1,25 nudos), pero el resultado no fue satisfactorio debido a la enorme cantidad de vapores asfixiantes emitidos. Con la nueva batería de Grove consiguió reducir el tamaño de la misma a la quinta parte.

Estando el mes pasado en Suiza y recorriendo los diferentes lagos de los muchos que tienen, encontré varios proyectos de propulsión de barcos con motor eléctrico alimentado por la energía absorbida por paneles fotovoltaicos y almacenada en baterías reciclables. Hoy no son las mismas baterías del año 1839 y tienen la ventaja que se cargan por Energía Solar.

En el Lago Léman encontré el Aquarel, y podemos encontrar todos los datos y fotos en http://www.mwline.ch/fr/bat/aqua1050/1050Std.html

Aquarel-Lago Léman-Lausanne-Suiza

En la región conocida como de “los tres lagos”: el de Neuchatel, Murten y Biel, se encuentra en éste último el MobiCat.

Este catamarán fue desarrollado por la sociedad Mont-Soleil, a partir de un proyecto del ingeniero Rudolf Minder. Con 33 metros de eslora y capacidad para 150 pasajeros, costó unos 1.6 millones de dólares. Puede alcanzar una velocidad máxima de 11,5 nudos y una velocidad de crucero de 7,5 nudos, libre de emisiones a la atmósfera, y con una navegación silenciosa.

MobiCat

Un techo de paneles solares de 200 metros cuadrados proporciona autonomía a la nave por un periodo de 3 a 4 horas, incluso en tiempo nublado.

Considerado por uno de sus realizadores como ‘un barco inteligente’ y útil en periodo estival, su mayor reto será el de comprobar que se trata de un proyecto rentable.

El Sun 21

Sun21, un catamarán de 14 metros de eslora que utiliza como único combustible la energía del sol. Este barco es el primero de estas características en cruzar el océano Atlántico sin consumir una sola gota de petróleo.
Cuenta con una capacidad para 20 personas y navega gracias a un motor eléctrico alimentado sólo de la energía absorbida por paneles fotovoltaicos y almacenada en baterías reciclables. Esto le permite viajar tanto de día como de noche entre 5 y 6 nudos, una velocidad media similar a la de un velero. Su velocidad máxima es de 9 nudos.

Su bautismo tuvo lugar en Basilea (Suiza) y ha navegado por el Rin hasta Rótterdam desde donde fue trasladado por un buque de carga hasta España.

La verdadera salida de la expedición se efectúo en Sevilla, de donde partió Cristóbal Colón en su época, con rumbo a las Antillas; Llego a Martinica en las Antillas Francesas, cruzando el Océano Atlántico, 29 días después de su partida. Desde allí, el Sun21 puso rumbo a Miami y luego la costa estadounidense con destino final, la ciudad de Nueva York.

El viaje del Sun21 cubrió en total unas 7.000 millas náuticas, es decir, cerca de 12.000 kilómetros sin utilizar una sola gota de carburante, porque su desplazamiento fue accionado únicamente por la energía solar.

Sun21

Durante su travesía, en el cruce de Atlántico, el catamarán produjo unos 2.000kWh de energía solar.La mitad de la energía absorbida durante la jornada por las células solares es almacenada en baterías que permiten al barco seguir moviéndose durante la noche. Si el cielo permanece nublado mucho tiempo, se reduce la velocidad.

Ver también:

Propulsión Eléctrica en los Buques (I)

Propulsión Eléctrica en los Buques (II)

Propulsión Eléctrica en los Buques (IV)

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas


martes, 2 de diciembre de 2008

Propulsión Eléctrica en los Buques (II)

Desarrollo y ventajas de los POD´s

Después de más de 15 años de instalados por primera vez, la propulsión por POD´s, ya ha dejado de ser una nueva tecnología revolucionaria y está aquí para quedarse y ser utilizada como propulsión para diferentes tipos de buques mercantes.
Hoy, con su uso en buques de diferentes potencias de máquinas y de diferentes características, es fácil olvidarse que ABB y Kvaerner-Masa Yards inventaron esta tecnología para ser aplicada a un rompehielos.

Los POD´s lograron remplazar el tradicional sistema de propulsión máquina-eje-hélice-timón por una unidad de propulsión eléctrica, ubicada en una barquilla, capaz de girar azimutalmente 360º, suspendida en la popa del buque, que por lo tanto hace innecesario el timón y el servomotor.
Dado que puede proporcionar todo el empuje en cualquier dirección, la
maniobrabilidad es extraordinaria.


El primer POD´s fue fruto de la colaboración entre ABB Industry of Finnland y KVAERNER MASA YARD y montado, por transformación, en 1990, en el buque de servicio (Buoy tender) SEILI.

AZIPOD es el nombre comercial registrado por ABB pero en esta primera construcción no se llamo Azipod sino Cyclopod por estar alimentado a través de un convertidor directo de frecuencia (cicloconvertidor).

El POD incorporaba un motor síncrono con una potencia de 1.500 kW. Previamente el buque tenía una potencia de máquina de 1600 kW, estaba dotado de timón y hélice de paso variable y podía navegar con hielo de 45 cm. de espesor. Después de la modificación, a pesar de haberse reducido la potencia propulsora en 100 kW, debido al mayor rendimiento, podía navegar con hielos de 55 cm. y tenía capacidad para navegar hacia popa, rompiendo hielo, cosa que antes de la transformación, debido a la disposición del timón, no podía hacer.

Hoy ABB es el líder en este tipo de Propulsión, lo siguen Mermaid de Kamegua/Alstom, SSP de Siemens/Schottel y Delfin de Atlas/Lips/STN.

En principio, Azipod, Mermaid y Dolphin, son similares, pero el SSP utiliza dos hélices directamente unidas al eje del motor eléctrico, girando en la misma dirección, la de proa tirando y la de popa empujando. Con esto se logra repartir la potencia entre ambas, además, hacia la mitad de la góndola del POD se disponen unas aletas laterales que junto con la parte vertical de sustentación, desvía el flujo tangencial de las corrientes de agua procedentes de la hélice de proa y la dirige de forma axial hacia la de popa, permitiendo reutilizar y aprovechar la energía de los remolinos generados por la hélice de proa.


A medida que estos sistemas fueron desarrollándose y aplicándose a distintos tipos de buques se fueron comprobando las ventajas de su utilización y las pocas fallas que tuvieron al principio fueron superadas sin mayores inconvenientes.

Las principales ventajas de este sistema las podemos resumir en:

A) Excelentes características dinámicas y de maniobrabilidad, incluso en entornos árticos o de mar gruesa. Radio de giro mucho menor.

B) Eliminación de la necesidad de:
Largas líneas de eje
Timones
Reductoras
Hélices transversales de proa
Hélices de paso variable

C) Al basarse en el concepto de diesel o turbo eléctrica ofrece:
Diferentes soluciones para el proyecto de cámara de máquinas
Reducción de ruido y vibraciones
Aumento de la seguridad (sistema redundante)
Mínimo tiempo de reacción

D) La flexibilidad operativa da como resultado:
Menor consumo y menor contaminación ambiental al poder trabajar los motores diesel a velocidad constante en torno a la carga óptima con máxima eficiencia.
Reducidos costos de mantenimiento
Redundancia adecuada con menor potencia instalada

E) La unidad POD´s es en sí misma un diseño flexible
Puede construirse como tractora o impulsora
Posibilidad de trabajo a muy bajas revoluciones derivado del hecho de ser alimentado a través del convertidor de frecuencia. El par puede ser el máximo a cualquier velocidad.
Para aguas libres o zonas con hielo
Puede ser equipado con hélices oblicuas
Puede ser equipado con hélices con o sin tobera.

Un hito importante para la comparación entre la POD´s y los sistemas tradicionales fue 1998. Ese año, los POD´s se instalaron por primera vez en un barco de crucero de la clase Fantasy de la Compañía Carnival. La propulsión clásica fue remplazada directamente por una propulsión con POD´s. Una vez que el buque estuvo en servicio, los datos reunidos indicaron que este sistema permitió economías de combustible del 8% y un aumento de la velocidad de ½ nudo. Carnival informó de un ahorro de 40 toneladas de combustible por semana.

En próximos Post continuaré con este tema, que considero muy interesante.

Ver también:

Propulsión Eléctrica en los Buques (I)

Propulsión Eléctrica en los Buques (III)

Propulsión Eléctrica en los Buques (IV)

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas


sábado, 29 de noviembre de 2008

Medidas de ahorro de combustible y de costos para armadores de pequeñas embarcaciones pesqueras

Las actividades pesqueras en pequeña escala aportan casi la mitad de la producción mundial de pescado y, aunque en general requieren una mayor intensidad de mano de obra que las grandes actividades pesqueras industriales, se ven cada vez más afectadas por los costos de la energía.

Los costos de los combustibles tienen una influencia creciente no sólo en los precios al consumidor, sino también en los ingresos netos de los pescadores y los propietarios de embarcaciones.

En el siguiente link podrán leer un informe de la FAO sobre

Medidas de ahorro de combustible y de costos para armadores de pequeñas embarcaciones pesqueras

FAO Documento Técnico de Pesca. No. 383. Roma, FAO. 2005. 50p.

por J.D.K. Wilson
Consultor
Servicio de Utilización y Mercadeo del Pescado
Dirección de Industrias Pesqueras
Departamento de Pesca de la FAO

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

viernes, 28 de noviembre de 2008

Propulsión Eléctrica en los Buques (I)

Podemos decir que desde el año 1839, cuando Moritz Herman von Jacobi, diseña y construye un motor eléctrico de alrededor de 1 HP (quizás verdaderamente el primer motor eléctrico práctico) y decide montarlo sobre una embarcación existen las plantas de propulsión eléctricas en buques.

Jacobi, que había nacido en Potsdam, Prusia (hoy Alemania), y que en su juventud emigró a Rusia y cambió su nombre de Moritz Herman por el de Boris Semenovic, construye un motor eléctrico, a partir de la máquina diseñada por Willian Ritchie en 1833. El motor, que era alimentado por corriente continua procedente de baterías, lo montó accionando dos ruedas de paletas, sobre una embarcación de 38 pies de eslora. La prueba se realiza en el río Neva y llevando a 14 personas a bordo consigue una velocidad de 2,25 nudos y supone un doble hito:

Primer motor eléctrico útil (motor de corriente continua).

Primer buque con propulsión eléctrica.

25 años después, en EE.UU, se aplica la propulsión mixta en el submarino “Alistitt” utilizando máquinas alternativas de vapor para la navegación en superficie y motores eléctricos alimentados por baterías en la navegación en inmersión.

Continuando con la historia, en el año 1880 Gustave Trouvé patenta un pequeño motor eléctrico y propone instalar dos de tales motores para propulsar una embarcación, cada uno accionando una rueda de paletas en cada costado.
Siguiendo con la idea de la propulsión en buques, construye un bloque conteniendo timón, hélice y motor que pueda ser montado y desmontado fácilmente en popa de la embarcación. Lo más parecido a los fuera de borda actuales.

En el año 1904 se produce un hito importante para la propulsión eléctrica. A partir de ese año, la Nobel de Sant Petesburgo optó por montar tres motores Diesel de 120 CV directamente acoplados a las dínamos que alimentaban tanto a los motores eléctricos como a la instalación de alumbrado en los buques petroleros “Vandal” y “Samaral” de 1100Tm, destinados a operar en el Mar Caspio y el Rio Volga. Cualidades muy importantes para el diseño de estos buques eran la variación de velocidad y la inversión de marcha.
La regulación se realizaba según el principio Ward Leonard, con tensión variable hasta 500 volts, pudiendo variar la velocidad de giro de la hélice entre 30 y 300 RPM.

Este sistema no tuvo gran desarrollo por ser caro, sumando instalaciones eléctricas más los motores diesel, y salvo las ventajas de comandar las máquinas desde el puente no aumentaba las prestaciones de las máquinas alternativas de vapor que hicieron su aparición en el siglo XIX accionando primero ruedas de paletas y luego acopladas a las hélices (como comenté en un post anterior, los vi navegando en el lago Léman; buques del 1904 con este sistema de propulsión).

Aunque los sistemas de propulsión eléctrica siguieron desarrollándose, la necesidad de grandes velocidades y potencias en los buques fue cubierta por la turbina de vapor a través de una reductora/eje de la hélice o los grandes motores diesel directamente acoplados a la hélice o también a través de la reductora, innovación en los primeros años del siglo XX.

Las dos vertientes de plantas eléctricas, la que utiliza las turbinas a vapor o las que utilizan un motor diesel acoplado a un generador para generar la corriente han utilizado motores eléctricos de CA o de CC acoplados a las hélices. La de CA es básicamente un accionamiento reversible de relación de velocidad constante; le de CC es un accionamiento reversible de relación de velocidad variable.

Tuvo que llegar el final del siglo XX, para la siguiente gran innovación: el propulsor AZIPOD, (Nombre registrado como patente por ABB y significa Azimuthing Podded Drive) y en esencia consiste en una unidad de propulsión eléctrica, ubicada en una barquilla, capaz de girar azimutalmente 360º.

Las ventajas de aplicar este sistema: a) eliminar los ejes de transmisión, ya que el motor eléctrico va montado justo tras la hélice, b) eliminación de los timones pues el gobierno se mantiene gracias al giro de todo el conjunto, c) eliminación de los sistemas de maniobras, como hélices de popa y proa transversales, ya que la maniobrabilidad del conjunto es muy buena.

Con accionamiento eléctrico, se puede conseguir la plena potencia para la inversión de marcha mediante la inversión eléctrica del motor. La manipulación de controles de accionamiento eléctrico es muy sencilla y por su naturaleza puede adaptarse al control a distancia desde el puente cuando se desee.

Reacomodación de los espacios para la cámara de máquinas y espacios para la carga, reducción del ruido y de las vibraciones (dado que no existen engranajes reductores, líneas de ejes, ni hélices transversales).

La flexibilidad operativa da como resultado, menor consumo de combustible (los resultados fueron muy exitosos con ganancias de más de un 8% en capacidad de propulsión con el mismo consumo comparados frente a otros sistemas de propulsión eléctrica), reducción de costos de mantenimiento, control de las emisiones de gases de escape al medio ambiente, redundancia adecuada con menor potencia instalada.

Los principales sistemas azipoidales, según sus fabricantes son:

Azipod (ABB-MASA)
MERMAID (ALSTOM-KAMEWA)
DOLPHIN (JOHN CRANE LIPS-STN ATLAS)
SSP (SIEMES-SCHOTTEL)

En una segunda parte comentaré sobre los sistemas azipoidales
Ver también:
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

martes, 25 de noviembre de 2008

Motores Diesel. Interpretación de los análisis de aceite

Creo que cuando utilizamos las palabras "análisis de aceite", no tenemos en consideración que la mayor parte de los datos del análisis del aceite no es acerca del aceite.

Si la medida del 'estado del aceite' (es decir, el estado químico o físico del aceite) es todo lo que se espera del proceso, puede ser correcto. Sin embargo, comprender la condición de la máquina y las condiciones del contaminante del Cárter son también muy importantes.
Un análisis apropiado de las características del aceite permite establecer un perfil de las condiciones de funcionamiento del motor.

En la actualidad, el concepto de análisis completo del aceite, se señala como la herramienta de mantenimiento preventivo más segura, menos cara y más accesible.
Este medio permite ahorrar dinero mediante la posibilidad de detectar una falla antes de que se vuelva crítica.

En este link se puede ver una nota del departamento de asistencia técnica/lubricantes marinos de la compañía Cepsa S.A. que nos muestra cómo interpretar los análisis de aceite con relación a la Viscosidad, Contenido de Agua, Punto de inflamación, Dilución, BN (número base), Insolubles totales y Metales de Desgaste/Partículas Metálicas.
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

domingo, 23 de noviembre de 2008

Propulsión a Vapor- Ruedas de Paletas con Máquinas Alternativas

La semana pasada, estando en Suiza, en el Lago Léman (el más grande de Europa), en vez de tratar de encontrar a Heidi y a su abuelo, por deformación profesional, fui a pasear por el puerto y a mirar los barcos. Allí encontré al Savoie y al Montreux, dos de los barcos de la Compagnie Générale de Navigation sur le Lac Léman y ¡oh sorpresa!, la propulsión es por Ruedas de Paletas (la última vez que los había visto funcionar fue en el Missisipi) y Máquina Alternativa a vapor.

S/S Savoie Lago Léman, Ginebra, SUIZA

Un poco de historia

¿Cuándo se empezaron a utilizar las Hélices frente a las Ruedas de Paleta?

La invención de la hélice puede ser atribuida tanto al inglés Smith, que la patentó en 1835, como al sueco Ericson o a los franceses Sauvage y Normand.
Al comienzo, la controversia entre la propulsión por Ruedas de Paletas y la Propulsión por Hélice era importante y cada una tenía seguidores y detractores sobre cuál tenía mayor rendimiento.

Para salir de dudas y en una forma práctica, enfrentaron a dos buques, el Rattler con hélice y el Alecto con ruedas de paletas. Los barcos eran idénticos y estaban equipados con la misma máquina alternativa. El Rattler con hélice ganaba sistemáticamente en todas las pruebas frente al Alecto.

Para asegurarse y evitar controversias unieron mediante un cabo ambos barcos por sus popas y con motores a tope se comprobó como el Rattler avanzaba a 3 nudos de velocidad arrastrando al Alecto, que a pesar de que éste llevaba las calderas a tope de presión.

Regresando a los barcos que comentaba al principio:

El Montreux
Año de construcción: 1904
Eslora: 66,30 mts.
Manga: 14,30 mts.
Después de muchas transformaciones, hoy la máquina está compuesta por una caldera y una Máquina Alternativa de vapor de dos cilindros de simple expansión (distribution JOY) construida por Sulzer de 650 Kw a 51 RPM por minuto.
Dentro del siguiente link, si haces clic en S/S MONTREUX puedes ver un video del barco y la máquina funcionando.

El Savoie
Año de construcción: 1914
Eslora: 66 mts.
Manga: 14.30 mts.
Después de diferentes transformaciones, hoy la máquina está compuesta por dos calderas y una máquina alternativa Compound de 2 cilindros (vapor recalentado), construida por Sulzer de 900CV.

Dentro del siguiente link, si haces clic en S/S SAVOIE puedes ver un video del barco en maniobras de puerto.
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

jueves, 13 de noviembre de 2008

Las ventajas de una Correcta Alineación en el tiempo de Vida de las Máquinas

La desalineación es sin duda una de las causas principales de problemas en maquinarias.

Estudios han demostrado que hasta un 50% o más del total de los daños prematuros en máquinas se debe a un alineamiento incorrecto y que un 90% de las máquinas funcionan fuera de las tolerancias de alineación permitida.
Una máquina desalineada nos puede costar entre un 20% a un 30% más en paros no programados, partes de repuestos, inventarios y consumo de energía.
Diversos componentes críticos de la maquinaria están sometidos a fuerzas dañinas cuando se presenta alguna desalineación.

¿Qué es lo que en realidad sucede cuando el alineamiento no es suficientemente preciso?
La desalineación conlleva una excesiva carga en las máquinas. Las consecuencias se pueden manifestar como vibración.

Así, es lógico que la alineación de precisión aumente el tiempo productivo general de la máquina y el Tiempo Medio Entre Fallas (MTBF por sus siglas en inglés) de los componentes de la maquinaria.

En un artículo escrito por Por Michael Snider y Gary L. Phillips que puedes leer en este link, encontrarás las ventajas de una correcta alineación de las máquinas rotativas. El enfoque principal de este artículo es mostrar cómo la desalineación afecta los componentes tanto del impulsor de la máquina y los equipos impulsores una vez armados y bajo operación.

Michael Snider es el fundador y director general de Universal Technologies companies, incluyendo operaciones en los EEUU, Europa, y Latino América. Michael tiene más de 23 años de experiencia en los campos de confiabilidad de maquinaria, capacitación técnica, diseño y desarrollo de programas de calificación y capacitación. Recibió su título en Filosofía e inglés en 1981 y 1982, respectivamente, del S. Andrews Presbyterian College y terminó sus estudios y se graduó de Física y Matemáticas en la Universidad de Carolina del Norte en 1987. Michael es el padre orgulloso de cinco niños y un nieto. Sus pasatiempos incluyen viajar, leer, esquiar en nieve, y la escritura.

Gary Phillips es Instructor Senior en Universal Technologies con 28 años de experiencia en el análisis de vibración y las técnicas de capacitación relacionadas con la confiabilidad de la maquinaria. Su pericia se extiende a la localización de fallas y la resolución de problemas, el análisis de la Causa Raíz, balanceo de campo y en-sitio, la evaluación de programas de confiabilidad, la implementación y la administración, control de calidad y aseguramiento de la calidad, la alineación avanzada de maquinaria de precisión que utiliza láser y los métodos de indicador de dial. Gary recibió su título en Ingeniería Mecánica en 1969 de la Universidad de Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan. Él vive en Duncan, Columbia Británica, Canadá.

Agradezco a Michael Snider y a Gary Phillips que con su artículo nos permitan aprender más sobre la importancia de la correcta alineación de las máquinas con las que trabajamos diariamente.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

lunes, 10 de noviembre de 2008

En Hamburgo zarpa el primer barco impulsado por hidrógeno

El buque de pasajeros FCS Alsterwasser es el primero del mundo impulsado por un motor híbrido que utiliza una pila de combustible a base de hidrógeno. Desde hace poco navega en las aguas del puerto de Hamburgo.


FCS Alsterwasser, una primicia mundial.

Muchos consideran el hidrógeno como el combustible del futuro. Su combustión es limpia y puede ser producido a base de energías renovables. Desde hace poco navega el primer buque impulsado por hidrógeno en las aguas de Hamburgo. El FCS Alsterwasser es una embarcación de pasajeros cuyo innovador motor híbrido es potenciado por una pila de combustible que se encuentra en el corazón del barco.

Es capaz de transportar hasta 100 pasajeros sin que produzca emisiones de efecto invernadero. El hidrógeno es el más simple de los elementos químicos y el más abundante del universo. En la Tierra existe combinado con otros elementos, como en el agua, o en otros combustibles como el gas natural, la gasolina, el propano y el etanol, entre otros. Desde hace mucho que el hidrógeno se prueba en motores de automóviles y autobuses, pero se trata de la primera vez que se utiliza para la propulsión de un buque de pasajeros.

Más silencioso que un buque tradicional
Durante tres meses se ha probado la capacidad de operación del buque que será ahora presentado en la Feria H2. De 25 metros de eslora, parece un buque como cualquier otro, pero cuando emprende la marcha es cuando el pasajero se percata de que no hace ruido y se desliza en el agua sin producir ninguna vibración. En vez de utilizar diesel como es habitual, utiliza hidrógeno, por lo que no emite dióxido de carbono, sino simple vapor.

“Con ayuda del aire y una pila de combustible el hidrógeno se transforma en electricidad, con la que impulsamos al buque de manera silenciosa y sin contaminar el aire”, explica Anno Mertens, de la empresa Proton Motor, fabricante del buque. El hidrógeno se encuentra almacenado en 12 tanques a una fuerte presión.

La electricidad que producen las celdas de combustible es almacenada por una batería que actúa como depósito temporal. Dicha batería proporciona corriente eléctrica a un motor eléctrico que impulsa al buque con una potencia de 100 kilovatios, lo que es equivalente a la potencia de un automóvil de tamaño medio y es más efectivo que un motor diesel tradicional.
"La operación diaria y la experiencia que hemos tenido con el barco ha sido muy positiva, opinión que comparten todos que lo han pilotado”, dice Gabriele Müller-Remer, gerente de Alstertouristik GmbH, empresa que administra el buque.

fuente: http://www.dw-world.com/

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas


viernes, 7 de noviembre de 2008

Motores Diesel para Buques con Máxima Eficiencia Energética

Motores Diesel equipados con turbocompresores TPL85-B de ABB más un sistema WHR, en el cual la turbina de potencia PTL3200 de ABB se combina con una turbina de vapor.

El aumento del precio del petróleo y la creciente demanda de sostenibilidad medioambiental han renovado el interés por los sistemas eficientes desde el punto de vista energético en el sector naval.

El motor Wartsila-Sulzer RTA96-C turbocharged two-stroke en su versión de 14 cilindros en línea, es el motor diesel de más potencia y mayor rendimiento energético en funcionamiento actualmente.

Se instaló en el buque porta contenedores Emma Maersk, propiedad del A.P. Maersk Group, y que ostenta el título de ser el buque más grande de carga en actividad.

Algunos datos del motor:
Peso total es de 2.300 toneladas (el cigüeñal 300 toneladas)
Largo total aprox. 30 mts
Alto aprox. 15 mts
Potencia por cilindro 7780 HP
Máxima Potencia 108.920 HP a 102 RPM
Desplazamiento por cilindro 1820 litros
Desplazamiento total 25.480 litros
Máximo torque 8.400.000 kgm. de par a 102 RPM
El consumo de combustible aprox. es de 6.283 litros por hora
Convierte más del 50% de la energía producida por el consumo de combustible en movimiento.

En este enlace se puede apreciar en fotos toda la magnitud de este motor http://people.bath.ac.uk/ccsshb/12cyl/

El Emma Maersk además de ser el buque portacontenedores más grande y de tener instalado el motor de más potencia, tiene instalado un sistema que aprovecha el calor residual de los gases de escape.

Una gran proporción de la energía del combustible –alrededor del 25 %– se pierde por disipación con los gases de escape. Las turbinas de alta eficiencia para motores marinos de dos tiempos permiten aprovechar para otros usos parte de los gases de escape de los motores; son los llamados sistemas de recuperación de calor residual (WHR).

Hay dos tipos de sistemas WHR con turbinas de potencia para mejorar el ahorro de combustible del motor principal de un barco. La turbina de potencia se puede utilizar en una configuración independiente, en la que su energía rotacional se utiliza directamente para producir electricidad mediante un engranaje reductor y un generador.


En el otro sistema, la turbina de potencia también se integra en un ciclo de vapor.
Este último es el instalado en el Emma Maersk. El motor del buque equipado con cuatro turbocompresores TPL85-B de ABB se combina con un sistema WHR, en el cual la turbina de potencia PTL3200 de ABB se combina con una turbina de vapor.


Esta disposición, aprovecha plenamente el potencial energético del calor residual, produciendo vapor sobrecalentado en la caldera de gases de escape a la salida de los turbocompresores que sirve para alimentar una turbina de vapor que mueve el generador.

De esta manera se consigue una potencia añadida máxima de 8.500 kW, lo que supone un ahorro de más del 10 % en consumo de combustible y emisiones de la máquina al régimen continúo máximo (MCR).

Leer también: Emma Maersk, el barco de los récords

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

jueves, 6 de noviembre de 2008

Motores Diesel. Turbocompresores. Un poco de Historia

Un turbocompresor montado en un motor aprovecha la energía de los gases de escape y la usa en la acción de comprimir el aire fresco del conducto de admisión de los cilindros. Como sabemos, la potencia de un motor de combustión interna está determinada por la cantidad de aire y de combustible que se puede comprimir en sus cilindros y por la velocidad del motor.
Los turbocompresores suministran al motor aire a una presión elevada, forzando la entrada en los cilindros de una cantidad mayor de aire, que queda disponible para la combustión.

Se compone de una turbina, accionada por los gases de escape y un compresor que comprime los gases del conducto de admisión, unidos ambos por un eje que los hace girar solidarios. Cuando gira, el rotor aspira el aire ambiente a través de un filtro-silenciador, lo comprime y, a través de un posenfriador, lo envía a la entrada de aire del motor, desde donde pasa a los cilindros.

En la actualidad, las grandes ventajas que supone la utilización del turbocompresor en los motores diesel de uso marino no se discute ya que aumenta sustancialmente el aprovechamiento del combustible. El aumento del precio del petróleo y la creciente demanda de sostenibilidad medioambiental hace que los grandes buques para el comercio marítimo se muevan sobre todo con motores diésel turboalimentados.

Un poco de historia
En el año 1905, el ingeniero suizo Alfred Buechi presentó una patente que describía un “motor de excitación mixta, altamente sobrealimentado“, que incluía un motor diesel, un compresor axial y una turbina axial montada sobre un árbol común.

En 1920 se utilizaban pequeños turbo sobrealimentadores de gases de escape para aviones en Francia y Estados Unidos. Los turbo sobrealimentadores de gran potencia aún no se consideraban económicamente viables.
Las cosas cambiaron en 1923 cuando en Alemania se publicó un informe sobre ensayos de sobrealimentación a baja presión realizados con éxito en un motor diesel de cuatro tiempos.

Brown Boveri decidió entonces aplicar sus amplios conocimientos técnicos a la construcción de turbinas y compresores para el desarrollo de turbo sobrealimentadores.

Ese mismo año, Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) tenía en pruebas un motor experimental de dos tiempos que deseaba llevar a un nivel de potencia superior consumiendo menos combustible. Brown Boveri recomendó utilizar un turbo sobrealimentador de gases de escape para alimentar los soplantes de barrido; poco después, SLM encargó una máquina de ese tipo.

El sector marítimo también estaba muy interesado. El astillero alemán Vulkan construía dos grandes buques de pasajeros, cada uno de los cuales debía ser movido por 2 motores MAN sobrealimentados, de 4 tiempos y 10 cilindros. Buechi supervisó el diseño y la construcción de los turbo sobrealimentadores.
Botados en 1926, estos dos barcos fueron los primeros de la historia marítima en tener motores turbo sobrealimentados.

En junio de 1924 salía de la fábrica de Brown Boveri en Baden el VT402, el primer turbo sobrealimentador de gases de escape de gran potencia construido en el mundo. En 1927 se entregó a SLM un turbo sobrealimentador mejor y de mayores dimensiones, el denominado VT592, para un segundo motor experimental.

El uso de sobrealimentadores siguió evolucionando, en 1940, Brown Boveri desarrolló una nueva gama de turbo sobrealimentadores llamados VTR, que incluían un compresor de flujo radial abierto (de aquí la R) y un rotor ligero, cojinetes de rodillos externos de montaje flexible y un sistema autolubricante.
Con una eficiencia del compresor del 75 % para una relación de presión de 2, el VTR..0 marcó el comienzo de una nueva era.

En octubre de 1952 fue botado el petrolero Dorthe Maersk, de 18.000 toneladas y marcó el primer hito de la turbo sobrealimentación marítima de dos tiempos.
Fue el primer barco movido por un motor diesel de dos tiempos turbo sobrealimentado. El motor era un B&W, de 6 cilindros y tenía dos turbo sobrealimentadores VTR630 de montaje lateral que elevaron la potencia del motor de 5.530 a 8.000 CV.

Hoy, después de transcurridos poco más 100 años desde la patente de Buechi de 1905 el turbo sobrealimentador de gases de escape ha sido indispensable para la industria de motores diesel y de gas.
La inversión en investigación y desarrollo a lo largo de estos años ha traído avances excepcionales en tecnología y diseño. Así lo documenta el progreso, demandado y conseguido, en el rendimiento del turbo sobrealimentador.

Con un mercado que sigue exigiendo mayores presiones de sobrealimentación y más eficiencias, en buena parte por su contribución a reducir las emisiones de los motores, el futuro pertenece a los turbo sobrealimentadores que combinan estas cualidades con un rendimiento máximo y con largos períodos de tiempo entre revisiones.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

miércoles, 5 de noviembre de 2008

Contaminantes del aceite en los Motores Diesel II- Agua

La contaminación del aceite lubricante por agua en las máquinas o motores es uno de los problemas frecuentes y más destructivos. Ataca a los aditivos, induce la oxidación del aceite base e interfiere con la producción de la película de aceite. Toda agua que entra al motor es sumamente dañina para el aceite y el equipo.
El agua que entra al aceite empieza a degradarlo. Primero ataca los aditivos, pudiendo causar precipitación de los mismos, también atacando al aceite básico, causando oxidación y aumentando la formación y acumulación de lodos y barniz.

El agua entra por la condensación de la humedad del aire que ingresa al tanque de aceite o cárter, la lluvia, los lavados de equipos y motores, retenes, empaquetaduras o sellos deteriorados, fisuras de enfriadores, camisas, como producto de la combustión, y varios otros orígenes. A veces este agua es sucia o limpia, pero aun limpia causa daños en sí, contiene sales y otros minerales que causan corrosión.

El agua puede existir en el aceite en tres estados o fases:
Disuelta, Emulsificada o Libre


El primer estado, conocido como agua disuelta, se caracteriza por moléculas individuales de agua dispersas en el aceite, como la humedad en el aire. Las moléculas son tan pequeñas que no se las puede ver.
Un aceite puede soportar entre 200 a 600 ppm de agua (0,02 a 0,06%) en el estado disuelto, dependiendo de la temperatura y longevidad del aceite, sin indicación visible de su presencia. Los aceites con mucho uso son capaces de soportar entre tres y cuatro veces más agua en el estado disuelto que el aceite nuevo.

Una vez que la cantidad de agua ha excedido la concentración máxima para permanecer disuelta, el aceite se satura. En este punto, el agua está suspendida en el aceite en gotas microscópicas conocidas como una emulsión.
Este nivel de contaminación es visible y se ve el aceite como “lechoso”.

Cuando la cantidad de agua sobrepasa de lo que puede mantenerse en forma emulsificada, empieza a acumular una parte de la misma libremente en el fondo del cárter o de los tanques de reserva.

De estos tres estados, los más dañinos para el sistema de lubricación son cuando el agua esta emulsificada o libre. La diferencia en consistencia y compresibilidad entre el aceite y el agua pueden causar una rotura de la película hidrodinámica, permitiendo el contacto entre piezas.
Aunque se consideran normales bajos niveles de contaminación con agua en aceites de motores, si son altos, es necesario su atención y raras veces se corrige haciendo un cambio de aceite.
Otro de los problemas que tenemos es la formación de herrumbre, que se da sobre las superficies de hierro, y que provoca que luego, con el tiempo, ese hierro se desprenda como partículas abrasivas. 1% de agua en el aceite puede acortar la vida útil de cojinetes en un 90%.

Si tenemos agua en un sistema con alta concentración de ácido (sulfúrico, clorhídrico, acético, fosfórico, etc.) aumentará la concentración de iones [H+] provocando ataques corrosivos.
De la misma manera, si tenemos alta concentración de álcalis (soda cáustica, hidróxido de calcio, amoníaco, etc.), aumentará la concentración de [OH-], también generando corrosión por ataque alcalino.

Si aplicamos la idea de un mantenimiento proactivo de los equipos o motores tendremos que implementar procedimientos para la detección temprana de la contaminación por agua en el aceite, y al detectarla, tenemos que buscar la entrada y corregirla.
El paso siguiente será determinar si las propiedades físicas y químicas del aceite no están dañadas, en ese caso el agua podría removerse dejándolo en condiciones de servicio. Tendremos que tener en cuenta que se puede eliminar el agua que ya está en el aceite, pero sin un análisis detallado, una provisión de aditivos y sistemas de mezcla, es imposible restaurar el aceite a un nivel óptimo.

De no conseguir esto, se deberá cambiar el aceite para eliminar los contaminantes que entraron y restaurar la protección que provee el aceite.

Prestar atención a los daños que puede producir la contaminación por agua y controlar las maneras de evitar su entrada al equipo nos ayudará a bajar los costos de mantenimiento y aumentar la confiabilidad de los motores o las máquinas que tengamos a nuestro cargo.
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

lunes, 3 de noviembre de 2008

Nuevas formas de Propulsión. Plantas Diesel Eléctricas en Buques

Elegir el sistema de propulsión ‘adecuado’ para un barco no es un asunto sencillo.

Los armadores de barcos desean un sistema que consuma el mínimo posible de combustible y cumpla con las normas internacionales de contaminación ambiental, pero además que el mantenimiento sea fácil, rápido, económico, con una gran maniobrabilidad y que los componentes del sistema no sean voluminosos.

Los motores diesel son la fuente principal de energía en la mayor parte de los barcos que navegan por el mundo, pero los costos de la energía no renovable y las restricciones a las emisiones de gases contaminantes de los motores por parte de las organizaciones internacionales, preocupadas por la contaminación ambiental, hace que se piense en otras formas de propulsión para los barcos.

Desde hace varios años, la eficiencia en el consumo de combustibles fósiles viene mejorando sustancialmente el provecho que se obtiene de cada gota de combustible; no obstante ello se están probando otras técnicas de propulsión y cada vez más alternativas surgen de los tableros de diseño.

La mayoría de las plantas propulsoras de los buques en servicio activo están equipadas con motores Diesel y línea de eje convencional. Esa forma demostró ser la más eficiente desde el punto de vista del costo-beneficio, pero desde el punto de vista ecológico, sin embargo, estos motores no son muy respetuosos con el medio ambiente.

Si tenemos en cuenta lo publicado por:
A. A. Wright, MEP Series, Volume 3, Part 20: ‘Exhaust Emissions from Combustion Machinery’,Published by The Institute of Marine Engineers,2000.
La contribución de los barcos a la contaminación atmosférica es:

5% del consumo total de petróleo en el mundo, unos 140 millones t

5% de la producción mundial de CO2 debida al petróleo, 450 millones de t/a de CO2.

2–3% del consumo mundial de combustibles fósiles.

13% de la producción global de NOx debida al consumo de combustible.

2–3% de las emisiones globales de SOx.

Una buena noticia es que los grandes motores diesel no tienen el mismo nivel de contaminación en todo su rango de trabajo.
En el régimen óptimo de operación, el rendimiento del combustible es considerablemente mayor y la contaminación es menor que operando a baja velocidad.

Por consiguiente, la solución es conseguir que los motores operen en su régimen óptimo en cualquier situación. Este objetivo no es posible con la transmisión mecánica tradicional, ya que la velocidad del motor está rígidamente acoplada a la velocidad de la hélice. Pero la situación cambia si se utiliza transmisión eléctrica (generadores y motores conectados mediante cables).

Tradicionalmente, la propulsión de los buques y la generación de energía eléctrica las proporcionan dos instalaciones distintas e independientes.

La propulsión diesel eléctrica se utiliza desde hace décadas en las aplicaciones marítimas. En el principio de la planta diesel eléctrica no existe ninguna conexión mecánica directa entre el motor diesel y la hélice, lo que da más flexibilidad para la disposición y la situación de la maquinaria, que se puede reorganizar y conseguir más espacio para los camarotes o el cargamento. Esto aumenta la flexibilidad y productividad del barco haciendo que la compañía naviera gane competitividad.

La capacidad de un motor eléctrico para proporcionar un par elevado a baja velocidad es un argumento convincente en favor de la propulsión eléctrica. Este concepto de ‘planta eléctrica’ permite a los motores diesel funcionar en carga óptima, independientemente de la velocidad de la hélice. Los niveles de consumo conseguidos son bajos y el mantenimiento también queda muy facilitado ya que la vida de los motores eléctricos es muy elevada, y los generadores diesel pueden ser fácilmente controlados al estar situados en lugares más accesibles y por tanto se abaratan los costes de uso.

En estas instalaciones se adopta el principio de “estación de potencia” gracias a la cual la energía eléctrica generada para alimentar a los motores de propulsión también es utilizada para dar electricidad a las instalaciones del barco. Con ello evitamos el tener que instalar generadores dedicados exclusivamente a esas operaciones como ocurre en la mayoría de los buques dotados de propulsiones tradicionales, lo que nos permite reducir la potencia total instalada y al mismo tiempo aumentar la fiabilidad. Por otro lado, los cables son más flexibles que los ejes y permiten emplazar los motores con más libertad.

El número de motores diesel necesarios también es menor, ya que las unidades individuales pueden ser más grandes, que al no tener cajas de engranajes reductoras, ni ejes de gran longitud, nos permite reducir el inventario de repuestos y los costes de mantenimiento.

En un próximo post hablaré de los PODs, que son unidades sumergidas conteniendo el motor eléctrico, cuyo eje está unido directamente a la hélice, y que puede girar libremente 360º según un eje vertical, por tanto hace innecesario el timón. Dado que puede proporcionar todo el empuje en cualquier dirección la maniobrabilidad es extraordinaria.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

sábado, 1 de noviembre de 2008

Contaminantes del aceite en los Motores Diesel I - Hollín

Es importante monitorear y analizar algunos contaminantes que se producen con el funcionamiento de los motores diesel porque son las causas raíz de la degradación prematura del aceite, de la emisión de gases contaminantes a la atmósfera y también de las posibles fallas del motor.
Hoy comentaré la formación de hollín que es un sub-producto natural de la combustión y existe en todos los aceites de motor diesel en operación.

Después de la contaminación por tierra, no hay nada peor para el motor que la producción de partículas sólidas en la combustión.
También tendremos en cuenta que los problemas son más marcados cuando existen combinaciones de contaminantes, tales como alta concentración de hollín con glicol, o alta concentración de hollín con dilución por combustible.

Aunque la presencia de hollín es normal y esperada en la operación de un aceite de motor, la concentración y el estado del hollín pueden ser anormales, señalando un problema con el motor y la necesidad de un cambio de aceite, siempre teniendo en cuenta que los problemas de formación de hollín por una mala combustión no se resuelven con un cambio de aceite, es necesario resolver el problema de la mala combustión.

La formación de hollín puede ser causada por:

1. Inyectores gastados o mal regulados. Mala pulverización del combustible.
2. Excesivo funcionamiento del motor a bajas RPM.
3. Sobrecarga del motor.
4. Incorrecta proporción de aire/combustible.
5. Exceso de caudal en la bomba de inyección.
6. Operación del motor a baja temperatura.
7. Baja compresión dentro del cilindro -Aros gastados.
8. Filtro de aire tapado.

Los efectos del hollín en el motor

Si la combustión fuera 100% eficiente dentro del cilindro, nada de residuo pasaría al aceite y las emisiones a la atmósfera serían bajas. Sin embargo, debido a numerosas razones la eficiencia del 100% nunca es obtenida. El problema es que el hollín es abrasivo.
Una vez que el hollín ha contaminado el aceite, poco se puede hacer para removerlo y su efecto sobre los adictivos provoca que el poder de dispersancia se deteriore rápidamente y que las moléculas del aditivo anti-desgaste sean absorbidas por las superficies del hollín dejándolas imposibilitadas para proteger los componentes del motor.

Cuando el nivel de hollín consume el dispersante del aceite, las partículas se aglomeran y forman lodo reduciendo el flujo del aceite, tapando el filtro y causando la abertura de la válvula de alivio de presión, liberando toda la suciedad retenida. El lodo también se acumula en toda la superficie del motor, reduciendo la transferencia de calor al aceite y al aire.

El hollín es hasta 98% carbón, empezando con partículas de 0.03 micrones. El dispersante del aceite trata de mantenerlas separadas para que no dañen las piezas. El hollín es como una lija fina para el árbol de levas donde existe alta presión para abrir las válvulas. También llena las ranuras de los aros atascándolos y se acumula en la corona de los pistones y la culata, haciendo subir la temperatura del motor.
La presencia de hollín puede crear un desgaste entre dos superficies deslizantes, como son los aros y la pared de la camisa de cilindro, por tanto, a mayor cantidad de hollín, mayor riesgo de desgaste.
Una combustión eficiente, hace disminuir el tamaño de las partículas de hollín desde un promedio entre 1 y 0.57 micrones a 0,3 y 0.2 micrones esto significa un tercio a un quinto de su tamaño original, logrando por este medio, reducciones de desgaste en el orden del 20 al 25 por ciento.

En un post anterior podemos ver en fotografías tomadas y comentadas por el Doc en Tribología Manuel Rojas Nadal sobre la mala combustión en Motores Caterpillar 3412

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

miércoles, 29 de octubre de 2008

Las Bombas en Circuitos Hidráulicos

A bordo de los buques la energía hidráulica se emplea para accionar diversos elementos. El uso de fluidos evita muchos de los problemas de la electricidad, sobre todo cuando los equipos trabajan en lugares expuestos a los elementos.
Cuando nos referimos a fluidos, en nuestro caso nos referiremos a aceite hidráulico.

Comprender los sistemas hidráulicos básicos y sus componentes puede ser de gran utilidad al solucionar fallas que se puedan producir en su uso cotidiano.

La bomba es el corazón de cualquier sistema hidráulico, por lo tanto, cuando algo funciona mal en el sistema, es usualmente la bomba la que recibe el reproche. En realidad, es inusual que una falla de la bomba o del sistema sea causada por la misma.

Generalmente, cuando una bomba funciona mal, esto es síntoma de algún problema oculto en otro punto del sistema.

Las siguientes causas podrían afectar el buen funcionamiento de la bomba:

Aereación:
Este fenómeno se produce por la presencia de burbujas de aire dispersas en el fluido del sistema hidráulico.
La aereación de la bomba produce un alto ruido crepitante, como si bolitas estuvieran siendo bombeadas; el ruido es más elevado cuanto más alta es la presión. La aereacion excesiva hace lucir al aceite como lechoso, además produce que los componentes del circuito trabajen erráticamente a causa de la compresibilidad del aire atrapado en el aceite.
Los lugares donde puede entrar aire al circuito pueden ser:
Nivel de aceite demasiado bajo o tubería demasiado corta
Racor no estanco en la aspiración
Retén de salida del eje estropeado
Tubería de retorno demasiado corta originando emulsión del aceite (formación de espuma)
Tubería de aspiración estropeada
Retenes no estancos en los vástagos de cilindros.

Cavitación
La cavitación es un fenómeno muy importante de la mecánica de los fluidos y de particular influencia en el funcionamiento de toda máquina hidráulica.
Por cavitación se entiende la formación de bolsas localizadas de vapor dentro del líquido, pero casi siempre en las proximidades de las superficies sólidas que limitan el líquido.
En contraste con la ebullición, la cual puede ser causada por la introducción de calor o por una reducción de la presión estática ambiente del líquido, la cavitación es una vaporización local del líquido, inducido por una reducción hidrodinámica de la presión.

El ruido de la cavitación es similar al oído cuando se produce la aereación y puede ser causada por:
Caudal de aceite insuficiente en el orificio de admisión de la bomba
Obturación del filtro de admisión total o parcial
Cuerpos extraños en la tubería de aspiración
Viscosidad muy alta del aceite a la temperatura de trabajo
Temperatura demasiado baja del aceite, originando exceso de viscosidad
Temperatura del aceite demasiado alta, ocasionando vaporización
Excesiva velocidad de rotación de la bomba
Nivel de aceite demasiado bajo
Tubería de aspiración demasiado estrecha, larga con irregularidades (codos, cambios bruscos de sección, válvulas de asiento, etc.)
Válvulas medio cerradas en las tuberías de aspiración

Contaminación
La regla más importante del mantenimiento de los sistemas hidráulicos es Mantener todo el circuito limpio. La contaminación tiene un impacto en mayores costos de mantenimiento así como en la productividad del sistema.
La contaminación en sistemas hidráulicos pueden ser partículas de la naturaleza tal como el sílice (arena), metales, fibras, etc. El calor, la humedad y las partículas de desgaste de metal contribuyen a la degradación del aceite. Cualquier buen control de la contaminación debe incluir la evaluación periódica de las propiedades del aceite.
Muchos contaminantes causan una acción abrasiva en estrecha relación con las tolerancias entre los componentes, esto deriva en un prematuro desgaste y rotura de los elementos del sistema.

Calor excesivo
Una alta temperatura en alguna de las partes del sistema, por encima del límite específico afecta la viscosidad del aceite. La aereación, cavitación, sobrepresion y contaminación son todos factores que contribuyen a elevar la temperatura.
Esto acelera la oxidación del aceite deteriorando su viscosidad; esto crea una reacción en cadena. De allí que la causa de un calor excesivo debe ser eliminada para darle una efectiva cura al problema.

Sobrepresión
Sucede al someter a una bomba a trabajar a una presión mayor que para la cual fue diseñada. La sobrepresión produce fuerzas extremas sobre varios de los componentes internos y puede originar fallas prematuras.

Viscosidad
La viscosidad es una medida que determina la fricción interna de los fluidos o su resistencia a fluir. Una viscosidad mas alta de la recomendada (puede se el caso de una aceite demasiado frío) puede causar la cavitación de la bomba.
Si la viscosidad es más baja que la recomendada, (aumento de la temperatura del aceite) se pueden incrementar las fugas internas. Por lo tanto emplear un aceite con la viscosidad adecuada es la llave para una larga vida de la bomba

Recuerda, la próxima vez que la bomba de un circuito hidráulico se rompa no le hagas ningún reproche, piensa que del 90% al 95% de las fallas de las bombas pueden ser atribuidas a una o más de las causas antes mencionadas y trata de prevenirlas para que la falla no suceda nuevamente.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

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