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

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