viernes, 30 de enero de 2009

Motor Diesel- Corrosión por Cavitación en Camisas de Cilindros

Junto con los pistones y la culata, las camisas conforman la cámara de combustión de los motores de explosión. Si se tienen en cuenta las elevadas temperaturas de combustión, las altas presiones de encendido así como el movimiento alternativo de los pistones, no resulta difícil comprender que éstas trabajan con condiciones extremas.

Es muy habitual encontrar en motores, camisas de cilindros con signos de corrosión en la superficie. El diagnóstico es claro: Daño por Cavitación. ¿Cómo se produce un daño de este tipo? ¿Y qué se puede hacer para evitarlo?

En el proceso normal de combustión existe una pequeña deformación de la camisa cuando el pistón es forzado hacia abajo contra la pared del cilindro y el cigüeñal. Esta pequeña deformación permite la formación de burbujas en el vacío creado en el lado opuesto. La implosión disipa energía sobre la pared del cilindro removiendo la película de óxido.

Esto causa la constante reposición de los aditivos en esta parte de la camisa hasta que se agotan. Cuando no hay suficientes aditivos para volver a pegarse a la camisa, continúa esta cavitación, erosión y eventualmente la perforación de la camisa.

Una acumulación de pequeñas picaduras en la superficie: un indicio de daños por cavitación.

Un informe de la fábrica Mahle se refiere a motores de automóvil, pero el fenómeno también se produce en motores de más potencia.

Leer el informe completo en: http://www.repuestosbarcos.com/art_motoresdiesel06.htm


jueves, 29 de enero de 2009

Tribología: Sus Fundamentos y como utilizarla en mantenimiento de máquinas y motores.

Un poco de historia

Cuando escuchamos la palabra Tribología podría parecer algo nuevo, pero solamente el término como tal lo es, ya que el interés en temas relacionados con la disminución de la fricción o el desgaste entre dos partes en movimiento relativo existe desde siempre.
Antes del nacimiento de la Tribología como ciencia, no se trataba la disminución de la fricción y el desgaste como una practica cotidiana y estos fenómenos los pensábamos en términos de “Lubricación” o “Ingeniería de Lubricación”.

El uso de la rueda desde el 3500 A.C., nos da cuenta del interés por reducir la fricción en movimientos de traslación. Los egipcios utilizaban agua o grasa animal como lubricante en el transporte de grandes bloques de piedra para la construcción de monumentos y pirámides, lo que demuestra el conocimiento que tenían de la fricción y los lubricantes.
Leonardo Da Vinci fue el primero que postuló un acercamiento a la fricción deduciendo las leyes que gobernaban el movimiento de un bloque rectangular deslizándose sobre una superficie plana, aunque sus escritos no fueron publicados hasta cientos de años después de sus descubrimientos. También, fue el primero en introducir el concepto del coeficiente de fricción.

Fue el físico francés Guillaume Amontons quien en 1699 redescubrió las leyes de la fricción al estudiar el deslizamiento entre dos superficies planas.

Las conclusiones de Amontons son esencialmente las que estudiamos en los libros de Física General:

· La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que se desliza sobre un plano.
· La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque.
· La fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto.

El científico francés Coulomb añadió una propiedad más:

· Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad.

Newton, Hooke también aportaron conocimientos importantes para el desarrollo de esta ciencia.
Al surgir la Revolución Industrial el desarrollo tecnológico de la maquinaria para producción avanzó rápidamente. El uso de la potencia del vapor permitió nuevas técnicas de manufactura. En los inicios del siglo XX el conocimiento de todas las áreas de la tribología se expandió rápidamente.

A los investigadores de las ciencias de la ingeniería de comienzos del siglo XX les era muy difícil analizar la fricción como un fenómeno independiente de otros íntimamente relacionados con ella como el desgaste y la lubricación por lo que formaron la palabra Tribología a partir de dos raíces griegas tribos, que significa frotamiento o rozamiento y logía que viene a ser ciencia, por tanto la traducción literal sería “la ciencia del frotamiento”.

La palabra Tribología apareció por primera vez a comienzos de los años 60's en el diccionario de la Universidad de Oxford, sin embargo, aún hoy para muchas personas es difícil acostumbrarse a esta palabra y aún mucho más poner en práctica sus principios fundamentales.

Cómo podríamos definirla

Se considera una ciencia interdisciplinaria que estudia los fenómenos relacionados con el transporte de carga a través de dos superficies en movimiento relativo donde se produce fricción, generando calor, pérdidas de energía y desgaste, y para contrarrestarlos se acude al uso de lubricantes.

Conjuga toda una serie de elementos importantes en el diseño, fabricación y operación de las máquinas y nos brinda herramientas que permiten seleccionar el sistema de lubricación y las características que debe poseer el lubricante para proteger en forma adecuada un equipo o elemento mecánico, teniendo en cuenta las condiciones de trabajo a que van a estar sometidas (velocidades, cargas, temperaturas, potencias, medio ambiente) y los tipos de materiales y superficies que van a estar en contacto.

Se centra en el estudio de tres fenómenos:

a) La fricción entre dos cuerpos en movimiento
b) El desgaste como efecto natural de este fenómeno
c) La lubricación como un medio para evitar el desgaste

La mayoría de las consecuencias de la fricción y el desgaste se consideran negativas, tales como el consumo de energía y la causa de las fallas mecánicas, sin embargo, también existen beneficios fundamentales de la fricción y el desgaste. Por ejemplo, la interacción de los neumáticos y el piso en los automóviles o el zapato y el suelo, sin los cuales trasladarse sería imposible.

La Tribología es quizás la ciencia de mayor trascendencia en la actualidad y lo será aún más en el futuro en la medida en que el hombre necesite ser más productivo.

La Tribología como una herramienta práctica

Los pioneros mundialmente reconocidos en utilizar con fines técnico-económicos los conceptos de la Tribología fueron los ingleses, quienes diseñaron un plan de trabajo basado en el estudio de la fricción para reducir el desgaste y el consumo de energía en las máquinas, especialmente en el sector automotriz, por ser el de mayor incidencia sobre un alto porcentaje de la población.
De ahí en adelante como resultado de los grandes beneficios económicos obtenidos, la Tribología se empezó a utilizar para incrementar la productividad de los procesos industriales, lo cual trajo consigo una considerable reducción en los costos de mantenimiento, consumo de energía por fricción y materias primas.

Hoy, la conservación y mantenimiento de los equipos no se puede reducir al simple ejercicio de "aplicar un lubricante"; por el contrario, la eficiencia y la competitividad se basan en la mejora de los procesos y servicios, y el proceso de lubricación, por ser el que suministra la sangre vital para el funcionamiento de los equipos, merece la máxima atención.
La necesidad de utilizar la Tribología como una herramienta verdaderamente productiva se observa en aquellos casos en los cuales se pierden grandes capitales por efecto de la fricción, el desgaste y la lubricación incorrecta.
También como una forma ineludible de hacer Mantenimiento Proactivo en equipos y maquinarias.

El siguiente link te lleva al canal de YouTube de el Dtor. en Tribología Manuel Rojas Nadal donde encontrarás excelentes videos sobre la aplicación práctica de Tribología.

http://www.youtube.com/user/tribologomrojas
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

miércoles, 28 de enero de 2009

Consideraciones sobre Características y Funciones de un Lubricante

La función principal de un lubricante es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí, de tal manera de aminorar el desgaste y las pérdidas de energía; se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el rozamiento más pequeño posible.

Para conseguir esto se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste.

El lubricante ejerce, además, otras funciones:

Proteger las superficies de metal contra herrumbre y corrosión.
Al formar una capa protectora sobre la superficie de los componentes, los lubricantes proporcionan protección contra la herrumbre y la corrosión.

Controlar la temperatura y actuar como agente de transferencia de calor.
Los lubricantes fluidos absorben el calor en el punto en que éste se genera de tal forma que pueda disiparse naturalmente o ser removido por un intercambiador de calor u otro sistema de enfriamiento.

Enjuagar y arrastrar los contaminantes.
Los lubricantes fluidos recogen los contaminantes y los transportan al tanque o deposito, en donde pueden asentarse por gravedad o los conducen a un filtro o separador en donde son removidos.

Transmitir potencia hidráulica.
En sistemas hidráulicos, el fluido es el medio por el cual la energía se transmite para hacer actuar los cilindros, válvulas, motores, etc.

En resumen, las principales funciones de los aceites lubricantes son:
- Disminuir el rozamiento
- Reducir el desgaste
- Evacuar el calor (refrigerar)
- Facilitar el lavado (detergencia) y la dispersancia de las impurezas
- Minimizar la herrumbre y la corrosión que puede ocasionar el agua y los ácidos residuales.
- Transmitir potencia.
- Reducir la formación de depósitos duros (carbono, barnices, lacas, etc.)
- Sellar

Tipos de lubricantes

Hay tres categorías principales de lubricantes:

Lubricantes Fluidos: Se puede considerar cualquier tipo de fluido tal como el agua, el aceite vegetal, animal y mineral, etc. El más utilizado en la actualidad es el aceite mineral que está constituido por una base lubricante (aceite de petróleo) y aditivos.

Lubricantes Semisólidos: Son compuestos que por su consistencia permiten que la película lubricante permanezca durante más tiempo en la superficie (Ej. grasas).

Lubricantes Sólidos: Estos dan origen a películas lubricantes que reaccionan químicamente con la superficie, tales como el grafito, y originan coeficientes de fricción muy bajos.
Una grasa lubricante es el producto sólido o semisólido obtenido mediante la dispersión interna de un agente espesante en un líquido lubricante.
La grasa y el aceite lubricante sirven para el mismo propósito, minimizar la fricción y el desgaste entre superficies en movimiento.
Teniendo en cuenta su uso deberá tener diferentes características. Así, mientras los aceites para motores, sometidos a grandes variaciones térmicas, precisan un elevado índice de viscosidad, es decir, una viscosidad poco sensible a la temperatura y unas buenas propiedades antioxidantes y de detergencia, los aceites para engranajes, que han de resistir grandes cargas, requieren de unas características particulares de «extrema presión» (EP) y los aceites para turbinas de vapor de una elevada estabilidad, un buen poder antiherrumbre y unas buenas características de desemulsibilidad.

De todas maneras, lo que nos interesa a nosotros es mejorar el rendimiento, reducir el consumo, y alargar la vida de los componentes de los mecanismos que dependen de lubricación.

Estructura Básica de los Lubricantes

Los aceites lubricantes están compuestos por:

Una base lubricante + aditivos

Sea el tipo de lubricante que sea, siempre se empieza con la "base", que es el componente más importante del aceite. Puede ser derivada del petróleo, sintética o vegetal. La utilización de uno u otro tipo de base lubricante depende de las condiciones de operación del equipo o máquina.

Las bases lubricantes determinan la mayor parte de las características del aceite, tales como su viscosidad y le da propiedades físico-químicas importantes al aceite, como las de demulsibilidad, antidesgaste, antiespumante, antioxidante, índice de viscosidad, biodegradabilidad y toxicidad entre otras.

La base lubricante
La base se prepara con un proceso de refinado. El refinado es una especie de destilación de elementos componentes de la materia prima que son evaporados a distintas temperaturas y condensados en distintos receptáculos.

Todos los lubricantes base eventualmente se oxidan y se degradan, por esta razón, una vez obteniendo el lubricante básico, se le agregan aditivos antioxidantes y anticorrosivos, que son absolutamente necesarios para brindar resistencia a la corrosión a los metales, con los que el lubricante va a estar en contacto y resistencia a la oxidación para el lubricante mismo.

La mayoría de los aceites base derivan del petróleo crudo. Los petróleos crudos se clasifican generalmente en tres grupos principales dependiendo del tipo de los hidrocarburos que predominan en ellos.

Nafténicos
Parafínicos
Aromáticos


El crudo más típico es el crudo nafténico. Es fácil de destilar y refinar, y produce buen rendimiento por litro de petróleo. La mayoría de los lubricantes refinados actualmente son de este origen.

El crudo parafínico produce los mejores lubricantes derivados del petróleo.
La parafina no es lo que hace que el aceite sea mejor, incluso la parafina es extraída durante el refinado.

El aceite refinado proveniente del crudo parafínico posee una estructura molecular de cadenas largas que hace al aceite más difícil de "romper". Las cadenas largas proveen además más lugares en la cadena para agregar aditivos.

Hay que tener en cuenta que no siempre las cadenas largas son ideales para todos los usos. Por ejemplo, en el caso de lubricantes para equipos refrigerantes, es preferible usar el aceite de origen nafténico ya que circula mejor a bajas temperaturas.

El crudo aromático no se usa casi para lubricantes.

Los Aditivos
Son componentes químicos que se le adicionan a la base lubricante con el fin de mejorarle una o más propiedades o de darle otras nuevas. Podemos pensar los aditivos como el material de sacrificio en el aceite lubricante.

Características de los aditivos
Las más importantes son:
- Disminuir la velocidad a la cual ocurren determinadas reacciones, como, por ejemplo, la oxidación que resulta indeseable en el aceite durante su período de servicio.
- Mejorar la estabilidad de la película lubricante garantizando que cambia menos con las variaciones en la temperatura de operación.
- Proteger las superficies lubricadas de la agresión de ciertos contaminantes como el agua, ácidos, etc.
- Mejorar las propiedades físico-químicas del aceite o proporcionarle otras nuevas.

Desde principios de siglo pasado con la necesidad de las distintas industrias, del diseño de nuevas maquinarias, para su utilización en nuevos procesos industriales que involucraban altas cargas, bajas velocidades y temperaturas extremas, se llegó a la conclusión que las bases lubricantes utilizadas hasta entonces como aceites lubricantes, no tenían las características y propiedades suficientes para proteger adecuadamente los mecanismos de dichas máquinas y que era necesario por lo tanto agregarle a estas bases lubricantes otros componentes que les mejoraran las propiedades que ya tenían o les dieran otras nuevas que se requerían.

Solo a partir de 1922 estas ideas teóricas se llevaron a la práctica ya que hasta ese momento no se habían logrado resultados satisfactorios y era difícil producirlos. A estas sustancias se les dio el nombre de aditivos.
Los primeros aditivos fueron del tipo anti-desgaste y diez años más tarde se empezaron a utilizar los aditivos detergentes-dispersantes en los aceites para automóviles, pero aun estaban muy lejos de garantizar un buen nivel de limpieza en los mecanismos lubricados.
Fue después de 1945 cuando la industria química logró grandes desarrollos en el campo de los aditivos y se empezaron a producir lubricantes minerales aditivados con buenos niveles de funcionamiento.

Debido a los nuevos diseños y operación de las máquinas modernas ha surgido la necesidad de formular lubricantes de óptima calidad que sean capaces de mantener sus propiedades bajo cualquier tipo de situación.
Hoy en día, todos los tipos de aceites contienen al menos un aditivo y en general utilizan varios tipos diferentes de ellos. El porcentaje por volumen de aditivos utilizados en un aceite varía entre el 0,1 %, en aceites utilizados en transformadores hasta el 30% en aceites para uso de motores. Son de excelente calidad y se utilizan tanto en la formulación y fabricación de aceites minerales como en los sintéticos y vegetales.

Mientras los aditivos realicen su función, la base lubricante no se deteriora si no se contamina, pero una vez que estos se agotan, la base lubricante inicia su proceso de degradación más o menos acelerado, iniciándose el proceso que se conoce como oxidación del aceite en el cual se forman lacas, barnices y gomas ácidas, que conllevan a que finalmente el aceite se torne ácido y sea necesario cambiarlo.
Los aditivos pueden ser de diferentes tipos dependiendo de lo que se quiera mejorar en el aceite base. Cada uno de ellos puede mejorar o darle nuevas propiedades como las antidesgaste, antiespumantes, antiemulsionantes, Extrema Presión, mejoradores del índice de viscosidad, detergentes-dispersantes, etc.

Debemos tener en cuenta que un aceite base de baja calidad se va a degradar mucho más rápido que un lubricante hecho con los mismos aditivos pero con una mejor materia prima. A su vez, una buena materia prima combinada con aditivos de baja calidad va a producir un lubricante que no posee todo su "potencial".

Leer también:
Propiedades necesarias del Lubricante y el rol de los Aditivos


martes, 27 de enero de 2009

Motores Diesel- Los tubos de inyección de doble pared.

Es una apreciación personal, pero creo que de todas las reglamentaciones del SOLAS - Convenio Internacional para la Seguridad de la Vida Humana en el Mar, 1974, la que se refiere a los tubos de inyección de doble pared o encamisados para evitar derrames de combustible en caso de pincharse y que tenga un dispositivo de alarma para avisar a las personas a cargo del funcionamiento, es uno de los menos tenidos en cuenta.

En los motores construidos después de la reglamentación vienen incluidos, pero en motores antiguos, no.
Creo que tendríamos que prestarle atención a esta reglamentación, no por el hecho de cumplirla, que desde ya es muy importante, sino por nuestra seguridad en el trabajo a bordo y el cuidado de las máquinas a nuestro cargo, que es parte de nuestra responsabilidad como profesionales.

A menudo se producen derrames e incendios en la sala de máquinas a consecuencia de averías del tubo de inyección de combustible diesel del motor.

La reglamentación indica la incorporación de un tubo protector exterior rígido en el cual se instala el tubo de combustible a alta presión.
El tubo protector exterior se extiende a lo largo del tubo de combustible a alta presión y se sujeta firmemente en los extremos por medio de accesorios para este fin. En caso de producirse fuga o fractura de un tubo de alta presión, se retiene el combustible en el espacio entre los tubos concéntricos, para luego ser vaciado a un depósito.
En caso de producirse una avería en un sistema de combustible a alta presión, el combustible se guarda dentro del tubo protector exterior, y se vacía al colector de escape común.
Este depósito tiene una alarma indicadora de nivel que alerta a las personas encargadas que se encuentran a distancia o al sistema de gestión del motor de la falla.

La reglamentación la podemos leer:

Chapter II-2: Regulation 15.2.9

All external high-pressure fuel delivery lines between the high-pressure fuel pumps and fuel injectors shall be protected with a jacketed piping system capable of containing fuel from a high pressure line failure. A jacketed pipe incorporates an outer pipe into which the high-pressure fuel pipe is placed, forming a permanent assembly. The jacketed piping system shall include a means for collection of leakages and arrangements shall be provided for an alarm to be given of a fuel line failure.
Reproduced with the kind permission of the IMO.

Una traducción no muy literal sería:

Capítulo II-2: Reglamento 15.2.9

Todos los exteriores de alta presión de combustible entre las líneas de alta presión, bombas de combustible y los inyectores de combustible deben estar protegidos con un sistema de dobles tuberías capaces de contener el combustible de una línea de alta presión rota. El sistema de dobles tuberías deberá incluir un medio para la recogida de derrames y se prevé una alarma que debe darse de una línea de combustible rota.

Capítulo II-2: Construcción - prevención, detección y extinción de incendios

Los siniestros debidos a incendios sufridos por los buques de pasaje a principios de la década de 1960 pusieron de relieve la necesidad de mejorar las disposiciones sobre prevención de incendios del Convenio de 1960, y así, en 1966 y 1967, la Asamblea de la O.M.I. aprobó enmiendas al efecto. Éstas y otras enmiendas, especialmente las disposiciones pormenorizadas de seguridad contra incendios en los buques de pasaje, buques tanque y buques de carga combinada, han sido incorporadas a este capítulo, incluidas las prescripciones relativas a los sistemas de gas inerte en los buques tanque.

Recordemos que Solas 1974 entro en vigor internacional el 25/5/80, Solas protocolo 1978 el 1/5/81 y Solas protocolo 1988 el 3/2/00.

En el caso de Argentina, estas reglamentaciones fueron adoptadas y confirmadas por leyes 22.079—22.502—24.213 respectivamente.

Insisto, cumplir la reglamentación es muy importante, pero en el caso de que los motores a nuestro cargo no posean estos dispositivos pensemos en lo que significa un incendio en Sala de Máquinas y tratemos de incorporárselos.

Leer también:
O.M.I. (Organización Marítima Internacional de la ONU) / I.M.O. (International Maritime Organization).

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas


domingo, 25 de enero de 2009

O.M.I. (Organización Marítima Internacional de la ONU) / I.M.O. (International Maritime Organization).

Todas las personas que nos encontramos relacionadas de alguna forma con los barcos comerciales desde hace muchos años, estamos acostumbrados a cumplir reglamentaciones emitidas por las autoridades del país donde está matriculado el buque.

Las principales reglamentaciones siempre hacen referencia que son adoptadas de la emitidas por la O.M.I. (Organización Marítima Internacional de la ONU)/ I.M.O. (International Maritime Organization).

Creo que es importante entender qué es y cómo funciona esta importante organización.

La Organización Marítima Internacional se trata de un organismo nacido en el seno de las Naciones Unidas especializado únicamente en asuntos marítimos. Tiene por objeto procurar la cooperación entre los Gobiernos "en la esfera de la reglamentación y de las prácticas gubernamentales relativas a cuestiones técnicas de toda índole concernientes a la navegación comercial internacional, la adopción general de normas en cuestiones relacionadas con la seguridad marítima, la eficiencia de la navegación y la prevención y contención de la contaminación del mar ocasionada por los buques".

Cuando nació la O.M.I., en 1958, ya se habían elaborado varios convenios internacionales importantes, en particular el Convenio Internacional para la Seguridad de la Vida Humana en el Mar, 1948, y el Convenio Internacional para Prevenir la Contaminación de las Aguas del Mar por Hidrocarburos, 1954, así como tratados relativos a las líneas de carga y a la prevención de los abordajes en el mar.

Teniendo en cuenta el carácter internacional del transporte marítimo, las medidas orientadas a la mejora de la seguridad marítima pueden ser más eficaces y homogéneas si se realizan en un marco internacional en lugar de acciones individuales de los Estados. De esta forma, una de las tareas más importantes de la O.M.I. ha sido desarrollar normas internacionales que pudieran, en la medida de lo posible, armonizar las legislaciones nacionales, reforzando la seguridad de la navegación y evitando la contaminación causada por accidentes de buques.

De todos los convenios internacionales que se ocupan de la seguridad marítima, el más importante es el Convenio Internacional para la Seguridad de la Vida Humana en el Mar (SOLAS).
Es también uno de los más antiguos, habiéndose adoptado la primera versión del mismo en una conferencia celebrada en Londres en 1914.
Desde entonces ha habido otros cuatro convenios SOLAS: el segundo fue adoptado en 1929 y entró en vigor en 1933; el tercero se adoptó en 1948 y entró en vigor en 1952; el cuarto fue adoptado (bajo los auspicios de la O.M.I.) en 1960 y entró en vigor en 1965; mientras que la versión actual se aprobó en 1974 y entró en vigor en 1980.

Convenio MARPOL 1973 (Convenio Internacional para Prevenir la Contaminación por Buques y Protocolo de 1978)

Este Convenio define las condiciones de seguridad que deben cumplir los buques para prevenir la contaminación marina por transporte de hidrocarburos y otras substancias perjudiciales. Establece una serie de reglas para reducir la contaminación de los buques, principalmente por medio de la prohibición de las descargas de hidrocarburos por encima de determinados límites. Incluso recoge medidas para prevenir la contaminación accidental.

Fue adoptado el 2 de noviembre de 1973 tras la conferencia celebrada en Londres en la sede de la Organización Marítima Internacional. La adopción de este Convenio marcó un hito decisivo en el ambicioso proyecto de prevenir la contaminación ocasionada por los buques.
Abarcaba la contaminación por hidrocarburos, productos químicos, sustancias perjudiciales transportadas en bultos, aguas sucias y basuras.

Tras el accidente del Erika se enmendó este Convenio, el cual pasó a fijar un calendario acelerado para eliminar los buques petroleros que no tuvieran doble casco. Estas enmiendas entraron en vigor en el año 2003.

Para saber más de la O.M.I.

en >www.repuestosbarcos.com/ind-organizaciones.htm

http://www.imo.org/

miércoles, 21 de enero de 2009

Comentario del Dr. Ing. en Tribología Manuel Rojas Nadal

Después de publicar ayer el post sobre corrosión producida por Vanadio utilizando combustible pesado recibí desde México una observación muy interesante de un amigo y especialista en temas de Tribología, el Dr. Ing. en Tribología Manuel Rojas Nadal, que la publico a continuación y que nos aclara mucho el tema.
Gracias Manuel por tu colaboración.

“Estimado Norberto. como siempre muy interesante tu articulo..solamente considero necesario una observación:

Realmente considero que debe realizarse un balance técnico económico en la utilización de fuel-oil con alto contenido de azufre y vanadio..valorar cuanto me ahorro vs cuanto gasto en reparación ( mas lo que dejo de ganar en el tiempo de reparación)...hay determinados tipos de aditivos y sistemas que ayudan a disminuir estos efectos negativos..un armador me decía ..yo utilizo fuel-oil pesado y me ahorro mucho dinero...le pregunte..cúal es la velocidad de desgaste de las camisas en mm/1000 horas..y no supo contestarme...le indique..preocúpese por obtener esa información tan vital para un Jefe de Maquinas...esto pasa con mucha frecuencia..en un congreso de ahorro de energía se planteaba el ahorro por utilizar igualmente un fuel-oil pesado en 4 Plantas Generadoras con Motores BAZAN ..y realice la misma pregunta? y la velocidad de desgaste de las camisas?...¿Cual va a ser el desgaste a las 10,000 horas?..sin respuesta?
Trabajando en una Flota Naval Pesquera se compraron 10 super-arratreros por la popa con Maquinas Principales SKL ( muy fiables) y pregunto a fabrica ..que cual era la durabilidad de las camisas en condiciones normales de operación (al 85% de la potencia máxima)..respuesta 3 mm máximo a 30,000 horas..o sea una velocidad de desgaste de 1 mm/10,000 horas o 0.100 mm/1000 horas?con fuel-oil pesado..pues utilice mezclas de fueol-oil pesado con Diesel + aditivos +Tratamiento Magnético + Aceite TBN 75 con aditivo antidesgaste..y pude obtener un desgaste de camisas de 1.05 mm a las 30,000 horas sin fallas o sea una velocidad de desgaste de 0.5 mm / 10,000 horas..sin válvulas quemadas ,sin corrosión..un análisis integral debe realizarse al determinar cual es el combustible mas adecuado a utilizar??

En Tribología, lo barato, sale muy caro!!”

Dr. Ing. Manuel Rojas Nadal
tribologomrojas@yahoo.com.mx

martes, 20 de enero de 2009

Motores Diesel. La Corrosión por Vanadio Utilizando Fuel-Oil (combustible pesado)

Antes de 1970, la mayoría de los fabricantes de motores diésel de media a alta velocidad los diseñaban para operar con combustibles muy refinados (combustibles "destilados").

La operación económica y eficiente de estos motores dependía de la calidad del combustible que consumían. El costo del combustible no se consideraba un factor importante. El combustible representaba típicamente menos del 30% de los gastos de operación de un motor. Hoy, este porcentaje representa a menudo entre el 60 y el 90%.

Por esta razón, en la actualidad la tendencia es utilizar fuel oil en motores de bajas y medias RPM.
Como ejemplo puedo citar a la naviera BALEARIA, donde el Súper Fast Ferry Federico García Lorca, un proyecto de 10 años de antigüedad, utiliza 4 motores Caterpillar 3618 consumiendo combustible liviano y en la actualidad incorpora el Martin i Soler con motores Mak consumiendo combustible pesado.

Este combustible está compuesto por los elementos residuales del petróleo crudo después del proceso de refinación y de haber obtenido combustible diésel, gasolina o aceites lubricantes, etc. Los elementos restantes (que contienen sustancias abrasivas y corrosivas) pueden combinarse o diluirse con un combustible más ligero (combustible de 'dilución') de modo que puedan fluir. Estos combustibles se denominan mezclas de combustibles o combustibles pesados.

En un post anterior comenté los problemas causados por el azufre contenido en el combustible.
Este post lo dedicaremos a los problemas de corrosión causados por el Vanadio que forma parte de compuestos inorgánicos y minerales que se encuentran en muy pequeñas proporciones en el petróleo (inferiores a 0.05%).
Estos compuestos son generalmente: Cloruros, silicatos, sulfatos de sodio, calcio, magnesio, Hierro y metales pesados.
Algunos tienen un notable efecto catalítico para ciertas reacciones de craking (plomo, vanadio, arsénico).

Corrosión debida a compuestos de vanadio. Efectos en el motor.

En general podemos decir que:

El fuel oil siempre contiene impurezas, aunque en proporciones variables según su procedencia.

El vanadio es un metal presente en ciertos combustibles pesados.

Los combustibles destilados no contienen vanadio.

No es práctico eliminar o reducir el contenido de este elemento en la refinería.

Se producen corrosiones en las válvulas de escape, colectores de gases de escape y turbocompresores de los motores (donde la temperatura es en estos puntos elevada) directamente proporcionales al contenido de vanadio del fuel-oil y de calcio (TBN) en el aceite del motor.

El vanadio forma compuestos muy corrosivos durante la combustión. Estos compuestos se adhieren a las superficies metálicas calientes, como las caras de las válvulas de escape.
Se pueden formar canales de fugas en la cara de la válvula. Se reduce el contacto del asiento de las válvulas y se dificulta más el enfriamiento. Cuando aumenta la temperatura de las válvulas, el vanadio corroe el metal aún más rápidamente. Las válvulas se pueden desgastar en unos pocos cientos de horas cuando el contenido de vanadio en el combustible es alto.

Las cenizas de las sales metálicas que se forman en la combustión al quemar combustibles pesados, son corrosivas en función de la temperatura y el grado de humedad. Salen con los gases de combustión y se incrustan parcialmente en el circuito de escape y en las turbinas de los turbocompresores.
El vanadio también puede dañar las boquillas de los inyectores de combustible.

Medidas para tratar de evitar averías por corrosión causada por el vanadio

En lo posible, utilizar un combustible de bajo contenido de vanadio reducirá los efectos causados por corrosión.

Los compuestos de vanadio deben alcanzar su punto de fusión para activarse. La mejor manera de controlar la corrosión o cuando menos minimizar los problemas de corrosión es limitar la temperatura de la válvula de escape, que, recordemos, es el punto donde la temperatura es más crítica en relación a las posibles sales fundidas presentes.

Reducir la temperatura de las válvulas de escape disminuyendo la potencia del motor.

Utilización de materiales especiales resistentes al calor.

Controlar la rotación de las válvulas de escape.

Enfriamiento especial de piezas a altas temperaturas.

La calidad del combustible puede afectar de forma significativa el rendimiento y mantenimiento de cualquier motor diésel. Es importante entender las propiedades básicas de los combustibles para poder juzgar la calidad de los mismos.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas


jueves, 15 de enero de 2009

Motores Diesel. Por qué sobrealimentar

La obtencion de la energia mecánica en un motor de combustión interna se logra como resultado del proceso de combustión del combustible que inyectamos dentro del cilindro con el aire que logramos introducir dentro del mismo.

Algunas definiciones

La reacción de combustión de una molécula de combustible requiere de varias moléculas de oxígeno, en función del número de carbonos e hidrógenos de que esté compuesta.
Cada dos hidrógenos que haya en el combustible, requieren un átomo de oxígeno, para formar una molécula de agua; y cada carbono requiere dos átomos de oxígeno, para formar una molécula de dióxido de carbono. Con esa forma, se obtiene una combustión completa.

Recordemos que el aire tiene, más o menos, un 21% de moléculas de oxígeno y un 79% de nitrógeno.

A la proporción de 14.7 gramos de aire por cada gramo de combustible (combustión completa), se la llama estequiométrica, y λ (lambda) al cociente entre la masa de aire y la masa de combustible de una mezcla.
Se llama lambda relativa (λR) al cociente entre la lambda y la lambda estequiométrica, luego una λR mayor que 1 indica que la mezcla es pobre, con exceso de aire, y si es menor que uno, que la mezcla es rica, con exceso de combustible.
Por necesidades técnicas, para que la combustión sea realmente completa, hay que aportar más aire del que, teóricamente, según la estequiometría es necesario; o sea, que en la práctica, con la cantidad teórica de aire no se logra una combustión completa, se requiere un exceso de oxígeno que, aunque quede sin reaccionar, tiene que estar presente.

El volumen de un cilindro limita la cantidad de aire que puede penetrar en él, de modo que si su volumen es de 1000 cm3, la cantidad teórica de aire que puede tener cabida en él, será de 1000 cm3.
De acuerdo con esta cantidad de aire tendremos que calcular la cantidad máxima de combustible a inyectar para que se produzca una combustión completa.

En general, no resulta un problema ir introduciendo mayores cantidades de combustible al cilindro. Sin embargo, el introducir más aire para poder quemar bien ese exceso de combustible, solo puede lograrse comprimiéndolo previamente, es decir, introduciendo el aire a mayor presión al cilindro.

El principal objetivo de la sobrealimentación es el de aumentar el rendimiento volumétrico del motor.
Se denomina rendimiento volumétrico al porcentaje de presión de llenado de un cilindro. Por ejemplo, si la presión barométrica es de 1.000 milibares, el motor tendrá un 80% de rendimiento volumétrico cuando los gases en sus cilindros alcanzan una presión de 800 milibares, antes de comenzar la carrera de compresión. Entre dos motores iguales, el que tiene mayor rendimiento volumétrico genera más potencia, puesto que dispone de mayor número de moléculas de oxígeno que le permiten quemar mayor cantidad de combustible.
De ese modo, aunque la cilindrada es la misma, es como si fuera mayor, pues permite introducir en el cilindro y quemar mayor cantidad de combustible con lo que se consigue aumentar la potencia desarrollada por el motor.

Resumiendo lo dicho anteriormente, la sobrealimentación nace en un intento por aumentar la potencia efectiva del motor sin aumentar la cilindrada.

El problema del aumento de la temperatura del aire a la salida del compresor se soluciona colocando un enfriador (intercooler) entre el turbo y la entrada a los cilindros.
Este enfría el aire produciendo un aumento de su densidad, con lo que la masa de aire aumenta en relacion al volumen y permite quemar más combustible.

¿Cómo funciona la turboalimentación?

Existen distintas formas de sobrealimentar un motor, pero en la actualidad, en los grandes motores diesel de 2 y 4 tiempos, se utliza los turbocompresores.
Estos 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.


Un turboalimentador de gas de escape está impulsado, como su nombre indica, por el gas de escape del motor (2). Este gas, a una temperatura próxima a los 600°C, es dirigido a alta velocidad hacia los álabes de una turbina (3) que impulsa un rotor del compresor (4) instalado en el mismo eje. Cuando gira, el rotor aspira el aire ambiente a través de un filtro-silenciador, lo comprime y, a través de un posenfriador (5), lo envía a la entrada de aire del motor (6), desde donde pasa a los cilindros.

Uno de los problemas del turbo es el funcionamiento a bajo régimen del motor.
El turbocompresor, responderá a las exigencias de carga del motor reaccionando al flujo de gases de escape. Al aumentar el rendimiento del motor, aumenta el flujo de gases y con ello la velocidad y el rendimiento del conjunto rotatorio, aumentando la capacidad del compresor.

Para solucionarlo, se están aplicando turbinas de admisián variable, con lo que mejoran los valores de par y potencia y la respuesta a cualquier régimen del motor.

Con la turboalimentación se puede aumenta hasta cuatro veces la potencia del motor. Por consiguiente, el 75 por ciento de la potencia del motor depende de que el turbocompresor funcione eficientemente.

Leer también: Turbocompresores. Un poco de historia.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

jueves, 8 de enero de 2009

Barcos Ecológicos

Con la esperanza de reducir los costos de combustible y las emisiones de distintos gases a la atmósfera por el consumo de combustibles fósiles en el transporte marítimo, la naviera Nippon Yusen K.K. y la distribuidora de petróleo Nippon Oil Corp., se unieron en el desarrollo de un proyecto para construir un barco más ecológico utilizando, para generar parte de la potencia necesaria para su funcionamiento, paneles solares. El pasado mes de diciembre el “AURIGA LEADER” zarpó de un astillero de la ciudad de Kobe, en el oeste de Japón, en su viaje inaugural.

Algunas estimaciones indican que el transporte marítimo es responsable por entre el 1.4 y el 4.5% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. Sin embargo, la industria continúa mayormente no regulada, debido a su naturaleza internacional.

El sector naviero está bajo creciente presión para que tome parte en los esfuerzos para reducir el calentamiento global, que es atribuido a las emisiones de carbono.

NYK está comprometida en la investigación y desarrollo de la nueva generación de buques ecológicos (no perjudiciales para el medio ambiente), incluyendo tecnologías para utilizar energías renovables para todos los aspectos del transporte marítimo. Por su parte, Nippon Oil, ha estado desarrollando sistemas de generación de energía solar fotovoltaica y continúa con la investigación de productos relacionados.

El nuevo buque es un transportador de coches, que tendrá una capacidad de carga de 6.400 unidades y está equipado con 328 paneles solares y un generador de energía solar con un costo de 1.37 millones de dólares.

El buque transportará inicialmente vehículos de exportación de Toyota Motor Corp, la mayor automotriz de Japón que además, como parte de la estrategia corporativa de reducir la carga medioambiental causada por el ciclo de vida de los vehículos, acordó apoyar la iniciativa como exportador para reducir las emisiones de CO2 para el transporte marítimo de coches.

Los representantes de las empresas dijeron que el buque – de 200 metros de eslora y 60.213 toneladas – es el primero de gran porte del mundo con un sistema de propulsión basado en energía solar.

El sistema de energía solar puede generar 40 kilowatts, lo que cubriría inicialmente un 0.2% de la energía consumida por el buque para su propulsión. Hasta el momento, el uso de ésta se había limitado a la iluminación y alimentación de sectores de alojamientos de la tripulación, debido al duro entorno del barco que está sujeto al daño por agua salada y por constantes vibraciones. Sin embargo, este nuevo proyecto comenzará a testear el sistema de generación solar de 40 kW y conectándolo a la red eléctrica de 440V.
Las empresas confían, sin embargo, en incrementar ese porcentaje.

NYK afirma que los paneles solares ayudarán a conservar hasta un 6,5% del combustible utilizado en suministrar energía a los generadores diesel, mientras que según Nippon Oil, el sistema debería ser capaz de reducir la emisión de CO2 entre un 1 y 2% o unas 20 toneladas por año.

El propósito de las pruebas es la de analizar la durabilidad de los módulos solares fotovoltaicos operando a bordo en un entorno duro y el de recolectar datos sobre la generación de energía fotovoltaica y redes eléctricas a bordo, con el objeto de optimizar la implementación de sistemas de generación a gran escala. También aspiran en demostrar la habilidad del sistema en reducir las emisiones de CO2 y el objetivo a largo plazo es la comercialización completa del sistema en los próximos tres a cinco años.

Nipón Yusen, la mayor empresa naviera del Japón, se ha fijado como objetivo para el 2010, reducir a la mitad su consumo de combustible y sus emisiones de CO2 actuales.

Fuente: The Motor Ship

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