lunes, 30 de marzo de 2009

Campaña de la OMI - Organización Marítima Internacional -. El Buque y sus Tripulaciones

En este espacio siempre trato de comentar aspectos tecnológicos de los barcos, pero hoy quisiera referirme a la gente que tripula esos barcos. Quiero pedirles perdón a todas las personas que leen este blog y no son marinos o futuros marinos, pero tal vez estos comentarios también puedan ayudarlos a ellos.

El pasado mes de noviembre la OMI anunció el lanzamiento de la campaña “EMBÁRCATE”, en la que han colaborado la OIT (Organización Internacional del Trabajo) y organizaciones no gubernamentales reconocidas como entidades consultivas ante la OMI como ICS/ISF; BIMCO; INTERTANKO; INTERCARGO e ITF; con el objeto de atraer nuevos marinos a la profesión y conservar a los marinos en servicio en la Marina Mercante.

El 90% del comercio mundial, más de 8.000 millones de toneladas/año, se transporta por vía marítima. Aproximadamente unos 100.000 buques mercantes tripulados por 1.250.000 marinos de todo el mundo se encargan de esta ingente e importantísima tarea.

Un estudio realizado por BIMCO e ISF en 2005 estimó que en 2015, faltarían en el mundo unos 27.000 oficiales y un estudio más reciente, estima que posiblemente la cifra superará los 83.000 oficiales antes de la citada fecha.

La campaña de la OMI pretende poner en conocimiento de gobiernos, organizaciones internacionales y empresas navieras, la naturaleza y alcance del problema de escasez mundial prevista de marinos, en particular de oficiales.

El auge que experimenta la construcción naval, con buques que cada vez son técnicamente más sofisticados, se deberán confiar a marinos capaces de operarlos en forma segura, racional y eficiente desde el punto de vista medioambiental.

Aunque la aplicación global de Convenio de Formación y Guardia STCW permite en principio asegurar que la gente de mar recibe la formación y adiestramiento adecuados para responder a las necesidades operativas de los buques, la disponibilidad de marinos, especialmente la de oficiales cualificados, en número suficiente, sigue siendo motivo de gran preocupación.
Resumiendo, sabemos que el sector naviero canaliza el 90% del comercio mundial, que es un transporte limpio y eficiente, es el medio de transporte más económico de mercancías y que la gente de mar esta prestando un servicio esencial a este sector, que contribuye significativamente al desarrollo sostenible y a la prosperidad global mediante el transporte del comercio mundial de forma segura y eficiente, con una repercusión y costo medioambiental muy inferiores a otros medios.

Con estos datos, el sector naviero debe analizar en detalle los estilos de vida actuales y tomar más medidas para que la vida del marino alejada de su hogar sea más parecida a la que se disfruta en trabajos en tierra, lo que probablemente se podría conseguir acortando los periodos de embarque, ofreciendo contratos a largo plazo, vacaciones pagadas más frecuentes y seguridad social, mejorando las comunicaciones, incluido el acceso a Internet.
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

viernes, 27 de marzo de 2009

Motores Diesel. Avería por Rotura de las Válvulas de Aspiración

Hoy me quiero referir a una avería que se produjo el día miércoles en un motor Cat 3618. En este caso se cortaron los vástagos de las válvulas de aspiración.

La Causa Raíz por el cual se produjo la avería se está tratando de determinar.




En esta primera ilustración les muestro la parte de abajo de una culata nueva, con las válvulas de aspiración y escape en primer plano.








En las dos siguientes ilustraciones muestran la culata con la avería ya producida. Se puede apreciar los vástagos cortados de las dos válvulas de aspiración.

















Ahora podemos ver la cabeza del pistón nuevo







Y en las próximas dos ilustraciones el pistón después de la avería.
















Como en el post anterior, creo que las fotos son bien explicitas y que no necesitan ningún comentario.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

martes, 24 de marzo de 2009

Motores Diesel. Avería por desprendimiento de material que impacta con las paletas de la turbina del Turbosoplante.

Hoy quería comentar sobre una avería que siempre escuchamos y que pocas veces podemos verla personalmente. Podremos ver cómo afecta a las paletas de la turbina el desprendimiento de algún trozo de material, que, a través del escape, impacta sobre las paletas del turbosoplante.

En el día de ayer cambiamos un rotor completo de un Turbo ABB montado sobre un Motor CAT 3618 afectado por esta avería.
Este motor, de 9500 HP y 1000 RPM, de 18 cilindros en V tiene montado dos turbos ABB.
El comienzo de la avería se produce por la rotura de la tobera de inyección de uno de los inyectores.






En esta imagen podemos apreciar la tobera sin la rotura










En esta imagen podemos apreciar la tobera con la rotura





En la siguiente imagen podemos ver el estado de la rueda de los difusores fijos.

Y por último, las paletas de la turbina.


Creo que con las imágenes no es necesario ningún comentario más.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor
Naval Jefe de Máquinas


lunes, 23 de marzo de 2009

Sistemas de Propulsión en los Buques. Novedades tecnológicas.

En la actualidad existe un creciente interés sobre innovaciones técnicas en los buques para ahorrar combustible y cumplir con las regulaciones de las emisiones a la atmósfera, de gases contaminantes (objeto del Anexo VI de MARPOL) y de efecto invernadero (principalmente CO2).

Los viajes por mar podrían hacerse con un gasto mucho menor de combustibles fósiles, altamente contaminantes, gracias a nuevos sistemas híbridos de propulsión que comienzan a dar excelentes resultados.

Rolls-Royce desarrolló un novedoso sistema Hélice-Timón para aplicarlo en la propulsión de buques, en principio, aplicable a buques de una sola hélice y con una velocidad máxima de 17 nudos.

El sistema mejora la maniobrabilidad y reduce el consumo entre un 3 y un 6 %.

Como muestra la figura, se trata de una combinación de un capacete de hélice en forma de cono truncado y un bulbo en el timón.

Los responsables del diseño calculan que la inversión se recupera en un periodo de entre 1 y 2 años y tienen intención de ofrecer este servicio a buques que desarrollen 21 nudos.

Cosco, la mayor naviera mercante China, ha encargado a la empresa Australiana Solarsailor la construcción de paneles solares para propulsar, por energía eólica y solar, un Petrolero y un Granelero.
Solarsailor trabaja con tecnología Hybrid Marine Power (HMP) que combina energía eléctrica procedente de todas las fuentes (solar, eólica, red eléctrica…) con la obtenida de combustibles fósiles o alternativos.

Aprovecharán el viento para ahorrar entre un 20 y un 40% del costo de combustible con vientos favorables.

El sol para proporcionar un 5% de las necesidades energéticas de cada buque.

Los paneles de aluminio, tienen 30 mts. de altura y son similares a las alas de un avión Jumbo. Funcionan con un ordenador conectado al sistema de navegación del buque y con sensores que los giran automáticamente para captar el viento desde el mejor ángulo para lograr la máxima eficiencia solar y eólica, y, si todo va según lo previsto, el gasto estará amortizado en 4 años.

Uno de los mayores espectáculos de la bahía de Sydney, Australia es la presencia del Solar Sailor, un ferry de aspecto futurista impulsado por velas solares. Esta nave de diseño único, creada por Robert Dane, utiliza la fuerza del viento y la energía solar para reducir las emisiones de gases de invernadero hasta un 50% con respecto a otros buques de porte similar.


Utiliza un innovador sistema de velas flexibles, con su superficie cubierta por paneles solares. La estructura de acero y plástico de sus velas le permite recurrir a la energía solar o a la fuerza del viento -según el clima lo permita-, para alimentar a sus motores eléctricos que le proporcionan una velocidad de hasta veinte nudos.

Las “alas” se mueven automáticamente, ajustándose a la posición del Sol y del viento para obtener una acumulación óptima de energía. En condiciones de vientos extremos, las velas se pliegan por completo contra la superficie del barco. Si el viento y la luz solar no alcanzan para impulsar eléctricamente al Solar Sailor, se recurre, ocasionalmente, a sus potentes motores, que también pueden funcionar con biodiesel como combustible.

Este mismo principio es aplicado a un buque catamarán que cubre la segunda mayor ruta de ferries del mundo, la que une la ciudad estadounidense de San Francisco con la isla de Alcatraz.
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

viernes, 20 de marzo de 2009

La Hélice del Barco. Progresos Tecnológicos

Desde el 4 de agosto de 1829, cuando la Civettà zarpo para hacer una prueba oficial, hasta hoy, el concepto de la hélice como propulsión de los buques, no tuvo una variación drástica en la geometría de la hélice.

En la Civettà, Josef Ressel, había montado una hélice movida por una máquina de vapor. El barco, llevando 40 personas a bordo, llegó a alcanzar 6 nudos. La prueba no pudo continuar al romperse la máquina de vapor.

A partir de 1875 se empiezan a publicar los primeros fundamentos teóricos de los procedimientos para el proyecto de hélices. Dichos métodos fueron evolucionando progresivamente e incorporando los desarrollos realizados en el campo aeronáutico. En los últimos años se incorporan los ordenadores en las tareas de diseño, lo que permite utilizar modelos matemáticos cada vez más complejos para realizar el diseño de las hélices.

Ya, a mediados del siglo pasado, se realizan amplios trabajos de investigación con la finalidad de poder explicar de forma más precisa los fenómenos de interacción entre la hélice y el flujo que se desarrolla en la popa del buque. Este conocimiento ha permitido conseguir mejoras significativas en el comportamiento de la hélice en cavitación y en consecuencia en la reducción de los niveles de ruidos y vibraciones a bordo.

En los últimos años se han desarrollado diversos dispositivos, así como diseños de hélices no convencionales encaminados a mejorar el rendimiento propulsivo del buque.

En este post quería comentar sobre un tipo especial de hélice denominada CLT (Contracted Loaded Tip), diseñada por la empresa española SISTEMAR que ha demostrado ahorros de consumo de combustible superiores al 10%.

La diferencia de las hélices convencionales con las CLT es que en éstas últimas, en los extremos de las palas se sitúan unas placas de cierre que permiten que exista una diferencia apreciable entre las presiones que ejerce el agua sobre las caras de presión a popa y de succión a proa de la hélice, en las proximidades de los extremos de las palas.

Estas placas de cierre impiden que se generen torbellinos de extremo de pala, lo que supone que las fuerzas fluctuantes de presión son menores en las hélices CLT y en consecuencia también son menores los niveles de ruidos y vibraciones a bordo.

Se demuestra teóricamente que, cuanto mayor es la diferencia de presiones en ambas caras, mayor es el rendimiento de la hélice.

Las numerosas pruebas de mar realizadas con buques que tenían instaladas hélices convencionales y posteriormente hélices CLT, arrojan las siguientes ventajas comparativas de éstas últimas respecto de las primeras:

Tienen un mayor rendimiento propulsivo, lo que permite reducir la potencia propulsora necesaria para alcanzar una determinada velocidad. Esto se traduce en un importante ahorro de combustible, entre un 7 y un 12% menos de consumo a igualdad de velocidad. Alternativamente, a igualdad de potencia propulsora, las hélices CLT permiten aumentar la velocidad del buque entre 0,3 y 0,6 nudos.

Los niveles de vibraciones excitadas sobre el casco por las hélices CLT son considerablemente inferiores a los correspondientes de las hélices convencionales, debido a la menor depresión en la cara pasiva de las palas, con una extensión de cavitación mucho menor y menores fluctuaciones de presión.

A igualdad de potencia propulsora, se obtiene una mejor respuesta del buque a la acción del timón, y por consiguiente, mejores características de maniobrabilidad, con círculos de evolución de menor radio y menor distancia de frenado requerida.

Las hélices o palas CLT se han instalado en buques de todo tipo:

Quimiqueros, Bulkcarriers, Pesqueros de arrastre y de cerco, Ro-Ros, Crucero, Yates, etc. accionadas por máquinas propulsoras que oscilan entre los 36.000 bhp a 90 rpm y los 300 bhp a 2.400 rpm.

Sistemar ha desarrollado una segunda generación que aporta las siguientes mejoras:

Se reduce la depresión en la cara de succión de la hélice, por lo que se minimiza la extensión de cavitación tipo lámina y por tanto los niveles de las fluctuaciones de presión.

Se aumenta la sobrepresión en la cara de presión de la hélice, aumentando de esta forma el rendimiento de propulsor aislado.

Como casi siempre, ante los nuevos avances tecnológicos, nos preguntamos sobre el retorno de la inversión al tomar la decisión de colocarla en una nueva construcción o cambiarla en un buque en servicio.

En el caso de buques de nueva construcción, el mismo se debe únicamente a la diferencia de coste de diseño y fabricación con respecto a la hélice convencional alternativa.
Cuando se trata de buques en servicio, al coste de diseño y fabricación hay que añadir el de desmontaje de la hélice existente y el de transporte e instalación de la nueva.
La reducción de la factura anual de combustible conseguida mediante la hélice CLT se estima en función del tipo de buque (horas de navegación al año, consumo específico de combustible, porcentaje de ahorro estimado) y del precio del combustible.
En función de estos parámetros, se tiene que en el caso de buques de nueva construcción, el retorno de la inversión se produce en aproximadamente 3 a 6 meses, mientras que en el caso de buques en servicio suele oscilar entre 2 y 3 años.

Las últimas noticias nos informan que AP Möller Maersk ha encargado a Sistemar el diseño de una hélice CLT para el petrolero “Roy Maersk” (35.000 tpm), con el objetivo de reducir el consumo de combustible (y, en consecuencia, las emisiones de CO2) y mejorar la maniobrabilidad del buque.

Por su parte, el grupo naviero noruego Wilhelmsen ya ha instalado una hélice CLT en su bulkcarrier “Bernardo Quintana” (76.000 tpm) y ha encargado otras dos para los bulkcarriers “Sklenar” y “W.H. Blount”, que se instalarán en las varadas previstas para este año.

El director general de Wilhelmsen Ship Management, Aditya Saxena, ha afirmado que “para reducir los costes operativos de nuestros buques, hemos estudiado varias formas de reducir el consumo de combustible y hemos llegado a la conclusión de que una hélice CLT es la mejor manera de lograr una reducción significativa y apreciable”.
Las hélices CLT de ambos grupos navieros han sido construidas por Wärtsilä en Drunen (Holanda).
Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

miércoles, 11 de marzo de 2009

Motores Diesel. Algún tipo de Averías en Pistones IV

Gripado de la cabeza de un Pistón Diesel


La cabeza del pistón está gripada localmente en la pared de fuego. La superficie de las huellas dejadas por el gripado es áspera y está rayada, e incluso se ha desprendido porciones considerables de material.

Debido a problemas en la tobera de inyección, el chorro de carburante no pulverizado ha chocado contra la película de aceite que cubre la pared del cilindro y la ha debilitado al extremo de causar una marcha en seco. El material del pistón agarrotado con firmeza en la pared de fuego por la falta de aceite, ha creado una especie de soldadura en la pared del cilindro que ha hecho desprender porciones más o menos grandes de la cabeza del pistón.

Gripado por falta de lubricación causado por aros que no cierran bien contra la camisa de cilindro

Estos daños ocurren especialmente en la fase de rodaje bajo gran carga cuando los aros aún no han podido obturar por completo a causa de un rodaje deficiente.

Los gases excesivamente calientes que pasan entre los aros del pistón y la pared del cilindro deterioran la película lubricante que protege a ambas piezas.

Pero no solamente este tipo de agarrotamiento se produce en la fase de rodaje del motor, los problemas de combustión, las elevadas temperaturas o un enfriamiento insuficiente de los pistones y de la pared del cilindro también pueden hacer disminuir y hasta destruir la película lubricante.

El pistón, además, al deslizar sobre las partes no lubricadas del cilindro, raya la pared de fuego y deja posteriormente huellas de agarrotamiento en toda la falda del pistón.

En el pistón de la izquierda resaltan los rastros incipientes de la fricción en la parte superior, a la derecha de la pared de fuego.

En la fase avanzada, las rayas se extienden sobre toda la superficie del pistón.



Leer tambien I, II y III:

http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2009/03/motores-diesel-algun-tipo-de-averias-en.html

http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2009/03/motores-diesel-algun-tipo-de-averias-en_09.html

http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2009/03/motores-diesel-algun-tipo-de-averia-en.html

Con este post termino con el tema de averías en pistones.

Siempre que se presenta una falla crítica, debemos hacer cualquier esfuerzo para prevenir que vuelva a suceder. Si no intervenimos para eliminar la causa raíz, la recurrencia de la falla, está prácticamente garantizada.

Deberíamos considerar las investigaciones de falla tan seriamente como lo hacemos con las actividades de reparación necesarias para poner nuevamente el Motor en servicio.


martes, 10 de marzo de 2009

Motores diesel. Algún tipo de Avería en Pistones III

Desgaste por falla de lubricación ocasionada por exceso de carburante.

El carburante no quemado y condensado en la superficie de rodadura del cilindro ha diluido la película de aceite o la ha eliminado. Por eso el conjunto- pistón cilindro- se mueve con mala lubricación. Se producen huellas longitudinales con rayas delgadas, producidas por el rozamiento de ambas piezas, en la zona en donde está normalmente el diagrama del pistón.


En el caso de desgaste por exceso de carburante, el lugar estropeado del pistón está ubicado siempre en los puntos en donde se apoya la falda del pistón en el cilindro.

Una moderada dilución del aceite por combustible podría ser causada por frecuentes arranques de un motor, excesiva marcha en vacío y malas condiciones de arranque en frío.

La dilución severa está asociada con fugas, problemas en el inyector de combustible y combustión ineficiente. La dilución por combustible por inyectores defectuosos causa comúnmente lavado del aceite en la camisa del cilindro, lo que acelera el desgaste de los aros, pistón y cilindro.

También la dilución severa puede reducir la viscosidad de un aceite, esto colapsa el espesor crítico de la película del aceite, dando por resultado el desgaste prematuro de la zona de combustión (pistones, aros y camisas).

Una combustión ineficiente podría también estar causada por problemas en el sistema de aspiración, turbosoplante, filtro de aire obstruido, pos-enfriador tapado, etc.

Leer también Numero I y II:
http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2009/03/motores-diesel-algun-tipo-de-averias-en.html

http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2009/03/motores-diesel-algun-tipo-de-averias-en_09.html

lunes, 9 de marzo de 2009

Motores Diesel. Algún tipo de Averías en Pistones II

Gripado por alta temperatura del pistón.



Por las altas temperaturas en el pistón, en la falda han quedado marcas de gripado intensos de color oscuro y superficies muy raspadas y la misma ha perdido una buena parte del material en los sectores gripados.La avería se produce por una lubricación deficiente y limitada a puntos determinados, o por el recalentamiento de uno de los lados del cilindro.


Por que pudo pasar

Problemas en el sistema de enfriamiento utilizado

La función principal del sistema de enfriamiento es mantener la temperatura correcta del motor sacando el calor excesivo generado por la combustión y la fricción. Según datos del Maintenance Council American Trucking Association el 40% de las fallas del Motor están relacionadas directamente con él.

En un motor diesel solamente entre el 35% y el 40% de la energía producida por el combustible se transforma en potencia utilizable; el resto se irradia directamente desde las superficies del motor y por el escape. Aproximadamente el 30% lo disipa el sistema de enfriamiento.
De lo anterior, se deduce que, si se presentan fallas en el sistema de refrigeración, probablemente se producirán incrementos de temperatura considerables en el interior del motor.

Los motores pueden ser enfriados por aire o enfriados por líquido. Si el sistema utilizado es por refrigerante líquido, éste podría fallar por falta del mismo, formación de burbujas, falla en la bomba de circulación, falla en la bomba de refrigeración, falla en el termostato regulador de la temperatura, etc.

Si la refrigeración es con radiador, este podría estar sucio, o las aspas del ventilador dobladas o rotas.

Los refrigerantes sufren desgaste y pérdida de sus propiedades al igual que el aceite. Mantener la química apropiada del refrigerante protege contra cavitación, corrosión, depósitos, gelatinización y congelamiento.

Resulta imprescindible que el sistema de refrigeración de nuestro equipo siempre funcione perfectamente. De no ser así, la vida útil del motor disminuirá drásticamente.

La otra causa probable es la dilución del aceite, o calidad inadecuada del mismo.

Cualquier incremento de temperatura por encima de valores normales de funcionamiento, provocará una disminución de la viscosidad de la película de lubricante sobre las paredes del cilindro, provocando el roce de metales con el consiguiente desgaste de las piezas. Produciría primero, una lubricación deficiente en el lado de presión sometido a más esfuerzo.

Este daño es de tipo irreversible, ya que aunque de manera inmediata mejoremos el enfriamiento, el desgaste producido no se podrá solucionar.

Dado que el fuerte agarrotamiento aparece la mayoría de las veces solo en el lado de presión y raramente en el opuesto, podemos pensar que la falta de huelgo entre pistón y camisa no sería una causa probable de esta avería.


sábado, 7 de marzo de 2009

Motores Diesel. Algún tipo de Averías en Pistones I

En los motores de combustión interna, el sistema de lubricación se encarga de lubricar las piezas en movimiento relativo. El lubricante debe también contribuir a la refrigeración del motor.

En este caso me referiré al sistema camisa de cilindro, pistón, aros.

Los gases producidos al quemarse el combustible empujan los pistones hacia abajo produciendo la fuerza útil que se transmite al cigüeñal.
Para la mejor utilización de la energía de los gases es necesario un perfecto sellado entre camisas y pistones por medio de los aros. Estos elementos, como órganos elásticos, deben compensar las dilataciones, las diferencias de diámetros y ovalizaciones resultantes del desgaste. Pero aun así, los gases podrían escapar, de no haber una película de aceite, tenazmente adherida a las superficies metálicas de aros, camisa y pistones.

Los pistones reciben mucho calor y el agua de refrigeración llega solo a las camisas y a las tapas de los cilindros. El enfriamiento del pistón se hace a través de los aros, pero es la película de aceite la que cierra el circuito para el paso del calor. Si la misma faltara, la transmisión sería muy pobre.

Cuando la lubricación no ha sido suficientemente buena, bajo todas las condiciones de operación se produce desgaste pero hay una condición que es crítica: el arranque. En ese momento los cilindros y cojinetes trabajan sin una lubricación completa por falta de aceite en cantidad suficiente.

Cuando se produce una avería en un motor a nuestro cargo, siempre nos preguntamos, por qué pudo suceder. En este caso trataré de dar alguna indicación cuando la avería se produce en camisa de cilindro-pistón.

Daño en pistones

Gripado por falta de lubricación en general

Estos tipos de gripados pueden sobrevenir aunque medie suficiente huelgo entre la camisa de cilindro y el pistón. En este caso, el problema proviene a menudo de la rotura de la película de aceite lubricante en determinados lugares debido a la elevada temperatura o al derrame de carburante.
Los sectores no lubricados del pistón, los aros y la superficie de la camisa de cilindro rozan entre sí en estos sitios, ocasionando en muy breve tiempo, gripados con áreas sumamente rayadas.



Gripado por falta de lubricación en la falda del pistón

En el sector de la falda del pistón hay huellas de gripado extendidas parcialmente hasta el área de los aros. En el lado opuesto de la falda aparecen leves marcas de gripados. En este caso, la superficie gripada tiene un brillo casi metálico y no oscuro.
Por qué pudo pasar
Entre las superficies de la camisa de cilindro y el pistón había escasez extrema de lubricación. La contextura de las marcas de color casi metálicas indica que la película de aceite existente en momento del gripado era muy delgada.

Causas probables

Falta de aceite en el motor.
Presión de aceite demasiado baja.

Se puede pensar que se trata de una falta temporal de aceite o de una avería en la fase inicial debido a que la falda del pistón está solo levemente estropeada. Si el motor hubiera seguido funcionando con ese escaso nivel de aceite, los daños habrían sido seguramente más graves.

viernes, 6 de marzo de 2009

Motores Diesel. El Por Qué de los Sistemas de Inyección con Regulación Electrónica.

Un día de julio de 1893, después de 15 años, que fueron los años que tardó Rudolf Diesel para llegar a construir su primer prototipo, se probaría su primer motor experimental, que supuestamente funcionaría con carbón pulverizado.

Para Diesel la idea nació en una conferencia escuchada en 1878 en la cual se desarrollaba el tema del ciclo termodinámico del ingeniero francés Sadi Carnot, el cual prometía transformar el 70% de la capacidad calorífica del combustible en trabajo útil.

Por supuesto, los primeros ensayos no fueron satisfactorios. Recién en febrero de 1894 podemos decir que se produce el nacimiento de lo que hoy conocemos como Motor Diesel.
No fue hasta 1897 que Rudolf Diesel logra construir un motor apto para ser utilizado a escala industrial. Este nuevo prototipo tenía 20 litros de cilindrada y desarrollaba una potencia de 20 CV a 170 R.P.M. La máquina superaba en rendimiento a todos los motores de la época, incluyendo a los de vapor.

Las palabras de Diesel en ese momento fueron "Tanto he superado todo lo que existe en la esfera de la construcción de maquinarias que ahora puedo afirmar, con seguridad, que marcho a la cabeza del progreso técnico".

Después de más de 100 años de evolución del Motor Diesel llegamos a la actualidad.

Las crecientes exigencias en los Motores Diesel respecto al incremento de prestaciones, reducción de ruido, disminución del nivel de contaminación y reducción de consumo, llevaron a los constructores de motores a diseñar sistemas de inyección cada vez más sofisticados y eficaces.

A partir del año 1990, después de diferentes análisis, los técnicos encontraron que los sistemas de inyección, utilizados hasta ese momento, no permitían gestionar la presión de inyección de modo independiente respecto al número de revoluciones y a la carga del motor, ni permitían la pre-inyección.

Esta búsqueda llevará, algunos años más tarde, a utilizar sistemas de control de la inyección totalmente electrónicos que permiten adaptar el caudal de inyección y la inyección, a fin de optimizar el funcionamiento y rendimiento.

La regulación electrónica del motor permite:
- Regulación óptima del caudal de arranque.
- Regulación del ralenti independiente de la carga.
- Regulación del caudal óptimo de inyección de plena carga.
- Determinación exacta del comienzo de la inyección.
- Regulación de la re-circulación de gases de escape.
- Regulación simplificada del régimen de rotación.
- Interfaz de comunicación para la auto diagnosis.

El último desarrollo para la inyección de combustible en un Motor Diesel es el conocido como Common Rail. Su principal característica es que no dispone de una bomba inyectora distribuidora, sino que la presión (que alcanza valores muy elevados, pudiendo llegar a ser de aproximadamente 1.350 bar,) se genera en una bomba sin ningún tipo de sincronismo con el cigüeñal. La sincronización de los inyectores se logra por medios electrónicos (captadores, sondas, actuadores, etc.).

El conducto común, (common rail) es una tubería de la que parte una ramificación para cada inyector. La principal ventaja de este sistema es que la presión con que trabaja es casi independiente de las RPM del motor y de su carga; es decir, que aunque el motor gire despacio, es posible inyectar el gasoil a una presión muy alta y casi constante durante todo el proceso de inyección.

El sistema “common rail” ofrece una serie de ventajas con respecto a los sistemas de alimentación tradicionales, que se traduce en una mayor potencia específica, un menor consumo y menor emisión de gases contaminantes; además, los motores resultan menos ruidosos.
Al no haber un sistema mecánico que rija cuándo se debe inyectar el combustible, se puede elegir libremente cuándo inyectar, incluso realizar varias inyecciones en un mismo ciclo. En los sistemas más avanzados hay hasta 5 inyecciones en vez de sólo la pre-inyección y la principal.

El calculador de inyección incorpora los siguientes parámetros:
- régimen motor
- temperatura del agua
- temperatura del aire
- temperatura del combustible
- presión del combustible
- presión atmosférica
- posición del acelerador

Y realiza las funciones siguientes:
- determinar la duración de inyección a partir de la presión de combustible
- gobernar, una pre-inyección y la inyección principal
- gobernar el caudal de combustible inyectado
En la actualidad podría ser interminable la lista de aplicaciones en los que se utiliza un Motor Diesel, tantas, que hasta el propio Diesel se asombraría.

Según las estimaciones, el petróleo se agotará. Es decir, que será muy difícil que la tecnología, dependiente del petróleo y sus derivados, logre sobrevivir. Por lógica, los Diesel tendrán que ir cediendo su espacio a otros tipos de motores, pero no será tan fácil olvidarlos. Mientras que esto suceda, tendremos que seguir con su desarrollo.

Leer tambien
http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2007/09/evolucin-de-los-sistemas-de-inyeccin-en.html

miércoles, 4 de marzo de 2009

Motores Diesel. La importancia de la inyección electrónica en el control de la contaminación de la atmósfera.

En el mundo actual, el desarrollo económico lleva implícita la necesidad de usar cantidades crecientes de energía.
Buena parte de la energía consumida actualmente en el mundo se obtiene a través de reacciones de combustión y los combustibles más ampliamente empleados son los llamados combustibles fósiles.

Combustión: Combinación de un combustible con un comburente con desprendimiento de calor. En los motores de combustión interna, esta reacción se provoca para aprovechar la energía que libera.

Combustibles fósiles: Sustancias que se han originado por la destrucción o transformación de residuos animales y vegetales de otras épocas geológicas. Petróleo, gas natural y carbón son los combustibles fósiles que se usan en mayor cantidad a escala mundial.

En los compuestos que contienen carbono e hidrógeno, si la combustión es completa, todo el carbono aparece en CO2 y todo el hidrógeno en H2O. Si la reacción es incompleta (porque el oxígeno sea insuficiente o porque el tiempo de reacción haya resultado escaso) aparecen otros productos de oxidación, como CO u otros compuestos de carbono con oxígeno (e hidrógeno).

Por necesidades técnicas, para que la combustión sea realmente completa, hay que aportar más aire del que, teóricamente, según la estequiometría (cantidad de oxígeno, o en su caso aire, que hace falta para quemar una cierta masa de combustible) 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. En los motores diesel en general se habla de un 40% de exceso de aire.

La contaminación por NOx

Es bien sabido que los NOx emitidos a la atmósfera pueden causar daños al ecosistema y son especialmente agresivos por su carácter ácido. La creciente contaminación de los NOx ha llevado a las naciones tecnológicas e industrialmente más avanzadas a limitar sus emisiones.

Las técnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden clasificar en dos grupos: aquellas consistentes en modificaciones en la combustión para reducir la formación de los NOx "medidas primarias" o aquellas consistentes en el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx "medidas secundarias".

El desarrollo de los diferentes sistemas que utilizan la electrónica para controlar el funcionamiento del motor las podemos involucrar dentro de las medidas primarias.
En este caso me referiré a las tecnologías de los sistemas electrónicos aplicadas por Caterpillar:

(PEEC) Programable Electronic Engine Control. Control Electrónico
Programable del Motor.

a) La electrónica reemplaza al regulador de velocidad.
b) Todavía se emplea la bomba de combustible.
c) Varillaje del acelerador sustituido por acelerador electrónico.
d) Control electrónico de la relación aire/combustible.
e) Empleo de censores para monitorización.

(MEUI) Mechanical Electronic Unit Injectors. Inyector Unitario Mecánico Electrónico.

a) Inyector unitario electrónicamente controlado y mecánicamente actuado (árbol de levas de inyección).
b) La bomba de transferencia de combustible reemplaza a la bomba en línea (Bomba de inyección).


Funcionamiento inyector unitario MEUI

(HEUI) Hydraulic Electronic Unit Injectors. Inyector Unitario Hidráulico Electrónico

a) Inyector unitario electrónicamente controlado e hidráulicamente actuado (Se elimina el árbol de levas de inyección).
b) La bomba de transferencia de combustible reemplaza a la bomba en línea (bomba de inyección).



De acuerdo con las especificaciones del fabricante, el Motor CAT 3516B operando a 100% de su capacidad le corresponden las siguientes tasas de emisión, expresadas en gramos del contaminante por caballos de fuerza de potencia efectiva por hora:

NOx: 6.9 g/hp-hr
CO: 0.35 g/hp-hr
COV: 0.13 g/hp-hr

Partículas: 0.103 g/hp-hr

Los motores anteriores, de la serie A, tenían inyección de combustible mecánica y producían emisiones de NOx del orden de 12 g/hp-hr.

Este motor de la serie B es una unidad de baja emisión y de mezcla pobre, lo que significa que la proporción del carburante se minimiza respecto de la cantidad de aire en la mezcla aire-combustible.

La tecnología de combustión de mezcla pobre se valió de la inyección electrónica para acercarse al límite de 6.9 g/hp-hr, que es la tasa de emisión de NOx establecida en California para generadores de este tamaño con Motor Diesel.


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