lunes, 31 de agosto de 2009

Motores Diesel. Qué tendremos que tener en cuenta en relación a la potencia y el consumo para comparar motores de distintos fabricantes.

Referente a la potencia

Los factores esenciales a la hora de proceder a una comparación de motores radica en una definición exacta de potencia, homogeneizar las condiciones en que la misma se define para cada fabricante. Para ello, lo normal es tomar como condición estándar las condiciones tropicales ISO 3046/1 (Temperatura del aire de aspiración 45ºC; Temperatura del Agua de entrada al refrigerador de aire 32ºC; Presión Barométrica 1 bar).

Existen dos definiciones de potencia de un motor con la misma denominación, totalmente diferentes:

En Europa y en Asia, la llamada potencia MCR; se refiere a Maximun Continuous Rating, o Potencia Máxima Continua, siendo la potencia máxima que puede desarrollar un motor, en funcionamiento ininterrumpido.

En Estados Unidos, la denominación potencia MCR se refiere a Maximun Continuous Rating y se define como la potencia de sobrecarga que puede desarrollar un motor durante un tiempo determinado.

El equivalente de la potencia europea MCR es lo que en USA se denomina CSR (Continuous Service Rating). Por lo tanto en comparaciones entre motores europeos y estadounidenses, es preciso tener en cuenta esta diferencia.

Otro tanto ocurre con las unidades, aunque aquí la importancia es secundaria. La definición de CV europea es diferente de la HP estadounidense, y por lo tanto con objeto de evitar problemas y concretamente con la potencia, emplearemos la unidad internacionalmente admitida: el Kw.

Referente al consumo

En las curvas de consumo de algunos motores hace referencia si en el cálculo están incluidas todas las bombas accionadas o no.

Cuando se refieren al poder calorífico del combustible utilizado, algunos fabricantes utilizan el valor de 42.800 kJ/kg del Poder Calorífico Inferior y otros el valor de 42.780 del Poder Calorífico Inferior Estándar. En este caso utilizando cualquiera de los dos, la diferencia es muy pequeña.

Cuando se refieren al consumo, algunos vienen expresados en g/kWh y otros en forma de litros/h, que es en general como se puede medir a bordo.

En todos los casos, para poder comparar distintos motores tendríamos que referirlos todos a una misma forma de medirlos.

sábado, 29 de agosto de 2009

Motores Diesel. Consumo de combustible

El consumo de combustible es el porcentaje más elevado de los costes operativos en buques y cuando hablamos de ahorro en el consumo de combustible, en realidad, estamos hablando de ahorro de dinero y además, en los últimos años, en cumplir con reglamentaciones destinada a disminuir los problemas ambientales de los gases emitidos a la atmósfera.

El costo del combustible vs. El costo de operación

Antes del año 1973, cuando se produce la llamada crisis del petróleo, 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% y los armadores están conscientes del costo del combustible y de la forma en que afecta su operación. Tampoco existían las reglamentaciones de la OMI en referencia a emisiones.

Se tiene que hacer una aclaración sobre la diferencia entre el consumo de combustible calculado en el proyecto de construcción y el que podemos utilizar todos los días en la práctica, para optimizar la velocidad del buque y reducir al máximo el consumo, en relación con la parte operativa del mismo.

Hoy quisiera referirme a esta última y también tendremos que hacer una aclaración, una cosa es referirse a cálculos teóricos calculados con una extensa serie de supuestos y que es sólo estimativo y otra muy distinta es dotar a la embarcación de una herramienta para poder medir de forma precisa el consumo. Y a partir de ahí actuar en la optimización y reducción del consumo.

Algunos de los datos que se tienen en cuenta en los cálculos teóricos son:

Estado y desplazamiento del buque: buque nuevo, casco sucio o limpio, plena carga
Condición del tiempo y estado del mar
Poder calorífico y Densidad del combustible
Perfil operativo del buque

Es obvio que una especificación incompleta de estos valores puede conducir a diferencias en los cálculos.
Si personas diferentes hacen el cálculo del consumo de combustible para un buque dado, en el caso de no disponer de una completa información, llegarán a distintos resultados.

Una fuente de reducción puede ser, por ejemplo, el disminuir la velocidad de la embarcación.

Los Capitanes pueden optimizar el consumo ajustando la carga del motor hasta conseguir trabajar de la forma lo más eficiente posible, pero para ello debemos conocer el consumo para decidir qué velocidad nos es más conveniente en cada momento.

En el caso de buques de pesca, pueden considerarse situaciones como poder comparar el nivel de capturas en arrastre con diferentes artes de pesca, y el consumo que ha significado cada caso.
También puede darse el caso, en la captura, de llegar al banco a máxima velocidad, y por supuesto, a máximo consumo. Un pequeño ajuste en la velocidad puede significar un ahorro importante.

Para conseguir ahorros que mejoren la competitividad, es imprescindible saber en cada momento, en qué y cómo se gasta el combustible. Este ahorro reducirá los costes de explotación.

Existen posibilidades ciertas de ahorrar en el consumo de combustibles. Pero para poder tomar decisiones acertadas en cuanto a ahorro, primero debe realizarse una medición precisa de dicho consumo. De hecho, la medida de consumo será la herramienta que nos llevará al ahorro.

martes, 25 de agosto de 2009

Ecobuque de Pesca para el año 2020. (BAIP 2020)

En España, promovido por la Fundación INNOVAMAR, nace el proyecto BAIP 2020 que propone la investigación en tecnologías rupturistas para el diseño, desarrollo, fabricación, implantación y explotación de Buques Autómatas Inteligentes Polivalentes para la explotación de la Pesca en el futuro (horizonte 2020).

El proyecto es liderado por Astilleros de Murueta y Sisteplant, conscientes de la necesidad de dar un salto tecnológico en el sector, atendiendo las recomendaciones europeas y nacionales para el sector de la pesca, la construcción naval y su industria auxiliar.

El sector de la pesca se enfrenta a grandes retos: la subida del precio del combustible, la escasez y lejanía de los bancos de peces, la falta de mano de obra cualificada, un medio siempre hostil como es el mar y, sobre todo, ser más competitivo.

Para hacer frente a estos desafíos, con un presupuesto de 37 millones de euros para cuatro años, 21 empresas españolas del sector y 28 grupos de investigación trabajan en imaginar cómo será el pesquero del futuro, bajo el proyecto BAIP 2020. La iniciativa no pretende construir un navío concreto, sino “imaginar qué buque hará falta en el 2020”.


Conscientes de que la alta competitividad y la reducción de los recursos existentes, los grupos de investigación trabajan en modelos que evalúen las exigencias de los barcos de pesca.

Se debe pensar en procesos de explotación inteligentes e innovadores, más eficientes y sostenibles, actuando sobre la eficiencia energética, los sistemas de pesca, la protección del medio marino y la seguridad de la tripulación o la sustracción automatizada.

Conviene resaltar que la gran mayoría de las tecnologías que se investigarán, no sólo serán de aplicabilidad directa al sector de los buques pesqueros, sino que también serán aplicables a otros tipos de buques y por lo tanto, su desarrollo e implantación tendrá una altísima repercusión en la competitividad y expansión del sector naval español.

Hoy, los bancos de pesca son cada vez más escasos, difíciles de localizar y se encuentran cada vez más lejos de las costas. Por ello es necesario investigar cómo localizar mejor los bancos, con el objetivo de que el buque del futuro vaya directamente a ellos y extraiga su cuota asignada.

El sector pesquero también se enfrenta a la falta de mano de obra cualificada, por lo que se debe investigar en la tecnología que pueda automatizar al máximo un pesquero para que pueda tomar sus decisiones por sí solo, reservando la mano de obra para los momentos punteros de la actividad.

Los objetivos generales fijados para el proyecto son:

· La investigación en ciencias y tecnologías implicadas en el diseño y construcción de buques eficientes y medioambientalmente responsables y en la protección de los recursos oceánicos, que permitan un salto tecnológico hacia el buque pesquero del futuro.
· La mejora radical de la eficiencia y competitividad de la flota pesquera, de la industria auxiliar y de la construcción naval.
· La generación de conocimientos para la creación de nuevos productos, procesos o servicios de interés estratégico en el sector naval y oceánico que dominen los mercados internacionales.

Todo ello con el fin de favorecer una actividad pesquera sostenible mediante la realización de una pesca responsable y competitiva, que represente un equilibrio entre el mantenimiento de unos recursos pesqueros saludables y la rentabilidad de las empresas pesqueras, sin olvidar la seguridad y confort laboral de las tripulaciones.

La colaboración de los diferentes sectores participantes en un gran consorcio abre nuevas y grandes expectativas tecnológicas para el futuro mediante la estrecha colaboración, la puesta en común del conocimiento existente y el aunamiento de recursos que generarán un alto grado de sinergias y permitirán afrontar el gran desafió que suponen los objetivos, esperando obtener nuevas tecnologías competitivas que supongan la mejora del sector naval español en numerosas áreas.

El buque del futuro

BAIP 2020 dará lugar a un buque cuyas principales características serán:

Un máximo grado de automatización de las operaciones realizadas a bordo; la dotación, por tanto, de inteligencia artificial en dichos procesos y en la gestión del buque; la diversificación de actividades de pesca que potencien el carácter polivalente del barco; la máxima eficiencia en el uso racional de la energía a bordo, con el objetivo de obtener hasta un 25% de ahorro energético con respecto a los navíos actuales; la denominación de ECO-BUQUE, por ser respetuoso con el medio ambiente, a través del aprovechamiento de residuos para la generación de energía; la minimización de las emisiones contaminantes y la participación activa en la protección del medio marino; y, por último, un grado máximo de seguridad, confort y salud de la vida en el mar.

El buque resultante de estas investigaciones consumirá menos, tendrá plazos de producción y entrega más cortos y será respetuoso con el medio ambiente.

jueves, 20 de agosto de 2009

Uso de las Turbinas de Gas en la Propulsión de Barcos Mercantes II

Algunas ventajas y desventajas de la utilización de las Turbinas de Gas en la propulsión de Barcos Mercantes.

En la lista de las ventajas podríamos incluir:

Compactas y de bajo peso
Se trata de una máquina muy simple que permite obtener grandes potencias con tamaños y pesos muy pequeños. Una de las ventajas radica en la insuperable relación peso-potencia que desarrollan.
Generalmente las turbinas son 1/4 en peso y un 1/7 en volumen comparadas con los motores diesel.

Gas limpio en el escape
El control de las emisiones de las turbinas de gas está experimentando cambios muy rápidos con la entrada en vigor de nuevas normas cada vez más restrictivas.

Al comparar las emisiones con las de los Motores Diesel, debido a una mejor combustión, el gas de escape es mucho más limpio. La reducción en volumen de los gases emitidos por las turbinas con relación a los de los motores diesel sería de 1/10 en NOx, 1/40 en CO y 1/5 en SOx.

Los métodos tradicionales de control de las emisiones basados en la inyección de agua o vapor van siendo sustituidos por los nuevos sistemas a base de cámaras de combustión en seco o DLN (Dry Low NO,).

Baja vibración
Como todo el movimiento es rotatorio, la vibración producida por las turbinas a gas es pequeña. La vibración estática de las turbinas a gas es ¼ de la de los motores diesel, y el peso dinámico de las turbinas es 1/10 del peso estático, siendo cerca de ½ para los motores diesel.

Bajo ruido
Como las turbinas a gas rotan a alta velocidad, el ruido producido es de alta frecuencia, el cual es fácil de atenuar; por lo que el cierre acústico es de construcción simple mientras que el ruido producido por los motores diesel es de baja frecuencia y por lo tanto es mucho más difícil de atenuar.

Bajo costo de mantenimiento
Los motores diesel requieren un mantenimiento semanal mientras que las turbinas a gas sólo necesitan mantenimiento en intervalos de 1 a 2 meses.

Consumo de aceite de lubricación
El consumo de aceite de lubricación de las turbinas a gas es de sólo 0.08 l/hr en una turbina de 1MW, lo cual es suficientemente pequeño.

Fácil inspección
Los componentes internos de las turbinas a gas pueden ser chequeados con un boroscopio y el desarmado generalmente no es necesario.

Sin agua de enfriamiento
Esto asegura estar libre de problemas por agua (derrames, enfriamiento, riles, temperatura del agua, etc.), eliminando el sistema de enfriamiento de agua, haciendo el sistema más confiable.

En la lista de las desventajas incluimos:

Si bien los consumos de las turbinas de gas modernas son aceptables, del orden de los 180 gramos/CV.h., no pueden competir con los 135 gramos/CV.h. de los motores diesel a la hora de conseguir una explotación rentable, especialmente en momentos de crisis como los actuales donde tratamos de reducir los costos de explotación al máximo.

Una parte del trabajo generado se pierde para operar el compresor.

En:
http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2008/12/el-sistema-de-propulsin-codag-motores.html

podemos leer por qué se eligió una planta combinada de motores diesel y turbinas de gas para la propulsión del “Queen Mary II”.
En:
http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2008/11/motores-diesel-para-buques-con-mxima.html

podemos leer cómo se mejora la eficiencia energética en el “Emma Maersk” utilizando los gases de escape del motor para mover una turbina de potencia para generar electricidad.

Leer también:

Uso de las Turbinas de Gas en la Propulsión de Barcos Mercantes I


martes, 18 de agosto de 2009

Uso de Turbinas de Gas en la Propulsión de Barcos Mercantes I

Primero querría aclarar el por qué del titulo “Marina Mercante”. En la elección de la propulsión de los buques utilizados por las Marinas de Guerra se tienen en cuenta muy diferentes criterios a los utilizados por la Marina Mercante.

En casi todas las Marinas de Guerra existen barcos propulsados por este tipo de turbinas pero su uso en Marina Mercante no esta actualmente muy desarrollado.
Más adelante, trataré de explicar por qué se eligieron en la construcción del Queen Mary II.

¿Qué son las turbinas de gas?

Una turbina de gas es un motor térmico rotativo de flujo continuo que utiliza el flujo de gas como medio de trabajo, para convertir energía térmica en energía mecánica y se caracteriza por presentar una baja relación peso/potencia y una velocidad de giro muy elevada.

Emplean como combustible gas natural o líquidos como queroseno o gasoil. También puede usarse carbón, una vez transformado en gas en un gasificador aparte.

Un poco de historia

La primera patente de una turbina de gas la obtiene en 1791 John Barber, pero fue ha principios del siglo pasado cuando se construye la primera turbina de gas que funcionó realmente.

El primer avance importante lo logró F. Stolze en Alemania cuya turbina consistía en los mismos elementos que las turbinas de gas actuales: cámara de combustión que funciona separadamente y compresor multietapa de flujo axial, movido directamente por una turbina multietapa de reacción.

No obstante, los rendimientos del compresor y la turbina, así como la temperatura del gas, eran aun demasiado bajos para permitir un funcionamiento aceptable.

En 1903 se construyó en Francia la primera turbina de gas que funcionó con éxito. Constaba de compresor alternativo, cámara de combustión y turbina de impulso de dos etapas. Su rendimiento térmico era casi del 3%. Los progresos fueron lentos.

En los años 30, la Compañía de Sir Frank Whittle diseñó la Whittle W1, la que a la postre se convirtió en la primera turbina a gas a ser implementada en una aeronave; el avión aleman Heinkel He 178. En esos mismos años se implementó la primera turbina de gas para la producción de energía eléctrica.

La primera turbina derivada de las usadas por la aviación para uso naval fue la Proteus en 1958, mientras que la primera generación de turbinas a gas de concepción naval fue probada en el mar hacia fines de la década del 50.

Operación de una turbina a gas

Una turbina de gas de ciclo simple incluye un compresor que aspira aire a presión atmosférica y lo comprime para ser luego inyectado en la cámara de combustión.

El combustible, en forma gaseosa o nebulizada, también se inyecta en dicha cámara, donde se produce la combustión. Los productos de la combustión salen de la cámara a través de las toberas y hacen moverse la turbina, que impulsa el compresor y una carga externa como un generador eléctrico.

Como se aprecia en esta descripción, el fluido que circula por la turbina a gas evoluciona: es aire en la entrada y el compresor, recibe combustible en el sistema de combustión, y es mezcla de aire y productos de la combustión en la turbina misma y la descarga.

Una turbina a gas se puede dividir en cinco partes principales.

1) entrada (E)
2) compresor (C)
3) sistema de combustión (SC)
4) turbina propiamente dicha (T)
5) descarga (D).

Podemos decir entonces, que la turbina de gas está formada por dos elementos principales:

1) el generador de gases
2) la unidad generadora de potencia

El generador de gases está formado por uno o varios compresores, la cámara de combustión, donde se mezclarán el combustible con el aire y donde tendrá lugar la combustión, y finalmente la o las turbinas de expansión de gases, que en este caso sólo obtendrán la potencia necesaria para mover los compresores.

La unidad generadora de potencia es donde se obtendrá la potencia útil de la máquina.

En la actualidad, las turbinas de gas son máquinas con un peso relativamente pequeño, requieren poco espacio, son capases de desarrollar muy elevadas potencias y tienen un nivel de vibraciones bajo, dado su carácter rotativo.

A cambio, los consumos de combustible son muy elevados, la temperatura de los gases de escape es muy alta y el funcionamiento a bajas cargas implica consumos prohibitivos.

Leer también:

Uso de Turbinas de Gas en la Propulsión de Barcos Mercantes II


miércoles, 12 de agosto de 2009

Motores Diesel. Turbosoplantes de geometría variable

Como introducción al tema y antes de que miren el video de Turbo Master les puedo decir que el turbo compresor se encarga de insuflar un caudal de aire a presión dentro del colector de admisión. Aprovechando la energía residual de los gases de escape, que mediante una turbina y un compresor rotativo introduce más aire dentro del cilindro, consigue con este fin, una mejora volumétrica.

Esta transformación energética de térmica a mecánica se produce en lo que se llama “la turbina”.

A la hora de seleccionar un turbo para instalarlo en un motor, los ingenieros se encuentran en la siguiente problemática:

a) Si se instala un turbo pequeño, éste alcanza valores de presión rápido (a bajas revoluciones ya da presión el turbo, por lo que ya se nota el incremento de potencia); esto es debido a la baja inercia de este turbo pequeño, pero este turbo se encuentra con problemas de caudal a altas revoluciones porque no ha generado suficiente aire a presión por ser demasiado pequeño.

b) Si se instala un turbo grande, éste genera mucho caudal pero poca presión a bajas revoluciones, porque debido a la gran inercia que tiene gira mucho más despacio que el turbo pequeño, por lo que al no tener presión a pocas revoluciones el motor no genera potencia, ahora si a medida que se sube de revoluciones es capaz de generar más presión y caudal que el pequeño, por lo que el turbo grande funciona mejor cuando el motor gira alto de vueltas.

Para corregir este inconveniente se ha buscado la solución de dotar a una misma máquina soplante la capacidad de comprimir el aire con eficacia tanto a bajas revoluciones como a altas; para ello se han desarrollado los turbocompresores de geometría variable.

Y entonces... ¿Qué son los turbos de geometría variable?

En un turbo tradicional la disposición de los alabes tanto en distribuidor como en la turbina es fija y la capacidad de aumentar la conversión de energía no existe.

En motores que varían mucho las RPM se produce el famoso “retraso del turbo”, esos segundos tan importantes para el funcionamiento uniforme y el manejo de caudales apropiados para regímenes medios.

Si reducimos el tamaño de la turbina, para obtener una mejor respuesta de inercia, cuando el régimen sube, para conseguir la zona de máxima potencia, se hace difícil que esta transformación se produzca, escapando los gases con mucha de su energía, y en consecuencia, no se obtengan las presiones de alimentación para altos regímenes.

Esto es lo que se dio en llamar turbos de bajo soplado, donde el aporte de par era alto en regímenes medios, pero no conseguía llegar a mantenerlo a altas vueltas, por lo que la potencia no era elevada.

El turbo de geometría variable es un turbo, que mediante la modificación de la inclinación de los alabes, actúa como si fuese pequeño a bajas vueltas y como si fuese grande a altas revoluciones.

Con esto conseguimos que cuando el caudal es pequeño, estrechando el paso de los alabes de la geometría del distribuidor, obtenemos una gran velocidad, ésta entra en la turbina y arrastra a la rueda de la turbina. La energía no es mucha, porque el volumen es pequeño, pero al ser el turbo pequeño éste se mueve con facilidad, y comprime el aire de admisión todo lo que su energía le permite.

Cuando el caudal sea elevado, (alto régimen) no se precisa hacer converger a los alabes tanto, ya que la velocidad de los mismos genera el efecto en la rueda de la turbina.

El accionamiento de la geometría se hace con una membrana y la presión del colector (aunque en determinados motores se usa un motor), sólo que está gobernado por la centralita, para que su funcionamiento sea más progresivo.

Las ventajas del uso de este tipo de turbo vienen dadas por que se consigue un funcionamiento mas progresivo del motor sobrealimentado.

A diferencia de los primeros motores dotados con turbocompresor convencional donde había un gran salto de potencia de bajas revoluciones a altas, el comportamiento ha dejado de ser brusco para conseguir una curva de potencia muy progresiva, con gran cantidad de par desde muy pocas vueltas y mantenido durante una amplia zona del Nº de revoluciones del motor. El inconveniente que presenta este sistema es su mayor complejidad, y por tanto, mayor precio con respecto a un turbocompresor convencional. Así como el sistema de engrase que necesita usar aceites de mayor calidad y cambios más frecuentes.

En los videos de Turbo Master está muy bien explicado el tema



domingo, 9 de agosto de 2009

Motores Diesel. Man Diesel desarrolla métodos primarios de reducción de emisiones

Man Diesel, dentro de su programa I+D, ha conseguido alcanzar una elevada densidad de potencia y una considerable reducción de consumo de combustible y de las emisiones de NOx en los gases de escape, en el diseño de su último motor de cuatro tiempos.

Para ello, modificó las características básicas del motor, inyección de combustible, turbocompresión, regulación, timing de válvulas, etc.

Su variación influye en el proceso de combustión y, por lo tanto, en el rendimiento, consumo de combustible y producción de emisiones nocivas de los gases de combustión.

Todas las legislaciones sobre reducción de emisiones prestan especial atención a los óxidos de nitrógeno (NOx) formados, en más del 90%, por las elevadas temperaturas que se alcanzan durante la combustión.

En estos últimos años, la adopción de métodos primarios que combinan una temperatura de combustión menor, temperaturas más homogéneas en la cámara de combustión y el enfriamiento del aire de combustión que entra en el cilindro, ha permitido a Man Diesel el desarrollo de motores con emisiones de NOx progresivamente menores.

Para mejorar la mezcla del aire-combustible, las medidas incluyen mejora de la geometría de la corona del pistón, reducción de la formación de vórtices a la entrada de la cámara de combustión, aumento de los ratios de compresión y presiones de inyección, así como mejora del pulverizado del inyector.

Las medidas para reducir las temperaturas de combustión incluyen una revisión del “timing” de la inyección, mejora del enfriamiento del aire de carga y combinación del “timing” de válvulas en ciclo Miller revisado, alta eficiencia y alta presión de turbocompresión.

Según explica la compañía, los puntos clave para lograr estas reducciones de NOx, a las que se unen una mayor potencia y un menor consumo de combustible, han sido las mejoras en la interacción de diversas medidas, gracias a un control electrónico avanzado y a una mayor intensificación del Ciclo Miller, que ha sido posible con la introducción del turbosoplante en dos etapas, proporcionando relaciones de presión de hasta 7:1.

El Ciclo Miller supone el cierre temprano de la válvula de admisión haciendo que el aire que entra en el cilindro se dilate y se enfríe y consecuentemente se reduzcan las temperaturas punta durante la combustión.

Sin embargo, un tiempo de admisión más corto podría conducir a que entrase menos aire de combustión en el cilindro, resultando menor potencia y par motor.

Para contrarrestar este efecto, la presión más elevada del turbsoplante asegura que una cantidad de aire igual, o incluso mayor en el caso del nuevo paquete tecnológico Man Diesel, puede entrar en el cilindro en el menor tiempo disponible.

Durante las pruebas con Ciclo Miller intensivo en condiciones de plena carga y presiones del turbosoplante de 6.5 hasta 7, Man Diesel ha obtenido reducciones del NOx de más del 30%, reducciones en el consumo de combustible de hasta el 8% y un aumento del 15% en el rendimiento de potencia específica.

Con el objetivo de cubrir un amplio abanico de aplicaciones, MAN Diesel está desarrollando dos versiones del ciclo Miller basadas en diferentes paquetes tecnológicos.

Una versión con “timing” fijo de válvulas, turbosoplante de área variable de dos etapas e inyección de combustible tradicional que cubrirá las aplicaciones de generación de energía de carga base o continua.

Y otra versión del ciclo Miller para demandas variables de carga y “timing” de válvulas también variable, según la carga, para aquellos consumidores que demanden un elevado rango de potencias, como por ejemplo, aplicaciones de suministro de energía en acerías, generación de energía en centrales diesel y/o propulsión marina, y en las que las presiones del aire son variables y a menudo muy elevadas.

Todo ello se complementa con un sistema de turbocompresión en dos etapas, el sistema “common rail” y un “timing” variable en la inyección de combustible.

Me referí a los turbosoplantes en dos etapas y trataré de dar una idea de cómo funcionan y las ventajas del uso de los mismos.

En los sistemas de turbosoplante en dos etapas, el aire fresco pasa a través del turbo de la primera etapa, donde es comprimido entre 2 y 2.5 veces. Este aire presurizado es entonces introducido en el turbo de la segunda etapa, donde es comprimido otra vez entre 2 y 2.5 veces. Posteriormente, el aire es enfriado y llega presurizado al colector de admisión a 4 ó 5 veces la presión atmosférica y a unos 20ºC más que la temperatura ambiente.

Dividiendo la compresión del aire entre dos turbos, éstos operan a su máxima eficiencia. También, al trabajar con menores ratios de compresión en cada etapa, la velocidad de rotación de los turbos es menor, lo cual redunda en un menor esfuerzo para el sistema de cojinetes, la rueda compresora y la turbina.

Los turbos en serie ofrecen el mayor beneficio para los de motores que usan el ciclo Miller o el ciclo Atkinson. Los resultados demuestran una mejora significativa en la eficiencia térmica del motor y en la reducción del consumo. Otro beneficio añadido es la reducción en la formación de NOx durante la combustión, una de las más estrictas regulaciones de los motores diesel.

Los primeros desarrollos se usaron en equipos mineros trabajando a gran altitud; los turbos en serie fueron adoptados por Caterpillar para su ACERT en Dumpers en 2003.

Las estrictas regulaciones sobre emisiones hacen esta tecnología altamente atractiva también para pequeños y medianos motores.

Fuente MAN Diesel

viernes, 7 de agosto de 2009

Por que utilizar Ultrasonido en Mantenimiento de Máquinas de Barcos

Cuando escuchamos hablar de la utilización del Ultrasonido en la detección temprana de las fallas de las maquinarias, un montón de preguntas nos vienen a la mente.

¿Por qué utilizar ultrasonido?

¿Cómo puede el ultrasonido ayudarme en el Mantenimiento de Máquinas?

¿Cuánto es el costo y el retorno sobre la inversión?

¿Conozco las aplicaciones en las cuales el ultrasonido puede ser utilizado?

Estas son algunas de las preguntas que me hice y traté de contestar.

La detección ultrasónica es uno de los instrumentos utilizados en PdM más rentables en el mercado actual. Provee alerta temprana de que algo anormal está pasando, como fallas en los rodamientos, problemas con los sistemas hidráulicos y polvo ingerido al motor por pequeñas fugas en el sistema de admisión de aire que pueden causar costosas fallas y pérdidas de tiempo productivo.

Durante años, muchos han pensado de este instrumento como "sólo" un detector de fugas. Sin embargo, implementando un programa de mantenimiento predictivo utilizando ultrasonido podemos detectar y programar la corrección de diferentes problemas con suficiente tiempo y mantener los equipos al máximo de productividad.

Tradicionalmente, la vibración excesiva y el incremento de la temperatura fueron señal segura de una falla mecánica en un horizonte muy cercano.

Pero ahora sabemos que cambios microscópicos en las fuerzas de fricción, detectables con análisis de ultrasonido mucho antes que la maquina entre en estado de falla crítica, provee la oportunidad de una ventana muy grande para programar el mantenimiento.

Muchos problemas relacionados con el mantenimiento pueden ser descubiertos en una etapa inicial a través de la implementación de un programa de Ultrasonido.

El aumento de la popularidad en la implementación de programas de mantenimiento predictivo utilizando el Ultrasonido se puede atribuir a tres factores:

Fácil de utilizar y rapidez del diagnóstico

Los equipos son fáciles de utilizar y el hecho de no necesitarse un tratamiento posterior a la señal, hace que el aprendizaje se enfoque más en las técnicas de inspección, las cuales se aprenden e implementan rápidamente.

La mayoría de las aplicaciones donde se utiliza el ultrasonido, la presencia de señal ultrasónica o su incremento contra un valor conocido, es claro indicio de un problema. Si hay señal, hay problema y generalmente no hay necesidad de procesar posteriormente la señal.

Versátil

Con un solo instrumento podríamos buscar fallas en una trampa de vapor, determinar si un rodamiento está mal lubricado o verificar que no haya una fuga de corriente en un panel eléctrico.

Costo relativamente bajo de implementación y retorno sobre la inversión rápido:

El ultrasonido tiene una retorno sobre la inversión muy rápido, en muchos casos y dependiendo del nivel de problemas que tenga la planta, de unos pocos meses.

Si pensamos únicamente en el costo de una fuga de aire que puede estar alrededor de 100 USD al año, como costo de la electricidad para comprimir el aire que se pierde y el número de fugas que típicamente se encuentran en cualquier planta, fácilmente se paga la inversión en menos de 6 meses.

Monitoreo de Rodamientos

Todos los rodamientos, buenos o malos, viejos o nuevos emiten energía ultrasónicas causadas por la fricción entre los elementos de rodadura y las pistas.

A mas fricción o defectos en las superficies, mayor es la emisión acústica. Un rodamiento correctamente lubricado emite menos energía ultrasónica que uno mal lubricado.

Las siguientes son algunas ventajas de monitorear los rodamientos con ultrasonido:

  • Detección temprana de problemas en desarrollo en el rodamiento
  • Rapidez para hacer la colección de datos, pues solo toma unos segundos
  • Inmediatez del diagnóstico, ya que no requiere tratamiento posterior de la señal
  • Excelente complemento a las vibraciones
Lubricar acústicamente le permite:
  • Una vida más larga del rodamiento
  • Una racionalización de los consumos de lubricantes
  • Mejor uso de la mano de obra disponible
  • Menos mantenimientos por sobre lubricación o sub lubricación
  • Uso mas eficiente de la energía

Detección de fugas en circuitos de aire comprimido y compresores de aire

El aire comprimido es un servicio muy costoso en las plantas productivas. Se estima que entre un 20% a un 30% del aire comprimido se pierde por fugas causando sobrecarga en el compresor y variación de presión en los sistemas.

La turbulencia que se forma en las fugas crea un sonido con un gran componente de ondas ultrasónicas fácilmente detectables.

En un ambiente ruidoso como el de una planta productiva el sonido ultrasónico de una fuga es inconfundible.

Algunos de los problemas que están asociados con las fugas son:

  • Costos de electricidad para comprimir el aire
  • Tratamiento del aire según la aplicación
  • Mayores costos de mantenimiento
  • Inestabilidad de los procesos


Cuando en los asientos de las válvulas del compresor se forman depósitos ocasionados por carbón o suciedad, las válvulas no cierran bien y el compresor pierde eficiencia. Deficiencias en el sellado de la válvula ocasionan fugas del aire comprimido causando turbulencia que se puede detectar por Ultrasonido.

Inspección de trampas de vapor

Los crecientes costos de la energía han hecho que el vapor sea un servicio muy costoso para desperdiciar. Estudios realizados han encontrado que en una planta típica entre un 30% y un 40% de sus trampas de vapor no funcionan correctamente.

Utilizando un detector ultrasónico se puede determinar claramente si existe o no flujo de vapor, pues el flujo turbulento genera ondas en el rango ultrasónico.

Una trampa defectuosa dependiendo cómo falle va a causar problemas al sistema tales como:

  • Golpe de ariete
  • Ineficiencias en la transferencia de calor
  • Pérdida de vapor
  • Más consumo de combustible
  • Pérdida de químicos para tratar el agua

Inspecciones eléctricas

Los fenómenos eléctricos como la descarga de corona, arcos incipientes e interferencia electromagnética no generan suficiente temperatura para poder detectarse efectivamente con imágenes térmicas, pero sí producen una señal ultrasónica fácilmente detectable. Paneles eléctricos y cajas de interruptores son inspeccionados de una manera segura y rápida.

Sistemas hidráulicos

Válvulas obstruidas, fugas internas en actuadores y válvulas causan severos problemas en los sistemas hidráulicos. Encontrar estos problemas es rápido y fácil. Restricciones o fugas internas en sellos generan energía ultrasónica que es detectada, pudiéndose ubicar su origen.

Ésta fue una primera aproximación al ultrasonido y su aplicación en Mantenimiento de Máquinas; la capacitación y la experiencia son un largo camino por recorrer.

Fuente SDT Latinoamérica


jueves, 6 de agosto de 2009

Motores Diesel. Nuevas Tecnologías para Mejoras de Mantenimiento y Fiabilidad

Podemos decir que el motor diesel de dos tiempos utilizado como propulsión en grandes barcos, es un motor fiable y económico, sin embargo, reducir las necesidades de mantenimiento y mejorar la fiabilidad en uso es básico para la competitividad de las flotas en el comercio marítimo.

Pensando en este tema, INASMET-Tecnalia ha iniciado el proyecto OFIENGINE, cuyo objetivo final es incrementar la duración de diversos componentes del sistema de escape y del motor en su conjunto, mediante la aplicación de una nueva tecnología de recubrimiento por proyección térmica, la tecnología OFI (Oxy-Fuel Ionisation). Ésta se ha desarrollado por parte de INASMET-Tecnalia durante los últimos cuatros años y está basada en un proceso de combustión supersónico asistido por plasma.

Con una duración de tres años, el proyecto cuenta con la participación del Centro Nacional de Investigación Científica de la Universidad de Limoges (CNRS) y de diversas empresas. Entre ellas están Javikan, Arain y Mecanizados Kanter, del País Vasco, junto a otras empresas europeas PyroGenesis (Grecia) y BPE International Dr. Hornig GmbH (Alemania).

En este tipo de motores, el sistema de escape supone una parte sustancial del coste del motor, ya que su funcionamiento, en condiciones extremas de corrosividad y temperatura, plantea la necesidad de emplear materiales avanzados de elevado coste.

Para la construcción de las válvulas de escape, por ejemplo, se requieren materiales capaces de resistir tanto las condiciones extremas de erosión y la adhesión de depósitos corrosivos como las elevadas presiones del sistema. El material más apropiado para este tipo de válvulas es una aleación Nimonic, aunque para la construcción de válvulas estándar se utilicen aún, preferentemente, aceros para alta temperatura, con un endurecimiento local del asiento de la válvula.

Los procedimientos habituales implican la realización de recargas de estelite mediante soldadura en los asientos de las válvulas y el uso de recubrimientos ceramometálicos, aplicados sobre el eje de la válvula mediante la técnica de proyección térmica de alta velocidad HVOF (High Velocity Oxy-Fuel). Si bien estas técnicas están incluidas en las especificaciones de muchos de los fabricantes de equipos y de las empresas de mantenimiento más avanzadas, su uso está condicionado por una serie de limitaciones técnicas y económicas que limitan su aplicación generalizada en la fabricación de estos componentes.

El coste de estos materiales y la necesidad de optimizar los intervalos de revisión justifican el desarrollo de procedimientos efectivos de mantenimiento y de reacondicionamiento de los componentes de las válvulas.

Se prevé que esta tecnología sea capaz no sólo de generar los recubrimientos técnicos necesarios para combatir los mecanismos de desgaste identificados, sino también para competir con los procesos de proyección térmica actuales en coste, fiabilidad y accesibilidad industrial.
Objetivos tecnológicos

Las finalidades prácticas del proyecto se centran en los siguientes objetivos tecnológicos:

1) Reducir (en proporción de dos y tres veces) las necesidades de mantenimiento requeridas para componentes críticos en motores diesel marítimos a través de su adecuación superficial, entre los que cabe destacar:

Válvulas de escape: un aumento de la resistencia a la corrosión y al desgaste en ejes y asientos de válvulas.

Coronas de pistones: incrementar el aislamiento térmico y la resistencia a la corrosión de la corona del pistón.

Anillos de pistones: mejorar el comportamiento en servicio de los anillos del pistón mediante la aplicación de recubrimientos de múltiples capas.

2) Reducir en un 50% el coste del proceso de recubrimiento de los componentes.

3) Diversificar las soluciones técnicas ofrecidas por la tecnología de proyección térmica para aplicaciones marítimas mediante el aumento del rango de materiales depositados: desde los materiales de bajo punto de fusión, como las aleaciones de aluminio y cobre, hasta superaleaciones, carburos y óxidos cerámicos refractarios.

4) Desarrollar un nuevo equipamiento de proyección térmica OFI disponible para su comercialización.

5) Fabricar componentes de motor diesel a través de la tecnología OFI.


martes, 4 de agosto de 2009

Investigación sobre construcción de Hélices de Barcos Pesqueros utilizando materiales avanzados

Los materiales utilizados en la construcción de las hélices de los barcos, pueden ser de muchos tipos, entre ellos, de aluminio, acero inoxidable, aleaciones de bronce, pero actualmente la construcción naval necesita incorporar los avances precisos en campos como tecnologías de producción, materiales avanzados y sus procesos.

La hélice marina tiene un rendimiento próximo al 50%. Esto quiere decir que el 50% de la energía del motor propulsor no se utiliza en impulsar el barco, sino que se disipa en forma de pérdidas por fricción de las palas de la hélice con el agua.

Por lo que cualquier mejora en el rendimiento de una hélice, aunque porcentualmente sea pequeña, aporta un gran beneficio para el buque y su explotación.

Hélices de barcos en fibra de carbono o composite

En embarcaciones pequeñas, Volvo Penta utiliza una nueva hélice de material composite, que ofrece numerosas ventajas. Se fabrican con un material compuesto, principalmente por fibra de vidrio y nylon, que tiene una gran resistencia (entre un 10 y un 15% mayor que el aluminio proporcionando prestaciones equivalentes).

Las palas están diseñadas para absorber la energía generada por un impacto.
Gracias al material compuesto, no se corroen ni fomentan la corrosión galvánica en la embarcación ni en la cola.

En la industria pesquera la competencia internacional y la escasez de los recursos marinos aconsejan la necesidad de llevar a cabo, de manera más acusada, planes de investigación y desarrollo, con el fin de mejorar la competitividad.

El objetivo fundamental perseguido es fabricar hélices en fibra de carbono a precios competitivos destinadas a barcos de pesca.

Este proyecto persigue la aplicación de tecnologías avanzadas en el diseño de sistemas de propulsión para buques de pesca, con mejoras técnicas sustanciales que afectan al ahorro energético, junto a otras importantes ventajas, como la reducción de ruidos y vibraciones, gracias a la incorporación de nuevos materiales en la construcción naval.

Los objetivos técnicos se centran en la reducción del coeficiente de fricción de la hélice y el aumento de su rendimiento, que se traduce en un considerable efecto beneficioso para el buque y su explotación. La reducción de las vibraciones en la hélice y el eje de trasmisión aumenta la capacidad de pesca, en la medida que el ruido favorece la huida de los bancos de peces.

La hélice, construida en materiales compuestos de alta tecnología, tendrá una superficie lisa, mate, que se mantendrá así a lo largo de su vida operativa, pues la incidencia de la cavitación será nula, al tratarse de un material plástico.

En resumen, las ventajas de una Hélice de Fibra de Carbono o Composite sobre las Hélices Metálicas tradicionales en aleaciones de bronce-aluminio son:

Reducción de peso: Entre un 50 y un 70%.

Reducción de ruidos y vibraciones: El mejor amortiguamiento elástico de la Fibra de Carbono permite reducir en gran parte el componente de ruido estructural, evitando aspectos no deseado como el silbido (singing) de la Hélice.
Se pueden conseguir mejoras en torno a los 5 dB.

Ahorro energético: Alrededor del 5% de Ahorro de combustible, derivado de la mejor eficiencia hidrodinámica y del menor peso.

Eliminación de brillos y destellos: El color negro de la Fibra de Carbono consigue este efecto, determinante de cara a la mejora de las capturas.

Aumento del confort de la tripulación.

La aplicación de los composites de alta tecnología en el campo naval está aún por desarrollarse, lo que la sitúa en cabeza de las posibilidades de mejora.

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