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
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
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