Continuando con el tema de los post anteriores (ver Post I y Post II) de las estrategias utilizadas por los constructores de motores marinos para reducir las emisiones contaminantes y aumentar la eficiencia de los mismos, hoy me referiré, dentro de las estrategias internas, a las mejoras utilizando un control electrónico avanzado del motor y una mayor intensificación del Ciclo Miller que ha sido posible con la introducción de los turbosoplantes de dos etapas, que proporcionan relaciones de presión del aire de alimentación de hasta 7:1.
Todas las normas legisladas sobre reducción de emisiones de los motores prestan especial atención a la emisión de los óxidos de nitrógeno (NOx) formados, en más del 90%, por las elevadas temperaturas que se alcanzan durante la combustión.
El objetivo de los constructores es la adopción de sistemas que permitan 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, para lograr motores con emisiones de NOx progresivamente menores.
Ciclo Miller y el “timing” de válvulas
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 puntas durante la combustión.(ver figura)
Sin embargo, un tiempo de admisión más corto podría conducir a que entre menos aire y por lo tanto menos oxígeno en el cilindro para combinarse con el combustible, lo que resultaría en una menor potencia y par motor.
Con las presiones elevadas de los turbosoplantes de dos etapas se asegura una cantidad de aire igual o incluso mayor que puede entrar en el cilindro en el menor tiempo disponible.
Los datos de la aplicación de estos sistemas sobre un motor MAN con un Ciclo Miller intensivo en condiciones de plena carga y presiones del turbosoplante de 6,5 hasta 7, indican que se han obtenido reducciones de NOx de más del 30%, reducciones en el consumo de combustible de hasta el 8% y un aumento del 15% en el rendimiento de la potencia especifica.
En motores utilizados en la Propulsión Marina, con elevados rangos de potencia y demandas variables de carga, se utiliza una versión del Ciclo Miller con regulación del “timing” de válvulas variable (Variable Valve Timing - VVT) según la carga.
En la figura se puede ver un sistema de este tipo:
La variación en la sincronización y la elevación de la válvula es alcanzada interponiendo un compartimiento de alta presión del aceite en el tren de válvula del motor entre la válvula y su sistema mecánico de la impulsión.
Turbocompresión en dos etapas
La aplicación de estos sistemas requiere una elevada presión de sobrealimentación que es posible por la aplicación de los nuevos turbocompresores de dos etapas con tecnología de área de turbina variable (Variable Turbine Area - VTA).
 |
Disposición esquemática del motor 6L32/44CR de MAN Diesel – Ciclo Miller Variable con dos turbosoplantes
|
En este sistema los dos turbocompresores están colocados en serie y con un enfriador de aire de carga intermedio.
El segundo turbosoplante, más pequeño, está equipado con el sistema VTA para el control más preciso de la salida del aire de carga.
El VTA es un sistema que realiza la regulación de la salida del turbocompresor por medio de toberas con anillos de álabes regulables en lugar de anillos de álabes fijos.
El ajuste del área de paso por los álabes regula la presión de los gases de escape, obligando a la turbina a variar el flujo de salida del compresor.
Se consigue así optimizar el suministro de aire de carga en todos los puntos en
el mapa de rendimiento del motor, permitiendo que la cantidad de aire de carga coincida con más exactitud con la cantidad de combustible inyectada en beneficio de las emisiones, el consumo y la respuesta del motor a cambios de carga.
