Tf - Puma Reategui, Juan Carlos.pdf

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

“AÑO DE LA PROMOCIÓN DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y COMPROMISO CLIMÁTICO”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

SECCIÓN

:

“A”

CATEDRÁTICO

:

Ing. GARIBAY CALDERON, JUAN

ALUMNO

:

PUMA REÁTEGUI, JUAN CARLOS

FECHA DE PRESENTACIÓN

:

20082195J

23/07/2014

2014-I 0

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Tabla de contenido INTRODUCCIÓN GENERAL ................................................................................................. 12 VOLUMEN I FUNDAMENTO DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA ................. 13 T01 - MOTORES DE COMBUSTIÓN, FUNCIONAMIENTO Y PRINCIPALES COMPONENTES ..................................................................................................................... 14 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 15 1.

INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES............................................................................ 16

2.

TIPOS DE MOTORES TÉRMICOS ............................................................................... 17

3.

2.1.

MOTORES DE COMBUSTIÓN EXTERNA .......................................................... 17

2.2.

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ........................................................... 18

2.3.

MOTORES ALTERNATIVOS ................................................................................. 19

2.4.

MOTORES ROTATIVOS ........................................................................................ 19

2.5.

MOTORES DE REACCIÓN .................................................................................... 20

MOTORES ALTERNATIVOS DE COMBUSTION INTERNA .................................... 21 CLASIFICACION DE LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA ............ 21

3.1.

4.

3.1.1.

SEGÚN COMO SE REALIZA EL ENCENDIDO .................................................. 21

3.1.2.

SEGÚN EL NUMERO DE CARRERAS ................................................................ 22

3.1.3.

SEGÚN LA DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS ............................................... 24

3.2.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE GASOLINA DE DOS TIEMPOS ........ 24

3.3.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL DE DOS TIEMPOS ..................... 27

3.4.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE GASOLINA DE CUATRO TIEMPOS 28

3.5.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL DE CUATRO TIEMPOS ............. 30

3.6.

DIFERENCIAS ENTRE EL MOTOR DE GASOLINA Y EL MOTOR DIESEL 32

PROCESO DE COMBUSTIÓN DEL MOTOR DIESEL .............................................. 33 4.1. COMPOSICION QUÍMICA DEL AIRE Y DEL COMBUSTIBLE ............................ 33 4.2. RELACIÓN COMBUSTIBLE-AIRE ............................................................................ 34 4.3. ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTIÓN............................................................. 34

5.

COMPONENTES DEL MOTOR DIESEL ..................................................................... 35

6.

CONCLUSIONES ............................................................................................................. 44

7.

RECOMENDACIONES.................................................................................................... 44

T02 - OPERACIÓN DE UN MOTOR DIÉSEL ...................................................................... 45 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 46 1.

CICLO DE OPERACIÓN DE UN MOTOR DIESEL .................................................... 47

2.

DESCRIPCION DEL MOTOR DE 2 TIEMPOS Y 4 TIEMPOS ................................ 49 2.1.

MOTOR DIESEL DE 2 TIEMPOS .......................................................................... 49

2.2.

MOTOR DIESEL DE 4 TIEMPOS .......................................................................... 51

2.3.

DIFERENCIAS ENTRE EL MOTOR DE 2 Y 4 TIEMPOS ................................. 53

1

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3. DIFERENCIAS, VENTAJAS Y DESVANTAJAS DE UN MOTOR DIESEL FRENTE A UN MOTOR DE GASOLINA ................................................................................................... 54 3.1.

DIFERENCIAS .......................................................................................................... 54

3.2.

VENTAJAS ................................................................................................................ 55

3.3.

DESVENTAJAS ........................................................................................................ 55

4. PROCESO DE COMBUSTION REAL (ESTEQUIOMETRIA, REACTANTES Y PRODUCTOS) .......................................................................................................................... 56 LA COMBUSTIÓN .................................................................................................... 56

4.1.

4.1.1. EL COMBUSTIBLE .................................................................................................. 56 4.1.1.1.

LA GASOLINA ...................................................................................................... 56

4.1.1.2.

EL GASÓLEO ....................................................................................................... 58

TIPOS DE COMBUSTIÓN ...................................................................................... 59

4.2. a)

COMBUSTIÓN COMPLETA ........................................................................................... 59

b)

COMBUSTIÓN INCOMPLETA ....................................................................................... 59 REACCIONES QUÍMICAS DE LA COMBUSTIÓN ............................................. 59

4.3. 5.

ANALISIS DINAMICO DEL MECANISMO BIELA-PISTON....................................... 61

6.

CONCLUSIONES ............................................................................................................. 64

7.

RECOMENDACIONES.................................................................................................... 64

T03 - SISTEMAS DE INYECCIÓN ........................................................................................ 65 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 66 1. PROCESO DE COMBUSTIÓN DIESEL (ESTEQUIOMETRIA, REACTANTES Y PRODUCTOS) .......................................................................................................................... 67 LA COMBUSTIÓN .................................................................................................... 67

1.1.

1.1.1. EL COMBUSTIBLE .................................................................................................. 67 1.1.1.1.

TIPOS DE COMBUSTIÓN ...................................................................................... 68

1.2.

1.2.1.

COMBUSTIÓN ESTEQUIOMÉTRICA O TEÓRICA ........................................... 68

1.2.2.

COMBUSTIÓN REAL CON EXCESO DE AIRE.................................................. 68

CICLOS TERMODINÁMICOS ................................................................................ 69

1.3.

1.3.1.

CICLO OTTO ............................................................................................................ 69

1.3.2.

CICLO DIESEL ......................................................................................................... 70

DIFERENCIA ENTRE EL CICLO OTTO Y DIESEL ........................................... 72

1.4. 2.

EL GASÓLEO ....................................................................................................... 67

EL TURBOCOMPRESOR ............................................................................................... 73 2.1.

TIPOS DE TURBOCOMPRESORES .................................................................... 73

2.2.

CICLO TERMODINÁMICO DEL TURBOCOMPRESOR ................................... 75

2.2.1.

CICLO DEL TURBOCOMPRESOR DE PRESIÓN VARIABLE ........................ 76

2.2.1.1.

SIN REFRIGERACIÓN INTERMEDIA ............................................................. 76

2.2.1.2.

CON REFRIGERACIÓN INTERMEDIA ............................................................ 77

2.2.2. 2

CICLO DEL TURBOCOMPRESOR DE PRESIÓN CONSTANTE ................... 78 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

3.

UNI - FIM

2.2.2.1.

SIN REFRIGERACIÓN INTERMEDIA .............................................................. 78

2.2.2.2.

CON REFRIGERACIÓN INTERMEDIA ............................................................ 79

INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE .................................................................................. 80 3.1.

CONCEPTO DE INYECCION ................................................................................ 80

3.2.

FUNCIONAMIENTO DEL INYECTOR .................................................................. 80

3.3.

TIPOS DE INYECTORES ....................................................................................... 82

3.3.1.

INYECTORES DE ORIFICIOS ............................................................................... 82

3.3.2.

INYECTORES DE TETÓN...................................................................................... 83

SISTEMA DE INYECCION DE COMBUSTIBLE ................................................. 83

3.4.

3.4.1.

SISTEMA DE INYECCION MECANICO ............................................................... 84 TIPOS DE BOMBAS DEL SISTEMA MECANICO DIESEL ........................... 84

3.4.1.1. 3.4.1.1.1.

BOMBAS DE INYECCION DE LINEA........................................................... 85

3.4.1.1.2.

BOMBAS DE INYECCION ROTATIVA ......................................................... 88

3.4.1.1.2.1. BOMBAS DE INYECCION ROTATIVA DE PISTON AXIAL ...................... 89 3.4.1.1.2.2. BOMBAS DE INYECCION ROTATIVA DE EMBOLOS RADIALES......... 89 3.4.2.

SISTEMA DE INYECCION ELECTRÓNICO ....................................................... 90 BOMBAS DE INYECCIÓN INDIVIDUALES ..................................................... 90

3.4.2.1. 3.4.2.1.1.

BOMBAS DE INYECCIÓN INDIVIDUALES PF ........................................... 90

3.4.2.1.2.

UNIDAD BOMBA-INYECTOR UIS ................................................................ 91

3.4.2.1.3.

UNIDAD BOMBA-TUBERÍA-INYECTOR UPS ............................................ 92 SISTEMA DE INYECCIÓN POR ACUMULADOR .......................................... 92

3.4.2.2. 3.4.2.2.1.

COMMON RAIL CR ......................................................................................... 92

APLICACIÓN DE LAS BOMBAS DE INYECCIÓN ............................................. 94

3.5.

3.6. DIFERENCIAS ENTRE EL SISTEMA DE INYECCIÓN MECÁNICO Y ELECTRÓNICO .................................................................................................................... 94 4.

CONCLUSIONES ............................................................................................................. 95

5.

RECOMENDACIONES.................................................................................................... 96

T04 - NORMAS DE EMISIÓN Y MANTENIMIENTO DEL MOTOR ................................. 97 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 98 1.

NORMAS DE REGULACIÓN DE EMISIONES ........................................................... 99 1.1.

NORMAS EPA .......................................................................................................... 99

1.2.

NORMAS OMI ......................................................................................................... 103

1.3.

NORMAS EUROPEAS .......................................................................................... 104

1.3.1.

NORMA EURO 5 .................................................................................................... 105

1.3.2.

NORMA EURO 6 .................................................................................................... 105

1.3.3.

APLICACIÓN DE LAS NORMAS ......................................................................... 105

1.4.

MOTORES QUE CUMPLEN CON LAS NORMAS DE PROTECCIÓN AMBIENTAL 106 3

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

EL TRATADO DE KYOTO .................................................................................... 109

1.5. 2.

UNI - FIM

SISTEMAS DE MANTENIMIENTO SEGÚN CATERPILLAR .................................. 110 SISTEMA DE LUBIRCACIÓN .............................................................................. 110

2.1.

2.1.1.

CONOCER EL ACEITE ......................................................................................... 110

2.1.2.

CONTAMINACIÓN Y DEGRADACIÓN .............................................................. 112

2.1.3.

CAUSAS Y EFECTOS DEBIDO A CONTAMINACIÓN.................................... 113

2.1.4.

FALLAS RELACIONADAS CON EL ACEITE .................................................... 114

2.1.5.

REDUCIR LAS INCIDENCIAS DE FALLAS RELACIONADA CON EL ACEITE 116

2.1.6.

MANTENIMIENTO BASICO DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN ................... 117

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN ........................................................................ 117

2.2.

2.2.1.

FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN ............... 117

2.2.2.

SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN ...................................................................... 118

2.2.3.

PROPIEDADES DEL REFRIGERANTE ............................................................. 119

2.2.4.

EFECTOS FUNCIONALES................................................................................... 120

2.2.5.

FALLAS RELACIONADAS CON EL REFRIGERANTE ................................... 121

2.2.6.

SERVICIO Y MANTENIMIENTO PERIÓDICO .................................................. 122

2.2.7.

PRODUCTOS DE MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN 123

SISTEMA DE COMBUSTIBLE ............................................................................. 124

2.3.

2.3.1.

SELECCIÓN DE COMBUSTIBLE ....................................................................... 124

2.3.2.

TRATAMIENTO DE COMBUSTIBLE .................................................................. 125

2.3.3.

MEZCLA DE COMBUSTIBLES (PESADOS)..................................................... 126

2.3.4.

SISTEMAS DE COMBUSTIBLE CAT ................................................................. 127

2.3.5.

MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE.................................. 127

3.

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO DEL MOTOR DIESEL CAT 3508 ............... 128

4.

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 132

5.

RECOMENDACIONES.................................................................................................. 133

VOLUMEN II FUNDAMENTOS DEL MOTOR DIÉSEL MARINO ............................... 134 T05 – CURVAS DE DESEMPEÑO DE MOTORES DIÉSEL .......................................... 135 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 136 1.

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE MOTORES DIESEL ........................................ 137 INTERPRETACIÓN DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS ........................ 138

1.1.

2.

1.1.1.

CURVA DE POTENCIA ......................................................................................... 138

1.1.2.

CURVA DE PAR MOTOR ..................................................................................... 139

1.1.3.

CURVA DE CONSUMO ESPECÍFICO ............................................................... 139

CURVAS DE PERFORMANCE DE ALGUNOS MOTORES ................................... 140 MOTOR VOLVO PENTA D6-330/DP .................................................................. 140

2.1. 4

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.2.

MOTOR CATERPILLAR 3508B ........................................................................... 142

2.3.

MOTOR SCANIA DI09 070M ............................................................................... 143

2.4.

MOTOR R6-730 Y R6-800 .................................................................................... 144

2.5.

MOTOR 2GMY........................................................................................................ 145

2.6.

MOTOR KUBOTA Z602-E4B ............................................................................... 147

2.7.

MOTOR PERKINS 1204E-E44TA ....................................................................... 148

2.8.

MOTOR JOHN DEERE 6068H ............................................................................ 150

2.9.

MOTOR DEUTZ 1013M ........................................................................................ 151

2.10. MOTOR CUMMINS QSM11-610HO RECREACIONAL................................... 152 3.

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 154

4.

RECOMENDACIONES.................................................................................................. 154

T06 - INTRODUCCIÓN A LA PROPULSIÓN DE BUQUES ............................................ 155 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 156 1.

NORMA DE CONTROL DE GASES DE EMISIÓN EN EL PERÚ .......................... 157 1.1.

LÍMITES MÁXIMOS PARA VEHÍCULOS EN CIRCULACIÓN A NIVEL NACIONAL 158

1.2. LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA VEHÍCULOS NUEVOS QUE SE INCORPOREN (IMPORTADOS O PRODUCIDOS) A NUESTRO PARQUE AUTOMOTOR ..................................................................................................................... 160 1.3. LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA VEHÍCULOS QUE SE INCORPOREN (IMPORTADOS) A NUESTRO PARQUE AUTOMOTOR ............................................ 164 2.

LA FLOTA PESQUERA DEL PERÚ............................................................................ 165

3.

CURVA DE WEIBULL.................................................................................................... 177

4. RESUMEN DEL LIBRO “TEORÍA DEL BUQUE: INTRODUCCIÓN A LA PROPULSIÓN DE BUQUES” DE ANTONIO BAQUERO ................................................ 181 CAPÍTULO I: PROPULSORES Y MÁQUINAS PROPULSORAS .................. 181

4.1.

4.1.1.

PROPULSORES .................................................................................................... 181

4.1.2.

MAQUINARIA PROPULSORA ............................................................................. 181

4.1.3.

TIPOS DE POTENCIAS SEGÚN LA MÁQUINA PROPULSORA .................. 182

CAPÍTULO 02: GEOMETRÍA DE LA HÉLICE ................................................... 184

4.2.

4.2.1.

LA HÉLICE COMO ELMENTO PROPULSOR .................................................. 184

4.2.2.

SUPERFICIES HELICOIDALES .......................................................................... 185

4.2.3.

REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA HÉLICE ............................................... 187

4.2.4.

RELACIONES GEOMÉTRICAS........................................................................... 188

CAPÍTULO 03: LEYES DE SEMEJANZA EN PROPULSORES .................... 189

4.3.

4.3.1.

ANÁLISIS DIMENSIONAL DE HÉLICES ........................................................... 189

4.3.2.

LEYES DE SEMEJANZA EN PROPULSORES ................................................ 190

4.3.3.

ENSAYO DE PROPULSOR AISLADO ............................................................... 190

4.3.4.

DESLIZAMIENTO POR PASO EFECTIVO ........................................................ 191

5

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

CAPÍTULO 04: INTERACCIÓN HÉLICE-CARENA .......................................... 193

4.4.

4.4.1.

ESTELA ................................................................................................................... 193

4.4.2.

ESTELA NOMINAL ................................................................................................ 195

4.4.3.

ESTELA EFECTIVA ............................................................................................... 198

4.4.4.

SUCCIÓN ................................................................................................................ 199

4.4.5.

RENDIMIENTO ROTATIVO RELATIVO............................................................. 199

4.4.6.

RENDIMIENTO CUASI-PROPULSIVO .............................................................. 200

CAPÍTULO 05: ENSAYOS DE AUTOPROPULSIÓN ....................................... 201

4.5.

4.5.1.

TÉCNICAS Y PARTICULARIDADES DEL ENSAYO ....................................... 201

4.5.2.

OBTENCIÓN DE LOS COEFICIENTES PROPULSIVOS ............................... 202

CAPÍTULO 06: CAVITACIÓN ............................................................................... 204

4.6.

4.6.1.

GENERALIDADES ................................................................................................. 204

4.6.2. CONDICIONES HIDRODINÁMICAS PARA QUE APAREZCA LA CAVITACIÓN .......................................................................................................................... 204 4.6.3.

NÚMERO DE CAVITACIÓN LOCAL ................................................................... 206

4.6.4. INFLUENCIA DE LA RELACIÓN ÁREA-DISCO Y DEL TIPO DE PERFIL EN LA CAVITACIÓN .................................................................................................................... 207 4.6.5.

TIPOS DE CAVITACIÓN ....................................................................................... 208

4.6.6. LEYES DE SEMEJANZA EN HÉLICES CAVITANTES Y TÚNELES DE CAVITACIÓN .......................................................................................................................... 208 4.6.7.

ENSAYOS REALIZADOS EN EL TUNEL DE CAVITACIÓN .......................... 209

4.6.8.

RELACIÓN ÁREA DISCO PARA PREVENIR LA CAVITACIÓN .................... 210

CAPÍTULO 07: SERIES SISTEMÁTICAS DE PROPULSORES .................... 212

4.7.

4.7.1.

MÉTODOS DE PROYECTO DE HÉLICES ........................................................ 212

4.7.2.

SERIE B DE WAGENINGEN................................................................................ 212

4.7.3.

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS................................................................. 213

CAPÍTULO 08: PROYECTO DE HÉLICE POR SERIES SISTEMÁTICAS ... 214

4.8.

4.8.1.

PROYECTO DE HÉLICE PARA MOTORES DIRECTAMENTE ACOPLADOS 214

4.8.2.

PROYECTO DE HÉLICE PARA TURBINA O MOTORES ENGRANADOS . 216

4.8.3. PROYECTO DE HÉLICE PARA BUQUES PESQUEROS EN LA CONDICIÓN DE ARRASTRE ...................................................................................................................... 217 4.9.

CAPÍTULO 09: RESISTENCIA MECÁNICA DE LAS PALAS DE LA HÉLICE218

4.9.1.

ESFUERZOS DEBIDOS AL PAR Y AL EMPUJE ............................................. 219

4.9.2.

ESFUERZOS DEBIDOS A LA FUERZA CENTRÍFUGA.................................. 220

4.9.3.

CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS UNITARIOS ................................................ 221

4.9.4.

MATERIALES USADOS EN LA FABRICACIÓN DE HÉLICES ...................... 224

5.

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 225

6.

RECOMENDACIONES.................................................................................................. 226 6

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T07 - CURVAS DE PERFORMANCE DE LA HÉLICE ..................................................... 227 1.

CANALES DE EXPERIENCIA HIDRODINÁMICA ............................................................. 228 1.1.

CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DEL PARDO ................................ 228

1.2.

CANAL DE ENSAYOS HIDRODINÁMICOS DE LA E.T.S.I. NAVALES Y OCEÁNICOS231

1.3. CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE HAMBURGO (HAMBURGISCHE SCHIFFBAU-VERSUCHSANSTALT – HSVA) ....................................................................... 232 1.4. CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE ROMA (ISTITUTO NAZIONALE PER STUDI ED ESPERIENZE DI ARCHITETTURA NAVALE VASCA NAVALE – INSEAN) ....... 234 1.5.

CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE FRANCIA “VAL DE REUIL” .. 235

1.6. CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE EEUU “MODELO DE DAVID TAYLOR” ............................................................................................................................... 235 1.7. CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE HOLANDA (MARITIME RESEARCH INSTITUTE NETHERLANDS - MARIN) ............................................................................... 237 2.

FÓRMULAS DE DIVERSAS POTENCIAS .......................................................................... 238 2.1.

POTENCIA INDICADA (IHP) ........................................................................................ 238

2.2.

POTENCIA DE FRENO (BHP) ....................................................................................... 238

2.3.

POTENCIA AL EJE (SHP).............................................................................................. 238

2.4.

POTENCIA DE ENTREGA A LA HÉLICE (DHP) .............................................................. 239

2.5.

POTENCIA DE REMOLQUE O EFECTIVA ..................................................................... 239

3.

EMBARCACIÓN PESQUERA A ESTUDIAR ...................................................................... 240

4.

CURVAS DE DEMANDA DE POTENCIA ASUMIDA ......................................................... 241

5.

4.1.

MOTOR VOLVO PENTA D6-330/DP ....................................................................... 241

4.2.

MOTOR SCANIA DI09 070M ................................................................................... 242

4.3.

MOTOR R6-730 Y R6-800 ....................................................................................... 243

4.4.

MOTOR CUMMINS QSM11-610HO RECREACIONAL ............................................ 244

CURVAS PARA LAS HÉLICES WAGENINGEN “SERIE B” .............................................. 246 5.1.

CURVAS PARA 2 PALAS, P/D = 0.5, To =1.4 , AE/A0 = <0.3 – 1.05>........................... 246

5.2.

CURVAS PARA 3 PALAS, P/D = 0.5, To =1.4 , AE/A0 = <0.3 – 1.05>........................... 248

5.3.

CURVAS PARA 4 PALAS, P/D = 0.5, To =1.4 , AE/A0 = <0.3 – 1.05>........................... 249

6.

RECOMENDACIONES....................................................................................................... 249

7.

CONCLUSIONES ............................................................................................................... 249

T08 - SELECCIÓN DEL MOTOR MARINO Y SISTEMA DE PROPULSIÓN ............... 250 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 251 1.

DATOS OBTENIDOS PARA EL BUQUE ................................................................... 252 1.1.

CÁLCULO DE LA POTENCIA EFECTIVA (EHP) ............................................. 253

1.2.

DETERMINACIÓN DEL THP ............................................................................... 254

1.3.

DETERMINACIÓN DEL SHP ............................................................................... 255

1.4.

DETERMINACIÓN DEL BHP Y RPM DEL MOTOR ......................................... 257

1.5.

DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE CARGAS Y EL RATING DEL MOTOR258 7

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.

SELECCIÓN DEL MOTOR MARINO .......................................................................... 259

3.

SELECCIÓN DE LA CAJA MARINA ........................................................................... 260

4.

DIMENSIONES DEL SISTEMA PROPULSIVO ........................................................ 264

5.

DIMENSIONAMIENTO DEL EJE DE COLA DE LA HÉLICE .................................. 266 5.1.

ALGUNAS CONSIDERACIONES........................................................................ 266

5.2.

DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DEL EJE DE COLA .............................. 267

5.3. DETERMINACIÓN DE LOS ESPACIAMIENTOS DE LOS COJINETES DE APOYO................................................................................................................................. 268 5.4. UBICACIÓN DEL PRIMER COJINETE DEL EJE A POPA DE LA REDUCTORA MARINA ............................................................................................................................... 269 5.5.

DETERMINACIÓN DE LAS DIMENSIONES DEL CONO DE LA HÉLICE ... 269

5.6.

DETERMINACIÓN DE LA DEFLEXIÓN DEL EJE DE COLA ......................... 270

6.

ESQUEMA FINAL DE LOS SISTEMAS DEL MOTOR MARINO............................ 273

7.

RECOMENDACIONES.................................................................................................. 275

8.

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 275

VOLUMEN III INSTALACIÓN DE MOTORES DIÉSEL MARINOS ............................... 276 T09 - DISEÑO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN ..................... 277 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 278 1.

DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL MOTOR MARINO 279 DATOS GENERALES............................................................................................ 279

1.1.

1.2. CÁLCULO DEL CAUDAL DEL REFRIGERANTE Y LA RESTRICCIÓN DE LAS TUBERÍAS ........................................................................................................................... 280 1.3.

CÁLCULO DE LAS TUBERÍAS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN ....... 281

1.4.

CÁLCULO DE LA SUPERFICIE REQUERIDA DEL ENFRIADOR DE QUILLA283

1.5.

HOJA DEL CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DEL ENFRIADOR DE QUILLA 285

1.6.

CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DEL TANQUE AUXILIAR DE EXPANSIÓN 285

1.7. HOJA DEL CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DEL TANQUE AUXILIAR DE EXPANSIÓN ....................................................................................................................... 286 1.8. HOJA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DEL ENFRIADOR DE QUILLA (PARA EL POST-ENFRIADOR) ...................................................................................... 288 2.

RECOMENDACIONES.................................................................................................. 289

3.

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 289

T10 - DISEÑO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN, ADMISIÓN Y ESCAPE................................................................................................................................... 290 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 291 1. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE DEL MOTOR MARINO ................................................................................................................................... 292 ALGUNAS CONSIDERACIONES........................................................................ 292

1.1. 8

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1.2.

CÁLCULO DEL DIÁMETRO MÍNIMO DE LAS TUBERÍAS DE ESCAPE ..... 292

1.3.

DETERMINACIÓN DE LAS CONTRACCIONES DE LAS TUBERÍAS.......... 296

1.4.

INSTALACIÓN DEL SILENCIADOR MARINO .................................................. 297

1.5.

ESQUEMA FINAL DEL SISTEMA DE TUBERÍAS ........................................... 299

1.6. DISEÑO DE LAS TUBERÍAS DE LOS GASES DEL CÁRTER DEL MOTOR MARINO ............................................................................................................................... 300 1.7. 2.

ESQUEMA DE LAS TUBERÍAS DE ESCAPE DE LOS HUMOS DEL CÁRTER 301

DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN .................................... 302 2.1.

CONSIDERACIONES ............................................................................................ 302

2.2.

CÁLCULO DEL CAUDAL DE AIRE DE VENTILACIÓN .................................. 302

2.3.

CÁLCULO DEL ÁREA DE LA SECCIÓN DEL FLUJO DE AIRE.................... 303

2.4. CÁLCULO DE LA LONGITUD APROXIMADA DEL SISTEMA DE TUBERÍAS DE ADMISIÓN DE AIRE .......................................................................................................... 304 2.5.

SELECCIÓN DE LOS VENTILADORES DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN305

2.6. ESQUEMA DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN Y ADMISIÓN DEL MOTOR MARINO ............................................................................................................................... 307 3.

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 308

4.

RECOMENDACIONES.................................................................................................. 308

T11 - DISEÑO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE .......................... 309 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 310 1.

DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE .................................. 311 1.1.

ALGUNAS CONSIDERACIONES........................................................................ 311

1.2.

OBTENCIÓN DE LA DENSIDAD DE COMBUSTIBLE .................................... 312

1.3.

ACERCA DEL TANQUE AUXILIAR O DE CONSUMO DIARIO ..................... 313

1.4. CÁLCULO DE LOS VOLÚMENES DE LOS TANQUES DE COMBUSTIBLE DEL MOTOR MARINO ............................................................................................................... 314

2.

1.4.1.

PARA EL TANQUE DE COMBUSTIBLE PRINCIPAL: ..................................... 314

1.4.2.

PARA EL TANQUE DE CONSUMO DIARIO: .................................................... 314

1.4.3.

PARA EL TANQUE DE SEDIMENTACIÓN: ...................................................... 315

1.5.

ACERCA DEL DRENAJE DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE DEL MOTOR316

1.6.

SOBRE LAS TUBERÍAS DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE ....................... 316

1.7.

DATOS AFINES DEL MOTOR EN RELACIÓN AL TEMA .............................. 316

APLICACIÓN DE LAS NORMAS ABS ........................................................................ 317 2.1.

SISTEMA DE REFRIGERACION ........................................................................ 317

2.2.

SISTEMA DE COMBUSTIBLE ............................................................................. 317

3.

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 319

4.

RECOMENDACIONES.................................................................................................. 319

VOLUMEN IV LABORATORIOS ........................................................................................ 320 9

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

PRIMER LABORATORIO: RECONOCIMIENTO DE LAS PARTES DE UN MOTOR 321 INTRODUCCION .................................................................................................................... 322 1.

COLECTOR DE ADMISIÓN O MÚLTIPLE DE ADMISIÓN ..................................... 323

2.

VÁLVULA DE ADMISIÓN ............................................................................................. 323

3.

EJE DE LEVAS ............................................................................................................... 324

4.

COLECTOR DE ESCAPE ............................................................................................. 324

5.

Válvula De Escape ......................................................................................................... 325

6.

CULATA ........................................................................................................................... 326

7.

PISTÓN ............................................................................................................................ 326

8.

ANILLOS .......................................................................................................................... 327

9.

BIELA ............................................................................................................................... 327

10. CIGÜEÑAL ...................................................................................................................... 328 11. CARTER .......................................................................................................................... 328 12. BALANCÍN ....................................................................................................................... 329 13. MUELLE DE VÁLVULAS .............................................................................................. 329 14. VISTA DEL MOTOR DIÉSEL MITSUBISHI TIPO 4D31 .......................................... 330 15. CONCLUSIONES ........................................................................................................... 331 16. RECOMENDACIONES.................................................................................................. 331 SEGUNDO LABORATORIO: PRUEBA EN DINAMÓMETRO DE UN MOTOR .......... 332 INTRODUCCION .................................................................................................................... 333 1.

OBJETIVOS .................................................................................................................... 334

2.

PARTE TEÓRICO .......................................................................................................... 334

3.

ESPECIFICACIONES DE LA EXPERIENCIA ........................................................... 335 3.1.

ESPECIFICACIONES DEL MOTOR PETTER .................................................. 335

3.2.

ESPECIFICACIONES DEL GENERADOR ........................................................ 336

4.

EQUIPOS USADOS EN LA EXPERIENCIA DE LABORATORIO.......................... 336

5.

AFINES DEL MOTOR PETTER ................................................................................... 338

6.

7.

5.1.

SENSORES DE PRESIÓN Y TEMPERATURA DEL ACEITE........................ 338

5.2.

EL MICRÓMETRO ................................................................................................. 339

5.3.

SENSOR TACOMÉTRICO DE VELOCIDAD..................................................... 339

5.4.

SENSOR DE MEDICIÓN DE CAUDAL .............................................................. 340

5.5.

EL COMPRESÍMETRO ......................................................................................... 340

DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA ....................................................................... 341 6.1.

TABLA DE LOS DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIO ........................ 341

6.2.

DATOS DE REFERENCIA.................................................................................... 342

RESULTADOS ................................................................................................................ 342 7.1. CURVA DEL TORQUE (N-M) VERSUS LAS REVOLUCIONES POR MINUTO (RPM) 342 10

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

7.2. CURVA DE POTENCIA (HP) VERSUS LAS REVOLUCIONES POR MINUTO (RPM) 343 8.

OBSERVACIONES ........................................................................................................ 343

9.

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 344

10. RECOMENDACIONES.................................................................................................. 345 TERCER LABORATORIO: ENSAYO DE REMOLQUE DE UNA EMBARCACIÓN EN EL LABORATORIO NACIONAL DE HIDRÁULICA................................................................. 346 CUARTO LABORATORIO: VISITA TÉCNICA A LA SALA DE MÁQUINAS DE LA E/P DON ABRAHAM ............................................................................................................................... 347 INTRODUCCION .................................................................................................................... 348 1.

BREVE RESEÑA DE LA EMPRESA Y EMBARCACIÓN ........................................ 349

2.

VISITA A LA SALA DE MÁQUINA DE LA E/P DON ABRAHAM ............................ 350

3.

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 358

4.

RECOMENDACIONES.................................................................................................. 358

5.

ANEXO ............................................................................................................................. 359

CONCLUSIONES GENERALES ......................................................................................... 360 RECOMENDACIONES GENERALES ................................................................................ 362 FUENTES DE INFORMACIÓN GENERAL ........................................................................ 363 A.

LIBROS .................................................................................................................... 363

B.

ENLACES WEB ...................................................................................................... 364

C.

VIDEOS .................................................................................................................... 364

ANEXO ..................................................................................................................................... 365 PLANOS DE LOS SISTEMAS DE LA EMBARCACIÓN SELECCIONADA .............. 365

Regresar al Índice

11

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN GENERAL El motor es una mezcla de partes o elementos mediante el cual el ser humano busca la transformación de la energía térmica en energía mecánica, y así poder aprovecharla tanto en la industria como en lo cotidiano. Es así que el ser humano se ve en la necesidad de conocer el funcionamiento de un motor en general. Nosotros como estudiantes de Ingeniería Naval no podemos mantenernos al margen de todo esto, y es este el motivo principal por el cual se desarrolla el presente informe final, el cual es la recopilación de cada trabajo de investigación semanal que se realizó durante todo el transcurso del ciclo, en el cual se hizo uso de muchos materiales de consulta, tanto virtual como en físico; así como manuales, textos pequeños tomados de alguna fuente confiable y libros adecuados para el curso, trabajando al día siguiente de clase, buscando en primera instancia las fuentes de información para desarrollar los temas dejados, y finalmente el fin de semana, empezar a estructurar y hacer el trabajo semanal. El presente trabajo consta de cuatro volúmenes, en el primero se toca los temas relacionados a los "Fundamentos de Combustión Interna”, en el segundo se hace referente a los “Fundamentos de los Motores Diésel Marinos” en el cual a partir de este volumen ya se nota la importancia del conocimiento de los motores diésel marinos para su aplicación a la carrera de Ingeniería Naval; el tercer volumen abarca la “Instalación del Motor Diésel Marino” el cual consiste temas muy importantes para realizar dicha actividad en la embarcación y finalmente el cuarto volumen hace referencia a las experiencias tanto de laboratorios como la visita técnica a una sala de máquinas, el cual es sumamente importante, porque a través de ello puedes poner en práctica el conocimiento adquirido por los trabajos de investigación semanales, así como también impartida por el Ingeniero a cargo del curso, que nos brindó sus conocimientos, y nos dio las pautas para desarrollar y desenvolvernos adecuadamente en este curso; mediante el cual se busca que nosotros podamos reconocer y comprender el funcionamiento de un motor diésel marino, y los sistemas que este abarca, para que algún día no muy lejano nosotros en nuestra vida profesional podamos dar soluciones innovadoras y concretas a los posibles problemas que se nos puedan presentar.

12

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

VOLUMEN I FUNDAMENTO DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

13

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T01 - MOTORES DE COMBUSTIÓN, FUNCIONAMIENTO Y PRINCIPALES COMPONENTES

14

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo fue realizado basándose en información recopilada de fuentes verídicas, con fin de explicar de forma coherente y sencilla los puntos solicitados en clase. En el presente trabajo se muestran ilustraciones obtenidas de vídeos desarrollados de forma independiente y por empresas, y animaciones presentadas en diversas monografías relacionadas con los puntos presentados Se espera que la siguiente información sea presentada de forma tal que dé a conocer el funcionamiento de los diferentes tipos de motores de combustión interna y el desarrollo de la combustión dentro del motor.

15

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES Se le llama motor a la parte de una máquina que es capaz de transformar cualquier tipo de energía (sea eléctrica, de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos, energía solar, energía atómica, etc.), en energía mecánica capaz de realizar trabajo mecánico. A lo largo del tiempo han ido desarrollándose y perfeccionándose los diferentes tipos de motores, aprovechando las distintas fuentes de energía que nos brinda la naturaleza, de los cuales los más importantes son los motores eléctricos y los motores térmicos. MOTORES ELÉCTRICOS: Es una maquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de campos electromagnéticos variables, algunos de estos son reversibles y pueden transformar energía mecánica a energía eléctrica funcionando como generadores. Son utilizados en locomotoras y automóviles híbridos, también en instalaciones industriales como una red de suministro eléctrico o de baterías. MOTORES TÉRMICOS: Se les llama motores térmicos a las máquinas que tiene por misión el transformar energía calorífica en energía mecánica, o sea trabajo directamente utilizable. Para transformar esta energía calorífica en trabajo, se aprovecha la tendencia de los gases a expansionarse bajo la acción de calor, aumentando su volumen y ejerciendo presión sobre los cuerpos en contacto capaz de desplazarlo y producir trabajo mecánico.

Figura 1. Motor Eléctrico

16

Figura 2. Motor Térmico

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2. TIPOS DE MOTORES TÉRMICOS Se le llama fluido activo de un motor térmico, a los gases que al realizar el ciclo de trabajo reciben el calor, sufren unas variaciones de temperatura, presión y volumen, y actúan sobre los órganos móviles del motor. El fluido activo actúa: como vehículo del calor, pues lo introduce en ciertos puntos o momentos del ciclo de trabajo y lo descarga en otro; y como medio a través del cual el calor se transforma en energía mecánica, pues el calor provoca en el gas variaciones de presión y de volumen. Según la procedencia del calor que recibe el fluido activo, es decir, según donde se realiza la combustión, los motores térmicos se clasifican en dos grandes grupos:

2.1.

MOTORES DE COMBUSTIÓN EXTERNA En este tipo de motor la combustión se realiza fuera del fluido activo, es decir, fuera del motor. Este es el caso de la máquina de vapor, en donde la combustión del combustible (carbón, etc.), se realiza en un hogar externo a la máquina-motor, donde produce una energía calorífica que se emplea en evaporar el agua de una caldera y en elevar la presión del vapor hasta un valor determinado. El vapor es conducido al cilindro, donde se expansiona y desplaza el embolo realizando trabajo.

Figura 3. Máquina de Vapor

17

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.2.

UNI - FIM

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Son también llamados endotérmicos, el combustible de quema en el seno del fluido activo, en el interior del motor, de forma que primero el combustible y el comburente y luego los productos de combustión forman parte del fluido activo. O sea, que el fluido activo de los motores de combustión interna está constituido inicialmente por una mezcla de combustible-aire que como consecuencia de la combustión experimenta una serie de transformaciones químicas, quedando finalmente constituido por los llamados gases de escape.

Figura 4. Motor de Combustión Interna Los Motores Térmicos también tienen una segunda clasificación, según el tipo de movimiento que la expansión de gases provoca en el motor. Según este criterio de clasifican en:  Motores Alternativos  Motores Rotativos  Motores de Reacción

18

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.3.

UNI - FIM

MOTORES ALTERNATIVOS En este tipo de motores, la fuerza expansiva de los gases actúa sobre el embolo movible por el interior de un cilindro, al que empuja y anima a un movimiento alternativo que es transmitido y transformado mediante un mecanismo de biela y manivela en un movimiento de giro deleje del motor de máquina. El cilindro forma con el émbolo un recipiente cerrado con la particularidad de tener una pared móvil. Los motores alternativos son la máquina de vapor, el motor a explosión y el motor diesel.

Figura 5. Motor Alternativo

2.4.

MOTORES ROTATIVOS En este tipo de motores, la fuerza expansiva de los gases actúa sobre las aletas de un rodete giratorio (rotor), obteniendo directamente un movimiento circular continuo en el eje motor, que es el propio eje del rodete. Son motores rotativos las turbinas de vapor, las turbinas a gas y también los motores Wankel.

Figura 6. Funcionamiento del Motor Rotativo Wankel

19

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.5.

UNI - FIM

MOTORES DE REACCIÓN En este tipo de motores, también llamados a chorro, la fuerza expansiva actúa directamente sobre el elemento a propulsar recibiendo el motor un empuje (reacción). El motor de reacción es muy utilizado en la propulsión de aeronaves.

Figura 7. Motor de Reacción

20

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3. MOTORES ALTERNATIVOS DE COMBUSTION INTERNA Los motores alternativos de combustión interna son los más utilizados en tracción terrestre, marítima y en instalaciones fijas de tamaño pequeño y medio. Su clasificación se puede realizar de varios aspectos, pero el fundamental es la forma en cómo se realiza la mezcla y el proceso de combustión.

3.1.

CLASIFICACION DE LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

3.1.1. SEGÚN COMO SE REALIZA EL ENCENDIDO A. MOTORES CON ENCENDIDO POR CHISPA Técnicamente se les denomina motor de explosión, gasolineros o también motores Otto, por haber sido este ingeniero alemán quien puso en práctica su ciclo de trabajo. Para que funcione este motor el combustible junto con el aire entran a la cámara de combustión siendo ambos comprimidos, aumentando su presión y temperatura hasta un punto llamado Punto de Inflamación, en el cual el combustible en contacto con una llama combustiona y empieza el movimiento del pistón. Estos motores utilizan fundamentalmente como combustible la gasolina. Los diferentes procesos que hace el pistón se detallaran más adelante, ya que estos se desarrollan de dos y cuatro tiempos.

Figura 8. Motor de Explosión

21

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

B. MOTORES CON ENCENDIDO POR COMPRESIÓN Pertenecen a este grupo los motores diésel, que trabajan según el sistema ideado por Rudolph diésel y emplea como combustible el gas-oíl. El funcionamiento de este motor se debe a la compresión solamente del aire, elevando su presión y temperatura, esta temperatura se eleva hasta el punto de combustión del combustible, que en contacto con este se produce la combustión espontánea sin presencia de una chipa. También como en el caso anterior se detallaran los procesos del pistón en ciclos de trabajo de dos y cuatro tiempos.

Figura 9. Motor Diesel 3.1.2. SEGÚN EL NUMERO DE CARRERAS A. MOTORES DE DOS TIEMPOS Ciclo de gasolina de dos tiempos: El cigüeñal gira solamente una vuelta, correspondiente a dos viajes del pistón. Durante esta vuelta se realizan cuatro fases del ciclo: admisión, compresión, explosión y escape. La lubricación se lleva a cabo por una mezcla de gasolina y de aceite en una proporción de 1 a 20. Este tipo de motor no tiene válvulas. Ciclo diesel de dos tiempos: El motor también completa su ciclo en una sola vuelta del cigüeñal, o sea, en dos viajes del pistón. La alimentación de aire se realiza por medio de un supercargador impulsado por los gases de escape. La lubricación es a presión y no se realiza ninguna mezcla de combustible con el aceite, como en el del ciclo gasolina. Este motor tiene válvulas de admisión y de escape

22

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura 10. Motor de dos tiempos

B. MOTORES DE CUATRO TIEMPOS Ciclo de gasolina de cuatro tiempos: El cigüeñal tiene que realizar dos vueltas, lo que equivale a cuatro viajes del pistón. Los tiempos son bien definidos, este tipo de motor no puede arrancar hacia la izquierda, ya que las válvulas invierten su funcionamiento. La lubricación es forzada y posee bomba de aceite. Este motor tiene válvulas de admisión y de escape. Ciclo diesel de cuatro tiempos: El cigüeñal tiene que ser realizar también dos vueltas o cuatro viajes del pistón para completar el ciclo. Los tiempos son bien definidos. El motor puede arrancar hacia la izquierda.

Figura 11. Fases del motor de cuatro tiempos

23

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.1.3. SEGÚN LA DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS La disposición de los cilindros está referida a la forma del bloque con respecto al eje del cigüeñal. Por lo general encontramos disposiciones en línea, en V, Horizontales opuestos o también llamados bóxer, en w o con filas paralelas de cilindros. Estos dos últimos son disposiciones muy raras.

Figura 12. Motores según la disposición de los cilindros

3.2.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE GASOLINA DE DOS TIEMPOS Las características particulares de un motor de dos tiempos a gasolina se muestran en la Fig. 13, donde se observa que la cabeza del pistón (parte superior) presenta una protuberancia llamada deflector, cuya función es dirigir la corriente de mezcla carburante hacia la parte superior de la cámara de combustión, con el objeto de realizar una limpieza del cilindro. Si se comete un error en el armado, esta prominencia quedará de lado de los orificios de escape y admisión, el motor funcionará, pero no alcanzará la potencia estimulada, pues parte del humo de la combustión quedaría en la cámara, bajando el poder de explosión y la presión media resultante. Este deflector deberá estar siempre al lado del tubo de carga del cilindro. También se puede observar que el cilindro posee orificios llamados lumbreras; estos con tres: orificio y tubo de escape (el más alto a la derecha); orificio y tubo de admisión al cárter (debajo del anterior); orificio y tubo del cilindro (lado izquierdo), que son conductos que cumplen la función que indican sus nombres. El motor no tiene válvulas de admisión ni de escape, i eje de levas, ni buzos, ni varillas, ni balancines. El cárter no contiene aceite de lubricación, y sirve solamente como cámara para comprimir la mezcla, acción que la hace subir por el tubo de carga a cilindro.

24

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura 13. Motor de Gasolina de dos tiempos Los cuatro tiempos: admisión, compresión, explosión y escape, se realizan en forma combinada en dos movimientos del pistón y no existen tiempos definidos. Bajada del pistón El pistón baja debido a la expansión de los gases y al aumento de la presión resultante. Conforme baja el pistón la presión disminuye hasta que la cabeza del pistón descubre el orificio y el tubo de escape. Debido a la presión remanente, el humo sale por dicho tubo al exterior y con esta función queda realizado el tiempo de escape. Un instante después, el orificio de carga al cilindro es descubierto y la mezcla carburante ingresa a la parte superior del cilindro. Se realiza así el tiempo de admisión. La mezcla ayudara a desalojar al humo que no logro salir por propia presión, en donde se pierde gasolina junto con el humo debido al barrido que realiza la mezcla. La subida de la mezcla del cárter al cilindro se realiza por disminución del volumen del cárter, lo que resulta en la bajada del pistón, elevándose la presión en el cárter.

Subida del pistón Al alcanzar el pistón el P.M.I. se obtiene la carga máxima de mezcla en la parte superior del cilindro. Durante la subida, el pistón cierra el tubo de carga, luego el de escape y comienza la compresión. Al final de este tiempo, salta la chispa en la bujía, para iniciar otra combustión. Si se observa el cárter se notara que a medida que sube el pistón, el volumen del cárter aumenta y disminuye en este comportamiento, lo que aumenta el vacío que permitirá el ingreso de la mezcla del carburador al cárter.

25

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura 14. Motor de gasolina de dos tiempos

La potencia que produce este motor debería ser teóricamente el doble que el de cuatro tiempos debido al que el cilindro no se limpia correctamente en el barrido, la carga en el cilindro no es tan eficiente como en el de cuatro tiempos, el tiempo que queda abierta la lumbrera de admisión es corto y que la parte de la potencia se utiliza para comprimir la mezcla en el cárter. La lubricación se realiza por mezcla de aceite y gasolina en el tanque. Una parte de aceite debe mezclarse con veinte partes de gasolina. Esta mezcla se dosifica después con el aire en el carburador (una parte de la mezcla por 15 partes de aire). Al ingresar al cárter esta triple mezcla se somete a compresiones, centrifugaciones y calor, lo que permite la separación del aceite, cubriendo todas las partes móviles, cojinetes, pistón, cilindro, etc.

26

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

3.3.

UNI - FIM

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL DE DOS TIEMPOS Este tipo de motor presenta las siguientes características:

1. En la culata lleva empernado un inyector, el cual es el que hace ingresar el combustible cuando el aire esta comprimido. 2. La compresión que se obtiene en la cámara de combustión es mucho mayor que en el de gasolina (aproximadamente el doble) 3. La carga del aire se realiza por un compresor rotativo o supercargador, el cual se opera por los gases de escape. 4. El cilindro posee orificios de entrada de aire y de salida de los gases de combustión. 5. Aquí el cárter sirve como depósito de aceite para la lubricación.

Figura 15. Motor Diésel de dos tiempos

EXPLICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO Bajada del pistón La bajada del pistón se realiza por la combustión del combustible en forma espontánea (autoencendido). Una vez producido el tiempo motriz o de expansión, el pistón descubre la abertura de escape y al igual que en el motor de gasolina, los gases de escape salen por el tubo respectivo al exterior. Un instante después, el pistón descubre el orificio de entrada al exterior, el que está conectado al supercargador. En esa forma se realiza la limpieza o barrido y el ingreso de aire o admisión.

27

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Subida del pistón Con el impulso o inercia que sufre el pistón al presionarse violentamente hacia abajo, este sube, primero para realizar el cierre de la entrada de aire y luego para comprimir el aire; es decir; la compresión se realiza en la cámara de combustión. Con el objeto de obtener una mejor mezcla de combustible y de aire, el pistón tiene salientes o cavidades en su superficie, lo que permite que el aire circule en ciclón durante la compresión. En vista del alto índice de compresión (a al 16) la presión se eleva arriba de 300 libras/pulg2, lo que origina el aumento de la temperatura del aire comprimido a 1000ºF al finalizar la carrera. Esta alta temperatura es suficiente para que el combustible pulverizado y vaporizado que se inyecta al cilindro produzca la auto combustión sin necesidad de una chispa.

Figura 16. Motor diesel de dos tiempos

3.4.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE GASOLINA DE CUATRO TIEMPOS Este tipo de motor tiene las siguientes características:

1. El encendido es por chispa eléctrica de alto voltaje. 2. La cámara de combustión tiene tal volumen que durante la compresión la presión sube a 120 libras/pulg2. 3. La entrada de la mezcla carburante se realiza pasando por un conducto que es controlado por la válvula de admisión. La salida de los gases se efectúa por un conducto que es controlado por la válvula de escape. 4. El cárter se utiliza para depósito de aceite, tiene sistemas de lubricación por presión forzada (con bomba) o por salpicadura, barboteo o neblina. 5. El cigüeñal efectúa dos vueltas completas para cumplir con el ciclo, en donde cada tiempo queda perfectamente definido y no existen superposiciones como en los motores de dos tiempos.

28

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

EXPLICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO Tiempo de Admisión.- Al inicio de este tiempo el pistón se encuentra en el PMS (Punto Muerto Superior). En este momento la válvula de admisión se encuentra abierta y el pistón, en su carrera o movimiento hacia abajo va creando un vacío dentro de la cámara de combustión a medida que alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), ya sea ayudado por el motor de arranque cuando ponemos en marcha el motor, o debido al propio movimiento que por inercia le proporciona el volante una vez que ya se encuentra funcionando. El vacío que crea el pistón en este tiempo, provoca que la mezcla aire-combustible que envía el carburador al múltiple de admisión penetre en la cámara de combustión del cilindro a través de la válvula de admisión abierta. Tiempo de Compresión.- Una vez que el pistón alcanza el PMI, el árbol de leva, que gira sincrónicamente con el cigüeñal y que ha mantenido abierta hasta este momento la válvula de admisión para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en el cilindro, la cierra. En ese preciso momento el pistón comienza a subir comprimiendo la mezcla de aire y gasolina que se encuentra dentro del cilindro. Tiempo de Explosión.- Una vez que el cilindro alcanza el PMS y la mezcla airecombustible ha alcanzado el máximo de compresión, salta una chispa eléctrica en el electrodo de la bujía, que inflama dicha mezcla y hace que explote. La fuerza de la explosión obliga al pistón a bajar bruscamente y ese movimiento rectilíneo se transmite por medio de la biela al cigüeñal, donde se convierte en movimiento giratorio y trabajo útil.

Tiempo de Escape.- El pistón, que se encuentra ahora de nuevo en el PMI después de ocurrido el tiempo de explosión, comienza a subir. El árbol de leva, que se mantiene girando sincrónicamente con el cigüeñal abre en ese momento la válvula de escape y los gases acumulados dentro del cilindro, producidos por la explosión, son arrastrados por el movimiento hacia arriba del pistón, atraviesan la válvula de escape y salen hacia la atmósfera por un tubo conectado al múltiple de escape. De esta forma se completan los cuatro tiempos del motor, que continuarán efectuándose ininterrumpidamente en cada uno de los cilindros, hasta tanto se detenga el funcionamiento del motor.

Figura 17. Funcionamiento del motor gasolina de 4 tiempos 29

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

3.5.

UNI - FIM

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL DE CUATRO TIEMPOS Las características de este tipo de motor son las siguientes:

1. La culata aloja al inyector, que es la parte encargada de realizar la inyección oportuna del combustible pulverizado o atomizado. 2. La cámara de combustión es muy reducida en volumen, lo que origina que la compresión del aire sea bastante elevada (250 libras/pulg2 aproximadamente). 3. El pistón posee salientes u otras formas que favorecen el giro del aire durante el tiempo de compresión para obtener una mezcla uniforme con el combustible que ingresa por el inyector. 4. Posee válvulas de admisión y de escape que funcionan en igual forma que el motor de gasolina de cuatro tiempos. 5. La combustión se realiza por autoencendido debido a que aire alcanza una temperatura aproximada de 500ºC por la compresión, lo cual hace que el combustible combustione. 6. El cárter es utilizado como depósito de aceite para la lubricación forzada con bomba. 7. Los tiempos son perfectamente definidos como en los motores de gasolina de cuatro tiempos.

Figura 18. Partes del Motor Diesel de 4 tiempos

30

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

EXPLICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO Tiempo de Admisión.- El pistón se encuentra en el PMS y la válvula de admisión comienza a abrirse. El pistón en su bajada aumentan el volumen del cilindro y baja la presión. Por la presión atmosférica ingresa el aire filtrado, salvo que sea ayudado por el supercargador e cuyo caso el aire ingresara con mayor presión. Este tiempo termina con el cierre de la válvula de admisión, en el que el cilindro ha quedado lleno de aire y el pistón está en el PMI funcionando. Tiempo de Compresión.- Una vez que el pistón alcanza el PMI, ambas válvulas están cerradas y se realiza la compresión del aire por el pistón. El volumen de la cámara de combustión disminuye y la presión aumenta. La temperatura aumenta hasta aproximadamente 500ºC. Tiempo de Combustión.- Una vez que el cilindro alcanza el PMS debido a la alta presión que se obtiene con la combustión del combustible con el aire. El combustible se distribuye a una presión de 300 a 400 atmosferas a través del inyector atomizador. La mezcla con el aire se favorece por la turbulencia que se obtiene del aire al ser este comprimido por el pistón. La presión que se ejerce en el pistón lo lleva hasta el PMI. Tiempo de Escape.- El pistón se encuentra en el PMI después de ocurrido el tiempo de combustión. Comienza a subir y la válvula de escape se abre y el humo producido por la combustión es expulsado por el orificio y su respectivo tubo de escape. En esta etapa el cilindro se encuentra limpio y listo para comenzar el ciclo nuevamente

Figura 20. Funcionamiento del motor diésel de 4 tiempos

31

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

3.6.

UNI - FIM

DIFERENCIAS ENTRE EL MOTOR DE GASOLINA Y EL MOTOR DIESEL

1. Un motor a gasolina aspira una mezcla de gas y aire, los comprime y enciende la mezcla con una chispa. Un motor diésel sólo aspira aire, lo comprime y entonces le inyecta combustible al aire comprimido. EL calor del aire comprimido enciende el combustible espontáneamente. 2. Un motor diésel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. Un motor a gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor diésel comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta compresión se traduce en mejor eficiencia. 3.

Los motores diésel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el combustible diésel es inyectado directamente al cilindro. Los motores a gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la válvula de aspiración (fuera del cilindro).

4. El de gasolina es de explosión (ciclo Otto, referente a su inventor) y el segundo es de combustión (Diésel en honor a su inventor Rudolf Diésel). 5. El motor diésel se usa sobretodo en camiones y autobuses debido a que tiene un reparto de su fuerza más lineal que un motor de gasolina. En este último la fuerza es mediante una explosión momentánea, mientras que en el diésel la fuerza se produce durante toda la carrera descendente del pistón. 6.

La principal ventaja de los motores Diésel, comparados con los motores a gasolina, es su bajo consumo de combustible.

32

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4. PROCESO DE COMBUSTIÓN DEL MOTOR DIESEL Conocemos que en ciclo Otto la combustión se realiza a volumen constante y que en el Diésel, dicha combustión se realiza a presión constante. A la fusión de ambos ciclos se le llama ciclo mixto, es decir aquel en la combustión se realiza a volumen y presión constante y es el que utilizan los modernos Motores Diésel. El combustible líquido que penetra en el interior de la cámara de combustión en forma de chorro finamente pulverizado y se evapora rápidamente al absorber calor a elevadas temperaturas existentes en la cámara de combustión, propiciando así la combustión espontánea que dependerá d tres factores: -

-

La diferencia de la temperatura del aire y la del autoencendido del combustible (inversamente proporcionales por lo que se refiere a velocidad de encendido). La presión en la cámara de combustión. Factor que debemos relacionar entre el combustible frio y aire caliente, intercambio de calor entre ellos y una evaporación y por tanto encendido más o menos rápido. La pulverización del combustible (cuanto más finas sean las partículas en las que se pulverice el combustible, más rápidamente se producirá la combustión).

Para que la combustión se realice de forma satisfactoria, es preciso que la inyección del gas-oíl cumpla ciertas condiciones y que estas adecuen a las diferentes condiciones de motor. Podemos distinguir tres fases bien diferencias en la combustión: 1. Las primeras gotas entran en la cámara de combustión, se mezclan o el aire y se calientan. 2. Habiendo alcanzado las primeras gotas, la temperatura de inflamación espontanea, se queman, elevándose por este motivo la temperatura reinante, y desencadenando el encendido de todo el combustible acumulado hasta el momento. 3. En esta el combustible correctamente dosificado se va quemando a medida que es inyectado proporcionando la presión precisa en el cilindro.

4.1. COMPOSICION QUÍMICA DEL AIRE Y DEL COMBUSTIBLE En la Tabla se indican los componentes que principalmente están presentes en el aire. Sin embargo en la mayoría de los cálculos que se hacen en motores de combustión interna alternativa es suficientemente exacto considerar que está constituido por un 21% de O2 y un 79% de N2 que incluye el resto de gases.

33

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Los combustibles comúnmente usados en MCIA son gasolina y diésel, y muestras de compuestos de hidrocarburos obtenidos en la refinación del petróleo crudo. Los combustibles principalmente contienen carbono e hidrógeno, típicamente 86% de carbono y 14% de hidrógeno en peso; algunos combustibles diésel pueden contener hasta 1% de azufre. Entre otros combustibles están los alcoholes que contienen oxígeno y combustibles gaseosos como el gas natural (GN) y el gas licuado de petróleo (GLP).

4.2. RELACIÓN COMBUSTIBLE-AIRE Se representa como F/A y se define como la relación entre el consumo de combustible y aire en un proceso de combustión. 𝐹 𝑚𝑐 𝑀𝑐 𝑃𝑀𝑐 = = 𝐴 𝑚𝑎 𝑀𝑎 𝑃𝑀𝑎 Dónde: mc y ma = el consumo de combustible y aire respectivamente.

Relación combustible-aire teórica.- Se refiere a la proporción de combustible y aire químicamente perfecta que permite un proceso de combustión completa. De esta manera la cantidad de oxígeno suministrada al proceso de combustión es suficiente para que la cantidad de carbono e hidrógeno contenidos en el combustible sean oxidados completamente, o sea transformados en CO2 y H2O.

4.3. ESTEQUIOMETRIA DE LA COMBUSTIÓN Muestra la relación entre la composición de los reactantes y productos en base a la conservación de masa partiendo de una reacción química global de combustión. AIRE + COMBUSTIBLE = PRODUCTOS Para calcular la composición de los productos de combustión en MCIA en el caso de emplear mezclas ricas la relación adicional que se emplea es la reacción de equilibrio agua-gas, la cual permite relacionar los moles de: CO2, CO, H2O e H2.

34

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Reacción global de combustión:

Y la ecuación de equilibrio agua-gas:

El proceso real de combustión es muy complicado debido a que no es predecible y porque está afectado por problemas propios como: combustión incompleta, disociación del CO2 y H2O a altas temperaturas, recombinación de componentes, duración del proceso, presencia de reacciones químicas intermedias y otros. Por lo tanto en los productos aparecen una gran cantidad de especies y un simple balance másico no es suficiente. Este tipo de reacciones químicas de combustión que involucran la presencia de otros componentes o donde se necesita determinar la composición elemental bajo condiciones dadas de presión y temperatura debe plantearse considerando la teoría del equilibrio químico y la cinemática de las reacciones químicas.

5. COMPONENTES DEL MOTOR DIESEL BLOQUE Es la estructura básica del motor, en donde van alojados los cilindros, cigüeñal, árbol de levas, etc. Todas las demás partes del motor se montan en él. Generalmente son de fundición de hierro o aluminio. Pueden llevar los cilindros en línea o en forma de V. Lleva una serie de aberturas o alojamientos donde se insertan los cilindros, varillas de empuje del mecanismo de válvulas, conductos del refrigerante, los ejes de levas, apoyos de los cojinetes de bancada y en la parte superior lleva unos taladros donde se sujeta el conjunto de culata.

Figura 22. Bloque

35

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

CIGÜEÑAL Es el componente mecánico que cambia el movimiento alternativo en movimiento rotativo. Esta montado en el bloque en los cojinetes principales los cuales están lubricados. El cigüeñal se puede considerar como una serie de pequeñas manivelas, una por cada pistón. El radio del cigüeñal determina la distancia que la biela y el pistón puede moverse. Dos veces este radio es la carrera del pistón. Podemos distinguir las siguientes partes: Muñequillas de apoyo o de bancada. Muñequillas de bielas. Manivelas y contrapesos. Platos y engranajes de mando. Taladros de engrase.

Figura 23. Cigüeñal CULATA Es el elemento del motor que cierra los cilindros por la parte superior. Pueden ser de fundición de hierro o aluminio. Sirve de soporte para otros elementos del motor como son: Válvulas, balancines, inyectores, etc. Lleva los orificios de los tornillos de apriete entre la culata y el bloque, además de los de entrada de aire por las válvulas de admisión, salida de gases por las válvulas de escape, entrada de combustible por los inyectores, paso de varillas de empujadores del árbol de balancines, pasos de agua entre el bloque y la culata para refrigerar, etc. Entre la culata y el bloque del motor se monta una junta que queda prensada entre las dos a la que llamamos habitualmente junta de culata.

Figura 24. Culata

36

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

JUNTAS DE MOTOR En todo acoplamiento de elementos fijos se interpone una junta de unión, la cual hace de cierre estanco entre ellos. El material empleado para cada tipo de junta debe ser el adecuado a la función que tiene que cumplir y a la posición que ocupa en el motor, ya que algunas de estas juntas han de soportar elevadas presiones y temperaturas. La junta más importante del motor es la junta culata, por las duras condiciones en las que tiene que trabajar y por su enorme importancia en el normal funcionamiento del motor

Figura 25. Juntas del motor PISTONES Es un embolo cilíndrico que sube y baja deslizándose por el interior de un cilindro del motor. Son generalmente de aluminio, cada uno tiene por lo general de dos a cuatro segmentos. El segmento superior es el de compresión, diseñado para evitar fugas de gases. El segmento inferior es el de engrase y está diseñado para limpiar las paredes del cilindro de aceite cuando el pistón realiza su carrera descendente. Cualquier otro segmento puede ser de compresión o de engrase, dependiendo del diseño del fabricante. Llevan en su centro un bulón que sirve de unión entre el pistón y la biela.

Figura 26. Pistones CAMISAS Son los cilindros por cuyo interior circulan tienen la superficie interior endurecida por intercambiables para poder reconstruir el algunos casos pueden venir mecanizadas reparación es más complicada. 37

los pistones. Suelen ser de hierro fundido y inducción y pulida. Normalmente suelen ser motor colocando unas nuevas, aunque en directamente en el bloque en cuyo caso su

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Las camisas recambiables cuando son de tipo húmedo, es decir en motores refrigerados por líquido, suelen tener unas ranuras en el fondo donde insertar unos anillos teóricos de goma para cerrar las cámaras de refrigeración, y en su parte superior una pestaña que se inserta en un rebaje del bloque para asegurar su perfecto asentamiento.

Figura 27. Camisas

SEGMENTOS Son piezas circulares metálicas, auto tensadas, que se montan en las ranuras de los pistones para servir de cierre hermético móvil entre la cámara de combustión y el cárter del cigüeñal. Dicho cierre lo hacen entre las paredes de las camisas y los pistones, de forma que los conjuntos de pistón y biela conviertan la expansión de los gases de combustión en trabajo útil para hacer girar el cigüeñal. El pistón no toca las paredes de los cilindros. Este efecto de cierre debe darse en condiciones variables de velocidad y aceleración. Los segmentos impiden que se produzca una pérdida excesiva de aceite al pasar a la cámara de combustión, a la vez que dejan en las paredes de la camisa una fina capa de aceite para lubricar. Por tanto los segmentos realizan tres funciones: · Cierran herméticamente la cámara de combustión. · Sirven de control para la película de aceite existente en las paredes de la camisa. · Contribuye a la disipación de calor, para que pase del pistón a la camisa.

Figura 28. Segmentos

38

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

BIELAS Las bielas son las que conectan el pistón y el cigüeñal, transmitiendo la fuerza de uno al otro. Tienen dos casquillos para poder girar libremente alrededor del cigüeñal y del bulón que las conecta al pistón. La biela debe absorber las fuerzas dinámicas necesarias para poner el pistón en movimiento y pararlo al principio y final de cada carrera. Asimismo la biela transmite la fuerza generada en la carrera de explosión al cigüeñal.

Figura 29. Bielas VÁLVULAS Las válvulas abren y cierran las lumbreras de admisión y escape en el momento oportuno de cada ciclo. La de admisión suele ser de mayor tamaño que la de escape. En una válvula hay que distinguir las siguientes partes: · Pie de válvula. · Vástago. · Cabeza.

Figura 30. Válvulas

39

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

ARBOL DE LEVAS El árbol de levas o eje de levas es el órgano del motor que regula el movimiento de las válvulas de admisión y de escape. En la práctica, se trata de un árbol dotado de movimiento rotativo, sobre el cual se encuentran las levas o excéntricas, que provocan un movimiento oscilatorio del elemento causante de la distribución. El árbol de levas manda las válvulas en la apertura y las guía en el cierre, en el sentido de que el asentamiento se obtiene mediante la acción de muelles que tienden a mantener las válvulas cerradas, por lo que cada válvula se cierra según la ley impuesta por el perfil de la leva, pero por acción del muelle.

Figura 31. Árbol de levas

VOLANTE Existe otro elemento, solidario con el eje del cigüeñal que se denomina "volante del motor". Es una pieza en forma de disco macizo que cumple una doble misión. Por una lado, aumenta la inercia del giro del conjunto biela cigüeñal para ayudar (como los contrapesos), a perpetuar el movimiento circular. En segundo lugar, contribuye a disminuir las vibraciones del motor

Figura 32. Volante.

40

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

BOMBA DE ACEITE Está localizada en el fondo del motor en el cárter del aceite. Su misión es bombear aceite para lubricar cojinetes y partes móviles del motor. La bomba es mandada por u engranaje, desde el eje de levas hace circulas el aceite a través de pequeños conductos en el bloque. El flujo principal del aceite es para el cigüeñal, que tiene unos taladros que dirigen el lubricante a los cojinetes de biela y a los cojinetes principales. Aceite lubricante es también salpicado sobre las paredes del cilindro por debajo del pistón.

Figura 33. Bomba de aceite BOMBA DE AGUA Es la encargada, en los motores refrigerados por líquido, de hacer circular el refrigerante a través del bloque del motor, culata, radiador etc. La circulación de refrigerante a través del radiador trasfiere el calor del motor al aire que circula entre las celdas del radiador. Un ventilador movido por el propio motor hace circular el aire a través del radiador.

Figura 34. Bomba de agua ANTIVIBRADORES En un motor se originan dos tipos de vibraciones, a consecuencia de las fuerzas creadas por la inercia de las piezas giratorias y de la fuerza desarrollada en la carrera de explosión. Estas vibraciones son:  Vibraciones verticales.  Vibraciones torsionales.

Figura 35. Antivibradores 41

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

ENFRIADOR DE ACEITE El refrigerante circula a través del enfriador de aceite proporcionando transferencia de calor desde el aceite hasta el refrigerante. Esto baja la temperatura del aceite y mantiene sus propiedades.

Figura 36.enfriador de aceite FILTRO DE ACEITE El filtro de aceite limpia el aceite recogiendo las partículas de metal y basura que pueden dañar las piezas del motor.

Figura 37. Filtro de aceite CÁRTER En el colector del cárter (sumidero) se emperna en el fondo del motor y es el depósito para el aceite del motor.

Figura 38. Carter

42

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura 39. Componentes del motor diesel

43

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

6. CONCLUSIONES  Gracias al presente trabajo he podido comprender las diferencias que existen entre los motores diésel y los motores de gasolina, y también su aplicación en la industria en cada una de ellas.  He podido comprender e identificar los diferentes componentes principales que tiene el motor diésel.  La combustión del diésel es un proceso complicado y no se puede hallar exactamente los componentes que salen de la combustión.  Los motores diésel, si bien presentan ventajas económicas respecto al precio de combustible, también presentan desventajas debido al ruido y a la baja potencia respecto a las gasolineras, pero mejor eficiencia.  Además sabemos que lo motores diésel son más robustos debido a que estos soportan una mayor presión.

7. RECOMENDACIONES  Para maquinarias que requieran un gran torque o una mayor potencia eficaz, es recomendable el uso de Motores Diésel.  En el caso de los motores de gasolina, es necesario brindar una limpieza adecuada a la bujía, para evitar obstrucción por hollín.



Tener presente la limpieza interna del motor, evitando el ingreso de basura y o humedad, lo cual provocará combustión incompleta y obstrucción de las válvulas, dañando así el motor.

44

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T02 - OPERACIÓN DE UN MOTOR DIÉSEL

45

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo fue realizado de forma independiente, basándose en información recopilada de fuentes verídicas y fehacientes, con fin de explicar de forma coherente y sencilla los puntos solicitados en clase.

Partiremos desde el estudio del ciclo que realiza un motor diésel, comparándolo con un motor de gasolina, haciendo hincapié en sus diferencias y ventajas y desventajas que puedan tener; así mismo el análisis de un motor diésel de 2 y 4 tiempos; luego pasando por el desarrollo del proceso real de combustión que se da en los motores (estequiometria, reactantes y productos) y por último el estudio cinemático del mecanismo biela-manivela, con el fin de que en algún momento dado de nuestras vidas nos toquemos con un motor diésel y sepamos cómo afrontarlo.

46

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. CICLO DE OPERACIÓN DE UN MOTOR DIESEL Es el ciclo teórico de los motores de combustión interna de encendido por compresión. Requieren de un sistema de inyección (bomba e inyector). El combustible utilizado es el combustible diésel. En un motor diésel el ciclo teórico de su trabajo está caracterizado porque la combustión de la mezcla combustible se efectúa a «presión constante» y mediante el calor facilitado por la compresión del aire en el interior del cilindro. Según se lleve a cabo la realización de este ciclo en una, vuelta del eje motor, o bien, en dos de ellas, nos sirve a nosotros para hacer una clasificación general de los motores reuniéndoles en dos grupos fundamentales: motores de dos tiempos, los que efectúan un ciclo completo de trabajo en una vuelta del eje, y motores de cuatro tiempos, los que efectúan el ciclo en dos vueltas. Considerando que en una máquina cualquiera, el ciclo de funcionamiento es la serie de operaciones que, repitiéndose de forma continua, nos dan el trabajo total que la máquina, nos facilita, pasemos a estudiar las distintas fases que constituyen estos ciclos. En un motor diésel, las fases que componen su ciclo de trabajo se resumen de la siguiente manera: a. Llenar el cilindro con aire atmosférico. b. Efectuar la compresión de este aire hasta que alcance una temperatura que sea superior a la de combustión del combustible. c. Inyección del combustible con su proceso de combustión. d. Expansión de los' gases producidos en la combustión. e. Evacuación de estos gases a la atmósfera.

47

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Todas estas fases se realizan en una vuelta del motor si es de dos tiempos y en dos vueltas cuando es de cuatro tiempos.

FIGURA 1: CORTE TRANVERSAL DEL MOTOR MARINO WARTSILLA 46 (4 TIEMPOS)

FIGURA 2: CORTE TRANVERSAL DEL MOTOR MARINO MAN 7S50MC (2 TIEMPOS)

Regresar al Índice

48

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2. DESCRIPCION DEL MOTOR DE 2 TIEMPOS Y 4 TIEMPOS 2.1. MOTOR DIESEL DE 2 TIEMPOS

FIGURA 3: ESQUEMA DEL MOTOR DE 2 TIEMPOS

1ra fase: Supongamos que tenemos el embolo en su punto muerto bajo (extremo inferior de su carrera). En este momento, el aire, impulsado por un sistema cualquiera de ventilador o bomba adecuado a una baja presión, generalmente de hasta 0.5 kilos, se precipita a través de las lumbreras o galerías, al interior del cilindro para llenarlo totalmente al tiempo que con su empuje limpia “barriendo” los residuos de gases que allí pudieran quedar de ciclo anterior. Es necesario que el aire entre en el cilindro con esta pequeña presión para aprovechar el breve espacio de tiempo disponible durante el que las lumbreras están abiertas. A este aire así impulsado se le llama aire de barrido. 2da fase: El émbolo comienza su movimiento ascendente (figura 6, primer tiempo), con lo cual, cierra por las que hemos introducido el aire Entonces este aire va siendo comprimido al tiempo que su temperatura v aumentando. Cuando el embolo llega muerto alto (extremo superior de su carrera) el aire comprimido ha alcanzado una presión de 40 a 45 kilos, con una temperatura de 700 a 800º. 3ra fase: Estando el émbolo en este punto, y con el aire a la presión y temperatura indicadas, se efectúa entonces la introducción del combustible finamente pulverizado o inyección (figura 6, segundo tiempo). Al encontrar el combustible esta masa gaseosa caliente, de forma espontánea se produce su combustión con lo que se origina un aumento del volumen de dicha masa; esta expansión de los gases actúa sobre el émbolo al que transmite su impulso con lo que comienza su movimiento descendente. 49

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4ta fase: Los gases quemados se van expansionando, y el émbolo desciende como hemos dicho, debido a su impulso. A esta fase es la que podríamos llamar "útil", ya que es la única en la cual se realiza el trabajo de mover el motor, mientras que las restantes tan sólo nos sirven para hacemos realizable ésta. 5ta fase: En su descenso, el émbolo llega a descubrir las lumbreras del cilindro; entonces, los gases expansionados ya, se precipitan al exterior por un número de ellas al tiempo que por las restantes comienza la entrada de aire fresco que nuevamente llenará todo el cilindro y barrerá hacia el escape cuantos gases quemados pudieran quedar. El émbolo llegará a su punto muerto bajo y comenzará la repetición del ciclo explicado. Así, pues, vemos que para completa un ciclo de trabajo el motor ha tenido que dar una vuelta completa, habiendo efectuado el embolo dos carreras, ascenso y descenso.

FIGURA 4: CICLO DIESEL DE 2 TIEMPOS

Regresar al Índice

50

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.2. MOTOR DIESEL DE 4 TIEMPOS

FIGURA 5: ESQUEMA DE UN MOTOR DE 4 TIEMPOS

1ra fase. - En este caso supondremos que el embolo lo tenemos situado en el punto muerto superior, observan que la parte alta del cilindro está dotada de las válvulas A, para la admisión o entrada del aire, y E, para la evacuación o escape de los gases quemados. Al descender el émbolo está abierta la válvula A (figura 8) con lo que la succión originada por el vacío del émbolo, precipite hacia el interior del cilindro llenándolo totalmente, hasta que dicho émbolo llega al extremo inferior de su carrera (punto muerto bajo). 2da. fase; - En el punto muerto bajo invierte el émbolo su sentido de marcha. Se cierra la válvula A. En el movimiento de ascenso va comprimiendo el aire encerrado en el cilindro, aumentando su presión al tiempo que su temperatura, y cuando el émbolo ha llegado a su punto muerto alto, el aire alcanza los 40 kilos de presión, con unos .700° de temperatura. 3ra fase: Alcanzada esta presión y temperatura, y estando el émbolo en su punto muerto superior, inyectamos el combustible en el cilindro, y en estas condiciones, espontáneamente, entra en combustión formando los gases que han de actuar impulsando al émbolo. 4ta fase: Estos gases, en su expansión, empujan al émbolo en movimiento descendente. Al igual que en los motores de dos tiempos, esta fase es la que llamamos útil por ser la única que nos produce trabajo. Desciende el émbolo hasta llegar al punto muerto bajo, donde invertirá su movimiento.

51

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

5ta fase: Al comenzar el movimiento ascendente tenemos abierta la válvula E, por la que los gases quemados de la combustión, impulsados por el émbolo son lanzados al exterior. Al alcanzarse el punto muerto alto la válvula E se cerrará, abriéndose la A y comenzando un nuevo ciclo. En esta ocasión, para que el ciclo de trabajo se complete, el motor ha tenido que dar dos vueltas o sea, que el émbolo ha efectuado cuatro carreras, ascenso, descenso, ascenso y descenso.

FIGURA 6: CICLO DIESEL DE 4 TIEMPOS

52

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.3. DIFERENCIAS ENTRE EL MOTOR DE 2 Y 4 TIEMPOS 

El motor de cuatro tiempos es aquel que realiza dos vueltas del cigüeñal (cuatro carreras del pistón), a diferencia del motor de dos tiempos, en el que se realiza sólo una vuelta del cigüeñal (dos carreras del pistón).



Los motores de dos tiempos no son muy utilizados como el motor de cuatro tiempos, debido a que se ha comprobado que emanan más sustancias contaminantes (producto de la combustión).



En el ciclo de dos tiempos, no se usan válvulas de admisión o de escape, sino se usan lumbreras o toberas que permiten entrar el aire o la mezcla con combustible, y salir a los gases o emanaciones del escape.



Teóricamente, por la única vuelta del cigüeñal en el motor de dos tiempos, este posee el doble de eficiencia que la de un motor de cuatro tiempos de igual cilindrada, sin embargo, esto trae consigo problemas de rotura de la película de aceite lubricante que provoquen averías en el pistón y en el cilindro.



Respecto a la potencia, se tiene en cuenta que la velocidad del motor del ciclo de dos tiempos debe ser (por lo general) un poco inferior a la necesaria para realizar el doble de la potencia que en un motor de cuatro tiempos.



El ciclo de dos tiempos fue concebido para simplificar el sistema de distribución, eliminando y reduciendo el número de válvulas, y para obtener una mayor potencia a igualdad de dimensiones del motor.

Regresar al Índice

53

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3. DIFERENCIAS, VENTAJAS Y DESVANTAJAS DE UN MOTOR DIESEL FRENTE A UN MOTOR DE GASOLINA 3.1. DIFERENCIAS Motor a gasolina

Motor Diésel

Succiona una mezcla de aire y combustible, Sólo succiona aire, lo comprime y entonces los comprime y enciende la mezcla con una se inyecta el combustible al aire chispa produciendo una inflamación súbita. comprimido, originándose el auto-encendido espontáneo. La relación de compresión es relativamente La relación de compresión es relativamente baja (de 8:1 a 12:1). Esto quiere decir que alta (de 14:1 hasta 25:1). Esto se traduce en es menos eficiente. una mejor eficiencia.

Utilizan el método del carburador, en donde Utiliza el método de filtro para poder el aire y el combustible son mezclados un purificar al aire que va a ingresar a la tiempo antes de que entren al cilindro. cámara de combustión.

Su inyección es de tipo combustible de Mientras que aquí, la inyección del puerto, que quiere decir que éste es combustible es de tipo directa, en la cual el inyectado a la válvula de succión (fuera del combustible diésel es inyectado cilindro). directamente al cilindro.

Su velocidad del cigüeñal es de 100 a 750 Son motores de alta velocidad de cigüeñal rpm, siendo un motor lento comparado con (entre 2500 a 5000 rpm). el anterior. Sin embargo, se pueden alcanzar velocidades de hasta 2000 rpm.

Su combustible es relativamente caro.

Su combustible es barato.

Son más livianos.

Son más pesados.

Se usan para los vehículos menores y Usados mayormente en la carga pesada, en livianos, las motocicletas, la corta-césped, generadores eléctricos enormes y en los generadores pequeños, etc. grandes buques.

54

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.2. VENTAJAS Las principales ventajas de un motor diésel son: 



   

Economía de combustible.- el ahorro de combustible del motor diésel. es una ventaja notable sobre el motor de ciclo Otto. Esta diferencia generalmente supera el 20%. Alta potencia por libra de peso en la instalación del motor, particularmente en las instalaciones modernas de motores de alta velocidad. Gran seguridad en el funcionamiento. Bajo consumo por caballo-hora, lo cual significa un aumento en el rango de viaje. Reduce el peligro de incendio comparado con el motor de gasolina. Debido a que el combustible no se inflama tan fácilmente. Pocas fallas en el funcionamiento.-en el motor de gasolina generalmente en el sistema de ignición o encendido y en el carburador se producen irregularidades, los cuales no se presentan en el motor diésel.

Rendimiento: el motor diésel es el que mayor rendimiento ofrece entre los motores de combustión interna.

3.3. DESVENTAJAS Podemos citar algunas desventajas del motor diésel: 

 

Mayor coste de instalación.-el motor diésel cuesta más en adquirir e instalar, debido a que necesita un sistema de inyección de construcción precisa. Mayor peso.- el motor diésel suele ser más pesado que el de gasolina, debido a que necesita mayor robustez. Funcionamiento ruidoso.-La mayoría de los motores diésel son ruidosos. Esto se debe a las elevadas presiones y a la combustión en el cilindro.

Dificultades de engrases: el motor diésel presenta, en su funcionamiento, más dificultades de engrase que el de gasolina. Hay que limpiar sus filtros con más frecuencia. El aceite combustible deberá filtrase muy bien para eliminar todo el polvo y las sustancias extrañas antes de inyectarlo.

Regresar al Índice

55

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4. PROCESO DE COMBUSTION REAL (ESTEQUIOMETRIA, REACTANTES Y PRODUCTOS) 4.1. LA COMBUSTIÓN La combustión es una reacción química exotérmica, donde se da la liberación de calor y energía mediante la combinación de un combustible con un comburente (en general, proveniente del aire). El proceso puede ser de carácter lento (como en la oxidación del hierro en el aire húmedo), o de carácter rápido (llamado detonación o veloz desprendimiento de calor). En la combustión, se distinguen dos componentes principales: a) El combustible: Es el que arde en el proceso cuando entra en contacto en un lugar de condiciones de elevada presión y temperatura, con ayuda del comburente. Este componente debe de tener propiedades de explosividad (de inflamación súbita) y de autoignición (de inflamación espontánea). Existen infinidades y variedades de combustibles que son compuestos por hidrocarburos (C, H, O, N, S), de los cuales, los combustibles gaseosos son aquellos que verifican un buen proceso de combustión (de forma perfecta). b) El comburente: Es aquel componente que produce la combustión. El comburente se obtiene mayormente del aire, de la cual se coge al oxígeno como el elemento que va a reaccionar con el combustible (en especial con el carbono y el hidrógeno), siempre y cuando haya un adecuado balance estequiométrico en las reacciones químicas de éstos dos últimos. La idea es que todo el combustible se haya oxidado por completo para que la combustión sea completa o perfecta. 4.1.1. EL COMBUSTIBLE 4.1.1.1. LA GASOLINA Es un compuesto de hidrocarburos (de 5 a 12 átomos de carbono por molécula), su rango de destilación varía entre 40º a 200ºC, y se usa como combustible en los motores de gasolina de encendido por chispa de dos o de cuatro tiempos (para los automóviles, motocicletas y vehículos livianos en general). La gasolina se considera como una sustancia líquida volátil, inflamable e incolora. El aspecto verde, rojo o amarillento se logra mediante la incorporación de un colorante artificial, que además de facilitar su diferenciación, permite controlar su eventual adulteración en el entorno comercial. La medida de la capacidad anti-detonante de la gasolina se determina con el índice de octano (que cuando es alto este índice, producen una combustión más suave y efectiva). Este índice de octano se obtiene por comparación del poder detonante de la misma con el de una mezcla de iso-octano (asignado con índice 100) y heptano (asignado con índice 0).

56

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Es decir, si tenemos una gasolina de 97 octanos, quiere decir que se comporta como una mezcla de 97% de iso-octano y el 3% de heptano. A la gasolina se le adicionan algunos aditivos específicos (como el metil t-butil éter o MTBE) para potenciar sus propiedades antidetonantes y otras características.

FIGURA 7: METIL T-BUTIL ÉTER (MTBE)

Algunos ejemplos de gasolina Sin plomo de 95 octanos Sin plomo de 98 octanos Con plomo de 97 octanos Libre de azufre (< de 50 Libre de azufre (< de 10 (La súper 97) ppm) ppm)

A las gas olin as se le adiciona el tetraetilato de plomo para poder mejorar el octanaje, y al arder la mezcla, los residuos de plomo (metal blando) poco volátiles se van depositando sobre los asientos de las válvulas de escape, interponiéndose entre estas una especie de almohada producida en el proceso, con la ventaja que se renueva continuamente. Sin embargo, esto provoca desgaste en algunas de las piezas de esa zona. Hoy en día (debido a la necesidad de controlar las emisiones) se instalan conversores catalíticos en los automóviles. En ellos nace la necesidad de la utilización de las gasolinas sin plomo.

57

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4.1.1.2. EL GASÓLEO Llamado también gas-oil o diesel, es el combustible empleado en los motores de combustión interna de encendido por compresión (motores diesel). Se trata de un producto más denso y de más poder calorífico que la gasolina. Su curva o intervalo de destilación se encuentra entre los 260 y 370°C, poseen bajo contenido en azufre, y deben permitir una correcta combustión, protegiendo al sistema de inyección y de alimentación, además de evitar la corrosión de las diferentes partes del motor. En la figura de abajose aprecia al gasóleo que es insoluble al agua.

FIGURA 8: MUESTRA DE COMBUSTIBLE DIESEL

Este combustible es de color blancuzco y verdoso, de densidad de 850 kg/m3, compuesto fundamentalmente de parafinas y utilizado principalmente en motores diesel (como se mencionó anteriormente). Cuando este combustible es obtenido de la destilación del petróleo se denomina petro-diesel, y cuando es obtenido a partir de aceites vegetales se denomina bio-diesel. El grado o capacidad de auto-inflamación del gasóleo se mide con el número de cetano (que se encuentra convenientemente entre 40 y 70). Este índice se define como el porcentaje en volumen de cetano (una parafina, a la que se le asigna un grado 100) en una mezcla con alfa-metilnaftalina (que ofrece el mismo retraso de encendido que el combustible en cuestión). Eso quiere decir que cuanto más alto es el índice de cetano, mas bajo es el retraso de encendido, lo que favorece al rendimiento del motor. Existen varios tipos de gasóleo, como el diesel e+, el diesel e+ 10 (con desactivador de metales para evitar la formacion de insolubles metalicos). Con respecto al gasóleo obtenido de aceites naturales, estos se usaron al principio, en la época del inventor del ciclo del motor que lleva su nombre, Rudolph Diesel. Sin embargo, se reemplazó este tipo de combustible por el obtenido del petróleo, ya que resultaba ser más barato que el anterior.

58

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4.2. TIPOS DE COMBUSTIÓN a) COMBUSTIÓN COMPLETA Es aquella combustión en donde los elementos del combustible se han oxidado completamente. Eso quiere decir que el carbono se ha oxidado al máximo, al igual que el hidrógeno, liberándose la energía necesaria para mover al pistón de la cámara de combustión. Los demás elementos de los hidrocarburos (como el nitrógeno, el azufre, etc) no reaccionan con el oxígeno, ya que tienen un carácter no significativo en la combustión. Los gases de escape están conformados en su mayoría de vapor de agua.

FIGURA 9: ECUACION PRINCIPAL DE LA FASE DE COMBUSTIÓN

b) COMBUSTIÓN INCOMPLETA Llamada también combustión imperfecta, es donde el combustible no se ha oxidado por completo o el aire no ha estado en proporción suficiente, resultando en los gases de escape compuestos que aún no han sido oxidados, como el monóxido de carbono (CO), los NOx, los SOx, entre otros contaminantes, además de partículas de combustible inquemados. Estos gases de escape se expresan en los llamados humos negros y las cenizas que pueden originarse (formado por compuestos no quemados). Este tipo de combustión trae consigo pérdidas irreversibles de energía y propagación de contaminantes que no fueron quemados por completo. 4.3. REACCIONES QUÍMICAS DE LA COMBUSTIÓN Los cálculos se realizan mediante algunas reacciones químicas de estas sustancias con el oxígeno, teniendo en cuenta que el combustible es el único compuesto químico que puede ser una sustancia pura o una mezcla de gases de combustión, así como pueden ser también los combustibles líquidos (gasolina, gasóleo) y sólidos (como el carbón y la turba). En cualquier caso, los elementos combustibles son sólo el C, H2 y S, y las reacciones de combustión se pueden reducir (cuando se trata de combustibles sólidos o líquidos) a las tres siguientes:

59

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Los combustibles comúnmente usados en MCIA son gasolina y diesel, y muestras de compuestos de hidrocarburos obtenidos en la refinación del petróleo crudo. Los combustibles principalmente contienen carbono e hidrógeno, típicamente 86% de carbono y 14% de hidrógeno en peso; algunos combustibles diesel pueden contener hasta 1% de azufre. Entre otros combustibles están los alcoholes que contienen oxígeno y combustibles gaseosos como el gas natural (GN) y el gas licuado de petróleo (GLP).

Los gases que se desprenden del combustible sólido son hidrocarburos ligeros (como el metano), hidrocarburos pesados (como el C2H4, C2H2, C6H6), y en algunos casos el CO y el SO2, de forma que:

Estas últimas reacciones expresan el proceso de la combustión incompleta, ya que algunos gases escapan sin arder, formando los llamados humos negros. En conclusión, la cantidad de oxígeno debe de ser más que la del combustible para asegurar una combustión completa o perfecta, pero un elevado exceso de aire es desfavorable porque disminuye la temperatura de la combustión, arrastrando un elevado número de calorías que se pierden en los humos, al tiempo que aparecen gases de NOx. Reacción global de combustión:

Regresar al Índice

60

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

5. ANALISIS DINAMICO DEL MECANISMO BIELA-PISTON El mecanismo biela manivela tiene por objetivo transformar el movimiento rectilíneo alternativo en un movimiento circular de rotación, y viceversa. Es un mecanismo muy difundido en las máquinas de vapor, motores de combustión interna, bombas, máquinas de embutir y estampar, y muchas otras máquinas industriales.

FIGURA 10: MECANISMO BIELA-MANIVELA

Estudio del Movimiento Se denomina O al centro de rotación del árbol al cual está unida la manivela AO, el punto A denominado botón de la manivela, cumple una trayectoria circular alrededor de O. La biela AK está unida al botón de manivela A y el botón de la cruceta K o del embolo. Su extremo K está obligado a recorrer una trayectoria rectilínea cuya prolongación pasa por O. Siendo finita la longitud de la biela, el botón de la cruceta o del embolo recorre también una trayectoria finita; en efecto cuando la biela se coloca en línea recta con la manivela, el punto A habrá llegado a B y, por lo tanto el punto extremo de la biela K habrá alcanzado la posición B1. Al girar la manivela en el sentido de las agujas del reloj, el punto A llegara a D, después de girar 180º. En esta posición la manivela y la biela están otra vez en línea recta, pero superpuestas en parte, debido a su desigual longitud. El botón de la cruceta K del embolo habrá alcanzado, en su movimiento rectilíneo hacia la derecha, el punto D1. La magnitud del recorrido rectilíneo B1D1 es igual al doble de la longitud de la manivela; por lo tanto, igual al diámetro del movimiento circular de rotación descrito por el punto A, o sea: B1D1=2 r = S. A este recorrido rectilíneo se le denomina carrera. B1 y D1 son llamados puntos muertos, por cuanto colocadas la biela y la manivela, ambas en línea recta y en situación de reposo, no es posible imprimir al mecanismo el movimiento; por lo tanto, la puesta en marcha en estas condiciones no es posible si no se varia por otros medios la posición de la manivela. Al girar l manivela, prosiguiendo el movimiento de rotación, el punto A llegara nuevamente al punto B; por lo tanto, el botón de la cruceta ha realizado dos carreras rectilíneas de igual longitud y, por consiguiente un movimiento rectilíneo alternativo. La carrera determinada por el botón de la cruceta es al mismo tiempo carrera del embolo, el cual se desliza en el 61

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

interior de un cilindro y se une a la cruceta mediante una barra V, denominada vástago. Tal como se ha dicho anteriormente, el vástago puede no existir y la cruceta ser reemplazada por un embolo cruceta.

FIGURA 11: CINEMÁTICA DEL MECANISMO BIELA-MANIVELA

Carrera del Embolo (determinación grafica) Considerando un instante cualquiera del movimiento, el punto K se habrá alejado del punto muerto anterior B1 una determinada longitud, cuya magnitud puede calcularse gráficamente o analíticamente. Supongamos que la manivela haya girado un ángulo α con respecto a la dirección del movimiento rectilíneo. El botón de la manivela estará en A y el botón de la cruceta se encontrara en K, a una distancia B1K = x. Esta magnitud B1K= x es la carrera efectuada por el botón de la manivela y, por consiguiente también la carrera del embolo. Si se desconoce la posición del punto K, es suficiente hacer centro en A con un compás y, con una abertura igual a la longitud ‘’l’’ de la biela, describir un arco cortando a la recta B1D1.

FIGURA 12: DETERMINACIÓN ANALITICA DE LA CARRERA DEL EMBOLO

62

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Determinación analítica de la carrera Se tiene: 𝑥 = 𝐾𝐷1 = 𝐴′ 𝐷 = 𝑁𝐷 − 𝑁𝐴′ 𝑥 = 𝑁𝐷 − 𝑁𝐴′ Pero: 𝑁𝐴′ = 𝐾𝐴′ − 𝐾𝑁 Luego: 𝑥 = 𝑁𝐷 − (𝐾𝐴′ − 𝐾𝑁) Como: 𝑐𝑜𝑠𝛽 = √1 −

𝑟2 𝑠𝑒𝑛2 𝛼 𝑙2

Entonces se tiene: 𝑥 = 𝑟(1 − 𝑐𝑜𝑠𝛼) ± 𝑙(1 − √1 −

𝑟2 𝑠𝑒𝑛2 𝛼 ) 𝑙2

De manera aproximada se tiene: 𝑥 = 𝑟(1 − 𝑐𝑜𝑠 ∝) ±

𝑟2 𝑠𝑒𝑛2 𝛼 2𝑙

Velocidad del embolo (determinación analítica) Tanto en las máquinas de vapor como en todos los motores de embolo, la energía calórica se transforma en mecánica, originando el movimiento rectilíneo alternativo, que a su vez es transformado en circular por el mecanismo biela manivela. Se puede hacer la siguiente aproximación: √1 −

2 𝑟2 𝑟 2 𝛼 ~ 1 − 1/2 ( 𝑠𝑒𝑛𝛼) 𝑠𝑒𝑛 𝑙2 𝑙

Entonces se obtiene la siguiente expresión: 𝑟2 𝑥 = 𝑟(1 − 𝑐𝑜𝑠 ∝) ± 𝑠𝑒𝑛2 𝛼 2𝑙 𝑑𝑥 =𝑢 𝑑𝑡 Además: 𝑑𝛼 =𝑤 𝑑𝑡 La velocidad del pistón será: 𝑢 = 𝑣(𝑠𝑒𝑛𝛼 ±

𝑟 ) 2𝑙 𝑠𝑒𝑛2𝛼

Además la velocidad del botón de manivela es: 𝑉=

63

𝑢 𝑟 𝑠𝑒𝑛2 ∝ 𝑠𝑒𝑛 ∝ ± 2𝑙 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

6. CONCLUSIONES  El presente informe me ha servido para poder tener un mayor conocimiento respecto a los tipos de motores que existen, también he llegado a entender cuál es la diferencia entre un motor de dos tiempo y uno de cuatro tiempos.  Después de haber analizado la combustión del combustible Diésel he podido distinguir que es muy difícil de hallar las proporciones estequiométricas en forma real, ya que la combustión no es perfecta.  La eficiencia de los motores diésel, es mayor que en cualquier motor de gasolina, llegando a superar el 40%.  También he podido aprender cuales son las principales diferencias que existen entre un motor diésel y un motor a gasolina, que ciclo realizan cada y cuál es su campo de utilización de cada una de ellas.  Con el presente informe he podido comprender como es el funcionamiento del motor de combustión interna diésel, y también poder reconocer y ubicar cada una de sus principales componentes.  He podido entender cómo se transforma el movimiento transversal lineal del pistón a un movimiento circunferencial que se aprecie en el eje del cigüeñal.  He llegado a saber por qué en una parte de la fase del motor diésel, sus válvulas de admisión y escape están abiertas al mismo tiempo, esto es para que haga una buena limpieza de los residuos de la anterior combustión y así poder tener una mejor siguiente combustión.

7. RECOMENDACIONES  Para maquinarias que requieran un gran torque o una mayor potencia eficaz, es recomendable el uso de motores diésel.  En el caso de los motores de gasolina, es necesario brindar una limpieza adecuada a la bujía, para evitar obstrucción por hollín movimiento del electrodo de la misma.  Tener presente la limpieza interna del motor, evitando el ingreso de basura y o humedad, lo cual provocará combustión incompleta y obstrucción de las válvulas, dañando así el motor.

Regresar al Índice

64

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T03 - SISTEMAS DE INYECCIÓN

65

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo daremos a conocer las diferencias que existe entre un ciclo teórico y un ciclo real, tanto de Otto como de diésel, cuales son las consideraciones que se hacen en el ciclo teórico, y que hacen que difieran del ciclo real. Siendo el sistema de inyección de combustible el sistema para realizar el funcionamiento de un motor, se desarrolló el presente trabajo con el fin de comprender más profundamente el funcionamiento de este. Se presentará a continuación algunos elementos del sistema de inyección, sus características, forma de funcionamiento y sus variantes existentes. También se plantearán sus diferencias. Acabado el presente informe se señalarán conclusiones y recomendaciones referentes al sistema de inyección, especificando puntos resaltantes respecto a lo incluido al informe.

66

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. PROCESO DE COMBUSTIÓN DIESEL (ESTEQUIOMETRIA, REACTANTES Y PRODUCTOS) 1.1. LA COMBUSTIÓN La combustión es una reacción química exotérmica, donde se da la liberación de calor y energía mediante la combinación de un combustible con un comburente (en general, proveniente del aire). El proceso puede ser de carácter lento (como en la oxidación del hierro en el aire húmedo), o de carácter rápido (llamado detonación o veloz desprendimiento de calor). En la combustión, se distinguen dos componentes principales: a) El combustible: Es el que arde en el proceso cuando entra en contacto en un lugar de condiciones de elevada presión y temperatura, con ayuda del comburente. Este componente debe de tener propiedades de explosividad (de inflamación súbita) y de autoignición (de inflamación espontánea). Existen infinidades y variedades de combustibles que son compuestos por hidrocarburos (C, H, O, N, S), de los cuales, los combustibles gaseosos son aquellos que verifican un buen proceso de combustión (de forma perfecta). b) El comburente: Es aquel componente que produce la combustión. El comburente se obtiene mayormente del aire, de la cual se coge al oxígeno como el elemento que va a reaccionar con el combustible (en especial con el carbono y el hidrógeno), siempre y cuando haya un adecuado balance estequiométrico en las reacciones químicas de éstos dos últimos. La idea es que todo el combustible se haya oxidado por completo para que la combustión sea completa o perfecta. 1.1.1. EL COMBUSTIBLE 1.1.1.1. EL GASÓLEO Llamado también gas-oil o diésel, es el combustible empleado en los motores de combustión interna de encendido por compresión (motores diésel). Se trata de un producto más denso y de más poder calorífico que la gasolina. Su curva o intervalo de destilación se encuentra entre los 260 y 370°C, poseen bajo contenido en azufre, y deben permitir una correcta combustión, protegiendo al sistema de inyección y de alimentación, además de evitar la corrosión de las diferentes partes del motor. En la figura de abajose aprecia al gasóleo que es insoluble al agua.

67

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Este combustible es de color blancuzco y verdoso, de densidad de 850 kg/m3, compuesto fundamentalmente de parafinas y utilizado principalmente en motores diesel (como se mencionó anteriormente). Cuando este combustible es obtenido de la destilación del petróleo se denomina petro-diesel, y cuando es obtenido a partir de aceites vegetales se denomina bio-diesel. El grado o capacidad de auto-inflamación del gasóleo se mide con el número de cetano (que se encuentra convenientemente entre 40 y 70). Este índice se define como el porcentaje en volumen de cetano (una parafina, a la que se le asigna un grado 100) en una mezcla con alfa-metilnaftalina (que ofrece el mismo retraso de encendido que el combustible en cuestión). Eso quiere decir que cuanto más alto es el índice de cetano, mas bajo es el retraso de encendido, lo que favorece al rendimiento del motor. Existen varios tipos de gasóleo, como el diesel e+, el diesel e+ 10 (con desactivador de metales para evitar la formacion de insolubles metalicos). Con respecto al gasóleo obtenido de aceites naturales, estos se usaron al principio, en la época del inventor del ciclo del motor que lleva su nombre, Rudolph Diesel. Sin embargo, se reemplazó este tipo de combustible por el obtenido del petróleo, ya que resultaba ser más barato que el anterior.

1.2. TIPOS DE COMBUSTIÓN 1.2.1. COMBUSTIÓN ESTEQUIOMÉTRICA O TEÓRICA Es la combustión que se lleva a cabo con la cantidad mínima de aire para que no existan sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión no hay presencia de oxígeno en los humos, debido a que este se ha empleado íntegramente en la reacción. Para la combustión de un hidrocarburo de la forma C x H y, la ecuación de la reacción es de la forma:

1.2.2. COMBUSTIÓN REAL CON EXCESO DE AIRE Es la reacción que se produce con una cantidad de aire superior al mínimo necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no producir sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión es típica la presencia oxígeno en los gases de combustión. La razón por la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer reaccionar completamente el combustible disponible en el proceso. Mezcla rica: Es la que contiene una cantidad de aire menor que la estequiometria (aire en defecto). Mezcla pobre: Es la que contiene una cantidad de aire mayor que la estequiometria (aire en exceso).

Los coeficientes i, e, f, y g deben ser para la combustión real a partir de la información que obtiene, por alguno de los método análisis de los promedios.

68

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1.3. CICLOS TERMODINÁMICOS CICLO OTTO

1.3.1.

Gráfica P-v de un ciclo Otto 

Parámetros del ciclo: 𝜀=

𝑉𝑎 𝑉𝑐

- Relación de compresión

𝑝

𝜆 = 𝑝𝑧

- Grado de aumento de presión

𝑐



Eficiencia térmica: 𝑛𝑡 = 1 −

𝑞2 𝑇𝑏 − 𝑇𝑎 =1− 𝑞1 𝑇𝑧 − 𝑇𝑐

Como 𝑇𝑐 = 𝑇𝑎 𝜀 𝑘−1 𝑇𝑧 = 𝜆𝑇𝑐 = 𝜆𝑇𝑎 𝜀 𝑘−1 𝑇𝑏 =

𝑇𝑧 𝜀 𝑘−1

𝑛𝑡 = 1 − 

= 𝜆𝑇𝑎 1 𝜀 𝑘−1

Características del ciclo: • • • •

El ciclo empieza con la compresión adiabática ac. Entre los puntos c y z, desde el exterior se suministra calor a la sustancia de trabajo en la cantidad q1. El proceso zb también es adiabático. En el proceso ba la sustancia de trabajo entrega el calor q2 al medio circundante a volumen constante.

69

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS



UNI - FIM

Presión media del ciclo: 𝑝𝑡 =

𝑙𝑐 𝑣𝑚𝑎𝑥 − 𝑣𝑚𝑖𝑛

Tomando en cuenta que 𝑅

𝑞1 = 𝐶𝑣 𝑇𝑎 𝜀 𝑘−1 (𝜆 − 1) y 𝐶𝑣 = 𝑘−1 Obtenemos 𝑝𝑡 =

𝑝𝑎 𝜀 𝑘 (𝜆 − 1) 𝜂 (𝑘 − 1)(𝜀 − 1) 𝑡

En otras condiciones iguales, pt crece directamente proporcional a la presión inicial del ciclo pa, en la práctica el aumento de pa se realiza gracias al empleo de la sobrealimentación. En los motores a gasolina, la presión de sobrealimentación está limitada por el surgimiento de la detonación. 1.3.2. CICLO DIESEL

Gráfica P-v de un ciclo Diesel 

Parámetros del ciclo: 𝜆=

𝑝𝑧 =1 𝑝𝑐

𝜀=

𝑉𝑎 𝑉𝑐 𝑉

𝜌 = 𝑉𝑧 - Grado de expansión previa 𝑐

𝛿= 70

𝑉𝑎 𝑉𝑧

- Grado de expansión ulterior MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS



UNI - FIM

Eficiencia térmica: 𝑇𝑐 = 𝑇𝑎 𝜀 𝑘−1 𝑇𝑧 = 𝜌𝑇𝑐 = 𝑇𝑎 𝜀 𝑘−1 𝜌 𝑇𝑏 =

𝑇𝑧 𝛿𝑘−1

=

𝑇𝑧 𝑘−1 𝜌 𝑘−1 𝜀

= 𝑇𝑎 𝜌𝑘

𝑞1 = 𝐶𝑝 (𝑇𝑧 − 𝑇𝑐 ) = 𝐶𝑝 𝑇𝑎 𝜀 𝑘−1 (𝜌 − 1) 𝑞2 = 𝐶𝑣 (𝑇𝑏 − 𝑇𝑎 ) = 𝐶𝑣 𝑇𝑎 (𝜌𝑘 − 1) Entonces, la eficiencia térmica del ciclo diésel será: 𝜌𝑘 − 1 𝑛𝑡 = 1 − 𝑘−1 ∙ 𝜀 𝑘(𝜌 − 1) 1

A diferencia del ciclo Otto, la eficiencia térmica depende de la carga térmica del ciclo, es decir, de la cantidad de calor suministrado (𝜌). Con su aumento, 𝑛𝑡 disminuye. ρ, refleja la carga térmica en el ciclo diésel y se halla con la fórmula: 𝜌 =1+

𝑞1 𝐶𝑝 𝑇𝑎 𝜀 𝑘−1

Por la condición dada de organización de la extracción de calor a volumen constante (isocora ba) la magnitud de ρ no puede superar el valor de ε. 

Presión media del ciclo:

A partir de la definición dada anteriormente determinamos la presión media del ciclo 𝑝𝑎 𝜀 𝑘 𝑘(𝜌 − 1) 𝑝𝑡 = ∙𝜂 (𝑘 − 1)(𝜀 − 1) 𝑡 De este modo, vemos que en ciclo diésel al igual que en el ciclo Otto, ηt y pt dependen de la naturaleza de la sustancia de trabajo y de la relación de compresión, creciendo con el aumento de ε y del índice adiabático k.

Regresar al Índice

71

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1.4. DIFERENCIA ENTRE EL CICLO OTTO Y DIESEL Ciclo Otto

Ciclo Diésel

Tienen una relación de compresión baja (entre 6 a 10).

Tienen una relación de compresión alta (entre 12 a 22).

El calor inicial se introduce a volumen constante (isocórica o isométrica).

El calor inicial se introduce a presión constante (isobárica).

El encendido o ignición se hace mediante una bujía accionada eléctricamente.

Su combustible tiene un alto poder de octanaje y bajo índice de cetano.

El rendimiento llega hasta el 25%.

El encendido es por auto-ignición, al introducir el combustible con el inyector.

Su combustible posee un bajo poder de octanaje y alto índice de cetano.

El rendimiento llega hasta el 40%.

Regresar al Índice

72

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2. EL TURBOCOMPRESOR También denominado turbocargador, consta de dos elementos, una turbina y un compresor. El compresor se encarga de comprimir el aire y dirigirlo a los cilindros para mejorar la combustión del combustible y así mejorar la potencia del motor. El

funcionamiento del turbocompresor o turbocargador es de carácter circular, es decir que uno de los componentes influye en el funcionamiento del otro. Los gases de combustión expulsados de los cilindros pasan a través de la turbina, haciéndola girar, lo cual ocasiona el giro en el compresor debido a que comparten el mismo eje. En pocas palabras entre más combustible se queme, el compresor hará ingresar más aire en el cilindro, mejorando la combustión. La desventaja que presentas los turbocomrpesores es que depende de la presión ejercida por los tubos de escape para un mejor funcionamiento, por lo que tiene una respuesta lenta en cuanto el alcance de una potencia alta. Para solucionar este problema se han desarrollado diferentes tipos de turbocompresores. 2.1. TIPOS DE TURBOCOMPRESORES  Biturbo: Es un sistema con dos turbocompresores de distinto tamaño. A bajas revoluciones funciona solamente el pequeño, debido a su respuesta más rápida, y el grande funciona únicamente a altas revoluciones, ya que ejerce mayor presión.  Biturbo en paralelo o twin turbo: Es un sistema con dos turbocompresores pequeños de idéntico tamaño. Al ser más pequeños que si fuera un turbocompresor único, tienen una menor inercia rotacional, por lo que empiezan a generar presión a revoluciones más bajas y se disminuye la demora de respuesta.  Turbocompresor asimétrico: Consiste en poner un solo turbocompresor pequeño en una bancada (la delantera en el motor V6 colocado transversalmente) dejando la otra libre. La idea no es conseguir una gran potencia, sino que la respuesta sea rápida. Este sistema fue inventado por el fabricante sueco Saab y utilizado en el Saab 9-5 V6.  Biturbo secuencial: Se compone de dos turbocompresores idénticos. Cuando hay poco volumen de gases de escape se envía todo este volumen a un 73

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

turbocompresor, y cuando este volumen aumenta, se reparte entre los dos turbocompresores para lograr una mayor potencia y un menor tiempo de respuesta. Este sistema es utilizado en el motor Wankel del Mazda RX-7.  Turbocompresor de geometría variable (VTG): Consiste en un turbocompresor que tiene un mecanismo de "aletas" llamadas álabes móviles que se abren y cierran haciendo variar la velocidad de los gases de escape al entrar en la turbina, a menor caudal de gases de escape (bajas revoluciones) se cierra el paso entre los álabes provocando que los gases aumenten la velocidad al entrar en la turbina, a mayor caudal (altas revoluciones) necesitamos más paso y estos se abren. Esto nos permite tener una presión de trabajo muy lineal en todo el régimen de trabajo del turbocompresor. Los gases de escape entran por la boca de entrada tangencialmente al cuerpo de la turbina. Circulan por un pasaje de sección circular que se va estrechando progresivamente y que los dirige hacia el centro, donde está situado el rodete de la turbina. Al chocar contra los alabes hace girar a la turbina y sufren a su vez su cambio de dirección de 90 grados, saliendo perpendicularmente por el centro hacia el tubo de escape. La conexión de la boca de salida puede ser externa mediante tornillos o abrazaderas o bien interna entrando un tubo metálico dentro del otro con una junta interpuesta. Al ir cambiando de velocidad, crece el caudal de gases y la turbina se embalaría demasiado y sin utilidad, pues ya no interesa que aumente el par pues el vehículo ya se acelera.

Para evitarlo, los turbocompresores suelen llevar una válvula reguladora o válvula de descarga que descarga directamente a la atmósfera los gases de escape. Esta válvula está gobernada directamente por una cápsula manométrica sometida a la presión de admisión. Primero la válvula está cerrada y la presión de sobrealimentación obedece a la ley de funcionamiento natural del turbocompresor, luego la válvula se abre y la turbina que cortocircuitada, pasando parte de los gases de escape directamente al tubo de escape, con lo que la presión de sobrealimentación queda limitada. Los motores que no poseen turbocompresor se denominan de aspiración natural, es decir que el aire entra en los cilindros únicamente por la succión de los pistones. Al final de la sección “1” se explicarán los ciclos de los sistemas de aspiración con y sin presencia de un turbocompresor.

74

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.2. CICLO TERMODINÁMICO DEL TURBOCOMPRESOR El ciclo de los motores sobrealimentados está basado en el sistema de admisión y escape del motor por medio de un turbocompresor (que es un compresor y turbina juntos). En este proceso se da la condición que a mayor carrera del pistón, se dan mayores pérdidas de potencia debida a la fricción.

El turbocompresor es usado comúnmente en los motores diésel. A continuación se muestra una gráfica del proceso P-V del ciclo de los motores sobrealimentados (al lado izquierdo). La entalpía total en la turbina es: H  m * h  m * CP *T

Para el desempeño eficiente del turbocompresor, el valor de m (masa) y T (temperatura) deben aumentar de valor, manteniendo constante el valor de CP (calor específico a presión constante).

75

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.2.1. CICLO DEL TURBOCOMPRESOR DE PRESIÓN VARIABLE Este ciclo está referido al turbocompresor con presión variable de los gases delante de la turbina. Mostramos los dos tipos, cuando es sin refrigeración intermedia y con esta. 2.2.1.1. SIN REFRIGERACIÓN INTERMEDIA

Diagrama del ciclo del turbocompresor a presión variable sin post-enfriador. Donde: εk = Vg/Va εo = εk.ε δ’ = Vf/Vz ρ’ = Vf/Vg

: Es la relación de compresión en el compresor. : Es la relación de compresión total (εo = Vg/Vc). : Es el grado de expansión final total. : Es el grado de disminución de volumen con rechazo de calor.

Para este ciclo se cumple que:

. k  (  ' ) k

Por tanto, la eficiencia térmica del ciclo es:  t  1 

76

1

O

. K 1

k.(  .1 / k  1)   1  k..(   1)

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.2.1.2. CON REFRIGERACIÓN INTERMEDIA

Diagrama del ciclo del turbocompresor a presión variable con post-enfriador. En este ciclo se define el grado de enfriamiento (σref):

 ref 

Ta '  Ta Ta '  Tg

En los motores reales: Ta > Tg ≈ To, tenemos que σref varía entre 0,5 a 0,8. También tenemos al grado de disminución de volumen en el enfriador: w = Va’/Va Para este ciclo se cumple que:

. k  (w. ' ) k

Por lo tanto, la eficiencia térmica del ciclo es:

  .1 / k  w   k K 1 ( w  1)    t  1  K 1 .  O    1  k..(   1)  k

Nota: Cuando no existe refrigeración intermedia, tenemos que w=1, y se cumple la ecuación de la eficiencia térmica del ciclo del turbocompresor a presión constante sin el post-enfriador.

77

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.2.2. CICLO DEL TURBOCOMPRESOR DE PRESIÓN CONSTANTE Este ciclo está referido al turbocompresor con presión constante de los gases delante de la turbina. Mostramos los dos tipos, cuando es sin refrigeración intermedia y con esta. 2.2.2.1. SIN REFRIGERACIÓN INTERMEDIA

Diagrama del ciclo del turbocompresor a presión constante sin post-enfriador.

Para el ciclo de la turbina de gas, se cumple que:

Por tanto, la eficiencia térmica del ciclo será:

78

TK  1 

t  1 

1

O

1

 k k 1

. K 1

. k  1   1  k..(   1)

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.2.2.2. CON REFRIGERACIÓN INTERMEDIA

Diagrama del ciclo del turbocompresor a presión constante con post-enfriador

Tenemos que: w = Va’/Va, que es el grado de disminución de volumen en el enfriador. Por tanto, la eficiencia térmica del ciclo será:

 . k  1  k.( k K 1  1).(w  1)    t  1  K 1 .    1  k..(   1) O   1

Regresar al Índice

79

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3. INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE 3.1. CONCEPTO DE INYECCION De forma burda, la inyección viene a ser la entrada del combustible a la(s) cámara(s) de combustión de un motor. Debido a estar tratando los motores diésel el ingreso del combustible a la cámara de combustión genera explosión por el aumento de presión. Este proceso lleva consigo dos ideas esenciales, el absorber combustible de una fuente y el expulsar el combustible. Para poder expulsar el combustible, el inyector posee dos señales diferentes; la primera consiste en una ecuación que indica cuanto tiempo y cuánto debe de abrirse y la segunda señal se basa en un pulso que indica el momento justo del funcionamiento y del inyector que debe accionarse. El proceso para llevar a cabo la inyección ha ido haciéndose más complejo con el pasar del tiempo, debido a que se quiere ser más exacto con la cantidad de combustible a suministrar; para generar una mejor combustión, eficiencia y potencia, a la vez de generar una menor contaminación. En consecuencia, se ha visto necesario la implementación de dispositivos, tales como los vistos en los puntos anteriores tratados en el presente informe. La instalación de gobernadores, reguladores de avance, dispositivos electrónicos que mejoren la regulación y reemplacen antiguos y no tan eficientes sistemas mecánicos, ha originado el desarrollo de lo que conocemos como el sistema de inyección de combustible. A parte de lo visto en los puntos tratados, también se ha visto una evolución en los inyectores, habiéndolos de diferentes tipos, tanto para el sistema mecánico como para el electrónico. De la misma manera se han desarrollado diferentes cámaras de combustión para aprovechar al máximo la energía liberada por la combustión. 3.2. FUNCIONAMIENTO DEL INYECTOR EL combustible es suministrado al inyector a través de un orificio perforado en la tobera a un cuerpo en el que se encuentra la válvula de la aguja de la tobera, a medida que el combustible va entrando, aumenta la presión dentro de la galería del inyector hasta vencer la fuerza del resorte que empuja la aguja de la tobera, levantando la aguja y saliendo expulsado a gran presión hacia la cámara de combustión en forma de pulverización atomizada.

80

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Un pequeño flujo de combustible circula a través del inyector, lubricando el resorte y la tobera, luego regresa por la canalización de retorno de combustible y regresa al cárter de combustible para su posterior uso.

Regresar al Índice

81

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.3. TIPOS DE INYECTORES La función del inyector es la de pulverizar el combustible y de distribuirlo de forma homogénea en la cámara de combustión del motor, para así generar una combustión lo más completa posible. La clasificación de los inyectores viene dada, principalmente por el tipo de inyección que se lleva a cabo, siendo esta directa o indirecta. Para la primera se presentan los inyectores de orificios y para la segunda, los inyectores de tetón. Dentro de estos dos tipos se encuentran variantes según el tipo de motor. También puede clasificarse los inyectores de acuerdo a su principio de funcionamiento, siendo la siguiente presentación su orden de precisión forma ascendente.    

Inyectores mecánicos: Funcionamiento a base de resorte. Inyectores de solenoide: Funcionamiento a base de señales electrónicas. Inyectores piezoeléctricos: Funcionamiento a base de dilatación eléctrica. Inyectores HEUI: Hydraulically actuated Electronic Unit. 3.3.1. INYECTORES DE ORIFICIOS Estos inyectores corresponden a la inyección directa. Como su nombre lo dice puede poseer uno o más orificios por donde sale el combustible pulverizado. Se utilizan en los motores más lentos, que entregan su potencia máxima por debajo de las 4500 RPM del giro el cigüeñal. Estos motores tienen la cámara de combustión situada en la cabeza del pistón. Para lograr una buena potencia de este sistema se añade un “postizo” en la cabeza del pistón de forma que se consiga un cuerpo robusto y resistente, pero a la vez ligero que se soporte las altas temperaturas.

82

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.3.2. INYECTORES DE TETÓN Estos inyectores corresponden a la inyección indirecta. Se encuentran mayormente en motores mixtos de alta velocidad, que pueden generar 5000 RPM. En este caso la cámara de combustión está compuesta por dos elementos diferentes. La pre-cámara, que es un pequeño volumen en la culata y un pequeño espacio que se forma entre el PMS del pistón y la culata. Ambas partes está comunicadas por un canal practicado en la culata. Presenta una aguja sobresaliente o aguja que dirige el combustible según el tipo de motor. Estos inyectores liberan el combustible a menor presión que los de orificios y de pende de la forma de la aguja para determinar la presión a que sale expulsado el combustible.

3.4. SISTEMA DE INYECCION DE COMBUSTIBLE El presente sistema se encarga de suministrar la cantidad de combustible necesario para realizar una combustión lo más completa posible. Según el funcionamiento de los motores diésel (combustión a presión) es necesario suministrar el combustible momentos antes de que el pistón se encuentre en el PMS (punto muerto superior), comprimiendo el aire que ha ingresado al cilindro.

Para la correcta inyección del combustible se debe realizar a una presión determinada entre (250 kg/cm2 y 400 kg/cm2). Esto se debe a dos razones fundamentales. Para superar la elevada presión del aire al final de la carrera del pistón y para conseguir que el combustible salga del inyector a chorros finamente pulverizados. Según la forma en la que trabaja el sistema de inyección, este puede ser clasificado en electrónico o en mecánico. Regresar al Índice

83

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.4.1. SISTEMA DE INYECCION MECANICO

Mediante el sistema de inyección mecánico se hace uso de una bomba de alimentación que envía el combustible a través de una onda de presión que se transmite y llega hasta la aguja del inyector, cuando dicha presión supera la generada por el tarado del muelle, se produce el levantamiento de la aguja del inyector y da paso al combustible. Culminado este proceso la aguja del muelle regresa a posición inicial. Este proceso se lleva a cabo una vez por ciclo.

Para realizar el paso del combustible a través de la línea de alimentación hasta el inyector, se hace uso de diferentes tipos de bombas, según el tipo de motor que se use. 3.4.1.1. TIPOS DE BOMBAS DEL SISTEMA MECANICO DIESEL Para realizar la inyección del combustible en los sistemas de inyección mecánico se utilizan por lo general 2 tipos diferenciados de bombas que son las más comunes, la bomba de línea y la bomba rotativa.

84

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.4.1.1.1. BOMBAS DE INYECCION DE LINEA Estas bombas disponen por cada cilindro del motor de un elemento de bombeo que consta de un cilindro de bomba y de émbolo de bomba. El émbolo de bomba se mueve en la dirección de suministro por el árbol de levas accionado por el motor, y retrocede empujado por el muelle del émbolo.  Los elementos de bomba están dispuestos en línea.  La carrera de émbolo es invariable.

Para hacer posible una variación del caudal de suministro, existen en el émbolo (impulsor) aristas de mando inclinadas, también posee dos orificios opuestos diametralmente, denominados lumbreras, por los que pasa el combustible de forma tal que al girar el émbolo mediante una varilla de regulación o cremallera, resulte la carrera o “avance” útil deseado (Observar imagen adjunta). Entre la cámara de alta presión de bomba y el comienzo de la tubería de impulsión, existen válvulas de presión adicionales según las condiciones de inyección. Estas válvulas determinan un final de inyección exacto, evitan inyecciones ulteriores en el inyector y procuran un campo característico uniforme de bomba.

Regresar al Índice

85

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Pistón o émbolo de pase de combustible

Aristas de mando helicoidales y lumbreras

86

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Para este tipo de motores se hace uso una bomba de alimentación que sea capaz de suministrar combustible al circuito a una presión aproximada de 1 bar o 1 atmósfera. De esta forma se garantiza el llenado de los cilindros. También se cuenta con una bomba manual, que se encarga de eliminar las burbujas de aire del sistema. Este procedimiento se conoce como “Sangrado del sistema Diesel”. Las bombas de inyección de línea han ido cambiando debido a la demanda que la máquina exige. Para esto se regula de dos formas diferentes el suministro de combustible que ingresa al circuito de alimentación. Una de estas formas es mediante una varilla de regulación inclinada que se ubica en una de las aristas del pistón, a este tipo de se le denomina Bomba de inyección en línea estándar PE; La otra forma de regulación viene dada por una válvula corredera que regula la entrada del combustible, denominada Bomba de inyección en línea con válvula de corredera. Siguiendo el manual de la empresa BOSCH existe una serie de bombas de inyección lineal, siendo entre las más comunes las del tipo A y P.

 Bombas de línea tipo A

La presión de inyección está alrededor de 750 bar. Su utilización está dirigida a maquinaria pesada y de servicio agrícola.

 Bombas de línea tipo P

La presión de inyección es de 1300 bar, posee mayor rendimiento y disminución de gases de escape. Su utilización está dirigida a maquinaria pesada y de servicio agrícola.

Regresar al Índice

87

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.4.1.1.2. BOMBAS DE INYECCION ROTATIVA También denominadas distribuidoras o de inyección de distribución rotativo. Estas bombas se sirven de un regulador de revoluciones mecánico para regular el caudal de inyección así como de un regulador hidráulico para variar el avance de inyección. A diferencia de las bombas de línea, estas poseen únicamente de un elemento de bombeo de alta presión para todos los cilindros. Las bombas rotativas en la actualidad presentan una válvula electrónica para una mejor regulación del combustible a enviar. Sin embargo siguen existiendo de los dos tipos.

Dentro de su desempeño sobrepasan en gran manera a las bombas de inyección de

línea, pues son muy precisas al momento de suministrar el combustible bajo alta revoluciones por minuto. Así mismo resultan ser más económicas, ya que cuentan con una menor cantidad de piezas que compone la estructura. Los sistemas de inyección mecánicos rotativos también poseen una división, los de pistón axial y de pistón radial.

Regresar al Índice

88

MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.4.1.1.2.1. BOMBAS DE INYECCION ROTATIVA DE PISTON AXIAL El principio mediante el cual un único pistón genera por su movimiento longitudinal la presión de inyección para todos los cilindros del motor, distribuyendo al mismo tiempo por su movimiento giratorio el combustible por las salidas de la bomba. En este sistema también se perciben orificios en el pistón denominados lumbreras, uno por el que entra y otro por el que se envía el combustible hacia el circuito de alimentación. La diferencia radica en que este pistón tiene un movimiento transversal a lo largo de su eje y un movimiento rotacional en su propio eje. Se percibe así mismo un orificio denominado lumbrera de fin de inyección, por donde se alivia el combustible.

3.4.1.1.2.2. BOMBAS DE INYECCION ROTATIVA DE EMBOLOS RADIALES Esta bomba se caracteriza por utilizar émbolos radiales para generar presión. Pueden ser dos o cuatro émbolos radiales que son accionados por un anillo de levas. Una electroválvula de alta presión dosifica el caudal de inyección. El comienzo de la inyección se regula mediante el giro del anillo de levas, con el variador de avance. Igual que en la bomba de émbolo axial controlada por electroválvula, todas las señales de control y regulación se procesan en dos unidades de control electrónicas ECU (unidad de control de bomba y unidad de control de motor). Mediante la activación apropiada del elemento actuador se regula el número de revoluciones.

Debido al funcionamiento ya electrónico de la bomba se puede considerar al siguiente elemento como electrónico, sin embargo inicialmente su diseño era electrónico. 89 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.4.2. SISTEMA DE INYECCION ELECTRÓNICO Llamada en ingles EDC (Electronic Diesel Control). La inyección electrónica diésel es propiamente un sistema de gestión del motor capaz de monitorear y controlar todas la variables y sistemas involucradas en la entrega del combustible diésel a los cilindros bajo cualquier condición de operación con la finalidad de que dicha entrega de combustible se dé en la cantidad exacta y en el momento, momento preciso y con el mínimo de emisión de contaminantes. De forma general, el sistema de gestión electrónica tiene sensores que miden en cada intervalo de tiempo las rpm y temperatura del motor, la presión y temperatura del aire en el múltiple de admisión, la posición del árbol de levas, y la posición del acelerador entre otras variables. Estas señales son enviadas al CPU (Central Process Unit), donde son digitalizadas, de este modo pueden ser manipuladas y procesadas en intervalos de tiempo muy pequeños el resultado es una orden emitida a los actuadores electromecánicos encargados de inyectar el combustible, y/o controlar el adelanto o atraso de la inyección. Los tipos de bombas mecánicas vistos anteriormente también pueden ser convertidos a electrónicos, además existen otros no mencionados cuya producción ha sido ya absorbida por el diseño electrónico. Debido esto nombrar los componentes de los sistemas de inyección electrónicos diésel sería describir cada uno de los tipos de bombas de inyección que existen. Sin embargo describiremos de forma breve los elementos generales. 3.4.2.1. BOMBAS DE INYECCIÓN INDIVIDUALES 3.4.2.1.1. BOMBAS DE INYECCIÓN INDIVIDUALES PF Estas bombas (aplicadas en motores pequeños, locomotoras diésel, motores navales y maquinaria de construcción) no tienen árbol de levas propio, pero corresponden sin embargo en su funcionamiento a la bomba de inyección en línea PE. En motores grandes, el regulador mecánico-hidráulico o electrónico esta adosado directamente al cuerpo del motor. La regulación del caudal determinada por él se transmite mediante un varillaje integrado en el motor.

Regresar al Índice

90 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Las levas de accionamiento para las diversas bombas de inyección PF, se encuentran sobre el árbol de levas correspondiente al control de válvulas del motor. Por este motivo no es posible la variación del avance mediante un giro del árbol de levas. Aquí puede conseguirse un ángulo de variación de algunos grados mediante la regulación de un elemento intermedio (por ejemplo situando un balancín entre el árbol de levas y el impulsor de rodillo). Las bombas de inyección individuales son apropiadas también para el funcionamiento con aceites pesados viscosos. 3.4.2.1.2. UNIDAD BOMBA-INYECTOR UIS El sistema bomba-inyector (UIS Unit Inyector System) de Bosch, se introdujo en el Volkswagen Passat a finales de 1998 con una nueva generación de motores diesel de inyección directa, que está teniendo una gran aceptación debido a las altas prestaciones que dan los motores alimentados con este sistema de inyección (ejemplo los 150 CV de potencia que alcanzan motores con una cilindrada menor de 2000 cc), así como alcanzar unos consumos bajos y una reducción en las emisiones contaminantes.

La bomba de inyección y el inyector constituyen una unidad. Por cada cilindro del motor se monta una unidad en la culata que es accionada bien directamente mediante un empujador, o indirectamente mediante balancín, por parte del árbol de levas del motor. Debido a la supresión de las tuberías de alta presión, es posible una presión de inyección esencialmente mayor (hasta 2000 bar) que en las bombas de inyección en línea y rotativas. Con esta elevada presión de inyección y mediante la regulación electrónica por campo característico del comienzo de inyección y de la duración de inyección (o caudal de inyección), es posible una reducción destacada de las emisiones contaminantes del motor diésel.

Regresar al Índice

91 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.4.2.1.3. UNIDAD BOMBA-TUBERÍA-INYECTOR UPS Este sistema trabaja según el mismo procedimiento que la unidad de bomba-inyector. Se trata aquí de un sistema de inyección de alta presión estructurado modularmente. Contrariamente a la unidad bomba-inyector, el inyector y la bomba están unidos por una tubería corta de inyección. El sistema UPS dispone de una unidad de inyección por cada cilindro del motor, la cual es accionada por el árbol de levas del motor.

Una regulación electrónica por campo característico del comienzo de inyección y de la duración de inyección (o caudal de inyección) aporta una reducción destacada de las emisiones contaminantes del motor diésel. En combinación con la electro-válvula de conmutación rápida, accionada electrónicamente, se determina la correspondiente característica de cada proceso de inyección en particular. 3.4.2.2. SISTEMA DE INYECCIÓN POR ACUMULADOR 3.4.2.2.1. COMMON RAIL CR

En la inyección de acumulador Common Rail se realizan por separado la generación de presión y la inyección. La presión de inyección se genera independientemente del régimen del motor y del caudal de inyección y está a disposición en el "Rail" (acumulador). El momento y el caudal de inyección se calculan en la unidad de control electrónica ECU y se realizan por el inyector en cada cilindro del motor, mediante el control de una electroválvula.

Regresar al Índice

92 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

En este caso la bomba no inyecta el diésel al cilindro, sino alimenta a muy alta presión (1.350 bar, 20.000 psi) una rampa de inyección en donde están alojados los inyectores. El control de la cantidad de diésel a inyectar depende de una computadora que comanda unas electroválvulas. Su diferencia con la inyección convencional está en que la presión de inyección es independiente de la velocidad del motor. Además, funciona con una inyección previa, luego con una inyección principal y, en algunos casos, con una inyección posterior, todas ellas dirigidas por una computadora que regula –según el tiempo de inyecciónla cantidad de diésel inyectado directamente al cilindro. La inyección previa sirve para preparar una mejor combustión, menos retardada y, por lo tanto, menos bulliciosa. La inyección posterior sirve para reducir los contaminantes óxidos nitrosos.

Regresar al Índice

93 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3.5. APLICACIÓN DE LAS BOMBAS DE INYECCIÓN

3.6. DIFERENCIAS ENTRE EL SISTEMA DE INYECCIÓN MECÁNICO Y ELECTRÓNICO La implementación de circuitos electrónicos ha mejorado el rendimiento y precisión de los motores diésel, debido a que reemplaza muchos de los elementos mecánicos que son de precisión, haciendo que sus errores desaparezcan, los elementos de regulación electrónica como electro-válvulas resulta mucho más eficientes.  Menor contaminación por regular la entrada de combustible.  Se obtiene una mayor eficiencia por la regulación del combustible y generar una combustión completa.  Menor esfuerzo del motor al llegar a la carga máxima.  No es necesario hacer reglajes, ya que no dispone de mandos mecánicos.  No se necesita hacer el calado de la bomba.  El sistema electrónico posee sensores de temperatura y dispositivos de parada, este último se encarga de regular la entrada de combustible.

Regresar al Índice

94 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4. CONCLUSIONES  Como hemos podido notar tanto el ciclo Otto como el ciclo diésel real difiere mucho del ciclo teórico, esto debido a que en el ciclo teórico suponemos cosas que en la realidad no se cumplen.  La utilización del turbo compresor es de mucha importancia en los motores diésel marinos, ya que con este podemos tener una mayor relación de masa de aire dentro de la cámara de combustión (cilindro).  El combustible no siempre llega en las condiciones para la combustión, por eso es muy importante el sistema de inyección ya que este cumple la función de que el combustible llegue en el tiempo adecuado y óptimo para la combustión.  El avance tecnológico en los sistemas de inyección ha permitido una mayor precisión respecto a la cantidad de combustible a inyectar y el momento exacto para hacerlo.  La introducción de la electrónica ha generado un desarrollo mesurable en la eficiencia y potencia de los motores diésel. A la vez esta es compatible para todos los sistemas mecánicos existentes, ya sea en bombas como inyectores.  Si bien es cierto que han ido fabricándose nuevas y más potentes bombas de inyección de combustible, hay ciertos parámetros que restringen su uso, ya sea por el motivo de su utilización (viaje, carros deportivos, vehículo familiar, barcos) como por el costo que su implementación significa.  El desarrollo de los inyectores también ha sido notable, sus diferentes tipos, mecánicos, hidráulicos, etc. Son utilizados de acuerdo a la demanda exigida. Los inyectores hidráulicos son los más precisos hasta el momento, pues trabajan bajo señal electrónica y principios hidrostáticos.  Los inyectores utilizados en la inyección indirecta no requieren de tanta presión para suministrar el combustible como los de inyección directa, debido a la existencia de estas cámaras especiales que distribuyen de mejor forma el combustible suministrado.

95 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

5. RECOMENDACIONES  La implementación de equipos electrónicos origina un menor mantenimiento de la parte mecánica, sin embargo es necesario mantener un servicio técnico periódico a las unidades electrónicas.  La cámara de inyección directa es, desde el punto de vista constructivo, la más sencilla y económica. En general, es preferible cuando las dimensiones del motor permiten el uso de toberas con orificios de diámetro suficiente para evitar peligros de taponamiento.  Se recomienda visitar páginas de otras universidades, estas presentan videos y documentales que pueden a ayudar al estudiante a comprender mejor el funcionamiento del sistema de inyección.  Según lo investigado, se recomienda actualmente la implementación de sistemas UPS y Common Rail para vehículos de transporte público, dan mayor eficiencia y exactitud en la inyección de combustible.

Regresar al Índice

96 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

T04 - NORMAS DE EMISIÓN Y MANTENIMIENTO DEL MOTOR

97 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN La protección del medio ambiente es un factor que afecta directamente a la industria, al ser la liberación de residuos causantes de enfermedades, efecto invernadero y destrucción de ecosistemas la principal causa de deterioro del planeta. Es por esto que, enfocados a nuestro curso de motores diésel, resaltaremos las normas más importantes que las entidades internacionales han erigido para la utilización y desarrollo de motores. Luego se tocara el punto de los sistemas del motor diésel, que entran en correcto funcionamiento cuando todas sus partes se encuentran en óptimas condiciones. Entonces se hace necesario que estas partes cuenten con un adecuado mantenimiento para evitar un desgaste prematuro y de esa manera disminuir los costos de reparación. La forma de evitar estos desgastes dependerá de los sistemas de refrigeración, lubricación y combustible, es por eso que necesitamos saber los puntos en los que hace hincapié cada uno de ellos. Para el presente trabajo se seleccionó el manual de mantenimiento de Caterpillar del Motor Diésel 3508 y se hizo un resumen para tener una idea clara de que factores alteran cada uno de estos sistemas y que mantenimiento es el adecuado para ellos.

98 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. NORMAS DE REGULACIÓN DE EMISIONES Bien es sabido que la situación actual del planeta es un asunto de prioridad, debido al calentamiento global, contaminación y extinción de especies alrededor del mundo. Debido al rápido crecimiento de la población humana y a la demanda de productos para la subsistencia que este conlleva, se ha desarrollado un incremento estrepitoso de la contaminación en todo el globo. Y es que no solo es la producción, sino también el transporte y el proceso de funcionamiento de los artefactos que el hombre “necesita” tales y como motores de combustión interna y externa, procesos de manufactura de productos químicos, tala y transporte de árboles, etc. Es por ello que el hombre, tomando “conciencia” de la situación actual en la que se encuentra ha visto conveniente la creación de normas que promuevan un trato más amable con el medio en el que se desenvuelve; restringiendo así procesos que sean nocivos para el medio ambiente y, por consiguiente, desarrollar nuevas tecnologías que abracen estas leyes y condiciones. Esta promulgación de condiciones, normas y restricciones ha sido realizada por lo que llamamos entidades internacionales, cuyas funciones son la de velar por las mejores condiciones de desarrollo de los procesos tecnológicos a nivel internacional. Dentro las entidades más importantes tenemos a la IMO (International Maritime Organisation) que vela por las condiciones de manufactura, construcción, diseño, condiciones de trabajo y maniobras concernientes al ámbito naval, EPA (Environmental Protection Agency) que como su nombre lo dice se encarga de velar por la protección del medio ambiente.

1.1.

NORMAS EPA

Actualmente, los vehículos motorizados son los responsables de, aproximadamente, la mitad de formación del smog volátil orgánico, más de la mitad de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) y aproximadamente la mitad de las emisiones de contaminantes aéreos en los Estados Unidos. Los vehículos motorizados, incluyendo a los de “no carretera” son los causantes del 75% de emisiones de carbono a escala nacional.

El acta de aire limpio establece el reducir las emisiones de las fuentes contaminantes mediante el desarrollo de motores más limpios, la creación refinerías que produzcan un combustible más ecológico y algunas zonas con problemas de contaminación del aire a adoptar y ejecutar programas de inspección de pasajeros y mantenimiento de vehículos. EPA ha emitido una serie de regularizaciones que afecta a los pasajeros de automóviles, tractores y buses diesel y los llamados “de no carretera” equipamientos que reducirán dramáticamente las emisiones contaminantes, tan pronto como las personas adquieran nuevos vehículos y equipamientos. El acta de aire limpio requiere que la EPA emita reglas que reduzcan la contaminación proveniente de los escapes de los vehículos, emisiones de reabastecimiento y gasolina evaporable. Como resultado de estas, la emisión producida por un automóvil

99 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

moderno es 90% más limpia que la de un automóvil de los años 70. Esto aplica a automóviles deportivos, camiones. Este desarrollo de combustión limpia no sería posible sin reducir la concentración de sulfuros tanto en la gasolina como en el gasóleo. También se han desarrollado de dispositivos de control sofisticados para un eficiente manejo de las emisiones. Entre los parámetros que han sido establecidos tenemos:    

Reducción de los niveles de sulfuro. Combustibles alternativos. Camiones limpios, buses y “de no carretera”. Programas de mantenimiento e inspección.

Para poder seguir los parámetros, se han erigido ciertas regulaciones, tanto para motores de vehículos terrestres, como para motores de vehículos marítimos.  Estándares de normas por ciclo (Referido a las emisiones en g/kW.h según el modelo y potencia del motor.)  Promediado, banca y comercio referido a los bonos de emisiones.  No exceder los estándares.  Tipos de combustibles. - Combustibles de alcohol. (motores nivel 3 basados en THCE y nivel 4 basados en NMHCE). - Combustible gas natural. (De acuerdo a los estándares basados en NMHC). - Combustible diesel. (Motores nivel 3 basados en THC y nivel 4 basados en NMHC).  Vida útil. (Evalúa el tiempo que el motor ha trabajado, sean cumplidas primero sus horas de trabajo o su tiempo de fabricación.)

- 10 años o 1,000 horas de operación para motores de recreación categoría 1. - 5 años o 3,000 horas de trabajo a motores comerciales por debajo de 19 kW. - 7 años o 5,000 horas de trabajo a motores comerciales por encima de o de 19 kW y por debajo de 37kW. - 10 años o 10,000 horas de trabajo a motores comerciales categoría 1 por encima de o de 37 kW. - 10 años o 20,000 horas de operación para motores categoría 2. - Para otros específicos, el tiempo de vida debe de indicarse en el motor.

 Aplicabilidad para las pruebas.

100 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

101 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 En el caso de los motores de categoría 3, se aplican las mismas condiciones, pero agregando además motores domésticos y motores no estándares.

NMHC: THCE : NMHCE: THC :

Hidrocarburo no metano. Hidrocarburo total equivalente. Hidrocarburo no metano equivalente. Hidrocarburo total.

102 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.2.

UNI - FIM

NORMAS OMI

La OMI o IMO en inglés, es la Organización marítima internacional, que se encarga de velar por los diferentes asuntos concernientes al ámbito naval, ya sea seguridad, estibaje, protección, diseño, maquinaria, etc. La OMI también se encuentra cumpliendo las normas EPA, por lo que los Motores que cumplan con las normas EPA deberán cumplir con las OMI, salvo excepciones que se den y sean especificadas debidamente. A continuación se especificaran las nuevas restricciones que pone la OMI para la emisión de los contaminantes.  Emisiones de SOX y materia en partículas.

 Reglas relativas a NOX para motores nuevos. Teniendo en cuenta que los actuales niveles de estas emisiones se conocen como Tier I (Nivel 1) y Tier II, se fijaron los límites para los motores marinos que representan aproximadamente una reducción de 20% de NOX que comienza a partir de 1 de enero de 2011, seguido por los más severos controles sobre los motores marinos Tier III (que se instalarán en los buques construidos el 1 de enero de 2016 o posteriormente), que operan en las zonas de control de emisiones en donde las emisiones de óxido de nitrógeno son el punto central. Los límites Tier III (Nivel 2) representan aproximadamente un 80% de reducción de los niveles Tier II (Nivel 2) y se requeriría utilizar los sistemas postratamiento.

103 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

El comité acordó enmiendas que confirman la estructura propuesta de tres niveles para los nuevos motores (que establecerían progresivamente normas más estrictas relativas a las emisiones de óxido de nitrógeno para nuevos motores según la fecha de su instalación). Tier (Nivel 1) se aplica a un motor diesel que se instala en un buque construido el 1 de enero de 2000 o posteriormente, y antes de 1 de enero de 2011, y representa el nivel 17 g/KW. Para Tier II (Nivel 2), los niveles de emisiones de NOX para un motor diesel instalado en un buque construido el 1 de enero de 2011 o posteriormente, se reducirían a 14.4 g/kWh. Para TIer III (Nivel 3), los niveles de emisiones de NOX para un motor diesel instalado en un buque construido el 1 de enero de 2016 o posteriormente, se reducirían a 3.4 g/kWh, cuando el buque opere dentro de una zona de control de emisión.

    

Niveles de NOX para motores existentes. Código técnico sobre NOX. Sistemas de limpieza de gases de escape. Halones. Compuestos orgánicos volátiles.

1.3.

NORMAS EUROPEAS

La Unión Europea (UE) tiene por objetivo reforzar los valores límite de las emisiones contaminantes, principalmente en lo que se refiere a las emisiones de partículas y óxidos de nitrógeno. Las denominadas normas Euro (categorías de contaminantes) fijan los valores límite de las emisiones contaminantes de los motores nuevos, las emisiones de gases contaminantes tienen un papel muy importante, porque el tipo impositivo depende también de la clasificación que establecen las diferentes normas Euro. Las disposiciones legislativas son cada vez más exigentes: el Parlamento Europeo ha decidido fijar otra vez nuevos valores límite para la emisión de contaminantes de los turismos. Euro 5 entró en vigor el 1 de septiembre de 2009. Al mismo tiempo, la UE ha fijado ya los valores de la norma Euro 6 (a partir de 2014).

104 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1.3.1. NORMA EURO 5 Emisiones procedentes de los motores diésel:  

Monóxido de carbono: 500 mg/km; Partículas: 5 mg/km (o una reducción del 80 % de las emisiones respecto de la norma Euro 4);  Óxidos de nitrógeno (NOx): 180 mg/km (o una reducción del 20 % de las emisiones respecto de la norma Euro 4);  Emisiones combinadas de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno: 230 mg/km. En lo que respecta a las camionetas y otros vehículos comerciales ligeros destinados al transporte de mercancías, el reglamento incluye tres categorías de valores límite de las emisiones en función de la masa de referencia del vehículo: inferiores a 1305 kg, entre 1305 kg y 1760 kg, y superiores a 1760 kg. Los límites aplicables a esta última categoría valen también para los vehículos destinados al transporte de mercancías. 1.3.2. NORMA EURO 6 Todos los vehículos equipados de un motor diésel tendrán la obligación de reducir considerablemente sus emisiones de óxidos de nitrógeno a partir de la entrada en vigor de la norma Euro 6. Por ejemplo, las emisiones procedentes de los coches y de otros vehículos destinados al transporte se limitarán a 80 mg/km (lo que representa una reducción suplementaria de más del 50 % respecto de la norma Euro 5). Se reducirán, asimismo, las emisiones combinadas de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno procedentes de los vehículos diésel (coches y otros vehículos destinados al transporte) para limitarlas, por ejemplo, a 170 mg/km. 1.3.3. APLICACIÓN DE LAS NORMAS A partir de la entrada en vigor de las normas Euro 5 y Euro 6, los Estados miembros deberán rechazar la homologación, matriculación, venta y puesta en servicio de aquellos vehículos que no respeten los límites de emisión. Se concederá un plazo suplementario de un año a los vehículos de transporte de mercancías (categoría N1, clases II y III, y categoría N2) y a los vehículos diseñados para cubrir necesidades sociales específicas. Calendario: 

La norma Euro 5 es aplicable desde el 1 de septiembre de 2009 en lo que respecta a la homologación y será aplicable a partir del 1 de enero de 2011 en lo que se refiere a la matriculación y venta de las nuevas clases de vehículos;  La norma Euro 6 será aplicable a partir del 1 de septiembre de 2014 en lo que respecta a la homologación, y del 1 de septiembre de 2015 en lo que se refiere a la matriculación y venta de las nuevas clases de vehículos. Aunque a partir del 1 de enero de 2005 se hayan actualizado las normas en materia de emisiones contaminantes (norma Euro 4), la UE considera necesario reforzarlas aún más, teniendo en cuenta las implicaciones para los mercados y la competitividad de fabricantes así como los costes directos e indirectos impuestos a las empresas. No hay que olvidar que tanto los óxidos de nitrógeno como los hidrocarburos son precursores de ozono. Regresar al Índice

105 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.4.

UNI - FIM

MOTORES QUE CUMPLEN CON LAS NORMAS DE PROTECCIÓN AMBIENTAL

MOTORES CUMMINS La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) está desarrollando nuevos estándares de emisiones llamados Estándares de Desempeño de Fuentes Nuevas para grupos electrógenos encendidos por chispa y estacionarios. La propuesta de regulación para motores diesel fue completada en junio de 2005. La propuesta para motores encendidos por chispa se completará en junio de 2006. Cummins Power Generation apoya estos nuevos estándares de emisiones y está desarrollando productos que, como mínimo, cumplen con estos estándares. Cummins Power Generation tiene el compromiso de ofrecer productos que reduzcan al mínimo el impacto en el medio ambiente. Este compromiso se ve reflejado en sus productos actuales y en sus nuevas tecnologías utilizadas en celdas y turbinas. Estan desarrollando técnicas de combustión más limpias con gas natural y grupos electrógenos con motores reciprocantes diesel, además del post–tratamiento integrado en la fábrica de los gases de escape que permite a estos productos cumplir con exigentes estándares de emisiones a nivel mundial. MOTORES CAT Cat es una marca de motores muy conocido a nivel mundial, y líder en maquinaria pesada a nivel mundial, cumple con las normas EPA y además cada día desarrolla nuevas tecnologías para poder alcanzar los requisitos de protección ambiental del mañana. La normativa de emisiones para equipos no viales será más estricta para los programas ya establecidos por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. y la Unión Europea. El cuadro adjunto muestra cómo se introducirá la normativa progresivamente de aquí a 2008. Las normas estadounidenses Tier 1, Tier 2, Tier 3 y Tier 4 de la EPA se han armonizado con las normas europeas para permitir el comercio libre. Las normas Tier 1 ya están vigentes y se introdujeron en el año 2000. Las normas Tier 2 están vigentes para algunas líneas de motores y continuarán introduciéndose en el 2006, con la inclusión de Tier 3 y Tier 4 para el año 2015.

Regresar al Índice

106 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MOTORES HYUNDAI Hyundai Motor Company, la principal empresa automotriz de Corea ratifica que se encuentra lista y dispuesta, dentro del contexto de sus políticas dirigidas a la protección ambiental, para iniciar el próximo año la comercialización de vehículos con plataforma híbrida, así como en el 2012 un número hasta ahora no determinado, de unidades propulsadas por motores de hidrógeno. El anuncio fue realizado por el propio presidente de Hyundai Motor Company, Chung Mong Koo, durante una visita que el presidente de Corea del Sur, Lee Myung Bak, efectuara a las instalaciones de una de las ensambladoras de la compañía automotriz. MOTORES FORD Ford tiene el compromiso de proteger el medioambiente esforzándose continuamente por mejorar los procesos, minimizar la generación de residuos y prevenir la contaminación, mediante el establecimiento de objetivos y metas de tipo ambiental que cumplan o superen todos los requisitos legales. Cada Planta de Operaciones Automotrices de Ford en todo el mundo se encuentra certificada en la Norma ISO-14001. Ford Motor Company ha certificado más plantas al estándar que cualquier otra compañía en el mundo. MOTORES BOSCH Bosch ha sido siempre un defensor de la conversión eficiente de la energía - conversión de diesel o nafta en energía mecánica en autos, o de petróleo y gas en calefacción para el hogar. Pudimos ver cómo nuestra tecnología automotriz en particular podía usarse para ayudar a proteger el medio ambiente y a conservar los recursos. Al comienzo de la primer crisis petrolera en 1973, desarrollamos nuestro programa 3-S para lograr un manejo más seguro, limpio y económico. Este programa se vio en nuestro eslogan “inventado para la vida”. Pero nuestras actividades para proteger el medio ambiente y el clima no se detienen en los automóviles. La serie de HFC4DA1 de motor, se desarrolla por JAC, AVL y BOSCH conjuntamente, teniendo la tecnología avanzada, la primera fuerza, la economía de aceite combustible, la confiabilidad y aptitud de escape. Tiene la velocidad nominal de 3600 rpm, y las potencias nominales de 57 KW, 68KW y 80KW respectivamente, estando de acuerdo con la norma de escape de Euro 2 y Euro 3, cumpliendo con los requisitos de escape para muchos países.

107 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MOTORES DEUTZ Tan pronto como en 2003, DEUTZ llevó a cabo un sistema de gestión ambiental voluntario. El cumplimiento de las normas internacionales estándar aplicables DIN EN ISO 14001 fue confirmado una vez más por un auditor independiente de la sociedad de clasificación DNV (Det Norske Veritas) en septiembre de 2009. Con este programa, DEUTZ se está fijando metas voluntarias para reducir el impacto medioambiental que puede resultar de sus actividades comerciales. La renovación del certificado de DNV confirma y apoya los esfuerzos de DEUTZ para contribuir a la protección del medio ambiente con diferentes medidas. Seguir mejorando en la protección del medio ambiente, el ahorro energético y la reducción de las emisiones establecidas son los objetivos esenciales DEUTZ para el medio ambiente a medio plazo. DEUTZ AG presenta la gama completa de motores DEUTZ y componentes DVERT para el nivel de emisiones de la UE IV / US EPA Tier 4. Aquí, DEUTZ está dando un ejemplo y muestra la dirección futura de la tecnología de motores con sus innovaciones pioneras. MOTORES VOLKSWAGEN El mundo automotriz, con el avance de la tecnología, ha aumentado su preocupación por la protección y sustentabilidad ecológica, como es el caso del Grupo Volkswagen que eligió el CO2 como futuro refrigerante para sus sistemas de aire acondicionado que, gradualmente, irá expandiendo en toda su gama de vehículos. El CO2, “coloquialmente” conocido como dióxido de carbono o de forma más “rebuscada” como R744, es un gas natural noble con nuestro medio ambiente; tiene bajas repercusiones de efecto invernadero en comparación con los refrigerantes convencionales.

Regresar al Índice

108 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.5.

UNI - FIM

EL TRATADO DE KYOTO

Resumen del Protocolo de Kyoto: Hizo falta todo un año para que los países miembros de la Convención Marco sobre el Cambio climático decidieran que la Convención tenía que incorporar un acuerdo con exigencias más estrictas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. La Convención entró en vigor en 1994, y ya en 1995 los gobiernos habían iniciado negociaciones sobre un protocolo, es decir, un acuerdo internacional vinculado al tratado existente, pero con autonomía propia. El texto del Protocolo de Kyoto se adoptó por unanimidad en 1997. La principal característica del Protocolo es que tiene objetivos obligatorios relativos a las emisiones de gases de efecto invernadero para las principales economías mundiales que lo hayan aceptado. Estos objetivos van desde -8% hasta +10% del nivel de emisión de los diferentes países en 1999 “con miras a reducir el total de sus emisiones de esos gases a un nivel inferior en no menos de 5% al de 1990 en el período de compromiso comprendido entre el año 2008 y el 2012”. En casi todos los casos, incluso en los que se ha fijado un objetivo de +10% de los niveles de 1990, los límites exigen importantes reducciones de las emisiones actualmente proyectadas. Se prevé el establecimiento de objetivos obligatorios futuros para los “períodos de compromiso” posteriores a 2012. Éstos se negociarán con suficiente antelación con respecto a los períodos afectados. Los compromisos contraídos en virtud del Protocolo varían de un país a otro. El objetivo global del 5% para los países desarrollados debe conseguirse mediante recortes (con respecto a los niveles de 1990) del 8% en la Unión Europea (UE [15]), Suiza y la mayor parte de los países de Europa central y oriental; 6% en el Canadá; 7% en los Estados Unidos (aunque posteriormente los Estados Unidos han retirado su apoyo al Protocolo), y el 6% en Hungría, Japón y Polonia. Nueva Zelandia, Rusia y Ucrania deben estabilizar sus emisiones, mientras que Noruega puede aumentarlas hasta un 1%, Australia un 8% (posteriormente retiró su apoyo al Protocolo) e Islandia un 10%. La UE ha establecido su propio acuerdo interno para alcanzar su objetivo del 8% distribuyendo diferentes porcentajes entre sus Estados Miembros. Estos objetivos oscilan entre recortes del 28% en Luxemburgo y del 21% en Dinamarca y Alemania a un aumento del 25% en Grecia y del 27% en Portugal. El acuerdo ofrece flexibilidad en la manera en que los países pueden cumplir sus objetivos. Por ejemplo, pueden compensar parcialmente sus emisiones aumentando los “sumideros” bosques, que eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera. Ello puede conseguirse bien en el territorio nacional o en otros países. Pueden pagar también proyectos en el extranjero cuyo resultado sea una reducción de los gases de efecto invernadero. Se han establecido varios mecanismos con este fin. El Protocolo de Kyoto ha avanzado lentamente; se encuentra todavía en lo que se conoce con el nombre de “fase de ratificación”, y es un acuerdo complicado. Razones no faltan.

109 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

El Protocolo no sólo debe ser eficaz frente a un problema mundial también complicado; debe ser también políticamente aceptable. Lo que ahora se necesita realmente es que el Protocolo consiga ratificaciones suficientes para entrar en vigor. Al mismo tiempo, una novedad positiva es que algunos mecanismos del Protocolo cuentan con apoyo suficiente y se están estableciendo antes incluso de la entrada en vigor del Protocolo. Por ejemplo, el Mecanismo para un desarrollo limpio a través del cual los países industrializados pueden cumplir en parte sus objetivos vinculantes de emisión mediante “créditos” obtenidos patrocinando proyectos que reducen las emisiones de gases de efecto invernadero en los países en desarrollo cuentan ya con una junta ejecutiva que está preparando algunas propuestas.

2. SISTEMAS DE MANTENIMIENTO SEGÚN CATERPILLAR 2.1. SISTEMA DE LUBIRCACIÓN 2.1.1. CONOCER EL ACEITE FUNCIONES Mantiene el motor limpio y libre de herrumbre y corrosión. Actúa como refrigerante/ sellante. Proporciona una película de aceite que reduce el contacto de metal con metal. MATERIA PRIMA  ACEITES MINERALES: Son productos refinados de aceites crudos de petróleo; las mezclas de aceite que se usan con mayor frecuencia son crudos parafínicos. Alto índice de viscosidad; predomina este por sus buenas cualidades, disponibilidad y bajo costo. S DIELS33536

110 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 ACEITES SINTÉTICOS: Se forman por un proceso químico. Estos lubricantes tienen índices de viscosidad mucho más altos que los de aceites minerales y puntos de fluidez, estas características son útiles para usar a temperaturas altas y bajas, la desventaja es el alto precio y limitadas existencias.  ADITIVOS: Fortalecen características del aceite base proporcionando cualidades que satisfacen requisitos más allá de sus límites normales. Los aditivos más comunes son: detergentes, inhibidores de oxidación, dispersantes, agentes alcalinos, agentes anti desgaste, dispersante del punto de fluidez y mejoradores del índice de viscosidad.  NUMERO BASE TOTAL (NBT): El Diésel contiene % de azufre, la cantidad de azufre depende de la cantidad de azufre del aceite crudo base. La medida de alcalinidad del aceite se conoce como NBT, neutraliza los ácidos derivados del azufre (ácidos sulfuroso y sulfúrico) que contiene el aceite.  CENIZA O CENIZA SULFATADA: Es el residuo no combustible de un aceite lubricante; los aditivos detergentes contienen bario, calcio y magnesio, que son fuentes de ceniza, estos compuestos proporcionan NBT. El exceso de ceniza dejara depósitos de ceniza que pueden reducir la eficiencia y la potencia del motor.  VISCOSIDAD: Es la resistencia a la fluencia, hay una relación directa con la capacidad de lubricación, formando una película entre las superficies que estén en contacto. Cuanto más viscoso más gruesa la película, cuanto más gruesa se adherirá mejor a las superficies que lubrica.  CLASIFICACIONES API DE ACITES DE MOTOR: El Instituto Americano de Petróleo (API) define las clasificaciones de aceites para motores Diésel y de gasolina. La API, la SAE y ASTM definen las categorías de servicio.  CIRCULO (dona) API: Para facilitar la selección adecuada de aceites, API desarrollo un “circulo” (dona), este símbolo indica la categoría de servicio API (superior), grados de viscosidad (centro), la característica de ahorro de energía (inferior). Los aceites para motores Diésel de servicio pesado no califica en esta categoría.  LIMPIEZA: La operación del motor genera distintos contaminantes desde partículas microscópicas de metal hasta substancias químicas corrosivas. Se debe mantener limpio el aceite mediante un sistema de filtros. Los filtros impiden la entrada de partículas al sistema de lubricación.

111 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Clasificación servicio API

Grado de viscosidad SAE Característica de ahorro de energía

Circulo API.

2.1.2. CONTAMINACIÓN Y DEGRADACIÓN CONTAMINACIÓN  ELEMENTOS DE DESGASTE: Su presencia indica desgaste de piezas, ellos son: cobre, hierro, aluminio cromado, plomo estaño, molibdeno, níquel y magnesio.  POLVO: Llega al aceite en el aire que pasa más allá de los anillos y se adhiere a las paredes de los cilindros.  HOLLIN: Es combustible parcialmente quemado, el humo negro de escape y un filtro de aire sucio indica su presencia, el aceite se degrada hasta el punto que aumenta el tamaño de partículas de hollín.  COMBUSTIBLE: Exceso de combustible en el lubricante indica fallo del sistema de combustible.  AGUA: El agua proviene del aire después de la combustión, se puede condensar en el cárter si la temperatura de operación del motor es demasiado baja.  GLICOL ETILÉNICO / ANTICONGELANTE: Esto indica contaminación de refrigerante en el aceite y se debe corregir de inmediato el problema. El glicol causa la formación de depósitos que taponan el filtro. ARINOS

112 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

DEGRADACIÓN Existen factores adicionales que disminuyen la eficacia del aceite, que contribuyen a su degradación, estos son: baja temperatura del agua de las camisas, alta humedad, consumo de aceite, carga del motor, tipo de combustible y falta de mantenimiento. Se puede manifestar de 3 maneras: productos de oxidación, derivados de azufre y productos de nitración.

PRUEBAS DE DIAGNÓSTICO El programa de Análisis Programado de Aceite de CAT, es una serie de pruebas que identifican y miden la contaminación y degradación en una muestra de aceite.  ANÁLISIS DE DESGASTE: Utiliza un espectrofotómetro que vigila el ritmo de desgaste de un componente determinado, identificando y midiendo la concentración de elementos de desgaste. Con datos conocidos se establecen límites máximos, tomando tres muestras, se establece las tendencias de los diferentes elementos de desgaste.  PRUEBAS QUÍMICAS Y FÍSICAS: Esta prueba detecta agua, combustible y anticongelante en el aceite, determinando si se excede los límites máximos. Se detecta la cantidad aproximada de agua por “chisporroteo” colocando una gota en una plancha entre 230º y 250º F. La presencia de combustible se determina con un probador de destello, se calibra el probador para cuantificar el % combustible. La presencia anticongelante se determina con una prueba química.  ANÁLISIS DEL ESTADO DEL ACEITE: Se determina haciendo un análisis infrarrojo. Esto mide la cantidad de contaminante como hollín, azufre y productos de oxidación y nitración. 2.1.3. CAUSAS Y EFECTOS DEBIDO A CONTAMINACIÓN  SILICIO: El aceite se torna en más abrasivo, puede desgastar el metal durante la operación.  SODIO: Indica fuga de refrigerante, el sodio proviene del inhibidor, el glicol espesa el aceite, causando atascamiento de los anillos de pistón y taponamiento del filtro.  SILICIO, CROMO, HIERRO: Esta combinación indica entrada de polvo en el sistema de inducción y posible desgaste de anillos y camisas de cilindro.  SILICIO, HIERRO, PLOMO, ALUMINIO: Esta combinación indica la presencia de polvo en la parte inferior del motor y el riesgo de averías del cigüeñal y sus cojinetes.  ALUMINIO: Desgaste de cojinetes y cigüeñal, donde se pueden desprender grandes partículas. También puedes originarse por el roce del faldón de los pistones.  HIERRO: Presenta en herrumbre después de un periodo de almacenaje, acompañado con pérdida de aceite indica desgaste de las camisas de los cilindros.

113 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 HOLLÍN: El hollín puede taponar los filtros de aceite y agotar los aditivos, indicando filtro de aire sucio, sobrecarga del motor, mayor entrega de combustible.  PRODUCTOS DE OXIDACIÓN: Proviene cuando el aceite se mezcle con aire, el aceite se espesa, los ácidos orgánicos taponan los filtros, se agarrotan los anillos y se forman depósitos y laca en los pistones.  PRODUCTOS DE NITRACIÓN: Ocurre en todos los motores, alcanza niveles peligrosos en los de gas natural. Hacen que se espese el aceite, se taponan los filtros y forman depósitos y laca.  AGUA: Forma una emulsión que tapona los filtros, también puede formar ácidos que corroe las piezas de metal.  COMBUSTIBLE: Reduce las cualidades de lubricación, el aceite pierde viscosidad para evitar el roce de metal con metal, ocasiona falla de cojinetes y agarrotes de pistones.  AZUFRE: Alto azufre acelera el consumo de aceite, en el combustible causa atascamiento de anillos, desgaste de la superficie del guía válvulas, de los anillos de pistón y de las camisas de cilindro. 2.1.4. FALLAS RELACIONADAS CON EL ACEITE  EL SISTEMA DE LUBRICACION: La mayoría de las fallas son causadas por el aceite contaminado que fluye o por falta de lubricación de un componente.  COJINETES: La falla se debe a dos cosas: falta de lubricación o polvo en el aceite. La insuficiencia de aceite comienza el daño por el roce se ve el corrimiento de la capa de plomo estaño, segundo se ven indicios de roce en el aluminio del centro del cojinete, en etapas finales agarrotamiento total. Un aceite contaminado causa abrasión de la superficie del cojinete, las partículas de hierro, acero, aluminio, plástico atacan la superficie del muñón.  CIGUEÑALES: La rotación del muñón tiende a forzar aceite entre el muñón y el cojinete evitando el roce, sin la presencia de aceite aumenta la fricción y la temperatura. Llegando a destruir completamente la superficie del cigüeñal. Un aceite contaminado causa de desgaste del cigüeñal debido a la presencia de partículas abrasivas incrustadas en los cojinetes.  PISTONES, ANILLOS Y CAMISAS DE CILINDRO: Comúnmente causada por la acción abrasiva de aceite contaminado, el cual desgasta el faldón de los pistones, desgaste de la superficie cromada de todos los anillos, bordes y ranuras de anillos y camisas de cilindro. El roce de pistones se nota más en el área del pasador de biela y poco en la corona, los anillos muestran desgaste en la ranura de resorte. Las averías de las camisas de cilindro se deben a productos abrasivos que causan el pulido del cilindro dejándola brillante.

114 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 TURBOALIMENTADORES: Las prácticas de arranque y cierre agravan las fallas de los cojinetes del turboalimentado. En el arranque dejar que se caliente el motor en vacío por un tiempo corto y el cierre un corto periodo en vacío permite que el aceite enfríe la caja de los cojinetes de turbo, sin este periodo de enfriamiento, el aceite carbonizado formara depósitos en la superficie del cojinete, restringiendo el flujo de aceite para el siguiente periodo. Un aceite contaminado corroe los cojinetes, causa averías al eje y a la caja.  VALVULAS: Formación de depósitos, agarrotamiento del vástago de las válvulas por falta de lubricación de la válvula y del guía válvula. Los depósitos de carbono en el asiento de la válvula crean problemas si son excesivos, descascarando y rompiendo el asiento de válvulas, dando a lugar fugas de los gases de combustión, estos gases calientan la cara de las válvulas figurando y/o derritiéndola.

Daños provocados por fallas con el aceite.

Regresar al Índice

115 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.1.5. REDUCIR LAS INCIDENCIAS DE FALLAS RELACIONADA CON EL ACEITE AZUFRE EN EL COMBUSTIBLE Se debe usar combustibles con bajo contenido de azufre para controlar las emisiones, estos combustibles no solo producen ácidos que atacan a los componentes causando corrosión, sino que los aceites para contrarrestar los efectos tienen un alto contenido de ceniza, aumentando el riesgo de formación de depósitos. 1. Conocer el contenido de azufre, sino se puede determinar el contenido seguir con el paso 2. 2. Seleccionar un aceite con un NBT, usando los gráficos para encontrar el NBT correcto.

Inyección directa

Inyección con cámara de pre-combustión

116 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.1.6. MANTENIMIENTO BASICO DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN 1. Comprobación visual del motor verificando si existen fugas. 2. Un vistazo al manómetro de aceite. Un cambio en la lectura puede indicar una bomba defectuosa hasta una válvula de alivio atascada. 3. Un vistazo al indicador de nivel, si es muy bajo indica consumo excesivo, fugas o fallas de las tuberías. Hay que guiarse por los intervalos recomendados de cambios de aceite y filtros. PERCATARSE DE LA CONTAMINACION EL APA es vital para un programa de mantenimiento. Se puede determinar concentraciones altas de partículas de metal. El APA incluye análisis infrarrojo, midiendo el % de oxidación, nitración y productos derivados de azufre. MEDIDAS A TOMAR Cuando no se puede identificar fácilmente la falla ocurre por contaminación o por falta de aceite. 1. Mantener la temperatura de salida del agua de las camisas a 79ºC o más alta. 2. Vigilar el estado del aceite para comprobar que proporcione la protección adecuada.

2.2. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN 2.2.1. FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

FUNCIÓN Los motores de combustión interna generan calor, producto de la combustión, sin embargo el 33% se convierte en potencia útil, aproximadamente un 30% se va con el gas de escape, mientras un 7% pasa a la superficie del motor. El sistema disipa el calor de varia fuentes. Componentes que trasfieren calor al refrigerante: enfriadores de aceite de transmisión, de aceite hidráulico, aceite de transmisión marina, convertidor par/retardador, pos enfriadores, múltiples de escape, cajas y protectores de turbocompresor.

Porcentaje de la generación y pérdida de calor. Regresar al Índice

117 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

COMPONENTES Y OPERACIÓN La mayoría utiliza un radiador, las embarcaciones usan enfriador de quilla. Componentes tenemos: Radiador, ventilador, refrigerante, bomba de agua, enfriador de aceite del motor, regulador de temperatura (termostato).

Operación del sistema de enfriamiento. 2.2.2. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

Sistema de enfriamiento de camisas con intercambiador de calor.

Sistema de enfriamiento de camisas con keel cooler.

Regresar al Índice

118 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

TEMPERATURA DEL SISTEMA DE REFRIGERACION La temperatura del refrigerante debe permanecer alta para permitir que el motor funcione eficazmente, sin embargo la temperatura debe ser lo suficientemente baja como para impedir que hierva el refrigerante. La presión a la cual el refrigerante hierve depende de tres factores: 1. La presión a la cual funciona el sistema de enfriamiento. 2. La altitud a la cual funciona el sistema de enfriamiento 3. La cantidad y el tipo de anticongelante en la mezcla de refrigerante.

Gráfica y tabla de punto de ebullición de refrigerante. 2.2.3. PROPIEDADES DEL REFRIGERANTE CONTENIDO DE AGUA Se usa agua en la mezcla porque es el agente de transferencia de calor más eficiente y mejor conocido y más accesible, el agua debe cumplir con los niveles establecidos en cuanto a: contenido de cloruro, contenido de sulfatos, dureza total, cantidad total de sólidos, nivel de pH. ANALISIS DEL AGUA Los laboratorios pueden proveer este servicio, Caterpillar recomienda el uso de agua destilada o des ionizada para reducir la severidad de la insolubilidad de los componentes químicos. En zonas remotas únicamente, donde no se puede obtener agua destilada, des ionizada o tratada. 1. Nunca utilizar agua salada. 2. Usar agua dulce de la mejor calidad disponible. 3. NUNCA UTILICE SOLO AGUA COMO UN REFRIGERANTE, se requiere una mezcla de agua y aditivos refrigerantes suplementarios.

Características del agua para uso en sistema de enfriamiento.

119 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

CONTENIDO DE ADITIVO REFRIGERANTE SUPLEMENTARIO Los aditivos refrigerantes pueden mejorar el agua de mala calidad, pero no protegen contra la corrosión ni las picaduras. El aditivo impide la formación de herrumbre, escamilla y depósitos de minerales. Protege a todos los metales, incluso al aluminio, contra la corrosión. No afecta empaquetaduras ni las mangueras. Se puede usar con anticongelante derivados de glicol. OJO que se debe usar anticongelante y aditivo en motores de gasolina CAT.

Refrigerante y aditivo. 2.2.4. EFECTOS FUNCIONALES Si no se selecciona el refrigerante adecuado y no se lo mantiene minuciosamente, ciertos efectos funcionales pueden causar problemas en el sistema. Como:      

Erosión por cavitación y picadura. Herrumbre. Relación inapropiada de acidez/alcalinidad. Corrosión galvánica y electrolítica. Escamilla y depósitos. Aeración.

Corrosión en una cámara de pre combustión, causada por falta de aditivo refrigerante.

Regresar al Índice

120 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Depósitos de herrumbre y escamilla por falta de refrigerante suplementario.

Corrosión de un pasaje de la bomba de agua por falta de refrigerante suplementario. 2.2.5. FALLAS RELACIONADAS CON EL REFRIGERANTE

Erosión por cavitación de la pared del cilindro. Regresar al Índice

121 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Herrumbre de la bomba de agua.

Recalentamiento relacionado con el refrigerante.

Pistones dañados por causa de enfriamiento inadecuado de las camisas de cilindro.

2.2.6. SERVICIO Y MANTENIMIENTO PERIÓDICO

LIMPIADOR DE SISTEMAS DE REFRIGERACION Para la eficacia del aditivo, el sistema de enfriamiento debe estar libre de herrumbre, escamilla y otros. Los limpiadores: Disuelven la formación de depósitos minerales, la corrosión, el sedimento y la contaminación ligera del aceite. Limpian el motor que todavía está en buen estado. Evitan reparaciones costosas de picaduras y otros problemas.

Regresar al Índice

122 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MANTENIMIENTO PERIODICO El mantenimiento es necesario para que el sistema funcione eficazmente.     

Llenado inicial. Comprobación diaria o cada 10 horas. Intervalos de 50 horas. Comprobación mensual o cada 250 horas. Intervalos de 3000 horas o dos años.

LOCALIZACION DE PROBLEMAS Los tres problemas básicos que suele presentarse son:    

Recalentamiento. Exceso de enfriamiento. Pérdida de refrigerante. Se debe efectuar inspección visual para determinar la causa de un problema en el sistema.

2.2.7. PRODUCTOS DE MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN ADITIVO REFRIGERANTE SUPELMENTARIO Impide la formación de herrumbre, minerales y depósitos en el sistema. No afecta las empaquetaduras ni las mangueras. ELEMENTOS CON ADITIVO REFRIGERANTE SUPLEMENTARIO Impide la formación de herrumbre, minerales y depósitos en el sistema. No afecta las empaquetaduras ni las mangueras. ANTICONGELANTE Protege contra picaduras de las camisas de cilindro y del bloque e impide la corrosión. LIMPIADORES DE SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO Saca la escamilla y la corrosión dañinas sin acortar el tiempo activo del motor. JUEGO DE PRUEBA DE ADITIVOS Mide con precisión la concentración del aditivo refrigerante suplementario Caterpillar. TERMOMETRO INFRARROJO Determina la temperatura de objetos difíciles de alcanzar, excesivamente calientes o los que están en movimiento continuo.

123 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.3. SISTEMA DE COMBUSTIBLE 2.3.1. SELECCIÓN DE COMBUSTIBLE LISTA DE PROPIEDADES DEL COMBUSTIBLE POR EFECTOS FUNCIONALES Los combustibles más pesados producen más potencia por volumen, La mayoría de motores diésel CAT un numero de API de 35 es óptimo. Los combustibles ligeros no producen potencia de régimen la vida útil de componentes del sistema de combustible puede disminuir con combustibles muy ligeros. Un combustible pesado tiende a formar más depósitos en la cámara de combustión, produciendo desgaste anormal en las camisas y en los anillos. LUBRICACION Y FACILIDAD DE BOMBEO Combustibles con alta viscosidad acelera el desgaste del tren de engranajes, levas y ruedas impulsadas por la bomba de combustible, se puede corregir la alta viscosidad calentando el tanque, centrifugado y filtrando de contra lavado, lavado de turbina de escape del turbo. El enturbamiento debe ser a una temperatura menor que la temperatura ambiente, y el punto de fluidez puede mejorarse con aditivos agregando queroseno. CONTAMINANTES DEL COMBUSTIBLE El agua puede causar un exceso de fango. Los sedimentos son elementos como oxido. Fango y fibras obstruyen los purificadores centrífugos. Fango y mezclas de combustibles taponamiento de rejillas, depósitos den los inyectores, válvulas y turbina. Vapor a presión, se debe mantener ventilado para reducir daños y riesgos de explosión. Asfáltenos, pueden causar taponamiento de filtros. Microorganismos en el combustible, corroen y taponan filtros. CORROSION Corrosión de la banda de cobre, las piezas están hechas de aleación cobre y es esencial que el combustible no lo corroa. Sulfuro de hidrogeno, gas venenoso, presente en crudos, pueden dañar si su concentración es alta. Azufre del combustible, natural del petróleo crudo, un contenido más del 0.5% puede acortar la vida útil del motor. DEPOSITOS DE LA CAMARA DE COMBUSTION Residuos de carbón, causan combustión incorrecta, producen zonas calientes en las camisas y desgaste de pistones, anillos, camisas, depósitos en el turbo alimentador. Ceniza, es el residuo del metal, puede causar recalentamiento de la superficie del metal, producen desgaste abrasivo. Aromáticos, hidrocarburos difíciles de quemar, un alto contenido produce gran cantidad de humo de escape. CARACTERISTICAS DE COMBUSTION La curva de destilación determina las características de combustión del combustible, indicando la capacidad del combustible para arrancar el motor, las emisiones, la economía, formación de depósitos. CARACTERISTICA DE ARRANQUE El índice de cetano es una medida de la calidad de encendido que afecta al arranque y la aceleración. Un bajo número de cetano demora el encendido del motor causando ruidos y desperdicia el combustible, causando pérdidas de potencia y a veces averías. La temperatura mínima de inflamación de la mayoría es 38ºC. El aire, puede causar problemas de arranque, baja potencia y humo.

124 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

ABRASIVOS Los “finos” catalíticos causaran averías a los motores si tienen un tamaño más de 1 o 2 micrones, estas dañan las bombas, inyectores, anillos del pistón y camisas de cilindro. ESTABILIDAD DEL COMBUSTIBLE Las gomas y resinas son resultado de los productos de oxidación. El exceso de goma reviste las tuberías de inyección, las bombas y los inyectores e interferirá en las estrechas tolerancias de las piezas y taponamiento de filtros. 2.3.2. TRATAMIENTO DE COMBUSTIBLE SEDIMENTACION La gravedad hace que los sólidos más pesados se sedimenten mientras el combustible está en el tanque, el agua también se separa, se recomienda por lo menos 24 horas antes de utilizarlo, esto reduce la carga de centrifugación. CENTRIFUGACION Separa los sólidos en suspensión y el agua haciéndolo girar en una centrifuga, las partículas más pesadas se separan durante esta acción. FILTRACION PRIMARIA Elimina las partículas grandes como las pequeñas, prolonga la vida útil del filtro secundario y reduce el desgaste causado por los abrasivos en la bomba de transferencia. FILTRACION SECUNDARIA O FINAL Es exclusivo de Caterpillar y que monta en el motor, aun con la filtración externa. CALENTAMIENTO Debe calentarse para disminuir la viscosidad en la bomba de transferencia, esto facilita el flujo ya que se disuelve la parafina como las gomas sólidas. VENTILACION Desprende hidrocarburos gaseosos y vapor de agua del combustible después de haberse calentado. ADITIVOS Neutralizan las propiedades indeseables de los combustibles, algunos mejoran la calidad de encendido, generalmente CAT no recomienda el uso de aditivos para Diesel n1 y n2.

Regresar al Índice

125 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Esquema de un proceso de tratamiento de combustible. 2.3.3. MEZCLA DE COMBUSTIBLES (PESADOS) COMBUSTIBLES DESTILADOS Se refinan del petróleo crudo, son los preferidos para los motores diésel Caterpillar, y son más caros. PETROLEO CRUDO Son aquellos aceites y combustibles sin refinar, básicamente como se encuentran en su estado original, los motores CAT pueden consumir ciertos tipos de petróleo. MEZCLAS DE COMBUSTIBLES (pesados) Después de haberse refinado los productos más deseables, los elementos restantes (sustancias abrasivas y corrosivas) pueden combinarse o diluirse con un combustible más ligero, de modo que pueda fluir.

Combustibles pesados.

126 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.3.4. SISTEMAS DE COMBUSTIBLE CAT CAMARA DE PRE COMBUSTION Tiene dos cámaras entre boquilla del combustible y el pistón. La combustión empieza en la primera cámara. Esto produce un flujo turbulento de una mezcla de combustible/aire en la segunda cámara más grande donde se completa la combustión. INYECCION DIRECTA Los más recientes son de inyección directa, generalmente este sistema utiliza menos combustible, pero es más sensible a la calidad del combustible que el sistema con cámara de pre combustión. Inyectan directamente en la cámara de combustión, el combustible es atomizado y se inflama de manera eficiente. 1. Cambiar los filtros con mucho cuidado, limpiando la caja y después desatornille sin que entre polvo en la caja.

Cámara con pre combustión (izq.), inyección directa (der.) 2.3.5. MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE 1. Cambiar los filtros con mucho cuidado, limpiando la caja y después desatornille sin que entre polvo en la caja. 2. Limpiar y lubricar la junta del filtro nuevo con diésel limpio. 3. Purgar el sistema de combustible para sacar burbujas de aire. 4. Sacar el agua y sedimento del tanque y dejarlo reposar durante 5 a 10 segundos. 5. Diariamente comprobar presión diferencial que pueda indicar taponamiento de un filtro. 6. Almacenar los filtros nuevos para impedir la entrada de polvo y suciedad en él antes de usarlo. 7. Cortar los filtros usados después de haber hecho el cambio.

No dejar que entre polvo al filtro.

127 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

3.

UNI - FIM

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO DEL MOTOR DIESEL CAT 3508

Regresar al Índice

128 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MANTENIMIENTO MOTOR DIESEL CAT 3508 HASTA 1600RPM Diario Acción Inspección del motor por Inspección del motor por escapes. 1 escapes o grietas y conexión o grietas y conexión perdida perdida Chequear el nivel de aceite 2 La caja del cigüeñal del motor dentro Chequear el nivel del 3 Sistema de enfriamiento refrigerante 4 Fajas y mangueras Chequeo e inspección 5 Transmisión de aceite marino Chequear el nivel Arrancador de lubricador de aire (si es 6 Chequear nivel equipado) Drenar el agua que queda 7 Tanque de aire dentro Chequera o reemplazar el 8 El purificador de aire del motor elemento El filtro de presión diferencial del aceite del 9 Chequearlo motor El filtro de presión diferencial del 10 Chequearlo combustible del motor Inspección, chequeo y 11 El equipamiento de manejo lubricación 12 La hoja logística diaria del motor Hacer registros diarios Cada 5450 L (1440 gal) de combustible o b Acción 50 horas de operación Inspección y reemplazo (si es 1 Las varillas de zinc necesario). a

2

El engranaje de combustible marino y el filtro

Cambiar el aceite por uno nuevo, reconstruir a las primeras 50 horas. Solo

Para el motor marino 3508 (valor desde 1301 a 1600 RPM). Podemos guiarnos de la tabla anterior para poder hacer el mantenimiento diario y a cierto consumo de combustible por parte del motor. MANTENIMIENTO DE COMPONENTES Ahora cada cierto número de horas de operación debemos revisar algunos elementos para asegurarnos de su correcto funcionamiento. Esto por ejemplo: a.- Cada 13600 L (3600 gal) de combustible o 125 horas* de operación.  

Embrague: Chequear y ajustar. El cojinete del embrague: Lubricar.

b.- Cada 27200 L (7200 gal) de combustible o 250 horas* de operación.  

Análisis programado del muestreo de aceite (S-O-S): Obtener este análisis. Aceite del motor y filtros: Remplazar.

129 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

    

UNI - FIM

Sistema de enfriamiento (solo para motores que usan un tipo estándar de anticongelante): Agregar condicionador. Las baterías: Limpiar, inspeccionar, chequear el nivel del electrolito. Las fajas del alternador: Inspeccionar, chequear y ajustar. El tanque de combustible: Drenar el agua y sedimentos que quedan dentro. Válvula inicial de látigo/puente y el regulador del tiempo de inyección: Chequear y ajustar (al primer cambio solo de aceite).

c.- Cada 109 000 L (28 800 gal) de combustible o 1000 horas* de operación. Dispositivo de protección del motor: Inspección y chequeo.  Filtros de combustible del motor: Cambiarlos.  Filtro primario del combustible: Limpiarlo.  Respiradero de la caja del cigüeñal: Limpiarlo.  Engranaje de aceite marino y filtro: Reemplazar.  Engranaje colador marino y respiradero: Limpiar.  Sello del eje del engranaje marino de salida: Lubricar.  Actuador del gobernador de aire (si es equipado): Lubricar. d.- Cada 218 000 L (57 600 gal) de combustible o 2000 horas* de operación.    

Válvula de látigo/puente de ajuste: Chequear y ajustar. Turbo-cargadores: Inspeccionar/chequear. Montaje del motor: Inspeccionar/chequear. Reguladora de “tiro” (damper): Inspeccionar/chequear.

e.- Cada 327 500 L (86400 gal) de combustible o 3000 horas o dos años* de operación.  

Sistema de enfriamiento (solo para motores que usan un tipo estándar de anticongelante): Drenar, limpiar con chorro, llenar. Sistema de enfriamiento (solo para motores que usan LLCA): Agregar extensión.

f.- Cada 436 000 L (115200 gal) de combustible o 4000 horas* de operación.  

Compresor de aire (si está equipado): Inspección/Reconstrucción o cambiado si es necesario. Arrancador eléctrico: Inspección/Reconstrucción o cambiado si es necesario.

g.- Cada 654 000 L (172 800 gal) de combustible o 6000 horas* de operación.       

Sistema de enfriamiento: Drenar, limpiar con chorro y llenar. Termostatos: Reemplazar. Turbo-cargadores: Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Bomba de agua: Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Bomba de agua salada: Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Arrancador de aire (si es equipado): Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Alternador: Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario.

Regresar al Índice

130 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

h.- TOP END - Cada 1 460 000 L (257 500 gal) de combustible o 11 000 horas* de operación.  

Montaje del cabezal del cilindro: Reconstruir o cambiar inyectores, reemplazar. Análisis PAR: Obtener luego de realizar el TOP END.

i.- OVERHAUL - Cada 1 952 000 L (515 000 gal) de combustible o 22 000 horas* de operación.                             

Todos los ítems del TOP END. Varillas de conexión: Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Alineamientos del cilindro: Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Pistones: Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Uniones de la camisa del pistón: Inspección o cambio si es necesario. Espaciador de lámina: Inspección o cambio si es necesario. Seguidor de elevación de levas: Inspección o cambio si es necesario. Bomba de transferencia de combustible: Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Prelube pump (se está equipado): Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Gobernador mecánico (si está equipado): Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Radio-control mecánico de combustible (si está equipado): Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Bombas de aceite: Inspección, reconstrucción o cambio si es necesario. Anillos del pistón: Instalar nuevos. Cojinetes principales: Instalar nuevos. Varillas de cojinetes: Instalar nuevos. Sellos del eje de cigüeñal: Instalar nuevos. Eje del cigüeñal: Inspeccionar. Eje de levas: Inspeccionar. Cojinetes de levas: Inspeccionar. Damper: Inspeccionar. Sistema de enlazado de combustible (si está equipado): Inspeccionar. Tren de engranajes: Inspeccionar. Tren de engranajes, manguitos y cojinetes: Inspeccionar. Lavaderos de empuje o presión: Inspeccionar. Alineamiento de la unidad de manejo: Inspeccionar. Enfriador de aceite: Limpiar y probar. Corazón del post-enfriador: Limpiar y probar. Análisis del refrigerante: Obtener dicho análisis. Análisis PAR: Obtener luego del OVERHAUL.

131 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4. CONCLUSIONES  Las emisiones provenientes de la combustión del combustible posee más de 400 tipos diferentes de partículas, estas resultan altamente contaminantes y dañinas para la salud, por lo que se requiere minimizar estas poluciones, creando tecnología más eficiente.  En la actualidad se ha promovido la instalación de inyectores electrónicos por ser de mayor eficiencia y agentes que permiten la existencia de un motor más limpio.  El control de los gases productos de la combustión ha ido incrementándose con el paso de los años, reduciéndolas en un 90% de lo que solían ser hace 30 años.  Aun habiéndose reducido la contaminación producida por los motores, las consecuencias que han surgido como el efecto invernadero y la deforestación de las zonas verdes del planeta ha ocasionado que este control sea insuficiente.  He podido notar con la poca experiencia, que el principal mantenimiento que se le hace a un motor diésel, pasa por los filtros sean estos de aire, aceite o combustible, pasa también por el cambio de aceite y el nivel de este en el sistema de lubricación, y por ultimo pasa también por el nivel y calidad de refrigerante que se utiliza, dependiendo este del lugar de trabajo del motor.  Para poder notar las fallas que tiene el motor, pueden ser detectados por el sonido que este causa, también por la composición de los gases de escape, o por la vibración que se da en esta.  Otra reparación o mantenimiento correctivo que podido notar es el del desgaste de los anillos y la camisa del cilindro, esto es muy peligroso ya que los gases pasan por los anillos desgastados y van directamente al cárter donde se encuentra el aceite de lubricación, contaminando a esta, además se genera una alta presión producto de estos gases.

132 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

5. RECOMENDACIONES  Hay que tener en cuenta el impacto medio ambiental que origina el desarrollo tecnológico de los motores y enfocar su progreso a un motor más limpio y cuidado del medio ambiente.  Las normas emitidas son de vital importancia para tener en cuenta los parámetros de construcción y diseño de los motores y cualquier máquina generadora de polución. De lo contrario su comercio sería impedido y por lo tanto, su fabricación una pérdida de dinero.  Debido al riesgo al que se encuentran expuestos los operarios de los motores diésel, se debe establecer normas de seguridad para estos. Ofrecer programas de entrenamiento sobre sustancias químicas peligrosas y medidas de seguridad. De ser posible, introducir una alternativa más limpia a los motores diésel, tales como motores operados con electricidad, gas natural licuado (LNG), o gas natural comprimido (CNG).  Seguir las normas de mantenimiento según lo estipulado en el manual del fabricante.  Analizar el ambiente de trabajo y evaluar un posible mantenimiento fuera de lo previsto.  Recurrir a centros técnicos adecuados para realizar el mantenimiento correspondiente.  Realizar siempre un chequeo diario del motor o antes de cada uso.  Tener cuidado al momento de normar los equipos de medición, en Perú la metrología es normada por INDECOPI, para lo cual se usan bloques patrón.

Regresar al Índice

133 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

VOLUMEN II FUNDAMENTOS DEL MOTOR DIÉSEL MARINO

134 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T05 – CURVAS DE DESEMPEÑO DE MOTORES DIÉSEL

135 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN

Las curvas de performance son las curvas características de cada motor en donde se expresan gráficamente la potencia, el par motor y el consumo específico en función de la velocidad de rotación del cigüeñal. En el presente informe se detallara las curvas de performance de un modelo de motor de las diferentes marcas conocidas, así también como sus características y rasgos técnicos. Pero antes se detallará una definición previa de lo que son estas curvas y que nos indican.

136 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. CURVAS CARACTERÍSTICAS DE MOTORES DIESEL Se denominan curvas características de un motor de combustión interna las que expresan gráficamente la potencia, el par motor y el consumo específico en función de la velocidad de rotación del cigüeñal. Dichas curvas se trazan señalando en un diagrama los valores de la potencia (caballos de vapor), del par (kilográmetros) y del consumo (gramos de carburante por caballo de vapor en una hora), que el motor proporciona a cada variación de su régimen de rotación.

El motor se coloca en un banco de pruebas y se le hace funcionar en condiciones de alimentación máxima, es decir, con la mariposa del carburador abierta por completo o con la bomba de inyección (motores Diesel o de inyección de gasolina) al caudal máximo. En algunos casos se trazan las curvas o cargas parciales, o sea, con un grado de alimentación inferior al máximo. Las curvas están incluidas entre un límite mínimo de revoluciones (por debajo del cual el funcionamiento del motor resulta irregular) y un máximo (por encima del cual quedaría perjudicada la duración de los órganos mecánicos). Estos 2 extremos determinan el campo de utilización del motor.

Regresar al Índice

137 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.1.

UNI - FIM

INTERPRETACIÓN DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS

1.1.1. CURVA DE POTENCIA La curva de potencia crece en progresión casi constante hasta un valor determinado, que indica el régimen de potencia máxima (Punto 03). Luego decrece rápidamente hasta el límite máximo de utilización (Límite derecho de las curvas). El descenso de potencia más allá de dicho valor es debido a la disminución del rendimiento volumétrico del motor. El punto de potencia máxima corresponde, por tanto, a un régimen de revoluciones del cigüeñal inferior al máximo permitido. En general, cuanta menor curvatura tiene el trozo de línea comprendido entre el límite mínimo de utilización y el régimen de potencia máxima, tanto más elástico es el funcionamiento del motor.

Regresar al Índice

138 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1.1.2. CURVA DE PAR MOTOR Por lo común, la curva del par motor tiene un trazado mucho más llano que la de la potencia. También crece al aumentar las revoluciones del motor, pero su progresión es mucho menor. Además, el punto de par motor máximo (Punto 01) corresponde a un régimen de rotación muy inferior al de potencia máxima. Una vez alcanzado su límite más alto la curvatura decrece, pero menos rápidamente que la de potencia. Puede decirse que un motor es tanto más elástico cuanto más amplio es el intervalo entre el régimen de par máximo y el de potencia máxima.

1.1.3. CURVA DE CONSUMO ESPECÍFICO Un desarrollo aproximadamente inverso al de la curva del par es el de la curva del consumo específico. Al aumentar las revoluciones del motor dicha curva decrece, con lentitud, desde el régimen de utilización mínima (Límite izquierdo de las curvas) hasta un cierto límite, que corresponde al punto de consumo mínimo (Punto 05). En general, este límite está comprendido en el intervalo que separa el régimen de par máximo del de la potencia máxima. La curva vuelve luego a subir gradualmente hasta el valor de utilización máxima del motor. En el caso de la gráfica mostrada el régimen de par máximo corresponde a un valor aproximado de 19 kgf.m y el valor de utilización máxima del motor corresponde a un valor de 27.5 kgf.m aproximadamente.

Regresar al Índice

139 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2. CURVAS DE PERFORMANCE DE ALGUNOS MOTORES 2.1. MOTOR VOLVO PENTA D6-330/DP

140 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Regresar al Índice

141 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.2.

MOTOR CATERPILLAR 3508B

Regresar al Índice

142 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.3.

MOTOR SCANIA DI09 070M

143 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.4.

MOTOR R6-730 Y R6-800

Regresar al Índice

144 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.5.

MOTOR 2GMY

145 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Regresar al Índice

146 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.6.

MOTOR KUBOTA Z602-E4B

147 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.7.

MOTOR PERKINS 1204E-E44TA

148 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Regresar al Índice

149 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.8.

MOTOR JOHN DEERE 6068H

Regresar al Índice

150 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.9.

MOTOR DEUTZ 1013M

Regresar al Índice

151 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.10. MOTOR CUMMINS QSM11-610HO RECREACIONAL

152 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

153 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3. CONCLUSIONES  El conocimiento de las curvas de performance o características es necesario para determinar el régimen de funcionamiento del motor según los parámetros de funcionamiento en el que se requiera.  Se observa una disminución de la curva de consumos debido al aumento del régimen y de la inercia del motor se puede mantener con mayor facilidad y con menor combustible.  La flexibilidad del motor influye en el comportamiento de las curvas, creando mayor linealidad en el desarrollo de la curva de potencia y más longitud en el desarrollo de la curva de par motor entre el valor de potencia máxima y de par máximo.  Todos los motores presentan curvas de performance o curvas características y es necesario para determinar el régimen de funcionamiento.  El consumo del motor aumenta una vez alcanzado el régimen de consumo mínimo, pues empieza a afectar la deficiencia volumétrica del motor.

4. RECOMENDACIONES  Verificar los regímenes de funcionamiento de los motores antes de empezar con el funcionamiento de estos, de lo contrario se puede obtener una potencia mayor a la deseada y por consiguiente un gasto de combustible mayor al conveniente.  Para el funcionamiento del motor según lo requerido hay que tener en cuenta la curva de consumo para no sobrepasar el combustible necesario.  Revisar las curvas de performance antes de realizar pruebas del motor para tener un conocimiento previo de lo que ocurrirá  Para el funcionamiento del motor según lo requerido hay que tener en cuenta la curva de consumo para no sobrepasar el combustible necesario.  Se recomienda pedir las curvas de performance al cotizar los motores, con el fin de seleccionar uno adecuado a la operación para la cual será comprado.  En caso de tener un motor usado, es conveniente hacerle la prueba del dinamómetro con el fin de obtener sus curvas de performance.  También se recomienda hacer la comparación con las curvas de performance originales para tener una idea de que tanto bajó el rendimiento de dicho motor.

Regresar al Índice

154 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T06 - INTRODUCCIÓN A LA PROPULSIÓN DE BUQUES

155 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN

En el siguiente trabajo se hizo la lectura del libro “TEORÍA DEL BUQUE INTRODUCCIÓN LA PROPULSIÓN DE BUQUES” de Antonio Baquero, del cual se realizó un breve resumen de lo leído del libro. Así mismo hablaremos de la ley de cuotas en el Perú y de lo que esta ley involucra. Se realizó un análisis minucioso con la información encontrada en libros y páginas web durante el transcurso de la semana, que se tuvo para desarrolar el presente trabajo..

156 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. NORMA DE CONTROL DE GASES DE EMISIÓN EN EL PERÚ El impacto ambiental del MCI está estrechamente relacionado con un problema social surgido por la utilización creciente del mismo: la reducción de los niveles de emisión de sustancias tóxicas y de los llamados "gases de invernadero", y la reducción de los niveles de ruido. Las discusiones internacionales acerca de las causas e implicaciones para la humanidad del llamado "efecto invernadero", provocado por las crecientes emisiones a la atmósfera de gases tales como: CO2, metano, óxido nitroso y los cloro-flurocarbonatos, reflejan la necesidad de un enfoque integral en el tratamiento de los problemas ambientales y del desarrollo, así como la necesidad de una acción concertada de la comunidad internacional para mitigar los efectos del calentamiento global. Así como existen normas y estándares que se encargan de regular las poluciones provenientes de los automóviles, buques y empresas en Estados Unidos (E.P.A.) y Europa (EURO), existen también normas reguladoras en el Perú. Es claro que las normas vigentes en el Perú no poseen restricciones muy grandes, ni reglas demasiado intransigentes, puesto que el parque automovilístico y los motores de las unidades marítimas poseen motores antiguos. Y es que, en estos últimos 10 años, es que ha entrado en circulación nuevos modelos de motores tanto de automóviles como de buques y empresas, las mismas que si requieren de normas más exigentes. En el Perú al conjunto de normas reguladoras y estándares que controlan la contaminación ambiental es denominada E.C.A. (Estándar de Calidad Ambiental), estos estándares son aplicados no solo a la contaminación producida por los motores, sino también a los residuos tóxicos que son desechados en las masas de agua del territorio, radiaciones emitidas e incluso contaminación sonora. Hay que tomar en cuenta que las últimas normas publicadas conciernen a las poluciones generadas por la producción de aceite y harina de pescado, que son entre las más contaminantes. MINAM El Ministerio del Ambiente ejerce la rectoría del Sector Ambiental promoviendo la conservación y el uso sostenible de los recursos naturales y la diversidad biológica con participación ciudadana en el marco de la Política Nacional del Ambiente. El Perú goza de un ambiente equilibrado y adecuado para el desarrollo de la vida, asegurando el uso sostenible, responsable, racional y ético de los recursos naturales y el medio que los sustenta con un Ministerio del Ambiente reconocido y ejerciendo la gestión ambiental nacional con efectividad y eficiencia. Consolidar al Ministerio del Ambiente como ente rector del Sistema Nacional de Gestión Ambiental -SNGA, en el marco de la Política Nacional del Ambiente que promueva la mejora de la calidad de vida de las personas en ecosistemas saludables. Regresar al Índice

157 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Objetivos específicos del Ministerio del Ambiente:  Fortalecer la gestión ambiental descentralizada asegurando la calidad ambiental y la conservación y aprovechamiento sostenible de la diversidad biológica y del patrimonio natural del país.  Promover la cultura ambiental, participación ciudadana y equidad social en los procesos de toma de decisiones para el desarrollo sostenible garantizando la gobernanza ambiental del país.  Fortalecer la gestión eficaz y eficiente del MINAM en el marco del Sistema Nacional de Gestión Ambiental.

1.1.

LÍMITES MÁXIMOS PARA VEHÍCULOS EN CIRCULACIÓN A NIVEL NACIONAL

158 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Regresar al Índice

159 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.2.

UNI - FIM

LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA VEHÍCULOS NUEVOS QUE SE INCORPOREN (IMPORTADOS O PRODUCIDOS) A NUESTRO PARQUE AUTOMOTOR

160 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Regresar al Índice

161 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Regresar al Índice

162 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Regresar al Índice

163 MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.3.

UNI - FIM

LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA VEHÍCULOS QUE SE INCORPOREN (IMPORTADOS) A NUESTRO PARQUE AUTOMOTOR

Regresar al Índice

164 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2. LA FLOTA PESQUERA DEL PERÚ Los datos obtenidos para este análisis son de embarcaciones pesqueras publicadas en la página oficial del ministerio de la producción en el mes de setiembre, debido a que por esas fechas se publicaban aun las características de los motores que usan estas embarcaciones. Por lo tanto hasta el momento se encontraban datos de 6279 embarcaciones pesqueras.

POR EL TIPO DE CASCO Válidos

Frecuencia

Porcentaje

Acero naval Fibra de vidrio Madera N/E Total

825 100 5205 149 6279

13,1 1,6 82,9 2,4 100,0

165 MOTORES DIÉSEL MARINOS

Porcentaje válido 13,1 1,6 82,9 2,4 100,0

Porcentaje acumulado 13,1 14,7 97,6 100,0

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

POR EL TIPO DE MARCA Marca

Frecuencia

Porcentaje

Porcentaje válido

Porcentaje acumulado

DESCONOCIDO

2923

46,6

46,6

46,6

"

12

,2

,2

46,7

"A REMOS

3

,0

,0

46,8

"BRIGGS STRATTON

4

,1

,1

46,9

"BRIGS STRATON

1

,0

,0

46,9

"DONG FENG

1

,0

,0

46,9

"GENERAL MOTORS

1

,0

,0

46,9

"HYUNDAI MIGHTY

1

,0

,0

46,9

"MAVILA

1

,0

,0

46,9

A REMO

1

,0

,0

47,0

A REMOS

5

,1

,1

47,0

AA CATERPILLAR

1

,0

,0

47,0

AKASAKA

1

,0

,0

47,1

AKASAKA DIESEL

1

,0

,0

47,1

ANZALDO

1

,0

,0

47,1

ARCHIMEDES

1

,0

,0

47,1

AREHIMIDES

1

,0

,0

47,1

B. STRATTON

4

,1

,1

47,2

B.STRATTON

1

,0

,0

47,2

BARRERAS DEUTZ

1

,0

,0

47,2

BELFORD

1

,0

,0

47,2

BENFORD

1

,0

,0

47,3

BOLINDER

3

,0

,0

47,3

BRIG STRATON

1

,0

,0

47,3

BRIGG STRATON

1

,0

,0

47,3

BRIGGS SITRATTON

1

,0

,0

47,3

BRIGGS SRATTON

1

,0

,0

47,4

BRIGGS STRATON

4

,1

,1

47,4

BRIGGS STRATTOM

1

,0

,0

47,4

BRIGGS STRATTON

19

,3

,3

47,7

BRIGGS STRATTON USA

1

,0

,0

47,8

BRIGGS TRATON

1

,0

,0

47,8

BRIGGSTRATTION

1

,0

,0

47,8

166 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

BRIGS-STRATON

1

,0

,0

47,8

BRIGSGSTRATION

1

,0

,0

47,8

BRIGSS STRATTON

3

,0

,0

47,9

BRISS TRATTO

1

,0

,0

47,9

BRISSE STRATON

1

,0

,0

47,9

CAT

1

,0

,0

47,9

CATERPILAR

1

,0

,0

47,9

CATERPILLAR

496

7,9

7,9

55,8

CHEVROLET

7

,1

,1

55,9

CHINO

3

,0

,0

56,0

CHINOCMA

1

,0

,0

56,0

COLER

1

,0

,0

56,0

CREPELIE

1

,0

,0

56,0

CREPELLE

1

,0

,0

56,1

CUMINS

1

,0

,0

56,1

CUMMIN

1

,0

,0

56,1

CUMMINS

83

1,3

1,3

57,4

CUMMINS MARINE

3

,0

,0

57,5

CUMMINS MARINO

5

,1

,1

57,5

CUMMINSS

1

,0

,0

57,6

CUMMIS

1

,0

,0

57,6

D. FRASCHINI

1

,0

,0

57,6

DAEWOO

6

,1

,1

57,7

DDC

1

,0

,0

57,7

DEDROIT DIESEL

1

,0

,0

57,7

DETROIT

8

,1

,1

57,8

DETROIT DIESEL

65

1,0

1,0

58,9

DEUTZ

7

,1

,1

59,0

DEUTZ MARINO DIESEL

1

,0

,0

59,0

DIESEL

4

,1

,1

59,1

DIESEL CUMMINS

1

,0

,0

59,1

DIESEL DETROIT

1

,0

,0

59,1

DIESEL ESTACIONARIO

1

,0

,0

59,1

DIESEL MARINO

1

,0

,0

59,1

DIESEL-NISSAN

1

,0

,0

59,1

DON FENG

3

,0

,0

59,2

167 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

DON-FEN

1

,0

,0

59,2

DONG FEN

2

,0

,0

59,2

DONG FENG

6

,1

,1

59,3

DONG RENG

1

,0

,0

59,4

DONGFEN

1

,0

,0

59,4

DUCATI-11

1

,0

,0

59,4

E.M.D.

7

,1

,1

59,5

EMD

4

,1

,1

59,6

EVINRRUDE

1

,0

,0

59,6

EVINRUDE

2

,0

,0

59,6

F.PARSONS

1

,0

,0

59,6

FORD.PARSON

1

,0

,0

59,6

FORZO

1

,0

,0

59,7

FORZON

1

,0

,0

59,7

G. M. DETROIT DIESEL

1

,0

,0

59,7

G.M. DETROIT

2

,0

,0

59,7

G.M. DETROIT DIESEL

1

,0

,0

59,7

G.MOTORS

1

,0

,0

59,8

GAMC

1

,0

,0

59,8

GENERAL ELECTRIC

9

,1

,1

59,9

GENERAL MOTOR

27

,4

,4

60,3

GENERAL MOTORS

373

5,9

5,9

66,3

GENNER

1

,0

,0

66,3

GM

1

,0

,0

66,3

GM 4L-7

1

,0

,0

66,3

GM DETROIT

2

,0

,0

66,4

GM DETROIT DIESEL

1

,0

,0

66,4

GM-DETROIT DIESEL

1

,0

,0

66,4

GM-DETROIT-DIESEL

1

,0

,0

66,4

GM. DETROIT

1

,0

,0

66,4

GM. DETROIT DIESEL

1

,0

,0

66,4

GMOTORS

1

,0

,0

66,5

GRAL. MOTORS DETROIT

1

,0

,0

66,5

GREPELIE

1

,0

,0

66,5

GRL. MOTORS

1

,0

,0

66,5

168 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

GUASCOR

5

,1

,1

66,6

HANG CHAI

1

,0

,0

66,6

HERKINS

1

,0

,0

66,6

HINO

1

,0

,0

66,6

HIUNDAY

1

,0

,0

66,7

INDUSTRIE

1

,0

,0

66,7

INTERNACIONAL

2

,0

,0

66,7

ISUZU

1

,0

,0

66,7

IZUSU

1

,0

,0

66,7

IZUZU

1

,0

,0

66,7

JHON DEERE

23

,4

,4

67,1

JHON DERE

2

,0

,0

67,1

JHON*DEERE

1

,0

,0

67,2

JHONN DEERE

1

,0

,0

67,2

JHONSSON

1

,0

,0

67,2

JIANDONG

1

,0

,0

67,2

JIANG DONG

1

,0

,0

67,2

JOHN DEERE

22

,4

,4

67,6

JOHN DERE

1

,0

,0

67,6

KEY

1

,0

,0

67,6

KHOLER

1

,0

,0

67,6

KOHLER

1

,0

,0

67,6

LAIDONG

2

,0

,0

67,7

LD

1

,0

,0

67,7

LISTER

28

,4

,4

68,1

LISTER B

1

,0

,0

68,1

LISTER DIESEL

1

,0

,0

68,2

LISTER MARINO

2

,0

,0

68,2

LISTER PETER

1

,0

,0

68,2

LORITO

1

,0

,0

68,2

LYSTER

1

,0

,0

68,2

M. DIESEL

1

,0

,0

68,3

M. DONFNG

1

,0

,0

68,3

M.DONGFENG

1

,0

,0

68,3

M.U.T

2

,0

,0

68,3

MACHIN

1

,0

,0

68,3

MADERA

1

,0

,0

68,4

169 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

MAN

16

,3

,3

68,6

MAN ALPHA

4

,1

,1

68,7

MAN B & W

1

,0

,0

68,7

MAN B&W

2

,0

,0

68,7

MAN BLW

1

,0

,0

68,7

MAN BW

2

,0

,0

68,8

MAN LISTER

1

,0

,0

68,8

MAN-ALPHA

4

,1

,1

68,8

MARINE CUMMINS

1

,0

,0

68,9

MARINE PROPELLER

1

,0

,0

68,9

MARINER

16

,3

,3

69,1

MARINER --G

1

,0

,0

69,2

MARINER PETROLLER

1

,0

,0

69,2

MARINER PROPELIER

1

,0

,0

69,2

MARINER PROPELLER

1

,0

,0

69,2

MARINESTAR

1

,0

,0

69,2

MARINESTAR DEUTZ

1

,0

,0

69,2

MARINO

3

,0

,0

69,3

MARINO JHON DEERE

1

,0

,0

69,3

MARINO MTU-DDC

2

,0

,0

69,3

MARINO VOLVO

1

,0

,0

69,3

MERCURI

1

,0

,0

69,4

MERCURY

2

,0

,0

69,4

MERCURY MARINE

1

,0

,0

69,4

MISHUBISHU

1

,0

,0

69,4

MITSUBISHI

43

,7

,7

70,1

MITSUBISHI FUSO

2

,0

,0

70,1

MITSUNISHI

1

,0

,0

70,2

MOTO MAKI

1

,0

,0

70,2

MOTOMAQUI

16

,3

,3

70,4

MOTOR FORINTER

1

,0

,0

70,4

MTU

4

,1

,1

70,5

MTU DETROIT

1

,0

,0

70,5

MTU-DDC

4

,1

,1

70,6

MWM

1

,0

,0

70,6

NIIGATA EG

1

,0

,0

70,6

170 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

NIIGITA

1

,0

,0

70,6

NIISAN

1

,0

,0

70,6

NISSAN

421

6,7

6,7

77,4

NISSAN 23

1

,0

,0

77,4

NISSAN 35

1

,0

,0

77,4

NISSAN DIESEL

1

,0

,0

77,4

OKASAKA DIESEL ENGIN

1

,0

,0

77,4

OPEL

1

,0

,0

77,4

OUTBOARD PROPELLER

2

,0

,0

77,5

PARSON

1

,0

,0

77,5

PARSONS

2

,0

,0

77,5

PARSONS ENGINEERKING

1

,0

,0

77,5

PERKIM

1

,0

,0

77,5

PERKIN

4

,1

,1

77,6

PERKIN SABRE

1

,0

,0

77,6

PERKING

1

,0

,0

77,6

PERKING SABRE

1

,0

,0

77,7

PERKINGS

1

,0

,0

77,7

PERKINS

61

1,0

1,0

78,6

PERKINS ENGLAND

1

,0

,0

78,7

PERKINS FASE IV

1

,0

,0

78,7

PERKINS MARINO

1

,0

,0

78,7

PERKINS SABRE

4

,1

,1

78,8

PERKINS SADRE

1

,0

,0

78,8

PERKIS

1

,0

,0

78,8

POYAUD

1

,0

,0

78,8

PROPELLER

1

,0

,0

78,8

SACM

2

,0

,0

78,9

SACM DUVANT CREPELLE

1

,0

,0

78,9

SACM POYAUD

1

,0

,0

78,9

SAVE ENERGY DIESEL

1

,0

,0

78,9

SCANEA

1

,0

,0

78,9

SCANIA

8

,1

,1

79,0

SERVE

1

,0

,0

79,1

171 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

SHANCAY

1

,0

,0

79,1

SHANDONG LAYDONG

1

,0

,0

79,1

SHANGAI

4

,1

,1

79,2

SHANGAL INTERNAL

1

,0

,0

79,2

SHANGAU

1

,0

,0

79,2

SHANGAY

6

,1

,1

79,3

SHANGHAI

2

,0

,0

79,3

SOLE DIESEL

1

,0

,0

79,3

STRATTON

1

,0

,0

79,3

SUSUKI

2

,0

,0

79,4

SUZUKI

18

,3

,3

79,7

SUZUKI DT40

1

,0

,0

79,7

TAMABA

1

,0

,0

79,7

TIPE-MERLIN

1

,0

,0

79,7

TOHATSU

1

,0

,0

79,7

TOYOTA

24

,4

,4

80,1

TOYOTA DINA

1

,0

,0

80,1

TOYOTA-B

1

,0

,0

80,1

V.PENTA

1

,0

,0

80,2

VOLVE PENTA

1

,0

,0

80,2

VOLVEO PENTA

1

,0

,0

80,2

VOLVO

232

3,7

3,7

83,9

VOLVO 71

1

,0

,0

83,9

VOLVO D7B

1

,0

,0

83,9

VOLVO ESTACIONARIO

1

,0

,0

83,9

VOLVO P.

1

,0

,0

83,9

VOLVO PENTA

605

9,6

9,6

93,6

VOLVO PENTA 120

1

,0

,0

93,6

VOLVO SWDEN

1

,0

,0

93,6

VOLVO SWEDEN

1

,0

,0

93,6

VOLVO SWEDWN

1

,0

,0

93,6

VOLVO TEA

1

,0

,0

93,7

VOLVO-PENTA

1

,0

,0

93,7

WANGAY

1

,0

,0

93,7

WARTSILA

1

,0

,0

93,7

WARTSILA SACM

1

,0

,0

93,7

172 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

WARTSILLA SACM

1

,0

,0

93,7

YAESU

1

,0

,0

93,8

YAHAMA

1

,0

,0

93,8

yamaha

1

,0

,0

93,8

YAMAHA

373

5,9

5,9

99,7

YAMMAR

1

,0

,0

99,7

YANMAR

15

,2

,2

100,0

ZULZER

1

,0

,0

100,0

Total

6279

100,0

100,0

Se observa q las marcas más resaltantes son:      

YAMAHA: 373 VOLVO PENTA: 605 VOLVO: 232 NISSAN: 421 GENERAL MOTORS: 373 CATERPILLAR: 496

Regresar al Índice

173 MOTORES DIÉSEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

174 MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES D En esta parte voy a mencionar sobre la flota de buques de la empresa Pesquera Diamante S.A., indicando sus características principales en las tablas de abajo y mostrando su rango de potencias que poseen sus motores de propulsión de cada buque pesquero. LISTA DE LOS BUQUES PESQUEROS DE LA FLOTA DE LA EMPRESA PESQUERA DIAMANTE Ítem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

Embarcación Matricula Sistema de frío DANITZA CE-22870-PM -ALEJANDRO CO-5087-PM -JUAN CO-2414-PM -GIANNINA CO-1300-PM -ANTONELLA CE-6351-PM -SABRINA CE-6350-PM -CHIARA CE-11484-PM RSW CARACOL CO-15313-PM RSW CORINA CO-2660-PM -POLAR VI CO-4502-PM -GABRIELA V CO-11054-PM -MARIA JOSÉ CO-19579-PM RSW PISCO 1 CO-2888-PM -POLAR XII CO-4501-PM -PACÍFICO CO-14094-PM RSW COSTA DEL SOL CO-15311-PM RSW GOLONDRINA CO-15310-PM RSW POLAR I CO-14443-PM RSW GRACIELA CO-23225-PM -FRANCESCA CO-11509-PM -ALEXANDRA CO-10418-PM -ISABELLA CO-11998-PM -FABIOLA CO-11394-PM -SEBASTIAN EN TRÁMITE -GIANNINA I CE-0236-PM -PAULA CO-17082-PM RSW MICHAELA CO-16853-PM RSW RAFAELLA CO-19014-PM RSW POLAR III CO-10400-PM -POLAR XI CO-10314-PM -DANIELA CO-16869-PM RSW ADRIANA CO-17997-PM RSW POLAR X CO-11053-PM -POLAR II CO-5302-PM -ALESSANDRO CO-22295-PM RSW POLAR IV CO-22308-PM RSW NATALIA CO-9906-PM -STEFANO CO-22658-PM RSW POLAR VII CO-13009-PM RSW CONSTANZA CO-16681-PM RSW POLAR V CO-15710-PM RSW OLGA CO-20863-PM -TOTAL DE LAS CAPACIDADES DE BODEGA (M3)

Capacidad de bodega 139.51 188.00 191.25 201.93 273.37 276.30 328.72 341.95 350.00 360.00 361.00 364.50 368.39 368.64 370.64 375.00 375.00 375.84 379.08 380.01 381.60 390.03 390.15 387.77 399.23 400.43 401.17 401.80 401.88 402.58 402.62 403.54 405.02 406.71 450.00 450.00 499.18 503.20 530.00 530.65 535.00 538.01 15979.70

Nota: RSW quiere decir Refrigeración con agua salada (de las bodegas de pescado).

175 MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

ALGUNAS CONSIDERACIONES AL RESPECTO La flota pesquera de esta empresa, que esta estandarizada en su equipamiento, posee las siguientes características: 

Sistema de propulsión: grupos electrógenos, motores diesel de 8 a 12 cilindros, con velocidad de hasta 13 nudos (como máximo) y un rango de potencias entre 1050 a 2000 HP.



Las marcas de los motores diesel y grupos electrógenos: Caterpillar, Perkins, Lister.



Sistema de pesca: Con sistema de ordenador de red (Net stacker) y algunos con poleas hidráulicas (Power block).



Sistema de sonares de pesca: Maq-22, Furuno CSH-5 L y CH-36.



El arte de pesca: Posee redes para la pesca de anchoveta, jurel y caballa de longitudes entre 280 a 410 brazas y alturas entre 55 a 75 brazas.

Flota pesquera de la empresa Pesquera Diamante ubicada en el fondeadero de Andesa (Callao)

176

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3. CURVA DE WEIBULL En la teoría de la probabilidad y estadística, la distribución de Weibull es una distribución de probabilidad continua. Recibe su nombre de Waloddi Weibull, que la escribió detalladamente en 1951, aunque fue descubierta inicialmente por Frechet (1927) y aplicada por primera vez por Rosin y Rammler (1933) para describir la distribución de los tamaños de determinadas partículas. El análisis de Weibull es la técnica mayormente elegida para estimar una probabilidad, basada en datos medidos o asumidos. La distribución de Weibull es útil por su habilidad para simular un amplio rango de distribuciones como la Normal, la Exponencial, etc. Las técnicas discutidas en la distribución de Weibull son similares a las usadas con las distribuciones Normal y Log-Normal.

DISTRIBUCIÓN WEIBULL    

Es una familia de distribuciones que modelan con exactitud diferentes modos de fallas físicos. Forman las curvas R(t), F(t), f(t) y A(t) Las curvas de distribución weibull pueden analizar condiciones de envejecimiento operacional y de fallas aleatorias. Su forma general es: 𝑡 𝛽

𝐹(𝑡) = 1 − 𝑒 −(𝑛) Donde: R = Confiabilidad en decimal e = logaritmo natural t = tiempo n = vida característica. 𝛽= Factor de forma.

ANÁLISIS WEIBULL La distribución Weibull es quizá el modelo más utilizado para tratar problemas con tiempos de vida en fiabilidad industrial y al que nos ceñiremos en este proyecto. Una variable aleatoria continua t tendrá una distribución Weibull, y lo denotaremos t~Weibull (λ, β), si su función de densidad es: f(t) = λβ(λt)β-1exp{-(λt)β}, Con t ≥ 0, siendo λ > 0 y β > 0 los parámetros del modelo, que se denominan de escala y forma, respectivamente. Su función de distribución, que es F(t) = 1 - exp{-(λt)β}. Las funciones de densidad y distribución del modelo Weibull están representadas en la figura (3.1). Su función de Habilidad es R(t) = exp{-(λt)β}, Y su función de riesgo, que se corresponde con la siguiente figura es: 177

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

h(t) = λβ(λt)β-1

*Funciones de densidad (izquierda) y distribución (derecha) Weibull con β = 0.5, 1, 1.5, 2 y 3.44 y λ = 1.

La función de riesgo adopta las siguientes formas en función del parámetro de forma β:  Si β < 1 la función de riesgo es decreciente, es decir, la tasa de fallo disminuye al aumentar el tiempo.  Si β = 1 la función de riesgo es constante, por lo que no depende del tiempo. En este caso, la distribución Weibull coincide con la Exponencial.  Si β > 1 la función de riesgo es creciente. En particular, si 1 < β < 2 la función de riesgo crece rápido en el origen y muy poco a medida que t crece; para β = 2 el riesgo crece linealmente con el tiempo y para β > 2 crece un poco con t próximo a cero y después rápido. Es oportuno considerar la posibilidad β = 3.44, ya que en este caso, la distribución Weibull se parece a la Normal. El p-cuantil de esta distribución es: 1 1 𝑡𝑃 = [−𝑙𝑜𝑔(1 − 𝑝)]β λ

178

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

*Función de riesgo de la distribución Weibull con β = 0.5, 1, 1.5, 2 y 3.44 y λ= 1.

El valor 1/λ es aproximadamente el percentil 63.2 % y se interpreta como el valor de la variable del tiempo de vida en el que han fallado el 63.2 % de las unidades.

INFERENCIA PARA LA DISTRIBUCIÓN WEIBULL Existen diferentes métodos para la obtención de estimadores puntuales adecuados para los parámetros de forma y escala tanto para datos completos como para datos censurados. Ejemplo. En una prueba de vida interesa el tiempo de perforación, en minutos, de un fluido aislante interpuesto entre dos electrodos. Los datos de tiempo son 0.74, 1.13, 0.09, 0.47, 0.73, 2.38, 1.4, 0.39. El experimento termina cuando fallan todas las unidades. Estamos ante un estudio completo, ya que sabemos que el estudio termina cuando han fallado todas las unidades. Lo primero que haremos será ordenar los tiempos de menor a mayor para la construcción del gráfico Weibull. Tabla - Cálculos para la obtención del Gráfico Weibull

Los cálculos realizados para la obtención del gráfico están reflejados en la tabla anterior, donde la estimación de la función de distribución empírica F(T(i)) se calcula utilizando el valor es i/(n + 1). Valiéndonos de la función anterior, obtenemos la siguiente figura. La disposición de los puntos en el gráfico se ajusta a la línea recta, por lo que podremos asegurar que nuestro conjunto de datos sigue una distribución Weibull. 179

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Una vez que sabemos que nuestro conjunto de datos tiene dicha distribución, nos faltará estimar los parámetros de ésta. Para ello, tendremos que saber la expresión de la línea recta sobre la que caen los puntos, que en este caso es: y = 0.95*log(t)-0.081 Por lo que las estimaciones de los parámetros en este caso serán: β = 0.95 y λ=e-0.081/0.95 =0.92; además, el coeficiente de determinación es R2 = 0.95, lo que indica un buen ajuste, ya que es un valor próximo a uno.

*Gráfico Weibull con λ = 0:92 y β = 0:95.

RESPUESTA QUE PUEDE PROPORCIONAR UN ANALISIS DE WEIBULL    

Qué tipo de mecanismo de falla es la causa raíz. Cuantas fallas se pueden esperar en determinado tiempo futuro. Que tan confiable es un equipo existente contra un equipo nuevo. Cuando debo de reemplazar una parte existente con una nueva para minimizar costos.

Regresar al Índice

180

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4. RESUMEN DEL LIBRO “TEORÍA DEL BUQUE: INTRODUCCIÓN A LA PROPULSIÓN DE BUQUES” DE ANTONIO BAQUERO 4.1.

CAPÍTULO I: PROPULSORES Y MÁQUINAS PROPULSORAS

4.1.1. PROPULSORES Se denomina propulsión a la fuerza producida por dispositivos que se encargan de contrarrestar la fuerza de resistencia al avance que se produce sobre un cuerpo, por el movimiento de este sobre un fluido, en este caso agua. Se han diseñado diferentes tipos de mecanismos para contrarrestar la resistencia al avance como remos, velas, paletas y hélices. Las paletas utilizadas en los buques a vapor tenían la mayor eficiencia, sin embargo se presentaban diversos problemas, como la estabilidad y baja velocidad. Fue así que se derivó al uso de la hélice por Fricsson y Pettit Smith, en U.S.A. e Inglaterra respectivamente. Entre las ventajas de la hélice podemos mencionar las siguientes: -

No se ve afectada por el calado de los buques. Se encuentra protegida por la popa y la manga de la embarcación. Pueden ser utilizadas en rangos altos de velocidad.

El problema principal radica en la absorción de elevadas potencias con riesgo de cavitación. 4.1.2. MAQUINARIA PROPULSORA La máquina alternativa a vapor fue presentaban un gran control a cualquiera carga así como la facilidad de inversión de sentido de giro y R.P.M. relativamente bajas con altas eficiencias. Sin embargo presentaba deficiencias como gran tamaño, peso y empacho, limitación de potencia y elevado consumo específico de combustible. La primera turbina a vapor fue utilizada en 1894 por Parsons en su buque “Turbinia”, un torpedero de alta velocidad con movimiento de rotación directo, sin embargo carecía de reversibilidad y presentaba una velocidad de rotación idónea demasiado elevada. Esto ocasionada la adición de una caja reductora y de una segunda turbina de giro contrario (turbina de ciar). El motor diésel viene a ser la máquina propulsora más utilizada. Es reversible, ocupa poco espacio y posee una amplia gama de potencias y velocidad aunque sea algo más pesado. -

Pequeño tamaño Mediano tamaño Gran tamaño

: RPM >500. : 150
Por esto es que las máquinas a vapor se encuentran difundidas en los buques militares, donde el consumo de combustible no es primordial. Regresar al Índice

181

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4.1.3. TIPOS DE POTENCIAS SEGÚN LA MÁQUINA PROPULSORA

 Potencia indicada (IHP): Viene a ser la potencia generada por las cámaras de combustión, esta potencia no es utilizada directamente. 𝐼𝐻𝑃 = Pmi n n n

𝑃𝑚𝑖 × 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑎𝑑𝑎 × 𝑛 76

: Potencia media indicada. : Número de emboladas por segundo. : Zxn/60 (para máquinas de 2 tiempos). : RPM.  Potencia de freno (BHP):

Potencia medida a la salida del motor, se mide en BHP. 𝐵𝐻𝑃 =

2×𝜋×𝑄×𝑛 76

𝐵𝐻𝑃 = 𝐼𝐻𝑃 × 𝑛𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑜 Q : Par medido en el freno. n : RPM. nmecánico : Eficiencia mecánica de la máquina. Esta eficiencia incluye las pérdidas ocasionadas por los rozamientos internos de los cilindros, bielas y cigüeñal. Regresar al Índice

182

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 Potencia al eje (SHP): Potencia medida a la entrada de la línea de ejes en la bocina. 𝑆𝐻𝑃 = 𝐵𝐻𝑃 × 𝑛𝑘 nk : Rendimiento mecánico del reductor, incluye las pérdidas en las chumaceras, apoyos y engranajes.  Potencia de entrega a la hélice (DHP): Potencia recibida directamente por la hélice. No es medible, pues sería necesario instalarse un torsiómetro en el exterior de un buque. 𝐷𝐻𝑃 = 2 × 𝜋 × 𝑄 × 𝑛 Q n

: Par medido en el freno. : RPM. 𝐷𝐻𝑃 = 𝑆𝐻𝑃 × 𝑛𝑀𝐵

𝐷𝐻𝑃 = 𝐵𝐻𝑃 × 𝑛𝑀 NMB : Rendimiento mecánico de la bocina. NM : Rendimiento mecánico de la línea de ejes completa, contando también con la caja reductora.  Potencia de remolque o efectiva: Debido a que cada máquina viene tarada de forma diferente, los rendimientos varían en forma considerable, es por esto que se ha visto conveniente referirse al rendimiento propulsivo como (nP) rendimiento “cuasi-propulsivo” (nD), el mismo que solo tiene en cuenta elementos hidrodinámicos. 𝐸𝐻𝑃 = 𝑛𝐷 × 𝐷𝐻𝑃 𝑛𝑃 = 𝑛𝐷 × 𝑛 𝑀 nM : Rendimiento mecánico total, incluyendo la línea de ejes total, bocina y la caja reductora. 𝐸𝐻𝑃 = 𝑛𝑃 × 𝐵𝐻𝑃

Regresar al Índice

183

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

4.2.

UNI - FIM

CAPÍTULO 02: GEOMETRÍA DE LA HÉLICE

4.2.1. LA HÉLICE COMO ELMENTO PROPULSOR La aplicación de la hélice como elemento propulsor nace del fenómeno conocido como sustentación. Un cuerpo de longitud mucho mayor a sus otras 2 dimensiones, que se mueve en el seno de un fluido real, experimenta una fuerza perpendicular a la dirección del movimiento conocida como sustentación (L) y otra paralela al movimiento, pero de sentido contrario llamada resistencia (D). Estas fuerzas son ocasionadas por las diferentes presiones que afectan al cuerpo. Es por estas que a la cara frontal se le denomina cara de presión y a la dorsal cara de depresión. Para mantener a este cuerpo o perfil en movimiento, es necesario aplicar una fuerza “D” que contrarreste la resistencia, de esta forma se aprovecha la fuerza “L” de sustentación para empujar al buque, siempre que esta fuerza se mantenga dirigida según el eje longitudinal del cuerpo. Para esto e s necesario obligar al perfil a seguir un movimiento circular de giro alrededor de un eje a una distancia “r”. Aquí entra a trabajar la hélice, esta máquina tendrá que vencer un par “Dxr”. Este propulsor genera una velocidad tangencial, pero debido a la fuerza de sustentación (L) aparece una velocidad axial que llamaremos VA.

Sin embargo no es recomendable que el propulsor posea una forma cilíndrica de generatrices paralelas. Esto es debido a que las velocidades tangenciales originadas son diferentes en las secciones cercanas y alejadas del eje se pueden presentar ángulos negativos de ataque trayendo consigo sustentaciones de ataque negativas. Por esto se requiere que el ángulo de orientación del perfil varíe con la distancia al eje. Esto se consigue con un propulsor que sigue un parámetro helicoidal generando así, un ángulo de ataque siempre positivo.

Regresar al Índice

184

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4.2.2. SUPERFICIES HELICOIDALES Una superficie helicoidal viene a ser u generada por una generatriz que gira a velocidad constante apoyándose sobre otra línea recta llamada directriz, la misma que se traslada a velocidad constante, a lo largo de esta. La intersección de estas rectas con una superficie cilíndrica recta coaxial general una línea llamada hélice. A la distancia que avanza la generatriz a lo largo de la directriz durante una revolución completa se le denomina paso del helicoide (H). El ángulo que forma la tangente a una línea hélice en un punto de la misma, con la tangente a la sección recta del cilindro que contiene a dicho punto se le llama ángulo de paso (φ). Al desarrollar el cilindro se observa una línea recta con un ángulo (φ), cuya pendiente es: tan 𝜑 :

185

𝐻 2×𝜋

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Si la directriz es perpendicular a la generatriz, se denomina helicoide de generatriz recta, de lo contrario se denomina helicoide de generatriz inclinada. A este ángulo formado por estas dos rectas se le denomina ángulo de lanzamiento. El helicoide de generatriz recta posee un ángulo de lanzamiento de 0°. La hélice presente dos caras, una de succión y otra de presión.

Cada pala pertenece a un helicoide, por lo que existen tantos helicoides como número de palas en una hélice, todos desfasados 360°/Z. Donde Z es el número de palas. Las hélices pueden ser de paso fijo o regulable, siendo las de paso fijo unidas al núcleo, es decir soldadas al eje. Las de paso regulable pueden girar un determinado ángulo alrededor de un eje perpendicular al eje de la embarcación. Regresar al Índice

186

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4.2.3. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA HÉLICE La representación se suele realizar con un dibujo de vista lateral y una vista desde popa de la pala, incluyendo el núcleo. En la siguiente figura se presentan los diferentes perfiles que constituyen las palas y los pasos de cada línea de hélice en sus distintos radios, a esto se le denomina Ley de hélices.

Para realizar el análisis de las hélices se toman en cuenta las diferentes proyecciones que pueden tener como cuerpo sólido.  Proyección lateral: Consiste en una proyección en un plano longitudinal vista desde estribor y de un corte ficticio por los puntos de espesor de radio máximo. Al conjunto de cortes de cada pala se le denomina ley de espesores. Se mide el ángulo de lanzamiento.  Proyección frontal: Vista desde popa que presenta la proyección transversal de la pala y le núcleo. Si se unen los puntos de máximo espesor se obtiene la línea de máximo espesor. La distancia entre la punta de la pala y la generatriz se llama divergencia. Se o obtiene también el contorno desarrollado.  Perfil expandido: Viene a ser la expansión de cada pala sobre un plano, con intersecciones de sucesivos cilindros. Se obtiene entonces el contorno expandido. Sobre cada radio se lleva el paso correspondiente, uniendo los puntos se obtiene la ley de pasos.

Regresar al Índice

187

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4.2.4. RELACIONES GEOMÉTRICAS  Diámetro (D): Diámetro del cilindro circunscrito que pasa por la parte extrema de la hélice más externa. 𝐷 =𝑅 2 Se conoce a “R” como el radio de la hélice.  Área del disco (Ao): 𝐴𝑜 =

𝜋 × 𝐷2 4

 Relación paso diámetro: Se utiliza normalmente r = 0.7R. 𝑥=

𝑟 𝑅

𝐻 𝑥 = 𝑥0 𝐷  Relación área-disco expandida: 𝐴𝐸 Á𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑙𝑎𝑠 (𝑆𝑖𝑛 𝑛ú𝑐𝑙𝑒𝑜) = 𝐴𝑜 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜  Relación área-disco desarrollada: 𝐴𝐷 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑟𝑜𝑙𝑙𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑙𝑎𝑠 (𝑆𝑖𝑛 𝑛ú𝑐𝑙𝑒𝑜) = 𝐴𝑜 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜  Relación área-disco proyectada: 𝐴𝑃 Á𝑟𝑒𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑙𝑎𝑠 (𝑆𝑖𝑛 𝑛ú𝑐𝑙𝑒𝑜) = 𝐴𝑜 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜 Por motivo de practicidad se tomará en cuenta AE/Ao = AD/Ao.

Regresar al Índice

188

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

4.3.

UNI - FIM

CAPÍTULO 03: LEYES DE SEMEJANZA EN PROPULSORES

4.3.1. ANÁLISIS DIMENSIONAL DE HÉLICES Las variables que nos interesa estudiar, por ser las que definen el estado dinámico de un propulsor, son el empuje (T) que suministra la hélice y el par (Q) que absorbe. Estas dos variables fundamentales dependen de las siguientes condiciones:    

Las dimensiones geométricas. (Depende del modelo del buque). Las características del fluido (densidad, viscosidad). Las características del movimiento (Velocidad de avance y RPM). De la gravedad y las presiones. 𝑇 = 𝑓(𝐷, 𝜌, 𝜐, 𝑉, 𝜔, 𝑔, 𝑝) 𝑄 = 𝑓(𝐷, 𝜌, 𝜐, 𝑉, 𝜔, 𝑔, 𝑝) 𝜋1 = 𝑓(𝜋2 , 𝜋3 , 𝜋4 , … )

Realizando el análisis dimensional. 𝜋𝑖 = 𝑇 𝛼 . 𝐷 𝛽 . 𝜌 𝛾 . 𝜐 𝛿 . 𝑉 𝜀 . 𝜔 𝜁 . 𝑔 𝜂 . 𝑝 𝜃 Expresando las variables en función de sus dimensiones. 𝑇 = 𝑀𝐿𝑇 −2 𝑄 = 𝑀𝐿2 𝑇 −2 𝐷=𝐿 𝜌 = 𝑀𝐿−3 𝜐 = 𝐿2 𝑇1 𝑉𝐴 = 𝐿𝑇 −1 𝜔 = 𝑇 −1 𝑔 = 𝐿𝑇 −2 𝑃 = 𝑀𝐿−1 𝑇 −2 Reemplazando en la ecuación anterior y resolviendo las ecuaciones obtenidas por los exponentes se definen las siguientes variables.  Coeficiente de empuje: 𝐶𝑇 =

𝑇 0.5 × 𝜌 × 𝐷 2 × 𝑉𝐴 2

 Coeficiente de torque: 𝐶𝑄 =

189

𝑄 0.5 × 𝜌 × 𝐷 2 × 𝑉𝐴 2

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 Número de Reynolds: 𝑅𝑒 =

𝑉𝐴 × 𝐷 𝜐

 Número de Froude: 𝐹𝑟 =

𝑉𝐴 √𝑔 × 𝐷

 Grado de avance: 𝐽=

𝑉𝐴 𝑛×𝐷

 Coeficiente de presión: 𝐶𝑃 =

𝑃 𝜌 × 𝑉𝐴 2

4.3.2. LEYES DE SEMEJANZA EN PROPULSORES De las relaciones obtenidas anteriormente se puede concluir semejanza entre los números de Froude, Grado de avance y coeficientes de empuje y torque del modelo y del prototipo. Considerando los diámetros D y d del buque y modelos respectivamente, encontramos también una relación entre el empuje y torque del modelo y del prototipo. A esta relación la denominamos λ. 𝑇𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒 = λ3 ×

𝜌𝑠𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 × 𝑇𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜 𝜌𝑠𝑢𝑙𝑐𝑒

𝑄𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒 = λ4 ×

𝜌𝑠𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 × 𝑄𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜 𝜌𝑠𝑢𝑙𝑐𝑒

𝐷𝐻𝑃𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒 = 2 × 𝜋 × 𝑁 × 𝑄𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒 4.3.3. ENSAYO DE PROPULSOR AISLADO Del análisis dimensional se obtuvieron los coeficientes de torque (CQ) y empuje (CT), sin embargo estos coeficientes requieren de una corrección, puesto que cuando se usa una velocidad de avance igual a “0”, los valores de estos se disparan al infinito. De forma que los v alores usados serán los siguientes:

190

𝐾𝑇 =

𝑇 𝜌 × 𝑛2 × 𝐷 4

𝐾𝑄 =

𝑄 𝜌 × 𝑛2 × 𝐷 5 MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

El ensayo realizado consiste en hacer avanzar sola a la hélice con una velocidad 𝑉𝐴 a n RPM, este ensayo ocasiona un flujo paralelo y uniforme, por lo que también es denominado ensayo en aguas libre. Se miden T y Q, que junto con 𝑉𝐴 y n, nos proporcionan datos de las curvas KT – J y KQ – J. Como norma práctica se procura que el número de Reynolds sea el menor posible para considerar similitud de flujo laminar y turbulento en las palas. Para esto la hélice de modelo debe ser no menor de 150 mm. Se obtiene lo definido como Eficiencia de hélice en aguas libres. 𝑛0 =

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑇 × 𝑉𝐴 𝐾𝑇 × 𝜌 × 𝑛2 × 𝐷 4 × 𝑉𝐴 = = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 2 × 𝜋 × 𝑛 × 𝑄 2 × 𝜋 × 𝑛 × 𝐾𝑄 × 𝜌 × 𝑛2 × 𝐷 5 𝑛0 =

𝐽 𝐾𝑇 × 2 × 𝜋 𝐾𝑄

4.3.4. DESLIZAMIENTO POR PASO EFECTIVO El deslizamiento representa en algina medida el ángulo de ataque del flujo al perfil y está íntimamente relacionado con el grado de avance. 𝑠 =1−

𝑉𝐴 𝐻×𝑛

Otra forma de expresarlo usando el grado de avance es la siguiente: 𝐽 𝑠 =1− 𝐻 ( ) 𝐷 191

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Debido a la asimetría del perfil el empuje no se anula cuando el ángulo de ataque es “0”, sino cuando el ángulo alcanza cierto valor negativo. Hablamos de paso efectivo (Hef) al paso de helicoide que indica la velocidad resultante sobre el perfil real para que se anulara el empuje.

Evidentemente se cumple que Hef > Hreal, por la siguiente figura:

𝐻𝑒𝑓 𝑉𝐴 =( ) 2×𝜋×𝑅 2 × 𝜋 × 𝑟 × 𝑛 𝑇=0 𝐻𝑒𝑓 𝑉𝐴 =( ) = 𝐽𝐾𝑇=0 𝐷 𝑛 × 𝐷 𝑇=0 Por lo tanto obtenemos un valor de J mostrado en la fórmula anterior para un KT=0. Además se cumple que S<0. Regresar al Índice

192

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

4.4.

UNI - FIM

CAPÍTULO 04: INTERACCIÓN HÉLICE-CARENA

En los capítulos anteriores se analizado el movimiento de la hélice de forma aislada, sin tomar en cuenta los efectos producidos sobre la carena de la embarcación y los que la carena produce sobre la hélice.  Acción de la carena sobre la hélice: Estela.  Acción de la hélice sobre la carena: Succión. 4.4.1. ESTELA Este fenómeno consiste en que la velocidad del buque que llega a la hélice no es la del buque, sino la llamada velocidad de avance (VA). El fenómeno conocido como estela posee tres componentes:  Estela potencial: En este tipo de estela asumimos un flujo no viscoso, de velocidad uniforme Vo.

Se cumple pues:  V1V0  V3
MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 Estela de olas: Debido a las olas producidas por el avance del buque se pueden formar en la zona vertical de la hélice. Si se forma una cresta la velocidad orbital predominante de las partículas se dirige de popa a proa y por tanto se resta al flujo entrante a la hélice, si se formase un valle sucede lo contrario.

De las tres componentes se puede asumir que esta última es la de monos importancia, pues al considerarse que la hélice se encuentra sumergida, las olas no producen efecto sobre esta. Otro fenómeno inducido por la carena y que también forma parte del fenómeno conocido como estela es el caso de que la velocidad del flujo tenga componentes tridimensionales, sin 194

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

embargo por ser la componente “Vx” mayor que las otras dos, solo se toma en cuenta esta para el análisis. Debido a que, la capa límite es proporcionalmente más pequeña en el buque que en el modelo, se presenta una mayor velocidad en el flujo entrante a la hélice del buque. 4.4.2. ESTELA NOMINAL Se denomina así al conjunto de fenómenos relacionados con la velocidad del flujo que llega a la zona donde debería encontrarse la hélice, cuando esta no está presente. Es representada por un círculo de la misma dimensión que la hélice. 𝑊𝑃 = VP WP V

𝑉 − 𝑉𝑃 𝑉

: Velocidad axial en un punto cualquiera del disco. : Coeficiente de estela local. : Velocidad del buque.

Para obtener los valores de WP se requiere calcular el vapor de VP mediante ensayos de estela. Para medir esta velocidad VP se utiliza el muy conocido tubo de Pitot. Para el ensayo de estela se hace uso de varios tubos de Pitot en un dispositivo denominado peine a distintas distancias del eje de la hélice. Para definir el campo de velocidades se hace girar este “peine” hasta barrer todo el disco.

195

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Los valores de estela local o puntual se representan de diferentes formas:  Curvas de variación circunferencial de la estela: WP en función del ángulo de giro θ.

 Curvas isoestela: Representados en el disco de la hélice, se obtienen uniendo los puntos de igual coeficiente de estela.

Los valores más altos de coeficiente de estela se obtienen en la línea de crujía (velocidades bajas). Los valores de estela baja se presentan en ángulos cercanos a π/4. 196

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

𝑊𝑚𝑐

UNI - FIM

𝜋 1 = × ∫ 𝑊𝑃 × 𝑑𝜃 𝜋 0

Wmc : Estela media circunferencial. Viene a ser el valor integral medio de cada curva de variación circunferencial. Como la estela media circunferencia varía respeto al radio se utiliza la figura inferior para poder proyectar hélices adaptadas a la estela.

La estela volumétrica media se define como la estela integral media sobre la superficie del disco de la hélice. 𝑅

1 − 𝑤𝑉 = WV

∫𝑟 [1 − 𝑤𝑚𝑐 (𝑟)] × 𝑟 × 𝑑𝑟 1

0.5 × (𝑅 2 − 𝑟1 2 )

: Coeficiente de estela volumétrica media.

Si se producen variaciones en la estela de 0.8 a 0.05, es decir variaciones de velocidad de 0.2V a 0.95V; suponiendo que el ángulo de ataque medio respecto al cual se ha proyectado el paso de la hélice corresponde a un valor de 0.55V. Se producen fluctuaciones en el ángulo de ataque en un 60% del valor de su magnitud. Esto produce:

Regresar al Índice

197

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 Vibraciones de gran amplitud que afectan al casco.  Favorece a la aparición de la cavitación por la variación de las presiones, del par y del empuje. Estos efectos perniciosos se pueden soslayarse al usar un bulbo en popa, esto produciría que las líneas isoestelas tengan menor gradiente circunferencial, es decir que sean más concéntricas al eje de giro.

4.4.3. ESTELA EFECTIVA Ahora se analizará el comportamiento de la estela considerando la presencia de la hélice, en este caso los valores correspondientes a las estelas nominales se ven afectados, siendo normalmente algo menores. Debido a que es imposible medir la distribución de la estela cuando la hélice se encuentra en funcionamiento, se define un nuevo coeficiente semejante al de la estela volumétrica media llamado coeficiente de estela efectiva. 𝑉 − 𝑉𝐴 𝑤𝑇 = 𝑉 𝑤𝑄 = WT WQ 198

𝑉 − 𝑉𝐴 𝑉

: Coeficiente de estela efectiva a igualdad de empuje. : Coeficiente de estela efectiva a igualdad de par. MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

VA : Valor medio de las velocidades del disco. Debido a que no se puede conseguir igualdad de Q, T y n en ambos análisis a aguas libres, los valores de WT y WQ son diferentes. En caso de no tenerse ensayos para determinar los valores señalados anteriormente, se procede a usar las series de Taylor. 𝑤𝑇 = 0.5 × 𝐶𝐵 − 0.05 … 𝐵𝑢𝑞𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 1 ℎé𝑙𝑖𝑐𝑒. 𝑤𝑇 = 0.55 × 𝐶𝐵 − 0.2 … 𝐵𝑢𝑞𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 2 ℎé𝑙𝑖𝑐𝑒𝑠. 4.4.4. SUCCIÓN Como ya se señaló la hélice en funcionamiento ejerce una fuerza de succión sobre la carena. Esta succión es un aumento en la resistencia al avance. Este efecto es debido a 2 causas principales.  Aumento de velocidad producida en la zona inmediata a proa de donde se encuentra colocada, al aumentar la velocidad disminuye la presión y se crea una resistencia de presión.  Se produce un aumento de la resistencia de fricción en la zona de popa y en la hélice. 𝑅𝐹 = 𝐶𝐹 × 0.5 × 𝜌 × 𝑆 × 𝑉 2 Si bien el coeficiente fraccional disminuye, la velocidad aumenta cuadráticamente, por lo que la resistencia aumenta. 𝑡=

𝑇−𝑅 𝑇

𝑡 = 0.6 × 𝑤 … 𝐵𝑢𝑞𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 1 ℎé𝑙𝑖𝑐𝑒 𝑡 = 0.7 × 𝑤 + 0.06 … 𝐵𝑢𝑞𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 2 ℎé𝑙𝑖𝑐𝑒 t: Coeficientes de succión obtenidos por Taylor. 4.4.5. RENDIMIENTO ROTATIVO RELATIVO Rendimiento de la hélice en aguas libres. 𝑛0 = n0 T n Q0

𝑇 × 𝑉𝐴 2 × 𝜋 × 𝑛 × 𝑄0

: rendimiento de la hélice. : Empuje. : RPM. : Par absorbido.

Rendimiento de la hélice cuando se encuentra tras una carena. 𝑛𝐵 = 199

𝑇 × 𝑉𝐴 2×𝜋×𝑛×𝑄 MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

nB Q

: Rendimiento de la hélice. : Par absorbido. 𝑛𝑟 =

nr

UNI - FIM

𝑛𝐵 𝑄0 = 𝑛0 𝑄

: Eficiencia relativa de la hélice.

La diferencia entre ambos paros absorbidos se debe a la heterogeneidad en los campos de velocidades. 1.0 < 𝑛𝑟 < 1.1 … 𝐵𝑢𝑞𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 1 ℎé𝑙𝑖𝑐𝑒. 0.95 < 𝑛𝑟 < 1.0 … 𝐵𝑢𝑞𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 2 ℎé𝑙𝑖𝑐𝑒𝑠. 4.4.6. RENDIMIENTO CUASI-PROPULSIVO Así como se definió este concepto en la sección 1.1.3. Se hallará la expresión matemática de este concepto. 𝑛𝐷 =

𝐸𝐻𝑃 𝑄0 = 𝐷𝐻𝑃 𝑄

𝑉 1 = 𝑉𝐴 1 − 𝑤 𝑛𝐷 = Al factor de la eficiencia

1−𝑡 1−𝑤

1−𝑡 × 𝑛 0 × 𝑛𝑟 1−𝑤

se le denomina rendimiento del casco (nH). 𝑛𝐷 = 𝑛𝐻 × 𝑛0 × 𝑛𝑟

Regresar al Índice

200

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

4.5.

UNI - FIM

CAPÍTULO 05: ENSAYOS DE AUTOPROPULSIÓN

4.5.1. TÉCNICAS Y PARTICULARIDADES DEL ENSAYO El objetivo de este ensayo es el calcular la potencia necesaria (DHP) para propulsar el buque a la velocidad deseada V, y obtener a todos los coeficientes y rendimientos tratados en el capítulo anterior. La disposición del modelo respecto del carro remolcador es tal que el único movimiento restringido es la guiñada, así mismo no se presencia balance alguno debido a la simetría del modelo. Del ensayo se pueden obtener las magnitudes de T, Q, n y V.

Se sabe que la resistencia total del modelo es mayor proporcionalmente a la del buque, por lo que se disminuye la resistencia al avance del modelo artificialmente. La fuerza aplicada para ayudar a la hélice y disminuir la resistencia al avance es la siguiente: 𝐷𝐹 = 0.5 × 𝜌𝑎𝑑 × 𝑉𝑚 2 × 𝑆𝑚 × (𝐶𝐹𝑚 − (𝐶𝐹𝑏 + 𝐶𝐴 )) 𝐶𝑇𝑏 = 𝐶𝑇𝑚 −

𝐷𝐹 0.5 × 𝜌𝑎𝑑 × 𝑉𝑚 2 × 𝑆𝑚

Igualando entonces ambos coeficientes se desprecia el segundo miembro de la diferencia. D esta forma hacemos funcionar a la hélice como se quiere. Debido al efecto de escala de la estela, las RPM de la hélice, para absorber una determinada potencia serán diferentes a las medidas obtenidas en el canal. Para esto se utiliza un coeficiente k2. 𝑅𝑃𝑀𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑘2 × 𝑛𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑝𝑜𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 1.0
201

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Las curvas se representan en BHP por RPM en función de la velocidad V.

4.5.2. OBTENCIÓN DE LOS COEFICIENTES PROPULSIVOS  Coeficiente de succión: 𝑡=

𝑇𝐵 − 𝑅𝐵 𝑇𝐵

𝑇𝑚 − (𝑅𝑚 − 𝐷𝐹 ) 𝑇𝑚 : Empuje al extrapolada al buque. : Empuje al modelo. : Resistencia extrapolada del buque. : Resistencia del modelo. : Deducción De fricción. 𝑡=

TB Tm RB Rm DF

202

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 Coeficiente de estela a igualdad de empuje: 𝐾𝑇 =

𝑇 𝜌 × 𝑛2 × 𝐷 4

Con este valor se obtiene JT y por tanto wT. 𝑉𝐴𝑇 = 𝐽𝑇 × 𝑛 × 𝐷 𝑤𝑇 =

𝑉 − 𝑉𝐴𝑇 𝑉

 Coeficiente de estela a igualdad de par: 𝐾𝑄 =

𝑄 𝜌 × 𝑛2 × 𝐷 5

Con este valor se obtiene JT y por tanto wT. 𝑉𝐴𝑄 = 𝐽𝑄 × 𝑛 × 𝐷 𝑤𝑄 =

𝑉 − 𝑉𝐴𝑄 𝑉

 Rendimiento rotativo relativo: Desde el valor JT hallado se entra a la curva Wangeningen ya conocida y se obtiene un valor kQ0. 𝑄 0 = 𝐾𝑄0 × 𝜌 × 𝑛2 × 𝐷 5 Y por tanto: 𝑛𝑟 =

𝑄0 𝑄

 Rendimiento de la hélice aislada durante el ensayo (n0): Ya obtenido el valor del rendimiento relativo y entrando a la tabla con JT o JQ obtenemos el valor del rendimiento n0. 𝑛𝐵 = 𝑛𝑟 × 𝑛 0  Rendimiento cuasi-propulsivo: Finalmente obtenemos el valor de nD. 𝑛𝐷 =

1−𝑡 × 𝑛 0 × 𝑛𝑟 1−𝑤

Regresar al Índice

203

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

4.6.

UNI - FIM

CAPÍTULO 06: CAVITACIÓN

4.6.1. GENERALIDADES Durante el funcionamiento de la hélice pueden producirse picos elevados e velocidad en ciertas zonas de la pala, produciendo al mismo tiempo bajas presiones. Si la presión lo cal en estos puntos alcanza la presión de ebullición del agua a la temperatura que se encuentra, esta se evapora y forma burbujas de vapor de agua. Estas burbujas son ahora arrastradas a zonas de mayor presión y por tanto se condensan, este proceso conlleva una reducción del volumen de la burbuja dejando en su lugar nada más que vacío, siendo rellenado por el agua circundante. Este proceso se conoce como implosión o colapso de la burbuja, esto conlleva al deterioro de la pala por los choques de energía cinemática de magnitud considerable. 4.6.2. CONDICIONES HIDRODINÁMICAS PARA QUE APAREZCA LA CAVITACIÓN Supongamos un perfil como el de la figura presente se encuentra inmerso en un flujo, que por sencillez suponemos que es uniforme y paralelo.

Aplicando El teorema de Bernouilli entre el flujo en el infinito y un determinado punto sobre la superficie tendremos: 1 1 𝑃1 + × 𝑉1 2 = 𝑃0 + × 𝜌 × 𝑉0 2 2 2 𝑃1 − 𝑃0 =

1 × 𝜌 × (𝑉0 2 − 𝑉1 2 ) 2

Si el punto 1 coincide con el punto A (punto de remanso), V1 = 0, entonces: 1 𝑃1 − 𝑃0 = + × 𝜌 × 𝑉0 2 = 𝑞 2 Donde q es llamado presión dinámica o presión de choque. Regresar al Índice

204

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Si el punto coincidiese con el punto dorsal B, entonces tendremos: 𝑃1 − 𝑃0 =

1 × 𝜌 × (𝑉0 2 − 𝑉1 2 ) = 𝛥𝑃 2

En B se cumple que V1 >V0, por tanto la variación de presión sería negativa y P1
Regresar al Índice

205

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

En caso se llegue a hacer negativo el ángulo de ataque, la curva cambiaría y se presentaría un pico de presiones en la cara de presión, produciendo en esta zona la cavitación y ya no en la zona dorsal. Se observa una zona sombreada limitada por la curva

𝛥𝑃 𝑞

y la recta. Debido a que se llega a

alcanzar la presión de vaporización, esta no puede disminuir, entonces el límite inferior al que 𝛥𝑃 puede llegar sería en número de cavitación. Esta zona de depresión no consumada se 𝑞

traduce en una pérdida de sustentación y de empuje suministrada por la hélice. 4.6.3. NÚMERO DE CAVITACIÓN LOCAL 𝜎𝐿 = Pa h r VA wp n

𝑃0 − 𝑃𝑉 𝑃𝑎 + 𝜌 × 𝑔 × ℎ − 𝜌 × 𝑔 × 𝑟 − 𝑃𝑉 = 𝑞 0.5 × 𝜌 × (𝑉𝐴 2 + (2 × 𝜋 × 𝑟 × 𝑛)2 )

: Presión atmosférica. : Inmersión del eje. : Distancia del eje al punto a considerar. : Vx(1-wP) : Coeficiente de estela local o puntual. : Revoluciones por segundo del propulsor.

Para realizar el análisis se coloca a la pala en posición vertical superior, pues al ser la zona menos sumergida se presentan menores presiones y existe más riesgo de aparición de cavitación. La velocidad considerada para definir q, es la total incidente, compuesta por la axial y la rotacional. Para estudiar la cavitación se escogen los radios 0.7R y 0.8R que son los más propensos a este fenómeno ya que son los que suministran más empuje. Regresar al Índice

206

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4.6.4. INFLUENCIA DE LA RELACIÓN ÁREA-DISCO Y DEL TIPO DE PERFIL EN LA CAVITACIÓN La fuerza total desarrollada por un perfil es la suma de las áreas encerradas por las curvas de presión en ambas caras, de presión y de succión. Para desarrollar el mismo empuje sin que los picos ΔP/q sean muy altos, se puede repartir el área de las curvas de presión sobre secciones de mayor longitud. Entonces un aumento en la relación área-disco (AD/A0) es beneficioso contra la cavitación.

Así mismo es más beneficioso tener una distribución de presiones más uniforme, por lo que un perfil de dorso más circular es más favorable.

Otra de las características que suelen emplearse en propulsores es que el flujo entre tangente a la línea media de la pala para que se forme un reparto de presiones más plano, a este fenómeno se conoce como entrada libre de choque. En estas condiciones la sustentación se produce por la curvatura de la línea media y no por el ángulo de ataque.

207

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4.6.5. TIPOS DE CAVITACIÓN  Cavitación en cara de presión: Causada por valores altos de J que pueden producir ángulos de ataque negativos. Si el flujo es poco uniforme, puede que el agua entre por la cara dorsal, entonces se produciría cavitación en la zara de presión.  Cavitación torbellino de punta de pala: Para un J más bajo la cavitación señalada anteriormente desaparece, pero las zonas de mayor velocidad (puntas de las palas) pueden empezar a cavitar.  Cavitación lámina: Si la entrada del perfil es muy aguda el flujo no puede contornearlo y se desprende originando un torbellino. En el centro las velocidades son muy altas y las presiones muy bajas. Esta cavitación toma la apariencia de una lámina plateada y no es muy peligrosa, puesto que las zonas cavitantes están aisladas de la palas por áreas de agua que no cavitan y amortiguan las implosiones.  Cavitación burbuja: La más general y peligrosa.  Cavitación nube: Es un tipo especial de lámina que se forma en las rugosidades e imperfecciones de la pala.  Cavitación pluma: Forman estrías paralelas de flujo cavitante. 4.6.6. LEYES DE SEMEJANZA EN HÉLICES CAVITANTES Y TÚNELES DE CAVITACIÓN Por el análisis dimensional explicado anteriormente y despreciando el efecto de Reynolds y del número de Froude por ser de valores no significativos. 𝐶𝑇 = 𝐹(𝐽, 𝐶𝑃 ) 𝐽𝑚 = 𝐽𝑏 𝐶𝑃 𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜 = 𝐶𝑃 𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒 𝜎𝐿 𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜 = 𝜎𝐿 𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒 𝜎𝐿 =

𝑃0 − 𝑃𝑉 𝑃𝑎 + 𝜌 × 𝑔 × ℎ − 𝜌 × 𝑔 × 𝑟 − 𝑃𝑉 = 𝑞 0.5 × 𝜌 × (𝑉𝐴 2 + (2 × 𝜋 × 𝑟 × 𝑛)2 )

Si bien los valores h y r pueden dimensionarse, los valores de las presiones no pueden, puesto que no es algo que varíe por las dimensiones del buque o del modelo. De esta forma los valores del número de cavitación del modelo y del buque no serían iguales. Al resolver matemáticamente los valores del 𝜎𝐿 del modelo son mucho más altos, tanto así que nunca cavitará la hélice del modelo. Para solucionar esto se condiciona el valor de Pa utilizando un túnel de cavitación (utiliza una bomba de vacío). Para simular el efecto de la estela sobre el propulsor se siguen uno de los dos siguientes sistemas. Regresar al Índice

208

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 Obstruyendo el paso del agua con unas mallas más tupidos en unas zonas que en otras que se sitúan a proa de la hélice y reproducen el campo de velocidades axiales.  Montando dentro del túnel la popa de un buque que genere la estela deseada. Este sistema se llama (dummy model).

4.6.7. ENSAYOS REALIZADOS EN EL TUNEL DE CAVITACIÓN  Visualización: Determinar el tipo de cavitación y sus características. Para esto se hace uso de una lámpara estroboscópica sincronizada con las RPM que permite ver la hélice como si estuviese detenida. La hélice lleva dibujada en las palas los radios correspondientes para facilitar la representación de la extensión del fenómeno.

 Ensayos de propulsor aislado: Realizados en flujo uniforme (sin mallas), se realizan con baja presión para igualar los números de cavitación local. Variando los valores de 𝜎𝐿 se logran obtener las curvas KT – J, KQ – J Y n0 – J. La cavitación disminuye los valores de KT, KQ y n0.

209

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 Ensayos de incepción de la cavitación: Consiste en determinar, bajo un J fijo, a que valores de 𝜎𝐿 aparecen los diferentes tipos de cavitación. Este procedimiento permite determinar una serie de puntos J - 𝜎𝐿 , llevándolos a un diagrama:  J alto  J medio  J bajo

: Cavitación en cara de presión. : Cavitación burbuja. : Cavitación nube.

También existen líneas que indican la cavitación de torbellino de forma fluctuante. Así mismo existe una zona libre de cavitación en la que se debe procurar esté el eje de funcionamiento de la hélice.

4.6.8. RELACIÓN ÁREA DISCO PARA PREVENIR LA CAVITACIÓN A mayor relación AD/A0 se obtiene menor posibilidad de cavitación, pero menor rendimiento puesto que existe más área sujeta a fricción. Se presentan dos métodos para determinar la relación área-disco ideal. 210

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 Método de Burrill: Cavitación presente en no más al 5% de la pala. 𝜏=

𝑇⁄𝐴𝑃 0.5 × 𝜌 × [𝑉 2 × (1 − 𝑤)2 + (0.7 × 𝜋 × 𝐷 × 𝑛)2 ]

𝜎0.7𝑅 =

𝑃𝑎 + 𝜌 × 𝑔 × (ℎ − 0.7 × 𝑅) − 𝑃𝑉 0.5 × 𝜌 × [𝑉 2 × (1 − 𝑤)2 + (0.7 × 𝜋 × 𝐷 × 𝑛)2 ]

Esta curva presentada nos representa el límite superior para buques mercantes. Se entra a la tabla calculando primero el valor de σ0.7R para obtener τ. Como se conoce el valor de T se puede calcular AP y de ahí la relación área-disco. 𝐴𝑃 𝐴𝐷 𝐴0 = 𝐻 × 0.7 × 𝑅 𝐴0 1.067 − 0.229 × ( ) 𝐷

 Método de Keller: Se realiza con ayuda de las curvas de Wageningen. 𝐴𝐷 (1.3 + 0.3 × 𝑍) × 𝑇 = +𝐾 (𝑃0 − 𝑃𝑉 ) × 𝐷 2 𝐴0 Z T P0 PV P0 - PV h D K

: Número de palas. : Empuje de la hélice en kg. : Presión estática en el eje. : Presión de vapor de agua a 15°C. : 10100 + 1026 x h kg/m2. : Inmersión de la línea de ejes en m. : Diámetro de la hélice en m. : 0.1 Para dos hélices y 0.2 para una hélice.

Estos ensayos están realizados en flujo uniforme de velocidad de avance V(1-w). Regresar al Índice

211

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

4.7.

UNI - FIM

CAPÍTULO 07: SERIES SISTEMÁTICAS DE PROPULSORES

4.7.1. MÉTODOS DE PROYECTO DE HÉLICES Objetivos a tomar en cuenta: -

La hélice debe proporcionar un empuje suficiente para generar la velocidad deseada al mayor rendimiento posible. Se busca economía y consumo de combustible bajo. Efectos de cavitación mínimos o nulos. Poseer la resistencia mecánica adecuada para desarrollar un trabajo óptimo.  Método por series sistemáticas: Es el más utilizado. Viene a ser un conjunto de formas de hélices relacionadas geométrica y sistemáticamente para tener buen rendimiento y comportamiento en cavitación. Se sigue el siguiente procedimiento:    

Proyección del propulsor base o patrón por teoría de circulación. Variación sistemática de los patrones. Construcción de modelos y desarrollo de los ensayos. Presentación de los resultaos de los ensayos.

Se tienen diferentes sistemas desarrollados por varias entidades alrededor del mundo.    

Series A y B del Canal Wageningen (Holanda). Series M.A.U. de Japón. Series K.C.B. de la Universidad de Newcastle. Series del A.E.W. por el Dr. Gawn (Inglaterra).

 Método por teoría de circulación: Se utiliza cuando la hélice se encuentra muy cargada (mucho empuje por unidad de área del disco) o con estela muy poco uniforme. Consiste en determinar las características de la hélice con un predeterminado reparto radial de estela media circunferencial. Sin embargo se empieza con valores predeterminados por las series sistemáticas. 4.7.2. SERIE B DE WAGENINGEN Se dividen en familias de propulsores y cada familia en individuos. Características constantes para cada familia:  Forma de los perfiles. Del tipo ala de avión, para r/R ≤ 0.7 y arco de círculo r/R ≥ 0.8.  Ley de espesores máximos. Ley lineal. Parámetros constantes dentro de cada familia:  Número de palas, pueden ser de 2, 3, 4, 5, 6. 7.  Relación AD/A0. Se les nombra haciendo referencia al número de palas y a la relación área-disco. Por ejemplo: B 5,60 (5 palas y relación área-disco 0.60). 212

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Los individuos se diferencian dentro de las familias por el paso y por el diámetro de las palas. La ley de pasos es una norma constante para todas las familias, menos para las de 4 palas. En las hélices de más palas no se usa esta reducción del 20% como en las de 4 palas, pues no generan cavitación en el eje.

4.7.3. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS Obtenidas la series, se construyeron los modelos y se ensayan los propulsores de forma aislada, es decir sin carena. Sin embargo se ha determinado que las curvas no son las ideales para poder proyectar una hélice. Es necesario hallar la potencia del motor y relacionarlo con un parámetro para seleccionar la hélice adecuada. 𝑉𝐴 5 𝐷𝐻𝑃 = 2 × 𝜋 × 𝑛 × 𝑄 = 2 × 𝜋 × 𝑛3 × 𝐾𝑄 × 5 ×𝜌 𝑛 × 𝐽5 𝐷𝐻𝑃 × 𝑛2 𝜌 × 𝑉𝐴

213

5

=2×𝜋×

𝐾𝑄 𝐽5

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

𝐵𝑃 =

√𝐷𝐻𝑃 × 𝑛 𝑉𝐴

2.5

= √2 × 𝜌 × 𝜋 ×

UNI - FIM

𝐾𝑄 𝐽5

Analizando la fórmula obtenida, como KQ se encuentra en función de J y de la relación paso diámetro, se forma una gráfica cuyas coordenadas son BP y el paso diámetro (H/D). Estas curvas se llaman BP – δ, donde δ es la inversa del grado de avance. Estas curvas pueden admitir una tangente vertical, donde se observa un rendimiento máximo para un valor de BP determinado. La curva que une los puntos de tangencia se denomina curva de máximo rendimiento. Los ensayos realizados para obtener estas curvas han sido en agua dulce y bajo un flujo uniforme. Por consiguiente se ha desarrollado una relación con la potencia del motor. (𝐷𝐻𝑃)𝑊𝐴𝐺 = nm nr

𝐵𝐻𝑃 × 𝑛𝑚 × 𝑛𝑟 1.026

: Rendimiento mecánico de la línea de ejes. : Rendimiento rotativo relativo.

En el anexo 1 se presentan diversas curvas en las que se pueden determinar los parámetros indicados

4.8.

CAPÍTULO 08: PROYECTO DE HÉLICE POR SERIES SISTEMÁTICAS

Existen 3 tipos de proyectos según la información de brindada por las series sistemáticas 4.8.1. PROYECTO DE HÉLICE PARA MOTORES DIRECTAMENTE ACOPLADOS Es necesario conocer los siguientes valores:  Potencia del motor (BHP): Es la potencia a la cual va a funcionar normalmente el motor. Esta potencia oscila entre el 0.85 y 0.9 de la potencia especificada en la placa del motor (potencia máxima continua).  Revoluciones: Las RPM se proyectan para el 100% de las nominales del motor.  Velocidad del buque: Evaluado según las EHP de la embarcación y el rendimiento cuasi-propulsivo (nD).  Coeficientes de estela y rotativo relativo  Inmersión del eje (h)  Diámetro máximo de la hélice: Según la forma del codaste y los huelgos mínimos entre hélice y casco según las sociedades clasificadoras.

214

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Se realiza el siguiente procedimiento: 𝐵𝐻𝑃 × 𝑛𝑚 × 𝑛𝑟 1.026 𝑉𝐴 = 𝑉 × (1 − 𝑤𝑡 )

(𝐷𝐻𝑃)𝑊𝐴𝐺 =

𝐵𝑃 =

√𝐷𝐻𝑃 × 𝑛 𝑉𝐴 2.5

= √2 × 𝜌 × 𝜋 ×

𝐾𝑄 𝐽5

Elección del número de palas, tener en cuenta que Z (el número de palas) no sea múltiplo del número de cilindros para evitas la resonancia. Se escogen 3 relaciones área-disco X1, X2 Y X3. En el diagrama BP – δ correspondiente a B.Z.X1, se ingresa con el valor BP calculado y con la curva de máximo rendimiento se obtiene un δ0, sin embargo se reduce un poco el valor. δ1 = 0.96 × δ0 … Buques de 1 hélice. δ1 = 0.98 × δ0 … 𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 2 ℎé𝑙𝑖𝑐𝑒𝑠. Con este nuevo valor de δ1 y reingresando a la gráfica se obtiene el valor H/D y la eficiencia máxima correspondiente. Así entonces calculamos el diámetro, si este es menor que el máximo, el cálculo ha sido el correcto, de lo contrario se recalculará tomando los valores máximos del diámetro y de δmax . Para encontrar el empuje que entrega la hélice se usará la siguiente expresión: 𝑇= DHP V T

𝐷𝐻𝑃 × 75 × 𝑛0 𝑉 × (1 − 𝑤)

: Se encuentra en caballos de vapor. : En m/s. : En kg.

Ahora calcularemos la relación área-disco con ayuda del criterio de Keller. 𝐴𝐷 (1.3 + 0.3 × 𝑍) × 𝑇 ( ) = + 0.2 𝐴0 𝑚𝑖𝑛1 (1026ℎ + 10100) × 𝐷 2 𝐴

Se observará que ( 𝐴𝐷 ) 0

𝑚𝑖𝑛1

es diferente a X1.

Se repetirá el procedimiento con el resto de relaciones área-disco se formará una curva con estos puntos y el punto que corte una recta de pendiente 45° se tomará como el valor de relación área-disco.

Regresar al Índice

215

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Ahora con el valor de la relación área-disco obtenido, entraremos a las curvas D - X, H/D - X y n0 - X se obtendrán los valores requeridos de las palas de la hélice. Luego, con ayuda de reglamentos de casas clasificadoras, calculo directo o aproximado se obtendrán los espesores de las palas. 4.8.2. PROYECTO DE HÉLICE PARA TURBINA O MOTORES ENGRANADOS Ya que la elección de las RPM uno puede escoger el reductor que más crea conveniente, por lo que se suele usar el máximo diámetro de pala posible que puede albergar el codaste. Conociendo los valores de BHP o SHP, Dmáx y V del buque y estimando wT, t y nr se calculará las RPM de la siguiente forma. 𝐵𝐻𝑃 × 𝑛𝑚 × 𝑛𝑟 1.026 𝑉𝐴 = 𝑉 × (1 − 𝑤𝑡 )

(𝐷𝐻𝑃)𝑊𝐴𝐺 =

𝑇=

𝑅 1−𝑡

Y haciendo uso de la fórmula de Keller. 𝐴𝐷 (1.3 + 0.3 × 𝑍) × 𝑇 ( ) = + 0.2 𝐴0 𝑚𝑖𝑛1 (1026ℎ + 10100) × 𝐷 2 Se escogen 3 valores de RPM, n1, n2 y n3 de forma que pueda obtenerse la nóptima. Se calculará: 𝛿=

𝑛 × 𝐷𝑚á𝑥 𝑉𝐴

𝑦

𝐵𝑃 =

𝑛 × √𝐷𝐻𝑃 𝑉𝐴 2.5

 Se ingresa a los curvas δ1 – BP1, δ2 – BP2 y δ3 – BP3.  Obtenemos los valores de las revoluciones correspondientes en cada diagrama y el de las relaciones paso-diámetro. 216

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 Se dibujan las curvas n0 – n y se obtienen las nóptimas correspondientes al n0máx.  Se entra a la curva H/D – n y con el n0máx se obtiene el H/D.  Se interpola entre los resultados para las dos relaciones área-disco para obtener n0 y H/D para la relación área-disco obtenida inicialmente. El valor del empuje se calcula de la siguiente forma: 𝑇=

𝐷𝐻𝑃 × 75 × 𝑛0 𝑉 × (1 − 𝑤)

Si este empuje coincide con el estimado al inicio del cálculo, o es muy próximo, la hélice proyectada es correcta, de lo contrario el coeficiente de succión es erróneo y habrá que recalcular el valor de la relación área-disco. 4.8.3. PROYECTO DE HÉLICE PARA BUQUES PESQUEROS EN LA CONDICIÓN DE ARRASTRE El buque presenta dos peculiares condiciones de operatividad.  Navegación libre, donde la potencia desarrolla la mayor velocidad posible.  Arrastre, Velocidad específica entre 3 y 6 nudos para desarrollar el mayor empuje posible. Para arrastrar las redes de pesca. Si se desarrolla a navegación libre se obtienen velocidades de avance muy bajas con ángulos de ataque de pala muy altos y su par absorbido de gran magnitud, lo que sobrecarga el motor y se conoce entonces a la hélice como muy pesada. Si se desea proyectar a condición de arrastre se exigirán a las RPM con un paso muy pequeño y se considerara una hélice muy ligera. El problema consiste en que al ser el valor de VA muy pequeño, los valores de BP y δ se salen de las gráficas. Los datos necesarios para proyectar la hélice:  Potencia del motor (BHP): Se proyecta la hélice para el 90% de la potencia máxima continua del motor.  Revoluciones (n): Se proyecta para el 90% de las RPM nominales para tener un margen de aligeramiento del 10% aprovechable para la condición de navegación libre.  Velocidad del buque (V): Velocidad de arrastre, oscila entre 3 y 6 nudos.  Coeficientes de estela y rotativo relativo: Se estiman previamente y pueden tomarse iguales a los de navegación libre al principio.  Inmersión del eje (h)  Diagrama máximo de la hélice (DMÁX)  Número de palas de la hélice (Z): Suele ser de 3 a 5 palas. Procedimiento de cálculo:

Regresar al Índice

217

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

(𝐷𝐻𝑃)𝑊𝐴𝐺 = 𝑄𝑚á𝑥 =

UNI - FIM

𝐵𝐻𝑃 × 𝑛𝑚 × 𝑛𝑟 1.026

(𝐷𝐻𝑃)𝑊𝐴𝐺 × 75 2×𝜋×𝑁

𝑉𝐴 = 𝑉 × (1 − 𝑤𝑡 ) Donde N son las revoluciones por segundo. Se escogen dos relaciones área-disco para las que exista diagrama y que sirvan de límites para determinar la relación área-disco correspondiente, se utilizará las curvas de Wageningen, ya que las curvas BP – δ no son aplicables para este tipo de casco. Se eligen 3 diámetros D1, D2 y D3 menores o iguales que el Dmáx. Para cada uno de ellos se calcula el grado de avance (J). Posteriormente se calcula para cada diámetro el KQ correspondiente. Para cada valor se entrará a la curva y se ubicará la relación paso diámetro, interpolando. Posteriormente se calculan los valores de KT y los correspondientes empujes. Ahora se dibujarán las curvas T – D con valor máximo como Dóptimo. Si no se presenta un máximo entonces se interpolará el valor de H/D. Para calcular la relación área-disco: 𝐴𝐷 (1.3 + 0.3 × 𝑍) × 𝑇 ( ) = + 0.2 𝐴0 𝑚𝑖𝑛1 (1026ℎ + 10100) × 𝐷 2 Este proceso se realizará con las dos relaciones área-disco elegida anteriormente. Se toman los valores mínimos de dicha relación comparadas con los reales y el corte de la bisectriz dará la relación óptima. Los valores Tmáx, D y H/D se obtienen por interpolación de las relaciones AD/A0 reales. Para la compresión de estos métodos se presentan ejemplos en el anexo 2.

4.9.

CAPÍTULO 09: RESISTENCIA MECÁNICA DE LAS PALAS DE LA HÉLICE

Una vez proyectada la hélice es necesario determinar los espesores para cada sección de la pala para que soporte de forma adecuada los esfuerzos sin deformaciones excesivas. El error en el cálculo de los espesores conlleva a mayores esfuerzos y riesgo de cavitación. Debido a la geometría complicada y los diferentes comportamientos de las estelas en la hélice se ha universalizado el considerar a la pala de forma estática y actuando sobre esta los valores del empuje y par medios así como de la fuerza centrífuga. Los picos de fuerzas y fatiga se agregan mediante factores de seguridad aplicados en los esfuerzos unitarios máximos (factores del valor de 10 o 12). No se analiza mediante elementos finitos, sino mediante resistencia de materiales, considerando a la hélice como una viga en voladizo. Existen diversos métodos de cálculo:

218

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4.9.1. ESFUERZOS DEBIDOS AL PAR Y AL EMPUJE Se observan las fuerzas Ft y Fq, junto con sus momentos respectivos respecto de la sección X0. 𝑀𝑙 = 𝑀𝑡 × sin 𝜙0 − 𝑀𝑞 × cos 𝜙0 𝑀𝑛 = 𝑀𝑡 × cos 𝜙0 + 𝑀𝑞 × sin 𝜙0 Φ0

: Ángulo de paso en la sección X0.

Se estudia únicamente Mn, ya que Ml actúa de forma que la rigidez frente a esos esfuerzos es muy grande y no afecta.

Para determinar la fuerza Ft se puede aproximar una resultante de la ley de distribución de empujes a lo largo del radio, sea esta triangular (la más simple) o según la gráfica presentada.

Esta se aproxima con la siguiente fórmula: 𝑑𝑇𝑥 = 3.5 × 𝐾𝑡 × 𝑥 2 × (1 − 𝑥)0.5 × 𝑅 × 𝑑𝑥 𝑍 dT = dFt: Empuje de un fuerza dFt a una distancia r del eje. 219

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Z Kt x R

UNI - FIM

: Número de palas. : Empuje por unidad de longitud de pala : r/R. : Radio de la hélice.

Integrando la ecuación diferencial mostrada se obtiene el esfuerzo cortante en la sección x=r/R (St)x. El momento flector (My0) se obtiene integrando la curva de esfuerzos cortantes respecto de la relación r/R. Para obtener Fq se procede de la siguiente manera. 𝜂= Η

𝑑𝑇 × 𝑉𝐴 𝑑𝑇 × 𝑉𝐴 = 2 ×× 𝑛 × 𝑑𝑞 2 ×× 𝑛 × 𝑅 × 𝑑𝐹𝑞

: Rendimiento hidrodinámico de la sección.

Despejando la ecuación, se obtiene el valor de Fq en función de T, pero es necesario conocer J y η. 𝑑𝐹𝑞 =

𝑑𝑇 1 ×𝐽× 𝑥×𝜋 𝜂

Se tiene la siguiente fórmula aproximada. 𝜂 0.78 = 0.13 + 𝐽 𝐻0.7𝑅 Entonces se puede determinar el momento flector Mq desde Fq y Mt integrando dos veces la misma ecuación 4.9.2. ESFUERZOS DEBIDOS A LA FUERZA CENTRÍFUGA La fuerza centrífuga actuante sobre cada elemento de la pala es insignificante. Se prioriza el efecto del momento flector como se muestra en la siguiente figura.

220

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

La fuerza centrífuga entrante en un elemento es la siguiente: 𝐹𝑐 = γ g Wr

𝛾 × 𝑊𝑟 × (2 × 𝜋 × 𝑛)2 × 𝑟 𝑔

: Peso específico del material del que está hecho la pala. : Gravedad. : Volumen de la pala entre r y R calculable por la geometría de la misma.

Momento flector debido a la fuerza centrífuga: 𝑀𝑐 = 𝐹𝑐 × tan 𝜀 × 𝑟 × 𝐾𝜙 Ε Kφ

: Ángulo de lanzamiento de la pala. : Valor relacionado con el ángulo del paso.

4.9.3. CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS UNITARIOS En la sección que se considere: 𝜎=

𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑀𝑛 + 𝑀𝑐 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐺

𝐺 = 𝐶 × 𝑆2 × 𝑙 : Constante que depende de la forma de la sección. : Espesor máximo. : Longitud de la sección

C S l

Considerando un σadmisible se puede evaluar el valor de S. A continuación se presentarán las fórmulas aproximadas más usadas.  Fórmulas de Taylor: 𝜎= σ C1 y B D Z N γ S0.2 l0.2 ε

𝐶1 × (𝐷𝐻𝑃) 𝐷3 𝛾 × 𝐷2 × 𝑁 2 𝐵𝐷 × + ×[ × tan 𝜀 − 0.154] 2 6 𝑍×𝑁 10 𝑆0.2 𝑆0.2 × 𝑙0.2 : Tensión unitaria en libras/pulgada2. : Están en función de la relación paso-diámetro. : Diámetro de la hélice en pies.. : Número de palas. : RPM. : Peso específico en libras/pié3 del material del que está hecho la pala. : Espesor de la sección a 0.2R del núcleo, en pies. : Longitud de la sección a 0.2R del núcleo, en pies. : Ángulo de lanzamiento.

De esta expresión se forma una expresión de segundo grado de la que se puede obtener el valor de S0.2. En la presente figura se puede calcular los valores de C1 y B. Regresar al Índice

221

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Taylor supone una distribución lineal de espesores desde el radio 0.2R hasta el extremo de la pala. Consideración menos favorable. 0.0035 × 𝐷 ≤ 𝑆0.1𝑅 ≤ 0.004 × 𝐷  Fórmulas de Romson: Romson supone una distribución de espesores no lineal, por lo que calcula el mismo espesor en las secciones a 0.2R, 0.6R y en el extremo. 𝜎= σ ε Ca Cb D Z N S l A C

𝜀 × (𝑆𝐻𝑃) 𝐶𝑎 × (𝐶𝑏 + 𝛿 × 𝑛0 ) 𝐷 2 × 𝑛2 × + × [𝐴 × 𝐶 − 0.58] 𝑍 × 𝑁 × 0.085 𝑆2 × 𝑙 104 : Tensión unitaria en libras/pulgada2. : Función del ángulo de lanzamiento. : Están de H/D. : Constante x H/D. : Diámetro de la hélice en m. : Número de palas. : RPM. : Espesor de la sección cm. : Longitud de la sección cm. : Función de D/S y del ángulo de lanzamiento. : Función de H/D.

Para determinar el valor de las constantes ε, Ca, Cb, A y C se usa la siguiente gráfica:

Regresar al Índice

222

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 Fórmulas del American Bureau of Shipping (A.B.S): Fórmulas teórico-empíricas realizadas por Schoenherr. El valor mínimo de la sección a 0.25R. 𝐴 × 𝐻 0.5 1.72 × 𝐶 × 𝐾 𝑆0.25𝑅 = 915 × ( ) + 𝐵×𝑅×𝑁 𝐵 𝐴 = 1.0 +

6.0 + 4.3 × 𝐻0.25 𝐻0.7

𝐵 = (1 + 1.5 × 𝐻0.25 ) × (𝑤 × 𝑓 − 𝐶) 𝐶= S0.25R H R N H0.7 y H0.25 W D K f,w a 223

4300 × 𝑤 × 𝑎 𝑅 2 𝐷 3 ×( ) ×( ) 𝑁 100 20

: Espesor en la sección a 0.25R en mm. : SHP. : RPM. : N° palas. : relaciones paso-diámetro en esos radios. : Longitud de la pala en 0.25R en mm. : Diámetro de la hélice. : Lanzamiento de la pala en mm/m. : Constantes del material. : Relación área-disco. (AE/AO) MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Bronce – manganeso Bronce – níquel – manganeso Bronce – níquel – aluminio Bronce – níquel – aluminio – manganeso Hierro fundido

f 2.10 2.25 2.62 2.62 0.77

UNI - FIM

w 8.3 8.0 7.5 7.5 7.2

Tener en cuenta que el espesor de la hélice debe tener espesores mayores para prevenir choques. Las sociedades clasificadoras poseen fórmulas y reglamentos concernientes. 4.9.4. MATERIALES USADOS EN LA FABRICACIÓN DE HÉLICES La búsqueda de materiales para el mejor diseño de una hélice ha traído consigo obtener propulsores más ligeros, secciones más delgas, superficies más lisas y alta resistencia a la corrosión y erosión. Las hélices de bronces especiales poseen mayor tenacidad y resistentes a la erosión, mientras que las de hierro fundido son más baratas, pesadas pero no se afectan mucho al golpearse contra objetos.

Hierro fundido Acero fundido Acero inoxidable Bronce – Mn Bronce – Ni – Al (Nikalium) Cu – Ni – Al (Cunial) Cu – Mn – Al – Ni (Novostone)

Densidad 7.6 7.9 7.9 8.2 7.6 7.65

σ admisible (Kg/cm2) 200 400 450 450 590 525

Resistencia a la corrosión Mala Regular Muy buena Buena Muy buena Muy buena

7.5

630

Muy buena

Regresar al Índice

224

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

5. CONCLUSIONES  De los métodos utilizados para determinar la relación área-disco necesaria para que no aparezca cavitación, si existiese una estela muy irregular, se tendría que utilizar un método de evaluación más exhaustivo por teoría de circulación en cada una de las secciones de la pala.  Para calcular la potencia BHP del motor hay que aproximar un valor aproximado asumiendo una eficiencia n0 aproximada con el mayor valor posible.  Debido a que los valores no son exactos para las relaciones área-disco, es necesario interpolar entre las diferentes curvas.  Al disminuir el número de palas disminuye la eficiencia, por lo que redujimos también el diámetro para compensarlo.  La utilización de las mallas en las pruebas de las hélices de los modelos ayuda a simular el efecto de la estela efectiva.  Las series sistemática son de gran ayuda para evaluar las condiciones de las hélices.  Las fórmulas de aproximación como la de Keller son necesarias para poder determinar las relaciones aproximadas de área-disco.  Por no tenerse el ensayo de un modelo se tuvo que asumir una potencia EHP y velocidad del buque, en función de buques semejantes.  Al conocer el paso y dimensiones de la hélice se puede clasificar a esta para alta velocidad, alta eficiencia o alta potencia transmitida.  Sin los parámetros del rating y condiciones de trabajo del buque no sería posible hallar un sistema propulsor único y específico.  A más RPM se le dé al buque menor potencia desarrollará este, para mantener la fuerza aplicada en el caso de los remolcadores, se aumenta el número de palas, de forma que la relación área-disco aumente y se sostenga un potencia elevada a bajas RPM.

225

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

6. RECOMENDACIONES  Se recomienda hacer uso de guías oficiales de motores y consultar a profesionales con experiencia en el ámbito.  Se recomienda construir las palas con secciones circulares en los extremos, que es una zona de mayor facilidad de cavitación y de perfil ala de avión en el cuerpo.  Respecto al elección del número de palas, se recomienda menor número y mayor diámetro para obtener una mejor eficiencia, si es una sola hélice escoger una hélice de 4 palas a más.  Se recomienda el uso de manuales y videos tutoriales para poder determinar el motor, reductor y propulsor adecuado para un determinado tipo de embarcación.  Para determinar los valores de las eficiencias y grados de avance exactos se recomienda hacer uso de las interpolaciones entre curvas, de lo contrario las eficiencias arrojadas no serán las reales, esto puede producir una sobrecarga o aligeramiento de la hélice haciendo peligrosa la proximidad a la cavitación.  Siendo la cavitación un efecto extremadamente perjudicial en una hélice, se recomienda hacer uso de materiales anticorrosivos, para evitar la acumulación de burbujas en zonas erosionadas o dañadas.  Se recomienda tener presenta las características que se poseen del buque y de la hélice para proyectar la más adecuada según los métodos descritos. Así mismo verificar que los pasos sean correctamente realizados.

226

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T07 - CURVAS DE PERFORMANCE DE LA HÉLICE

227

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. CANALES DE EXPERIENCIA HIDRODINÁMICA Un canal donde se realizan pruebas hidrodinámicas, con el fin de diseñar un buque nuevo, o de refinar el diseño de este para mejorar su funcionamiento en el mar. En general, los centros de experimentación con modelos de embarcaciones, extienden sus actividades desde el campo de la investigación pura y aplicada, hasta la realización de trabajos para astilleros, armadores, etc. Su dimensión varía desde los pequeños canales de experiencias, en el seno de instituciones universitarias, hasta el gran complejo de experimentación que ofrece sus servicios a la industria de la construcción naval, explotación de recursos marinos, etc. Las instalaciones experimentales básicas en uno de estos centros de tamaño medio, son: • Canal de aguas tranquilas para ensayos de remolque y autopropulsión. • Canal con dispositivos generadores de olas. • Túnel de cavitación. • Canal de maniobrabilidad. Como alternativa al canal de remolque, en algunos centros se dispone de un canal de agua circulante. Algunos de los más importantes canales de experiencias son el Canal de Experiencias de David Taylor en los Estados Unidos; el MARIN en Wageningen, Holanda; el INSEAN en Roma; el HSVA en Hamburgo, Alemania; el "Canal de ensayos de Carenas" en Val de Reuil, Francia; y CEHIPAR en Madrid, España .

1.1.

CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DEL PARDO

El gran centro de experimentación hidrodinámica dentro del estado español en el CEHIPAR o Canal de Experiencias Hidrodinámicas del Pardo creado en 1928 por la Armada Española. El CEHIPAR es un centro público de investigación, desarrollo tecnológico y asistencia técnica de alto nivel, configurado administrativamente como Organismo Autónomo del Estado y adscrito al Ministerio de Defensa a través de la Dirección General de Armamento y Material.

Regresar al Índice

228

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

La misión fundamental del CEHIPAR es el estudio, la experimentación y la investigación de los aspectos hidrodinámicos de la construcción naval militar, mercante, pesquera y deportiva. Esta misión está recogida en el Real Decreto de reorganización 451/1995 de 24 de marzo, en el que se definen también sus principales funciones: a. La experimentación con modelos para el estudio y proyecto de buques, equipos y artefactos en sus aspectos hidrodinámicos. b. La investigación y experimentación encaminada al ahorro energético de los buques. c. La certificación de las velocidades previsibles para el buque y otros parámetros o características hidrodinámicas deducidas de los resultados obtenidos en sus pruebas de mar y la homologación de dichas pruebas, así como las de otros sistemas y equipos cuando se requiera. d. El estudio de cuestiones hidrodinámicas que pueden ser de aplicación a otras ramas de la técnica y especialidades científicas. e. La formación de personal técnico especializado, colaborando con universidades y empresas.

229

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Los trabajos que realiza el CEHIPAR contribuyen decisivamente al ahorro y optimización de las condiciones de explotación de los buques así como a incrementar su seguridad, tanto por el ahorro de combustible al optimizar la resistencia al avance y el rendimiento del propulsor, como por las mejoras en sus condiciones de navegabilidad y movimientos y aceleraciones en la mar, incluyendo estudios de seguridad en condiciones extremas. El CEHIPAR ha respondido al continuo incremento de las demandas industriales mediante la construcción de nuevas instalaciones y la continua adaptación de las existentes, todas ellas dotadas con la adecuada instrumentación. Las permanentes actividades en colaboración con Universidades, Centros de Investigación y Organizaciones y Empresas nacionales e internacionales, hacen del CEHIPAR un socio competente en ciencia y servicios para trabajar en las nuevas estrategias del mercado. En la actualidad, los programas de cálculo numérico, unidos a una Base de Datos con más de 24.000 ensayos y un personal con experiencia, permiten efectuar diseños, valoraciones de proyectos y simulaciones con rapidez, flexibilidad y confianza. Se complementan con el adecuado software y hardware de CAD (Computer Aid Design) y CAM (Computer Aid Machine) para diseñar y construir los modelos de buques y propulsores que se utilizan en la experimentación. La experiencia del CEHIPAR durante más de 75 años ha permitido la existencia de una base de datos de ensayos que complementada con el software de simulación y CFD (Computer Fluid Dinamics) más actual, proporciona a nuestros clientes valoraciones cualitativas y rápidas en los inicios de los proyectos. El CEHIPAR también proporciona personal y equipos para la realización de pruebas de mar. Las instalaciones del CEHIPAR se indican en el plano:

1. Canal de aguas tranquilas. 2. Túnel de Cavitación. 3. Laboratorio de dinámica del buque. 4. Talleres.

Regresar al Índice

230

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.2.

UNI - FIM

CANAL DE ENSAYOS HIDRODINÁMICOS DE LA E.T.S.I. NAVALES Y OCEÁNICOS

Situado en las instalaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Navales y Oceánicos de Madrid. Se utiliza además de para la enseñanza de los efectos hidrodinámicos de un buques y el desarrollo de modelos para la diversos proyectos de investigación realizados por la E.T.S.I. Navales.



Canal de aguas tranquilas: Inaugurado en 1967 con unas dimensiones de 56 metros de largo, 3,8 m. de ancho y 2,2 m. de profundidad, posteriormente se aumentó su longitud hasta los 100 m. Fue proyectado por Luis de Mazarredo con el fin de que los estudiantes de ingeniería naval se pusieran en contacto con los métodos de experimentación en hidrodinámica. Además de para labores académicas se usa para los estudios de optimización y estimación de resistencia al avance de buques.



Generador de olas: Existe un generador de olas de tipo pantalla que permite la realización de ensayos en olas. Permite alcanzar olas regulares de hasta 0,2 m. y períodos de olas comprendidos entre 0,5 y 2 segundos. Con estas olas es posible hacer estudios de comportamiento en la mar de buques, sobre todo con mares de popa y de proa.



Carro de arrastre de los modelos: Para poner en movimiento el modelo se dispone de un carro de estructura de acero, que rueda sobre dos líneas de carriles ancladas en los pretiles laterales del "canal". La alineación y nivelación de estos carriles se ha efectuado con gran precisión para evitar alteraciones de la velocidad del carro durante los ensayos. El carro puede alcanzar una velocidad de hasta 4.5 m/s lo que permite efectuar pruebas de buques de velocidades altas.



Talladora de modelos: Se utiliza para construir los modelos para la experimentación propia y los contratados por diferentes instituciones y empresas.



Centro mecanizado de cinco ejes: La función principal es realizar la talla de modelos en plástico, madera o aluminio aunque también sirve para mecanizar cualquier pieza.



Banco de ensayo de tanques estabilizadores pasivos: Se dispone de un sistema ensayador de tanques estabilizadores pasivos, donde se obtienen las características de los modelos de los diferentes tanques, y se define su punto óptimo de funcionamiento.



Red de ordenadores: Se dispone de una red de 16 PC's de última generación con la que se realizan los cálculos CFD y de comportamiento en la mar y el análisis de las diferentes medidas experimentales.

231

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.3.

UNI - FIM

CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE HAMBURGO (HAMBURGISCHE SCHIFFBAU-VERSUCHSANSTALT – HSVA)

Desde hace más de nueve décadas, el privado e independiente canal de experiencias de Hamburgo (HSVA) ha estado al frente de los estudios hidrodinámicos. El HSVA fue fundado en 1913 como la más grande instalación de esta clase. En 1929 se creó un canal de 320 m. de longitud con un carro de remolque de 20m/s para pruebas con aeronaves. En 1932 el director Dr. Kempf inició una conferencia sobre "Problemas hidrodinámicos de propulsión del barco" que más tarde se convirtió en la conferencia internacional de canales (ITTC).

Desde 1939 a 1943 se creó un gran túnel de cavitación con una sección de 2.4x1.2m. En 1942 el HSVA aumentó su gran extensión con un canal de 450m de longitud con un carro de remolque de 100 Tns. y una potencia de 2000 hp. Sus instalaciones constan de: • Un gran canal de remolque:

Regresar al Índice

232

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

• Un canal de hielo:

• Túnel de cavitación de circuito cerrado:

• Dos túneles de cavitación de media y alta velocidad:

• Un canal que reproduce el clima ártico:

233

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

• Un canal de remolque pequeño:

1.4.

CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE ROMA (ISTITUTO NAZIONALE PER STUDI ED ESPERIENZE DI ARCHITETTURA NAVALE VASCA NAVALE – INSEAN)

El instituto nacional para el estudio de experiencias de construcción naval tiene competencia científica en el campo de la hidrodinámica naval y marítima. Es una personalidad jurídica de derecho público con autonomía científica bajo la vigilancia del Ministerio de Defensa y el Ministerio de transporte. El INSEAN está instalado en el Laboratorio de la Universidad de la Ricera y dispone de las siguientes instalaciones:



El canal rectilíneo N°1 (longitud: 470 m; manga: 13,5 m; profundidad: 6,5 m).



El canal rectilíneo N°2 (longitud: 220 m; manga: 9 m; profundidad: 3,5 m) dotado de generador de olas.



Canal de circulación del tipo de superficie libre y despresurizadle (longitud: 10m; manga: 3,6 m; altura máxima del agua: 2,2 m).



Canal Hidráulico. 234

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.5.

UNI - FIM

CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE FRANCIA “VAL DE REUIL”

El canal de ensayos con carenas de Val de Reuil es uno de los canales de experiencias hidrodinámicas con más antigüedad. Su construcción data del 7 de julio del 1906 y su ingeniería es debida a Emile Bertin, general marítimo jefe de la sección técnica de construcción naval. Denominado inicialmente “Canal de experiencias de la marina”, en la actualidad "Canal de ensayos de carenas" y situado en terrenos del bulevar Víctor, en la ciudad de París.

De 1906 a 1975, todas las instalaciones de ensayos construidas son:       

1.6.

El actual canal de remolque N°1, construido en 1906 de 160 m. El canal giratorio puesto en servicio en 1942. El canal de remolque N°2, construido en 1950, se le equipa en 1970 con un generador de olas irregulares. El canal de remolque N°3 fue construido en 1965 y dotado de un generador de olas irregulares en 1973. Dos túneles de cavitación, inaugurados en 1988. Tanque Roger Brard utilizado para el estudio hidrodinámico de submarinos y aeronaves. Generador de olas B600 con una longitud de 545 m.

CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE EEUU “MODELO DE DAVID TAYLOR”

El canal modelo de David Taylor es uno de los canales de experiencias más grandes del mundo. Actualmente pertenece a la división de Carderock que es el centro de la marina de guerra de la excelencia para los buques y los sistemas del buque. Las localizaciones primarias de la división son sus jefaturas en Bethesda del oeste, Maryland y la estación de la ingeniería de sistemas del buque en Philadelphia, Pennsylvania. Los elementos 235

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

dominantes en su éxito tecnológico son la anchura y la profundidad de sus capacidades y la maestría de sus científicos e ingenieros. David Watson Taylor diseñó y supervisó la construcción en 1896 del canal experimental de la yarda de marina de guerra de Washington (EMB). El canal que lleva su nombre fue construido en 1939 en Bethesda, Maryland. El edificio del canal de David Taylor es 3200 pies de largo y contiene tres instalaciones independientes únicas .para pruebas de canal de remolque: el canal bajo el agua, el canal profundo, y el canal de alta velocidad. El canal bajo el agua abarca tres secciones colindantes: aguas profundas, poco calado, y un canal usado para las maniobras del manejo. Su carro de remolque puede proporcionar aceleraciones de 18 nudos. El canal profundo tiene un generador de olas situado en un extremo, y una playa absorbente de la onda en el otro. Esta capacidad permite modelar los estados del mar regulares o irregulares. Se establece detrás de una sección móvil de la playa un muelle seco de la guarnición hacia fuera. Su carro de remolque puede proporcionar aceleraciones de 20 nudos. El canal de alta velocidad abarca dos secciones colindantes: una sección profunda y una sección de poco calado. Hay tres ventanas de visión subacuáticas grandes en diversas elevaciones que se fijan en la pared a mitad de la longitud. Los carros de remolque de alta velocidad pueden proporcionar movimientos complejos para el modelo con aceleraciones de 50 nudos. Estos canales de remolque están entre los más grandes y mejores del mundo. Las calidades del seakeeping y las características de la propulsión de los modelos se determinan en los canales profundos y de alta velocidad con los simuladores de olas que son capaces de producir ondas uniformes o irregulares. Estos tres canales de remolque se utilizan para una variedad de pruebas hidrodinámicas incluyendo: la resistencia, la propulsión, la estabilidad estática en aguas tranquilas, las caracterizaciones abiertas del propulsor del agua, las maniobras automotoras del manejo, las medidas inestables de la fuerza de la lámina del propulsor, las encuestas sobre la estela, las calibraciones del nudo-metro bajo condiciones dinámicas simuladas, los experimentos en planos verticales y horizontales del movimiento, las fuerzas hidrodinámicas en los cuerpos sumergidos, etc. El canal de alta velocidad se utiliza para medir fuerzas hidrodinámicas en los hydrofoils. El nivel del agua en el canal bajo el agua se puede variar para simular los ríos, los canales, y los canales restringidos. Los carros del remolque funcionan a lo largo de los carriles que siguen la curvatura de la superficie de la tierra. Los carros del remolque son accionados por los sistemas de impulsión eléctricos o electrohidráulicos, cada uno se equipa de las fuentes de alimentación del motor, los sistemas de adquisición de datos de la minicomputadora, las luces fotográficas, empuje y esfuerzo de torsión. Los sistemas de comunicación de la microonda han estado instalados recientemente en cada uno de los carros de remolque para proporcionar una capacidad que transmite datos digitales en tiempo real, voz, y las señales video entre la orilla y los carros durante funcionamientos de prueba.

236

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.7.

UNI - FIM

CANAL DE EXPERIENCIAS HIDRODINÁMICAS DE HOLANDA (MARITIME RESEARCH INSTITUTE NETHERLANDS - MARIN)

El Instituto Marítimo de los Países Bajos fue fundado en 1929 como el canal de experiencias de público para investigaciones estatales y de la industria. El trabajo comenzó en 1932, completando la construcción del canal de remolque de aguas profundas más tarde. Para cooperar con el incremento de la demanda de la industria, el canal de experiencias, MARIN, trabaja para proporcionar a los puertos buenas instalaciones, seakeeping y maniobra, incluyendo el efecto de aguas poco profundas, cavitación, vibración, ruido, etc. Se realizaron una serie de pruebas que mostraron el éxito de la construcción (canal de aguas profundas 1951, canal de aguas poco profundas 1958, canal de alta velocidad 1965, canal presurizado 1972, Túnel de cavitación 1979). Un nuevo canal de seakeeping y maniobra se creó durante el 1999. El canal presurizado se completó en el 2001.

MARIN comenzó a involucrarse en proyectos de instalaciones en el mar desde 1960. Un canal de olas y corriente fue construido en 1973, .el cual fue reemplazado por un canal de nuevas instalaciones en el mar en el 2000. Para servir a la industria, MARIN ofrece una completa variedad de instalaciones, incluyendo seis canales dedicados a las pruebas con modelos, sistemas de medida del avance, dos simuladores del puente de un barco y un simulador de tráfico marítimo. MARIN ha construido recientemente un canal de seakeeping y maniobra y otro de instalaciones en el mar, también ha mejorado el canal despresurizado. Las instalaciones son las siguientes: • • • • • • • • •

Canal de aguas poco profundas. Túnel de cavitación. Canal de alta velocidad. Canal de aguas profundas. Canal presurizado. Canal de instalaciones en el mar. Canal de seakeeping y maniobra. Simuladores de puente. Simulador de tráfico marítimo.

Regresar al Índice

237

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2. FÓRMULAS DE DIVERSAS POTENCIAS 2.1. POTENCIA INDICADA (IHP) Viene a ser la potencia generada por las cámaras de combustión, esta potencia no es utilizada directamente. 𝐼𝐻𝑃 = Pmi N N N

𝑃𝑚𝑖 × 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑎𝑑𝑎 × 𝑁 76

: Potencia media indicada. : Número de emboladas por segundo. : Zxn/60 (para máquinas de 2 tiempos). : RPM.

2.2. POTENCIA DE FRENO (BHP) Potencia medida a la salida del motor, se mide en BHP. 𝐵𝐻𝑃 =

2×𝜋×𝑄×𝑁 76

𝐵𝐻𝑃 = 𝐼𝐻𝑃 × 𝑛𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑜 Q N nmecánico

: Par medido en el freno. : RPM. :Eficiencia mecánica de la máquina. Esta eficiencia incluye las pérdidas ocasionadas por los rozamientos internos de los cilindros, bielas y cigüeñal.

𝐵𝐻𝑃 = 𝑛𝑝 ∗ 𝐸𝐻𝑃 = 𝑛𝑝 ∗ 𝑅 ∗ 𝑉 V R Np

= velocidad del proyecto. = resistencia al avance para esa velocidad. = rendimiento propulsivo.

2.3. POTENCIA AL EJE (SHP) Potencia medida a la entrada de la línea del eje en la bocina. 𝑆𝐻𝑃 = 𝐵𝐻𝑃 × 𝑛𝑘 nk: Rendimiento mecánico del reductor, incluye las pérdidas en las chumaceras, apoyos y engranajes. 238

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2.4. POTENCIA DE ENTREGA A LA HÉLICE (DHP) Potencia recibida directamente por la hélice. No es medible, pues sería necesario instalarse un torsiómetro en el exterior de un buque. 𝐷𝐻𝑃 = 2 × 𝜋 × 𝑄 × 𝑁 Q: Par medido en el freno. N: RPM. 𝐷𝐻𝑃 = 𝑆𝐻𝑃 × 𝑛𝑀𝐵 𝐷𝐻𝑃 = 𝐵𝐻𝑃 × 𝑛𝑀 𝑛𝑀𝐵 𝑛𝑀

: Rendimiento mecánico de la bocina. : Rendimiento mecánico de la línea de ejes completa, contando también con la caja reductora.

2.5. POTENCIA DE REMOLQUE O EFECTIVA Debido a que cada máquina viene tarada de forma diferente, los rendimientos varían en forma considerable, es por esto que se ha visto conveniente referirse al rendimiento propulsivo como (nP) rendimiento “cuasi-propulsivo” (nD), el mismo que solo tiene en cuenta elementos hidrodinámicos. 𝐸𝐻𝑃 = 𝑛𝐷 × 𝐷𝐻𝑃 𝑛𝑃 = 𝑛𝐷 × 𝑛𝑀 𝑛𝑀𝐵 : Rendimiento mecánico total, incluyendo la línea de ejes total, bocina y la caja reductora. 𝐸𝐻𝑃 = 𝑛𝑃 × 𝐵𝐻𝑃 𝐵𝐻𝑃 =

𝐸𝐻𝑃 𝑛ℎ∗ 𝑛𝑜∗ 𝑛𝑟𝑟∗ 𝑛𝑚

𝑛𝑚 = rendimiento mecánico de la línea de ejes. 𝑛𝑜∗ = rendimiento de la hélice. 𝑛𝑟𝑟 = rendimiento rotativo relativo. 𝑛ℎ =rendimiento del casco.

239

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3. EMBARCACIÓN PESQUERA A ESTUDIAR La embarcación seleccionada, es una embarcación pesquera “E/P MODESTO 6”, perteneciente a la Pesquera NIROCI S.A.C con permiso de pesca R.D N°286-2004PRODUCE/DNEPP, dicha embarcación está dedicada a la extracción de anchoveta, destinada a la elaboración de aceite crudo de pescado para consumo humano, la cual opera en la bahía de Chimbote (Ancash-Perú). Las dimensiones de la embarcación pesquera son: Eslora total Manga moldeada Puntal moldeado

: 39, 50 m : 7, 60m : 3, 90m

Antes de seleccionar las características del motor marino (en BHP@RPM) junto a su caja marina reductora, vamos a determinar el factor de carga promedio del buque en operación. En la siguiente tabla mostraré los tiempos que desempeña el buque pesquero analizado y el factor de carga usado para cada período de operación. Período. Partida al fondeadero. Búsqueda del cardumen. Faena de pesca. Regreso al muelle. Descarga de bodega.

Tiempo (horas). 9 2 2 11 3

Factor de carga (%) 90 20 50 100 10

En este caso, tenemos un tiempo total de 27 horas de desempeño del buque de pesca, ya que se trata de un buque pesquero relativamente grande en tamaño y dimensiones. Hallando el factor de carga promedio del motor marino: F .C. 

(90).(9)  (20).(2)  (50).(2)  (100).(11)  (10).(3)  77.037% 27

Por lo tanto, tenemos un factor de carga promedio de: F.C. = 77,037%. Luego, de la Guía de Selección de Motores Marinos Caterpillar (Marine Engine Selection Guide 2013 pag 11.), determinamos con el factor de carga promedio, el rating del motor, que está en el rango del “rating B”. 240

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4. CURVAS DE DEMANDA DE POTENCIA ASUMIDA 4.1.

241

MOTOR VOLVO PENTA D6-330/DP

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

4.2.

242

UNI - FIM

MOTOR SCANIA DI09 070M

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

4.3.

243

UNI - FIM

MOTOR R6-730 Y R6-800

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

4.4.

UNI - FIM

MOTOR CUMMINS QSM11-610HO RECREACIONAL

Regresar al Índice

244

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

245

UNI - FIM

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

5. CURVAS PARA LAS HÉLICES WAGENINGEN “SERIE B” Algunas series de modelos de propulsores con variaciones sistemáticas de relaciones de área de pala y de paso, se han ensayado en varios centros de investigación. La más conocida y ampliamente usada es la serie sistemática desarrollada por MARIN (Maritime Research Institute Netherlands) en la ciudad holandesa de Wageningen. La serie sistemática de Wageningen comprende un gran número de modelos de paso fijo, con un rango de numero de palas de 2 a 7, con relaciones de área de pala AE/A0 (efectiva/disco) desde 0.300 a 1.050 y con rangos de relaciones de paso P/D de 0.6 a 1.4; con lo que se cubre prácticamente todos los diseños de hélices.

5.1. CURVAS PARA 2 PALAS, P/D = 0.5, To =1.4 , AE/A0 = <0.3 – 1.05>

Regresar al Índice

246

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

247

UNI - FIM

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

5.2. CURVAS PARA 3 PALAS, P/D = 0.5, To =1.4 , AE/A0 = <0.3 – 1.05>

Regresar al Índice

248

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

5.3. CURVAS PARA 4 PALAS, P/D = 0.5, To =1.4 , AE/A0 = <0.3 – 1.05>

6. RECOMENDACIONES  Debemos haber concluido o estar llevando el curso de Resistencia al Avance y Propulsión para entender mejor esta parte, pues el sistema propulsor es la herramienta de movimiento del buque.  Tenemos que contar con un catálogo de selección de motores, para una adecuada selección del mismo.

7. CONCLUSIONES  En el mundo existen muchos Canales de Experiencia Hidrodinámica, de los cuales no todos poseen la tecnología necesaria para hacer diversos estudios hidrodinámicos en varias condiciones tales como climatológicas o diversos tipos de embarcaciones.  La elección del motor debe ser bien analizada pues hay muchos factores al elegirlo, como el rating, cilindros, revoluciones, que dependen a que campo y condiciones queremos operar el motor.  Es necesario evaluar y considerar las condiciones en la que se desarrolla el desplazamiento del buque para elegir las hélices adecuadas.

249

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T08 - SELECCIÓN DEL MOTOR MARINO Y SISTEMA DE PROPULSIÓN

250

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN En este presente trabajo veremos los métodos posibles para hacer el cálculo de la potencia. También haremos la selección del motor, caja y hélice para una embarcación pesquera “E/P Mar Negro”; cambiando la embarcación descrita en el trabajo anterior por motivos que no se logró conseguir el plano de forma, ni información sustentable sobre la operación de dicha embarcación.

251

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. DATOS OBTENIDOS PARA EL BUQUE La embarcación pesquera “E/P Mar Negro”, posee un modelo a escala en el LNH (Laboratorio Nacional de Hidráulica), el cual por motivos académicos, tuvo una prueba de remolque ciclos atrás para el curso de Laboratorio de Hidrodinámica Naval (MV437), a cargo del Ing. Jorge Ramírez. Dichos datos se muestran a continuación, para con ellos empezar a trabajar para el desarrollo de este trabajo:

Datos del buque sin bulbo. Densidad (Kg.s2/m4) 101,87 Superficie mojada (m2) 522,38 Viscosidad cinemática 0,000001188 Eslora del buque (m) 45,18 Condición a plena carga (del buque) Vb (m/s) 4,68 5,25 5,90 6,09 6,64 6,85

V (nudos) 9,09 10,20 11,47 11,84 12,91 13,32

Rb (Kg)

Rb (g)

Re (buque)

Ctb

Cfb

Crb

2786,681 3905,951 6011,946 6498,725 10139,609 11882,617

2786680,8 3905950,8 6011946,5 6498725,4 10139609,3 11882616,9

177864678,8 199516004,1 224363778,1 231653997,0 252574842,5 260650322,1

0,0048 0,0053 0,0065 0,0066 0,0086 0,0095

0,00192 0,00189 0,00186 0,00185 0,00183 0,00182

0,002468 0,003044 0,004232 0,004331 0,006410 0,007285

Donde: Rb = Es la resistencia total del buque. Cfb = Coeficiente friccional del Re = Es el número de Reynolds del buque. buque. Ctb = Coeficiente total de resistencia del Crb = Coeficiente residual del buque. Vb = Velocidad del buque. buque.

Para calcular los valores de las tablas se usaron las siguientes formulaciones:

Para el número de Reynolds:

Re 

V .LPP



Dónde: V es la velocidad del buque (en m/s), LPP es la eslora entre perpendiculares del buque (en m), γ es la viscosidad cinemática del medio fluido en donde está el buque.

Para el coeficiente total del modelo:

Ctb 

2.Rtb .V 2 .S

Dónde: Rtb es la resistencia total del buque (en Kg), ρ es la densidad del medio fluido (en Kg.s2/m4), V es la velocidad del buque (en m/s) y S es la superficie mojada del buque (en m2). Regresar al Índice

252

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Para el coeficiente friccional del buque (según ITTC-57):

Cfb 

UNI - FIM

0.075 log(Re)  2

Para hallar el coeficiente residual del buque (Crb) se iguala con el coeficiente residual del modelo (Crm) según la ley de semejanza de Froude.

1.1.

CÁLCULO DE LA POTENCIA EFECTIVA (EHP)

Para calcula esta potencia nos basamos en la ecuación:

EHP 

R.V 75

Dónde: EHP es la potencia efectiva (en HP), R es la resistencia total del buque (en Kg) y V es la velocidad del buque (en m/s). De los valores obtenidos anteriormente, procedemos a mostrar los valores de EHP: Vb (m/s) 4,68 5,25 5,90 6,09 6,64 6,85

V (nudos) 9,09 10,20 11,47 11,84 12,91 13,32

Rb (Kg) 2786,681 3905,951 6011,946 6498,725 10139,609 11882,617

EHP 171,45 269,57 466,59 520,76 885,89 1071,37

PE (Kw) 127,85 201,02 347,94 388,34 660,62 798,93

Luego se grafica la curva de EHP versus la velocidad (en nudos):

En esta curva de potencia, voy a determinar la potencia EHP requerida para que el buque se desplace a 12 nudos (a plena carga), ya que es la velocidad máxima en la que un buque pesquero de cerco (como el E/P Mar Negro) puede transportar las bodegas llenas. Para esta parte, voy a interpolar valores de EHP en el intervalo de velocidades de [11,84-12,91] nudos, ya que la tendencia de la curva en dicho rango es 253

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

aproximadamente lineal. Entonces, la potencia EHP para una velocidad de 12 nudos será:

EHP  520,76 12  11,84  885,89  520,76 12,91  11,84



EHP  575,36HP

Del resultado anterior, obtenemos que: EHP = 575,36 HP con V = 12 nudos = 6,168 m/s

1.2.

DETERMINACIÓN DEL THP

Para esta parte, debemos tener claro que el rendimiento propulsivo es:

D 

EHP EHP THP SHP R.V T .Va 2 .n.Q  . .  . .   H . O . M BHP THP SHP BHP T .Va 2 .n.Q BHP

De la ecuación de arriba, tenemos que la eficiencia del casco ( H ) es:

H 

EHP R.V 1     THP T .Va 1  w

Dónde: w es el coeficiente de estela y t es el coeficiente de succión. Para los valores del coeficiente de estela y de succión, vamos a usar los valores dados por el almirante Taylor (para una sola hélice):

w  0,5 * Cb  0,05

Para el coeficiente de estela:

El coeficiente de bloque del buque es de 0,604 resultando el valor w = 0,252. Nos damos cuenta que el valor hallado de w está en el rango de 0,20 a 0,50.

Para el coeficiente de succión:

  k *w

Asumiré un valor de k = 0,6 ya que es un valor genérico según el libro de Introducción a la propulsión de buques, del Dr. Antonio Baquero (Página 50). Además este valor está comprendido en el rango de k = [0,5 - 0,7], para buques equipados con timones de doble plancha finos y currentiformes. Luego, como tenemos w = 0,252 y k = 0,6, hallamos t = (0,6)*(0,252)  t = 0,1512 Notar que el valor de t debe salir menor que w, para que el sistema propulsivo sea el óptimo. Hallamos de esta forma la velocidad Va de la ecuación del coeficiente de estela:

w

254

V  Va V



0,252 

6,168  Va 6,168



Va  4,6136 m / s

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Luego, hallamos el rendimiento aproximado del casco:

H 

1 1  0,1512   1,135 1  w 1  0,252

THP 

Por tanto, el THP resulta:

EHP

H



575,36  506,925 1,135



THP  506,925 HP

1.3.

DETERMINACIÓN DEL SHP

Para esta parte vamos a hacer uso de las curvas de hélices de la serie B de Wageningen. Una hélice se especifica de la siguiente forma: (DAR)

(nº de palas) x (diámetro) x (paso)

Donde DAR es la relación del área de las palas con el área del disco de la hélice (AE/AD). De las diversas curvas de Wageningen para hélices (de la Serie B) proporcionadas en clase, voy a tomar las curvas de tres palas, con un coeficiente DAR de 0,50, según la siguiente información: Número de palas Relación (DAR)

2 0,30 0,38

3 0,35 0,50 0,65 0,80

Relación (Paso/diámetro)

0,5 a 1,4

0,5 a 1,4

4 0,40 0,55 0,70 0,85 1,00 0,6 a 1,4

5 0,45 0,60 0,75 1,05

6 0,50 0,65 0,80

7 0,55 0,70 0,85

0,5 a 1,4

0,6 a 1,4

0,6 a 1,4

Regresar al Índice

255

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

A continuación mostraré la familia de curvas que escogí:

Figura. Curvas de Wageningen (Serie B) para tres palas (nº palas = 3) y relación de áreas (DAR = 0,50). Luego de determinar la familia de curvas, los parámetros de diámetro de la hélice y el número de revoluciones del eje de la hélice (después de pasar por la reductora marina), los determinaremos luego de haber seleccionado nuestra caja marina. Escogeré un valor de relación de P/D = 0,70 (común en buques de pesca). Para obtener una eficiencia de la hélice en el rango de 60 a 65% (como se pidió en clases), en la familia de curvas ubico la curva de P/D = 0,70, y con el intervalo de eficiencia que quiero obtener (en este caso, mi eficiencia quiero que sea de 0,625, como valor promedio), obtengo un valor específico del grado de avance J. Para realizar el procedimiento anterior, tuve que verificar los valores de J en el rango de eficiencias que se mencionó en clases: ηO 0,6 0,61 0,625 0,63 0,64

256

P/D 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

J (mayor) 0,680 0,675 0,656 0,635 0,600

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura. Muestra del valor hallado de J con una eficiencia de 0,625. Nota: Para cada valor de eficiencia, hay dos valores de J (uno menor que el otro), es por eso que tome el valor mayor ya que los menores valores de J me traen consigo una mayor velocidad en el hélice (que es perjudicial) o un valor mayor del diámetro de la hélice (que no es conveniente en el diseño). Según el grafico de arriba, se obtiene el valor de eficiencia de ηO = 0,625. De esta forma, el SHP nos resulta:

SHP 

THP 506,925   811,08 O 0,625



SHP  811,08 HP

1.4.

DETERMINACIÓN DEL BHP Y RPM DEL MOTOR

En la obtención del BHP (potencia al freno del motor), vamos a considerar que la eficiencia mecánica (ηM) sea de 0,94, ya que es un valor medio de eficiencia en las cajas marinas convencionales, y que posteriormente se va a seleccionar, según tabla de eficiencias mecánicas que se muestra a continuación: Reducción NO

SI

257

Potencia instalada (en BHP) P < 1000 1000 < P < 10000 P > 10000 P < 1000 1000 < P < 10000 P > 10000

ηM 0,97 0,98 0,985 a 0,99 0,93 a 0,94 0,94 < ηM < 0,96 0,96 a 0,97 MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Por lo tanto, el BHP calculado será: BHP 

UNI - FIM

SHP 811,08   862,851  M 0,94

BHP  862,851 HP

Este valor de BHP lo usaremos para dar inicio a nuestra selección del motor, teniendo en cuenta las RPM que me van a resultar en la búsqueda y el rating usado del motor.

Figura. Muestra del Manual de Selección de Motores Caterpillar.

1.5.

DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE CARGAS Y EL RATING DEL MOTOR

Antes de seleccionar las características del motor marino (en BHP@RPM) junto a su caja marina reductora, vamos a determinar el factor de cargas promedio del buque en operación. En la siguiente tabla mostraré los tiempos que desempeña el buque pesquero analizado y el factor de carga usado para cada período de operación. Período. Partida al fondeadero. Búsqueda del cardumen. Faena de pesca. Regreso al muelle. Descarga de bodega. 258

Tiempo (horas). 9 2 2 11 3

Factor de carga (%) 90 20 50 100 10 MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

En este caso, tenemos un tiempo total de 27 horas de desempeño del buque de pesca, ya que se trata de un buque pesquero relativamente grande en tamaño y dimensiones. Ahora mostramos el diagrama de carga del motor marino que va a ser seleccionado:

Figura. Diagrama de cargas para el motor marino seleccionado. Hallando el factor de carga promedio del motor marino:

F .C. 

(90).(9)  (20).(2)  (50).(2)  (100).(11)  (10).(3)  77.037% 27

Por lo tanto, tenemos un factor de carga promedio de: F.C. = 77,037% Luego, del Manual de Motores Marinos (CAT-Mak), determinamos con el factor de cargas promedio, el rating del motor, que es de rating B, ya que el factor hallado está en el rango de 40 a 80% y el tiempo usual a plena carga es de 10 horas, cumpliendo en parte con el diagrama de cargas hecho en la parte de arriba.

2. SELECCIÓN DEL MOTOR MARINO A partir del valor de BHP hallado, voy a seleccionar el motor marino que posea un valor de BHP mayor al calculado anteriormente, teniendo en cuenta que el motor es de rating B. Buscando en el catálogo de Caterpillar, seleccionamos el siguiente motor: Modelo (motor) CAT 3508

BHP (motor) 905

RPM (motor) 1600

Rating “B”

Yendo a la página 29 de dicho manual para escoger el motor marino de modelo 3508, escogiendo el de 905 BHP@1600 RPM, con turbo-alimentación y cilindros de sistema de agua en las camisas (jackets water o JW). 259

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

El BHP elegido es mucho mayor que el obtenido por cálculos, ya que se desea tener reserva de potencia para los desgastes que se puedan presentar en la operación del motor diésel y además que en los catálogos no encontré valores de BHP más próximos al calculado.

3. SELECCIÓN DE LA CAJA MARINA Para la selección de la caja reductora marina, vamos a considerar el valor de BHP@RPM del motor ya seleccionado en el apartado anterior: BHP (motor) 905

RPM (motor) 1600

Rating “B”

Con estos valores, vamos al catálogo de la empresa TWIN DISC, en el rubro de Medium Duty (que es equivalente al Rating B). Regresar al Índice

260

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura. Selección de la caja marina en base a los parámetros obtenidos.

261

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Con respecto a la selección, nuestra caja marina posee las siguientes características:

Model

Assembly

MG-540

X-9882-C

C in (mm) 8,08 (205)

S in (mm) 13,45 (342)

F in (mm) 36,47 (926)

L in (mm) 16,00 (406)

R in (mm) 16,00 (406)

A (º) ---

W (peso) lb (kg) 4450 (2019)

Regresar al Índice

262

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

De la caja marina seleccionada, el valor de la reducción de velocidades es de 3.91:1. Al calcular las revoluciones por segundo (rps) de la hélice, a partir de las RPM del motor: rps (hélice) = (1600)*(1/3.91)*(1/60) = 6.82 rps. Luego, como ya teníamos el valor del grado de avance de la hélice (en el cálculo del SHP), obtenemos el valor del diámetro de nuestra hélice: J 

Va  n.D

0,656 

4,6136  D  1,05 m  41,34 pu lg adas (6,82).(D)

Al tener el diámetro de la hélice, podemos calcular el paso de la hélice (ya que P/D = 0,7) P  (0,7) * (1,05 m)  0,735 m  28,94 pu lg adas

Por lo tanto, la denominación de nuestra hélice será: Numero de palas 3

Diámetro (pulgadas) 41,34

Paso (pulgadas) 28,94

DAR o EAR 0,50

Figura. Esquema de la instalación de la hélice junto a sus especificaciones.

263

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

4. DIMENSIONES DEL SISTEMA PROPULSIVO Al tener ya definida las dimensiones de la hélice, voy a desarrollar el diseño del conjunto del sistema propulsivo del buque, en base a la norma de la Lloyd’s Register of Shipping:

Primero, vamos a calcular el valor de K:

L  2.56 * C B * P   K   0.1   0.3   2 3050  L  

Donde L es la eslora total del buque (en m), CB es el coeficiente de bloque y P es la potencia del motor (en kW). Como el BHP del motor = 905, vamos a determinar los siguientes valores: Parámetros Valor

L (m) 45.8

CB 0.604

P (kW) (905)*(0.746) = 675.13

Luego, hallamos el valor de K:  45.8  2.56 * 0.604 * 675.13  K   0.1   0.3   0.0917m  91.7mm  2 3050  (45.8)   Entonces, el valor de K sale 91,7 mm. Al tener este valor, vamos a calcular los huelgos del sistema propulsivo (o sistema de gobierno del buque). Para eso nos vamos a guiar de la gráfica del sistema propulsor mostrado arriba. Parámetros K 1.00*K 0.12*K 1.5*K 0.03*K Valor (mm) 91,7 91,7 11.004 137.55 2.751 264

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Después de calcular los huelgos del sistema propulsivo, los mostramos en el diseño junto a la hélice propulsiva.

Figura. Muestra de la hélice junto a la pala y sus huelgos horizontales y verticales. Algunas aclaraciones sobre el diseño del sistema propulsivo se muestran a continuación:  La hélice debe tener una buena cabida con una inmersión adecuada.  Los huelgos mínimos deben cumplirse entre la hélice, el codaste y el timón.  El diseño del final de las líneas de agua están dadas de tal manera que se minimice la separación y por lo tanto la resistencia, y deben tener un ángulo referencial entre 28º y 30º.  La popa de tipo estampa proporciona una menor resistencia y mayor facilidad constructiva.  Permitir la separación de la estructura de manera que se puedan disponer los elementos de soporte de hélice y timón, servomotor, etc., de forma constructivamente económica.  La hélice ubicada en la parte de popa tiene una gran influencia en el rendimiento propulsivo (por la homogeneidad de la estela). Regresar al Índice

265

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

5. DIMENSIONAMIENTO DEL EJE DE COLA DE LA HÉLICE 5.1.

ALGUNAS CONSIDERACIONES

 El eje de cola de la hélice dispuesta va a ser del tipo lineal y recta. Aunque existen otros tipos de transmisiones de eje como la transmisión en V, en Z, propulsor a chorro, etc. Para este caso, he designado el de tipo de eje de cola, ya que es común en los buques pesqueros de cerco.  Para evitar un daño prematuro a los cojinetes del eje, estos deberán estar suficientemente cerca para evitar vibraciones del eje, pero suficientemente distanciados para que el eje se adapte a la flexión del casco del buque.  Debido a esto, los ejes no deben ser demasiado pesados para las fuerzas de empuje y el par aplicados. Como el eje de cola es el que puede sufrir más debido al contacto de la hélice con objetos sumergidos, deberá estar reforzado con cojinetes y apoyos para este fin.  Nos vamos a valer de monogramas para poder hallar el diámetro del eje de cola junto a los valores de los distanciamientos entre los cojinetes de dicho eje. Debemos considerar también el tipo de material usado en los ejes de cola. A continuación muestro el esquema del sistema propulsivo conformado por la hélice y el eje de cola junto a sus acoplamientos, bridas, prensaestopas, cojinetes, etc.

Figura. Esquema del eje de cola de la hélice, junto a sus acoplamientos y montajes.

266

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

5.2.

UNI - FIM

DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DEL EJE DE COLA

Vamos a hallar el diámetro del eje de cola de la hélice por medio de un monograma en donde debemos obtener el valor de las BHP del motor por cada 100 rpm de la hélice. Como en este caso, el motor es de 905 BHP y las RPM de la hélice es 1600/(3.91) = 409.2 RPM, hallamos el valor relativo del BHP: BHP (motor) 905

RPM (motor) 1600

X 905  100 409.2 de la hélice). Tenemos:



Reducción 3.91/1

RPM (hélice) 409.2

X  221.16 (Valor relativo del BHP con las RPM

Entonces, al ir al monograma ubicado en la página 181 del Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar, hallamos el diámetro del eje de cola:

Figura. Muestra del monograma para hallar el diámetro del eje de cola de la hélice. Según el monograma, el valor del diámetro del eje de cola nos resulta 5.25 pulgadas. Sin embargo, voy a aproximar este valor a 5 ½” para poder uniformizar valores de diseño. 267

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

5.3.

DETERMINACIÓN DE LOS COJINETES DE APOYO

ESPACIAMIENTOS

UNI - FIM

DE

LOS

Para la determinación del espaciamiento entre cojinetes se siguen estos pasos:  Trace una recta desde la escala de diámetro del eje de cola (segunda línea), hasta la escala de módulos de elasticidad (valor de 26 para el metal Monel). En este caso, escogeré un material de bronce (de valor 16) para el eje de cola.  Luego, trace una recta desde el punto de intersección de la escala central hacia la izquierda hasta conectar con las revoluciones de la hélice (primera escala) y prolongue esa misma recta hacia la derecha hasta conectar con la escala de espaciamiento de cojinetes (quinta escala).  De esta forma tenemos determinado el valor del espaciamiento entre los cojinetes de apoyo en el eje de cola.

Figura. Muestra de los monogramas usados para determinar el espaciamiento entre cojinetes. RPM (hélice) 409.2 268

Diámetro del eje de cola 5.5 pulgadas

Módulo de elasticidad 16 (para bronce)

Espaciamiento máximo 13 pies

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Nota: Monel es una marca registrada de International Nickel Corp.

5.4.

UBICACIÓN DEL PRIMER COJINETE DEL EJE A POPA DE LA REDUCTORA MARINA

 La ubicación del primer cojinete de la línea de ejes desde la brida de la reductora es extraordinariamente importante.  Para evitar que se induzcan fuerzas indeseadas en el cojinete de empuje de la reductora, el cojinete del eje deberá estar situado por lo menos a una distancia de 12 y preferiblemente 20 o más veces el diámetro del eje, desde la brida de salida de la reductora.  Si el cojinete se ha de situar a una distancia inferior a 12 veces el diámetro del eje, las tolerancias de alineación se deberán reducir sensiblemente y se habrá de considerar la utilización de un acoplamiento flexible. Entonces, al hacer el análisis, en base al resultado del espaciamiento máximo de 13 pies y la última condición, decido que el primer cojinete se ubica a 12*(5,5/12) = 5,5 pies = 1,67 m, respecto de la brida de la reductora marina. En el plano, aproxime el valor a 1,7 m. 5.5.

DETERMINACIÓN DE LAS DIMENSIONES DEL CONO DE LA HÉLICE

En la parte del dimensionado de los acoplamientos del eje de cola, he diseñado estas medidas acorde con el tamaño del largo del eje de cola, junto al cono de la hélice, la cual muestro abajo sus medidas en base al diámetro del eje de cola del sistema de gobierno.

269

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura. Muestra de las dimensiones del cono de la hélice en base al diámetro del eje de cola.

5.6.

DETERMINACIÓN DE LA DEFLEXIÓN DEL EJE DE COLA

Usando el método de la caída estimada, vamos a hallar la deflexión del eje de cola (entre la brida de la caja reductora marina y el primer cojinete). Para este proceso, nos basamos en la siguiente imagen:

270

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura. Esquema del método de la caída estimada para la determinación de la deflexión del eje de cola en la zona entre el primer cojinete y la brida de acople a la reductora marina. Ahora, determinamos los parámetros a usar: d (eje de cola) 5,5 pulg.

L (eje de cola) 77 pulg.

Dh (de la brida de la reductora) 11 pulg.

Luego vamos a hallar las relaciones que nos pide este método: Dh/d 2

L/d 14

Tabla Dh/d = [2.00 - 2.25]

Nota: Existen tres tipos de tablas (según el rango de valores de Dh/d)

[1.40 - 1.74]

Dh/d [1.75 - 1.99]

[2.00 - 2.25]

Nota: Las medidas de la brida de acople a la reductora y la longitud del eje de cola (en esa zona), las dimensioné a fin que pueda obtener relaciones de valores enteros y poder acceder fácilmente al valor de la deflexión del eje de cola en dicha zona. Regresar al Índice

271

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura. Tabla usada según el valor de Dh/d para determinar la deflexión del eje de cola.

Según la tabla determinada arriba, se obtiene un valor de deflexión de 0,06 pulg = 1,5 mm. Nota: Hay que procurar que ese valor de deflexión sea el más mínimo posible ante los efectos de las vibraciones generadas por la hélice y el motor por medio de la combustión.

Figura. Muestra de la zona de deflexión del eje de cola entre la brida de la reductora y el primer cojinete.

272

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

6. ESQUEMA FINAL DE LOS SISTEMAS DEL MOTOR MARINO Finalmente mostraré los sistemas del motor marino seleccionado, que es el 3508 DITA – JWAC

Figura. Zona inferior de la sala de máquinas, en donde se ubica el motor y sus sistemas.

Figura. Zona superior de la sala de máquinas, en donde se ubica el motor y sus sistemas. 273

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura. Zona del sistema propulsivo, en donde se encuentra la hélice y el eje de cola.

274

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

7. RECOMENDACIONES  Se recomienda hacer uso de guías oficiales de motores y consultar a profesionales con experiencia en el ámbito.  Se recomienda construir las palas con secciones circulares en los extremos, que es una zona de mayor facilidad de cavitación y de perfil ala de avión en el cuerpo.  Se recomienda el uso de manuales y videos tutoriales para poder determinar el motor, caja reductora y propulsor adecuado para un determinado tipo de embarcación.  Siendo la cavitación un efecto extremadamente perjudicial en una hélice, se recomienda hacer uso de materiales anticorrosivos, para evitar la acumulación de burbujas en zonas erosionadas o dañadas.  Se recomienda tener presenta las características que se poseen del buque y de la hélice para proyectar la más adecuada según los métodos descritos. Así mismo verificar que los pasos sean correctamente realizados.  Tener un buen uso de los monogramas para no alejar nuestros valores de la realidad.

8. CONCLUSIONES  De los métodos utilizados para determinar la relación área-disco necesaria para que no aparezca cavitación, si existiese una estela muy irregular, se tendría que utilizar un método de evaluación más exhaustivo por teoría de circulación en cada una de las secciones de la pala.  Para calcular la potencia BHP del motor hay que aproximar un valor aproximado asumiendo una eficiencia n0 aproximada con el mayor valor posible.  Al conocer el paso y dimensiones de la hélice se puede clasificar a esta para alta velocidad, alta eficiencia o alta potencia transmitida.  Sin los parámetros del rating y condiciones de trabajo del buque no sería posible hallar un sistema propulsor único y específico.  Los cojinetes de la hélice deben de estar suficiente mente cerca para evitar las vibraciones del eje, pero suficientemente alejado para que el eje se adapte a la flexión que sufre el casco.

275

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

VOLUMEN III INSTALACIÓN DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

276

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T09 - DISEÑO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

277

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN

Este motor seleccionado (modelo 3508) es de inyección directa (DI) de combustible, con turboalimentador y post-enfriador (TA) y con sistema de refrigeración de agua de las camisas (JW), y teniendo en cuenta el sistema de enfriamiento dado, escogeré instalar al motor el sistema de enfriador de quilla (keel cooler), ya que es económico y brinda ahorro de espacio (ya que se instala en la quilla del buque), y usaré una bomba de agua dulce para el post-enfriamiento.

Regresar al Índice

278

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL MOTOR MARINO 1.1.

DATOS GENERALES

Del catálogo de performance del motor seleccionado, tenemos los siguientes datos: Calor cedido al agua de refrigeración (total). Calor cedido por el post-enfriador. Calor de los gases de escape (total). Calor cedido por el enfriador del aceite. Calor cedido del motor a la atmósfera.

28833 BTU/min 4152 BTU/min 29345 BTU/min 5005 BTU/min 3840 BTU/min

El refrigerante a usar será el water glicol (50/50), cuyas propiedades se dan a continuación: Líquido Agua Etilenglicol

Densidad (lb/gal) 8.320 9.313

Calor específico (BTU/lb.ºF) 0.579 0.998

La densidad promedio para 50% de agua y 50% de etilenglicol será:

 ( water  glycol) 

 ( water) * 50%   ( glycol) * 50% 100%



8.320  9.313  8.6 lb / gal 2

 (water  glycol)  8.6 lb / gal

Ahora, para el calor específico de la mezcla, usamos el mismo criterio de fórmula:

C.E.( water  glycol) 

C.E *  ( water)  C.E *  ( glycol) (0.579) * (8.320)  (0.998) * (9.313)   ( water)   ( glycol) 8.320  9.313 C.E.( water  glycol)  0.85 BTU / lb.º F

Luego de calcular la densidad (lb/gal) y el calor específico (BTU/lb.ºF), mostramos estos valores en la siguiente tabla para la mezcla de water-glycol (50/50). Parámetro Valor

Densidad (lb/gal) 8.6

Calor específico (BTU/lb.ºF) 0.85

Este refrigerante seleccionado es el adecuado para el sistema del agua de las camisas del motor, ya que su temperatura de ebullición (que es de aproximadamente 107ºC) es mayor que la del termostato del motor, que es de 99ºC (o sea que no se evapora el refrigerante en el circuito). Esto se plasma en la siguiente tabla (obtenida de wikipedia.com):

279

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.2.

UNI - FIM

CÁLCULO DEL CAUDAL DEL REFRIGERANTE Y LA RESTRICCIÓN DE LAS TUBERÍAS

Para esta parte se necesita que el diferencial de temperatura máxima del refrigerante que pase por las camisas del motor sea de 15ºF (8.3ºC). Se usará en este caso la siguiente formulación:

Nota: Las variables mostradas en la ecuación de arriba ya poseen sus unidades propias. Teniendo el diferencial de temperatura máximo mencionado, con el calor (BTU/min) obtenido en la página anterior (para el circuito de las camisas del motor), además de la densidad (lb/gal) y calor específico (en BTU/lb.ºF) del refrigerante seleccionado, procedemos a calcular (en la ecuación dada) el caudal mínimo del flujo del refrigerante:

Flujo(GPM ) 

28833BTU / min  262.95 gal/min (15 º F ).(8.6 lb / gal).(0.85 BTU /(lbº F ))

De la resolución anterior, observamos que el valor del flujo hallado es el mínimo para tener un diferencial de temperatura máximo de 15ºF. En este caso, debo tomar un valor mayor de caudal para poder determinar la restricción en la curva de la bomba del motor. Según las curvas de la bomba del modelo CAT 3508, del Manual de Performance (página 65), determinamos el valor de la restricción a un caudal de 264 gal/min 280

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

(mayor que el calculado), en la curva de la bomba de 2133 RPM, con los 1600 RPM del motor seleccionado: Por lo tanto, para el valor del caudal mencionado, la restricción es de 31.8 pies de H2O. Nota: Trabajaré con el valor de caudal de 264 gal/min a partir de ahora y comprobaré si la restricción de las tuberías que determinaré se aproxima al valor de restricción hallado en la curva de la bomba del motor.

1.3.

CÁLCULO DE LAS TUBERÍAS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

Para esta parte, vamos a tener como referencia el valor de la restricción hallada en el sub-ítem anterior, ya que el fluido que recorre las tuberías es el mismo refrigerante seleccionado. Vamos a considerar lo siguiente:  La velocidad del refrigerante en las tuberías debe ser como máximo de 6 pies/s (o 183 cm/s) para evitar la erosión en el material interno de dichas tuberías ante el paso del flujo, según el Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar (Página 88, párrafo 4). A partir de esto, vamos a determinar el diámetro de las tuberías con el caudal de 264 gal/min, seleccionando el diámetro más próximo para obtener también el valor de la velocidad del flujo en las tuberías (que en este caso nos resulta de aproximadamente poco más de 4 fps).

Figura. Muestra de la gráfica en donde se determinará el diámetro de las tuberías del sistema de enfriamiento del motor marino. Regresar al Índice

281

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

La gráfica usada para determinar el diámetro de las tuberías proviene de la gráfica 1 de la página 135 del Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar. Al determinar el diámetro nominal, vamos a la tabla de dimensiones de sección de tuberías (en la página 134 del Manual de Mantenimiento de Caterpillar) para obtener información acerca del valor hallado anteriormente: Diám. nominal Pulg mm 5 127

Diám. interior

Diám. exterior

Ft/gal

m/l

Ft/Cu ft

m/m3

Pulg 5.045

Pulg 5.563

0.961

0.077

7.19

77

mm 128.14

mm 141.3

Para determinar la longitud total de las tuberías, nos basamos en el plano realizado del sistema de enfriamiento con el enfriador de quilla (keel cooler): L (tuberías) = 2.58 + 2.85 + 1.10 + 0.72 + 8.8 = 16.05 m Luego, al tener el caudal del flujo de 264 gal/min (o aproximadamente igual a 60 m3/hr) y el diámetro nominal de 127 mm, usamos las curvas de factor de restricción (Tabla ET-2) proporcionada en el curso de Máquinas Auxiliares del Buque (MV323), con el Ing. Carlos Villanueva. De estas curvas, determino el valor del factor de restricción, que me resulta un valor de Δp = 0.016 m H2O/m Lequivalente. Luego, hallando la restricción de las tuberías: Restricción (tuberías) = [Lequiv (tuberías)].[Δp] = (16.05) x (0.016) = 0.257 m Agregando un 20% de envejecimiento de las tuberías, tenemos: Restricción (tuberías) = (1.2) x (0.257) = 0.308 m El desnivel que existe en el ducto de entrada y salida del agua de las camisas del motor: Desnivel (ductos) = (2.85 – 2.58) = 0.27 m Para los accesorios de las tuberías del sistema, vamos a usar la Tabla ET-4 (del curso de Máquinas Auxiliares del Buque) en donde indica la longitud equivalente de restricción de los accesorios de las tuberías, indicándose en la siguiente tabla: Accesorio Codos de 90º de radio regular Codos de 90º de radio largo Válvulas tipo compuerta.

Cantidad 01

Leq de c/u (ft) 7,3

Leq de c/u (m) 2,225

Leq total (m) 2,225

03

5,0

1,524

4,572

02

3,1

0,945

1,89

Nota: Los accesorios son de acero embridado, y poseen un diámetro igual al nominal de las tuberías (de 5 pulgadas o 127 mm). Las válvulas tipo compuerta son las más indicadas para los sistemas instalados en los buques (en este caso para los sistemas del motor marino).

282

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Hallando la longitud equivalente de restricción de los accesorios: Restricción (accesorios) = 2.22 + 4.57 + 1.89 = 8.68 m Al tener todas las restricciones parciales, hallamos el resultado total: Restricción (total) = Restricción (tuberías) + Desnivel (ductos) + Restricción (accesorios) Restricción (total) = 0.308 + 0.27 + 8.68 = 9.26 m = 30.38 pies de H2O. Conclusión: Este valor final de restricción me sale menor que el hallado en la curva de la bomba, y su valor es muy cercano al mismo (que es de 31.8 pies de H2O), haciendo cumplir los valores de la curva de la bomba del motor, ya que dicha curva esta ya hecha y no se puede modificar.

1.4.

CÁLCULO DE LA SUPERFICIE REQUERIDA DEL ENFRIADOR DE QUILLA

Consideremos una temperatura promedio del agua de mar de T = 20ºC (68 ºF), dado que navega en la zona del mar de Chimbote, según el cuadro de la variación de temperaturas de la superficie del agua de mar del Instituto del Mar del Perú (IMARPE). Luego, nos vamos a la curva de temperaturas versus la superficie mínima requerida del enfriador (en base al calor cedido por el agua de las camisas), teniendo en cuenta la curva de 8 nudos o más (que es la velocidad del buque) para poder encontrar la superficie relativa del enfriador de quilla (S.E.R.). Esta curva pertenece a la figura B de la página 95 del Manual de Mantenimiento de Caterpillar. El valor que queremos se obtiene mediante interpolación, ya que la curva posee una tendencia lineal en el rango de 18.3 a 21.1 ºC. A continuación mostramos dicha interpolación:

Figura. Gráfica en donde se halla la superficie mínima requerida para el enfriador de quilla. 283

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

T (ºC) 18.3 20 21.1

X

UNI - FIM

S.E.R. (ft2/BTU/min) 0.0076 X 0.0079

20  18.3 .(0.0079  0.0076)  0.0076  0.007782ft 2 /(BTU/min) 21.1  18.3

Multiplicando lo obtenido por el calor disipado, tenemos el siguiente resultado:

S.R.( ft 2 )  (S.E.R.)x( Q)  (0.007782)x(28833)  224.378pies 2 Al hacer una transformación de unidades, tenemos que la superficie mínima requerida del enfriador de quilla es de 20.845 m2. En este caso, aproximo el valor a 21 m2 (más cercano). Sin embargo, según el Manual de Mantenimiento de Motores Marinos Caterpillar, se debe agregar un factor de ensuciamiento o de transmisión de calor a la superficie mínima requerida, y ese factor es de 1.1 (o sea, un 10% más del valor calculado). Entonces, la superficie mínima con el factor de transmisión de calor agregado será:

S.R.(m2 )  21 m 2 * (1.1)  23.1 m 2

Al determinar la longitud de las tuberías empleadas en el keel cooler (con diámetro de 5”):

S.R.(m2 )  23.1  ( )(0.127)(L)



L  57.9m

En este caso, la distribución de las tuberías del enfriador de quilla va a ser de 6 filas, por lo tanto, la longitud de cada ducto (visto de costado en el plano) será:

Lunitario (m)  57.9 / 6  9.65m



Lunitario (m)  9.65m

(Visto desde el costado del

plano).

284

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura. Muestra de las tuberías instalado en la refrigeración del agua de las camisas del motor.

Figura. Vista transversal de la estructura del enfriador de quilla (keel cooler). z

1.5.

HOJA DEL CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DEL ENFRIADOR DE QUILLA

Para el circuito de agua de camisas del motor (página 93 del Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar), tenemos lo siguiente: Calor cedido del agua de las camisas. Caudal del agua de camisas. Clasificación de la velocidad del buque. Temperatura máxima prevista del agua de mar. Superficie mínima requerida del enfriador (relativa). Superficie mínima requerida del enfriador (absoluta). Superficie mínima requerida del enfriador (corregido).

1.6.

28833 BTU/min 264 gal/min 8 nudos o más 68.0 ºF 0.007782 ft2/(BTU/min) 224.378 ft2 23.1 m2

CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DEL TANQUE AUXILIAR DE EXPANSIÓN

Como se trata de un sistema de agua de las camisas con enfriador de quilla (keel cooler), se necesita un tanque auxiliar de expansión. En base a los valores obtenidos del cuadro de Datos Volumétricos del Sistema de Refrigeración del motor marino, de la página 113 del Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar, determiné lo siguiente: Columna A Columna B Volumen de agua del circuito Volumen del sistema de agua Modelo del externo al motor con tanque de del motor incluido el tanque motor expansión montado. de expansión. Litros U.S. Galones Litros U.S. Galones CAT-3508 64 75.3 243 285 Teniendo estos datos, en la hoja de cálculo del tanque auxiliar de expansión, usaremos la columna A para el apartado 1, y la columna B para el apartado 4. Regresar al Índice

285

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Para determinar el valor del apartado 2, que es el volumen total del flujo en las tuberías, vamos a emplear el diámetro nominal de las tuberías (que es de 5 pulgadas) junto con la longitud equivalente de las tuberías y accesorios que se tienen en el plano (incluyendo las tuberías del enfriador de quilla), de esa forma hallamos el valor del volumen que queremos:

Volumen 

 4

.(0.127) 2 .(16.25  8.687  57.9)  1.05 m 3  1050 litros

Convirtiendo el valor a galones, tenemos:

Volumen  1050 litros  277.38 galones

El valor hallado lo vamos a usar para determinar el volumen mínimo del tanque auxiliar de expansión de refrigerante de las camisas del motor, y esto se hará a continuación en la hoja de cálculo que se presenta en el siguiente sub-ítem.

1.7.

HOJA DEL CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DEL TANQUE AUXILIAR DE EXPANSIÓN

En el desarrollo de dicha hoja se tienen los siguientes valores: Volumen externo permisible

64 galones

Como tengo un volumen total del agua del circuito de las camisas del motor (fuera de este mismo) de 277.38 galones, procedo a calcular la diferencia entre este volumen y el volumen externo permisible dado en la columna A de la tabla de la página 113 del Manual de Mantenimiento de Motores Marinos Caterpillar: Diferencia de volúmenes = 277.38 – 64 = 213.38 galones. Esta diferencia resulta ser mayor a cero, por lo que necesitamos implementar un tanque auxiliar de expansión del refrigerante de las camisas del motor. Ahora vamos a calcular el volumen mínimo de nuestro tanque auxiliar de expansión: Tenemos el siguiente valor de volumen: Volumen del sistema de agua de camisas incluido en el tanque.

75.3 galones

Al tener el volumen externo de 277.38 galones, sumo este valor de volumen con el del sistema de agua de camisas incluido en el tanque de expansión: Suma de volúmenes = 277.38 + 75.3 = 352.68 galones. Luego procedemos a multiplicar el volumen del agua dentro del motor por el factor de 0.06: Volumen (1) = (0.06)*(75.3) = 4.518 galones. Se procede a multiplicar el volumen del agua fuera del motor por el factor de 0.04: Volumen (2) = (0.04)*(277.38) = 11.095 galones. Luego procedemos a multiplicar el volumen del agua dentro del motor por el factor de 0.01: 286

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Volumen (3) = (0.01)*(352.68) = 3.527 galones Después, vamos a sumar los tres volúmenes hallados anteriormente: Volumen (total) = Volumen (1) + Volumen (2) + Volumen (3) Volumen (total) = 4.518 + 11.095 + 3.527 = 19.14 galones Este volumen hallado es correspondiente al volumen mínimo del tanque auxiliar de expansión, el cual se debe de diseñar. Luego, para el circuito de agua de camisas del motor (página 119 del Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar), tenemos la siguiente hoja de cálculo:

Tanque auxiliar de expansión. Modelo del motor 3508 DITA JWAC, potencia 905 HP a 1600 RPM 1.- Volumen externo permisible 64 galones, con tanque montado en el motor (columna A) 2.- Volumen total del agua de camisas contenida en el circuito de refrigeración externo (que no está suministrado como parte del motor)………………………….... 277.38 galones 3.- Restando línea 2 menos línea 1, tenemos……………………… 213.38 galones Por consiguiente, la diferencia salió mayor a cero, diciéndonos que si habrá tanque auxiliar de expansión del refrigerante de las camisas del motor. Hallando el volumen mínimo del tanque de expansión auxiliar: 4.- Volumen del sistema de agua del motor (columna B)……………………….. 75.3 galones 5.- Volumen externo………………………………………………………………… 277.38 galones 6.- Línea 4 más línea 5………………………………….…………………………. 352.68 galones 7.- Multiplicar línea 4 por 0.06……………………………………………………... 4.518 galones 8.- Multiplicar línea 5 por 0.04……………………………………………………... 11.095 galones 9.- Multiplica línea 6 por 0.01……………………………………………………….. 3.527 galones 10.- Sumar líneas 7, 8, 9…………………………………………………………..…19.14 galones 287

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Por lo tanto, el volumen mínimo del tanque de expansión auxiliar de agua de camisas es: VTEAux = 19.14 galones = 72452.78 cm3. Con este valor de volumen, dimensionaré mi tanque de la siguiente forma: Largo (cm) 50

Ancho (cm) 50

Altura (cm) 30

Resultando un volumen de VTEAux = 75000 cm3 (mayor que el mínimo obtenido).

1.8.

HOJA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DEL ENFRIADOR DE QUILLA (PARA EL POST-ENFRIADOR)

Al igual que se hizo con el circuito del agua de las camisas del motor, vamos a mostrar el cálculo hecho de la superficie mínima requerida del enfriador de quilla, en relación con el circuito del agua del post-enfriador. Esto se hará en base a la gráfica de la página 94 del Manual de Mantenimiento del Motor Marino Caterpillar. Según dicha gráfica, vamos a calcular el coeficiente de la superficie mínima del enfriador de quilla con la temperatura determinada de 68ºF (20ºC), usando un proceso de interpolación: T (ºC) 18.3 20 21.1

X 

S.E.R. (ft2/BTU/min) 0.005 X 0.0068

20  18.3 .(0.0068  0.005)  0.005  0.0061ft 2 /(BTU/min) 21.1  18.3

Al hacer el cálculo respectivo:

S.R.( ft 2 )  (S.E.R.)x( Q)  (0.0061)x(4152)  25.327 pies 2 Al hacer una transformación de unidades, tenemos que la superficie mínima requerida del enfriador de quilla es de 2.35 m2. Le agrego el factor de 1.1 como factor de transferencia de calor (dado en el Manual de Mantenimiento), obteniendo:

S.R.(m2 )  2.35 m2 * (1.1)  2.585 m2 Para el circuito de postenfriador del motor (página 93 del Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar), tenemos lo siguiente: Calor cedido al post-enfriador. Clasificación de la velocidad del buque. Temperatura máxima prevista del agua de mar. Superficie mínima requerida del enfriador (relativa). Superficie mínima requerida del enfriador (absoluta). 288

4152 BTU/min 8 nudos o más 68.0 ºF 0.0061 ft2/(BTU/min) 25.327 ft2 MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Superficie mínima requerida del enfriador (corregido).

UNI - FIM

2.585 m2

2. RECOMENDACIONES  Leer el manual de mantenimiento, pruebas e instalación de motores marinos Caterpillar, ya que es una lectura recomendable.  Leer el catálogo de curvas de performance de motores Caterpillar, ya que ahí brindan los datos técnicos del motor seleccionado para poder hacer los cálculos respectivos.  Generalmente los cálculos teóricos deben ser mayores que los reales.  Usar las tablas obtenidas en el curso de Mecánica de Fluidos, para poder calcular la restricción de flujo por medio de válvulas, codos y tuberías.  Hacer un esquema en autocad para tener una mejor ubicación espacial de lo que se diseñó por medio de cálculos.

3. CONCLUSIONES  El keel cooler, es un intercambiador de calor que no necesita mantenimiento y su construcción es menos costoso, por lo que la mayoría de los buques tienen a tener keel cooler.  El refrigerante más usado es el ELC, el cual contiene etilenglicol con agua, cuyas constituciones adecuadas pueden ser del 50% de cada uno.  La temperatura del agua de mar varía de acuerdo a la zona y el año, por ello se debe de saber la temperatura actual del mar en la zona que va a navegar el buque para poder tener cálculos acertados en el dimensionamiento del keel cooler.  Las restricciones de flujo de refrigerante que se obtiene en las camisas son muchos mayores a las que se obtienen en las tuberías de conexión del keel cooler.  La superficie del keel cooler viene a ser más grande que la superficie del post enfriador, valores que se obtuvieron en los cálculos.  Los JWAC (Jacket Water After Cooler), necesariamente llevan un tanque de expansión auxiliar según el manual de instalación y se calcula sus dimensiones teniendo en cuenta los parámetros que se indican en la hoja de cálculo de tanque de expansión auxiliar.

289

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T10 - DISEÑO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN, ADMISIÓN Y ESCAPE

290

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se continuará con el diseño del sistema de ventilación del motor seleccionado en el informe N° 8. Para el desarrollo se empleó el Manual de Mantenimiento, así mismo Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar. También se utilizaron tablas y referencias de páginas webs de empresas. El diseño del sistema de ventilación se realizó de forma que cumpla con las normas del manual, brindando a la vez confort y seguridad a los miembros de la tripulación. Tengamos presente que sin un sistema de ventilación y admisión como escape adecuados, el motor no solo puede trabajar bajo grandes deficiencias, sino que puede resultar dañado y estropeado por diversos factores, tales y como humedad, corrosión, combustión incompleta, sobrecarga, entre otras.

Regresar al Índice

291

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE DEL MOTOR MARINO 1.1.

ALGUNAS CONSIDERACIONES

Se considera al principio que el sistema de escape está solamente conformado por tuberías para hacer el diseño de forma simple. Luego de esto, se colocan las conexiones flexibles junto a los accesorios de tuberías, que en este caso son de tres tipos: 01 codo de 90º radio largo. 01 codo de 90º radio regular o estándar. 01 codo de 45º de inclinación. Es importante que todo motor marino instalado en un buque tenga por donde desfogar sus gases residuales productos de la combustión, y esto se da en un sistema de tuberías (junto a sus accesorios y conexiones flexibles mencionados), cuyo diámetro de tuberías es dependiente del flujo de los gases de escape, su peso específico, la contrapresión del sistema y de la longitud total de tuberías y accesorios disponibles. Para el dimensionamiento del sistema de escape necesitamos tener los siguientes datos, en relación al motor seleccionados 3508 DITA JWAC. Parámetro. Calor de los gases de escape (total). Calor cedido del motor a la atmósfera. Contrapresión de los gases de escape. Temperatura de los gases de escape. Flujo de los gases de escape.

Valor 29345 BTU/min 3840 BTU/min 27 pulgadas de H2O 741 ºF 4181 ft3/min

Al tener estos datos ya listos, vamos a calcular los valores que nos permitan realizar el diseño del sistema de escape de los gases productos de la combustión del motor diésel marino.

1.2.

CÁLCULO DEL DIÁMETRO MÍNIMO DE LAS TUBERÍAS DE ESCAPE

El cálculo del diámetro mínimo se va a realizar en base a la contrapresión máxima que se tiene en el sistema de ductos de escape. La formulación a usar es la siguiente:

 L.S .Q 2  D   187.P 

1/ 5

Donde: P = Es el límite de la contrapresión (en pulgadas de H2O). D = Es el diámetro interior del tubo (en pulgadas). Q = Es el caudal de los gases de escape (en pies cúbicos por minuto) 292

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

L = Es la longitud del tubo (en pies). S = Es el peso específico de los gases de escape (en libras por pie cúbico). Para el peso específico de los gases de escape, tenemos la siguiente ecuación:

S

39,6 Tgases (º F )  460

(en lb / pies3 )

Como la temperatura de los gases de escape es de T = 741 ºF, tenemos entonces:

S

39,6  0,03297 lb / pies3 741  460

Por lo tanto, el valor de S nos sale 0,03297 lb/pies3. Al tener ya listo (por el momento) el valor de S, procedemos a expresar el valor del diámetro mínimo de las tuberías en función de la longitud total de los ductos de escape.

 L.(0,03297).(4181) 2  D  187.( 27)  

1/ 5

 114,1582.L

1/ 5

 2,579297L1 / 5



D  2,579297L1/ 5 Entonces, al despejar el valor de la longitud equivalente, tenemos:

D   L   2,579297

5

A continuación mostraré un cuadro de valores de las longitudes equivalentes de los ductos del sistema de escape en función de diámetros nominales y comerciales de tuberías: D (pulgadas) 4 4,5 5 6 7 8 9 10 12

L (pies) 8,970015461 16,16425912 27,37431476 68,11605491 147,2256346 287,0404947 517,2562919 875,9780723 2179,713757

Con estos valores de longitudes equivalentes posibles, vamos a realizar el diseño del sistema de tuberías de los gases de escape del motor marino.

293

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

El diseño será solamente de las tuberías sin contar con los accesorios requeridos y las tuberías flexibles que serán usadas en el sistema de escape. Además, consideraré que la longitud total de las tuberías y accesorios del sistema de escape este conforme con la formulación hecha en base al diámetro nominal que vamos a hallar.

Figura. Esquema de las tuberías del sistema de escape del motor seleccionado.

Según el diagrama de arriba, la longitud de tuberías es de: L (tuberías)  1500  1600  2000  500  5600 mm  5,6 m  18,3727 pies

El valor de la longitud de las tuberías de escape es de 18,3727 pies. Con este valor de longitud estimado de tuberías, vamos a determinar el diámetro nominal:

 (18,3727).(0,03297).(4181) 2  D  187.( 27)  

1/ 5

 4,616 pu lg  D  4,616 pu lg

Al tener el valor estimado del diámetro de las tuberías, vamos a determinar las longitudes equivalentes de los codos de tuberías, y dichas longitudes equivalentes se 294

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

denotan en base al Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar (página 172). D Codo de 90º de radio corto o estándar: L  33. 12

D 12

Codo de 90º de radio largo:

L  20.

Codo de 45º de inclinación:

L  15.

D 12

En donde el diámetro debe estar en pies. Por lo tanto, hallando la longitud total de los codos:

Lequiv  68.

D (4,616 / 12)  68.  2,180 pies  12 12

Lequiv  2,180 pies

Luego, determinamos la nueva longitud equivalente del sistema de tuberías de escape:

Lequiv (TOTAL )  Lequiv (tuberías)  Lequiv (codos)  18,37  2,18  20,55 pies Con este nuevo valor de longitud equivalente total, determinamos el nuevo diámetro nominal de las tuberías (que en este caso son de material de acero).

 (20,55).(0,03297).(4181) 2  D  187.( 27)  

1/ 5

 4,721pu lg 

Dno min al  5 pu lg  127mm

Al tener este resultado, vamos a aproximar este valor al mayor disponible, que es el de 5 pulgadas. En este caso, mi límite superior será este valor, ya que si paso al siguiente valor de diámetro nominal (que es de 6 pulgadas), la longitud de tuberías me saldría mucho más del doble del anterior. Esto lo justifico con la siguiente tabla: D (pulgadas) L tuberías (pies) L codos (pies) L total (pies) 4 8,970015461 1,888888889 10,85890435 4,5 16,16425912 2,125 18,28925912 5 27,37431476 2,361111111 29,73542587 6 68,11605491 2,833333333 70,94938824 7 147,2256346 3,305555556 150,5311902 8 287,0404947 3,777777778 290,8182725 9 517,2562919 4,25 521,5062919 10 875,9780723 4,722222222 880,7002946 12 2179,713757 5,666666667 2185,380424 En el cuadro, para el diámetro seleccionado se tiene un valor de la longitud total de tuberías de escape un poco mayor que la determinada. Esto es para ahorrar material de conexiones. Comprobando el valor de la contrapresión (en base al nuevo valor de diámetro), tenemos: Regresar al Índice

295

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

P

UNI - FIM

(20,55).(0,03297).(4181) 2  20,267 pu lg . de H 2 O  187.(5) 5 P  20,267 pu lg . de H 2 O

Nos damos cuenta que este nuevo valor de la contrapresión es menor que la mencionada del Manual de Performance de Caterpillar (del motor seleccionado).

1.3.

DETERMINACIÓN DE LAS CONTRACCIONES DE LAS TUBERÍAS

Para esta sección se van a considerar las siguientes pautas:  Se va a asumir que los codos ya instalados no se contraen.  La contracción o dilatación de las tuberías flexibles se van a considerar al de las tuberías instaladas del sistema de escape (sin variar la longitud equivalente de estas).  El material usado en las tuberías del sistema de escape es acero.  El acero usado en las tuberías posee un coeficiente de dilatación de 0,0076 pulgadas/pie por cada 100ºF de temperatura de los gases de escape, según el Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar (página 164, párrafo 3). Como tenemos una temperatura de los gases de escape de T = 741 ºF, tenemos que:

coef . dilatación (tuberías) 

0,0076 pu lg/ pie .(741º F )  ,056316 pu lg/ pie 100º F

Al tener este coeficiente, vamos a calcular las contracciones o dilataciones de las zonas de tuberías rectas (ya que en esta zona se ubicarán las conexiones flexibles): a.- Para la zona de la tubería recta vertical inferior: L  (0,056316pu lg/ pie) x(4,921pies)  0,277 pu lg .

b.- Para la zona de la tubería recta horizontal: L  (0,056316pu lg/ pie) x(5,249 pies)  0,296 pu lg .

c.- Para la zona de la tubería recta vertical superior: L  (0,056316pu lg/ pie) x(6,562 pies)  0,369 pu lg .

Al sumar estas contracciones, tenemos: L(Total)  0,277  0,296  0,369  0,942 pu lg  23,9mm



L(Total)  23,9mm

Como se puede ver, el valor total de las contracciones nos resulta un valor ínfimo, comparado con el valor de la longitud equivalente total de las tuberías y accesorios del sistema de escape. Sin embargo, debemos tener en cuenta la ubicación correcta de las conexiones de las tuberías flexibles para evitar daños al motor marino por causa de 296

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

la contracción y rotura de las tuberías debido a la salida de los gases de escape (contaminantes del ambiente). Por ejemplo, se instala necesariamente una tubería flexible entre el ducto final de escape del turbocargador con el sistema de tuberías de escape, para evitar daños directos a los componentes del motor por el paso o salida de los gases de escape.

1.4.

INSTALACIÓN DEL SILENCIADOR MARINO

La ubicación del silenciador marino será en la tubería vertical superior del sistema de gases de escape (cerca al ducto de salida de gases). Se mostrará las especificaciones del silenciador seleccionado y su instalación en el sistema de escape. Silenciador SM-25 (Marca: STOPSON).  Estos silenciadores son del tipo de absorción, en donde los gases pasan por un conducto con núcleo interno revestido de material fono-absorbente de alta eficiencia acústica protegido con una chapa perforada.  La denominación se da con el diámetro del ducto de tuberías de escape. Como el diámetro nominal es de 5 pulgadas (127 mm), la denominación del silenciador es SM-25 DN-125. Los tubos de entrada y salida son axiales, el cuerpo es de acero con forma cilíndrica cerrado por fondos cónicos o bombeados.  Todas las partes internas y externas del silenciador están tratadas mediante pintura de imprimación de soporte de alta temperatura.  La curva de atenuación sonora media esta medida en condiciones normales de funcionamiento y una vez eliminados los ruidos parásitos.

 Los accesorios que cuenta el silenciador son bridas, contra-bridas, juntas y tornillería, soportes, apaga-chispas. Para equipos especiales, a temperatura superior a 500ºC, diámetros superiores a 800 mm, aceros especiales, etc., se debe consultar a la empresa distribuidora STOPSON. 297

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

 El montaje consiste en el silenciador SM-25 DN-125 (puesto en la tubería de escape), respetando siempre la dirección del flujo que ya viene determinada. Se puede incluir también dos compensadores de dilatación, ya que sabemos que en el sistema de escape del motor hay siempre una contracción de las tuberías componentes. A continuación se muestran las especificaciones del silenciador seleccionado:

Según la elección, el silenciador posee una longitud total de 876 mm. A manera opcional, hay otra forma de determinar el diámetro nominal del silenciador:

298

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.5.

UNI - FIM

ESQUEMA FINAL DEL SISTEMA DE TUBERÍAS

Aquí se muestra el esquema del sistema de escape del motor con sus implementos ya puestos:

Figura. Muestra del sistema de escape del motor marino 3508 DITA JW-AC.  Las conexiones flexibles fueron puestas en los tubos rectos más largos (que en este caso he considerado los tres mostrados en el esquema).  Es recomendable poner una conexión flexible entre la salida del turbocargador con los tubos del sistema de escape, para evitar que el motor marino sufra vibraciones y fatiga en sus componentes debido al proceso de fuga de gases productos de la combustión del motor.  Se necesita colocar soportes de tuberías debajo de la plancha de la cubierta inferior para que el sistema de ductos no sufra ninguna desviación por el proceso de escape de gases.  El silenciador se colocará al final del ducto de gases de escape, ya que en esa zona hay mucha presencia de atenuación debido al paso de los gases. Regresar al Índice

299

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.6.

UNI - FIM

DISEÑO DE LAS TUBERÍAS DE LOS GASES DEL CÁRTER DEL MOTOR MARINO

Es indispensable el uso de un respiradero de los humos del cárter del motor marino, que son originados por las presiones normales del proceso de la combustión. Estos humos pasan por los anillos de los pistones y pasan al cárter. Parta evitar la acumulación de presión de estos humos en el interior del cárter, se usan tubos de ventilación que permiten la salida del gas. Para el motor seleccionado, es necesario implementar un sistema de tuberías para la eliminación de humos del cárter y evitar que los vapores obstruyan los elementos de papel de los filtros de aire de alta eficiencia. a.- Dimensionamiento de las tuberías del cárter.  Si los tubos son más de 3 m (o 10 pies) o si hay más de tres codos de 90º, se debe aumentar el diámetro interior del tubo en el tamaño siguiente superior.  Las tuberías de los gases de escape del cárter deben corresponder únicamente para cada motor, y no se pueden combinar estos tubos para dos o más motores.  Hay tubos de curvas cerradas en la parte inferior del sistema que van a recoger el agua de la lluvia y/o productos de combustión condensados. Estos líquidos se recogen en un colector y drenarse para minimizar la descarga de aceite a través de los tubos de ventilación y evitar la restricción normal de los humos procedentes del cárter.  Hay que evitar los tramos horizontales en la instalación de los tubos de ventilación del cárter. Instalaré el tubo de ventilación con una inclinación mínima de 40 mm/m (0.5 pulgadas/pie).

b.- Ubicación del final de tuberías de escape del cárter.  Los humos del cárter no se deben descargar a conductos de ventilación de aire o tubos de escape. De otro modo, quedarán recubiertos de depósitos de aceite.  El tubo de ventilación del cárter se puede dirigir al flujo de gases del escape en el final de la tubería de exhaustación del mismo.  Es preferible que el tubo de ventilación del cárter salga directamente a la atmósfera. El final del tubo de ventilación se deberá proteger para evitar que entre en el motor agua de lluvia o agua salpicada. c.- Presión máxima en el cárter del motor marino.  Bajo ninguna circunstancia, la presión del cárter podrá variar más de 25.4 mm (1 pulgada) de agua, con respecto a la presión barométrica ambiente, cuando el motor sea nuevo. Una presión superior del cárter dará lugar a las fugas de aceite.  Un sistema forzado de eliminación de humos del cárter no deberá generar un vacío de más de 25.4 mm (1 pulgada) de agua en el cárter. 300

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

1.7.

UNI - FIM

ESQUEMA DE LAS TUBERÍAS DE ESCAPE DE LOS HUMOS DEL CÁRTER

A continuación, mostraré el sistema final de las tuberías de los humos del cárter del motor marino, junto a las especificaciones dadas en la página anterior.

Figura. Muestra del sistema de tuberías de escape de humos del cárter del motor marino 3508 DITA JW-AC.

Figura. Muestra del venteo de aireación del sistema de escape de humos del cárter.

Regresar al Índice

301

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN 2.1.

CONSIDERACIONES

Este sistema va a involucrar la admisión del aire de ventilación, del aire de combustión y además la eliminación de los gases de escape (que ya se hizo el análisis anteriormente). Existen varios tipos de sistemas de ventilación en base a su eficacia relativa, además si es del tipo separado o combinado (respecto a los sistemas del aire de ventilación y admisión para la combustión). En este caso, opté por el sistema de tipo separado, en donde hay un ducto para la ventilación de aire, uno para su extracción de la sala y otro ducto para la admisión del aire de combustión. A continuación se muestran las condiciones del sistema de ventilación por separado:  La velocidad del aire debe ser menor a 610 m/min.  El sistema puede soportar como máximo 10 pies de restricción.  Si existe un filtro, puede soportar una restricción de 30 pies.  El flujo de salida del aire debe ser de 1,5 m/s.  Consideraré que la temperatura de entrada del aire es de 86ºF y llega al motor que se encuentra a una temperatura de 100ºF y sale con 110ºF. La información brindada arriba proviene del Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar.

2.2.

CÁLCULO DEL CAUDAL DE AIRE DE VENTILACIÓN

Para esta parte, vamos a mostrar los datos del motor seleccionado para este cálculo: Calor cedido del motor a la atmósfera. Flujo de aire que ingresa al motor. Temperatura de la sala de máquinas. Temperatura del ambiente (o exterior del motor)

3840 BTU/min 1926 ft3/min 102,2 ºF 86ºF

Se usará la siguiente formulación para determinar el caudal del aire en el motor:

T º F  

Calor( BTU / min) Lb BTU Flujo(cfm) xDensidad( ) xCalor especifico( ) 3 Lb º F pies

Donde el flujo, densidad y calor específico corresponden al aire de ventilación. Vamos a tomar una diferencia de temperatura (ΔT) de 9ºC (15ºF), dato obtenido del Manual de Mantenimiento de Motores Marinos Caterpillar - CIP (página 140, párrafo 4). 302

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Esta diferencia de temperaturas corresponde entre las temperaturas del ambiente y de la sala de máquinas. Asumiendo una temperatura de 30ºC (86ºF), tenemos que la temperatura de la sala de máquinas (en donde va a estar el motor marino) es de 39ºC (102,2ºF). La densidad del aire la determinamos con la siguiente fórmula:

S

39,6 Taire (º F )  460

(en lb / pies3 )

Donde S es la densidad del aire y Taire es la temperatura del ambiente (que es de 86ºF). 39,6 Resolviendo la ecuación, tenemos: S   0,072527 lb / pies3 86  460 El calor específico del aire es de 0,24 BTU/lb-ºF. Al reemplazar en la ecuación del flujo de aire de ventilación (en ft3/min), tenemos:

Flujo(cfm) 

3840  14707,166 cfm  14707,166 ft 3 / min 15x0,072527x0,24

Por lo tanto, el flujo de aire de ventilación resulta 14707,166 ft3/min

2.3.

CÁLCULO DEL ÁREA DE LA SECCIÓN DEL FLUJO DE AIRE

Según el Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar, nos dice que la máxima velocidad del aire en las aberturas del sistema de ventilación debe ser de 610 m/min o 2000 pies/min, y para el sistema de admisión de aire es de 8000 pies/min. Teniendo esta condición, hallamos el área mínima de la sección del ducto de ventilación del motor marino ubicado en la sala de máquinas (para ventilación por separado):

Área mínima ( pies2 ) 

Flujo ( pies3 / min) 14707,166 pies3 / min   7,3535 pies2 Velocidad ( pies / min) 2000 pies / min

Por lo tanto, el área mínima del ducto de ventilación nos resulta 7,35 pies2 o 0,6828 m2. Ahora, para el aire de combustión, según la página 144, párrafo 3 del Manual de Mantenimiento de Motores Marinos Caterpillar, el caudal de dicho aire debe estar en la razón de (0,1 m3/min)/kW (o 2,5 cfm/hp) del motor marino empleado. Como la potencia (BHP) del motor marino seleccionado es de 905 hp, tendremos un caudal del aire de combustión de: (2,5)*(905) = 2262,5 cfm o 2262,5 pies3/min. Sin embargo, este valor excede al valor del caudal dado en el Manual de Performance CAT del motor marino seleccionado (que es de 1926 pies3/min). Entonces, tomaré solo el valor que ya tenía en las tablas:Flujo (cfm) = 1926 pies3/min 303

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Por tanto, el área mínima del ducto de aire de combustión o admisión será:

Flujo ( pies3 / min) 1926 pies3 / min Área mínima ( pies )    0.24075 pies2 Velocidad ( pies / min) 8000 pies / min 2

Entonces, el área mínima del ducto de admisión de aire es de 0,24075 pies2 o 0,022 m2.

2.4.

CÁLCULO DE LA LONGITUD APROXIMADA DEL SISTEMA DE TUBERÍAS DE ADMISIÓN DE AIRE

Luego, con el valor de área mínima obtenido, vamos a hallar el diámetro mínimo de las tuberías del sistema de admisión de aire:

Área mínima ( pies2 )  0.022366m 2 

 4

* ( D) 2



D  168.75mm  6.64 pu lg .

Por lo tanto, el diámetro nominal de las tuberías debe ser de 8 pulgadas (más próximo). Luego, en base a la restricción indicada al inicio, sobre el sistema de admisión de aire (que es de 10 pulgadas de H2O), vamos a calcular la longitud de las tuberías (en pies) que van a instalarse en el sistema de aire de combustión, según la fórmula dada en clases: Nota: La densidad del aire de admisión es de S = 0.7287 lb/pies3.

Le * S * (Qaire ) 2 P 187 * ( D) 5



187 * P * ( D) 5 Le  S * (Qaire ) 2

Al hacer el cálculo, la longitud de tuberías resulta:

187 *10 * (8) 5  Le  (0.7287) * (1926) 2 Le  22.67 pies  6.91 m

De este valor, vamos a dividir las tuberías en dos partes: una horizontal de 3.71 m y una vertical de 3.2 m. Esto se puede apreciar en la siguiente imagen:

Figura. Esquema de la distribución de tuberías del sistema del aire de combustión.

304

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.5.

UNI - FIM

SELECCIÓN DE LOS VENTILADORES DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN

Ahora, mostramos las áreas mínimas de los ductos de ventilación y de admisión de aire: Áreas mínimas de ductos. Área mínima del ducto de aire de ventilación. Área mínima del ducto de aire de combustión. Caudales de flujo. Caudal del ducto de aire de ventilación. Caudal del ducto de aire de combustión.

En pies2 7,35 0,24075

En m2 0,6828 0,022366

En pies3/min 14707,166 1926

En m3/hr 24987.634 3272.295

Teniendo estos valores de áreas mínimas y caudales de flujo, vamos a seleccionar los ventiladores adecuados para los sistemas de aire. Pero antes, vamos a mostrar las características de la marca de ventiladores que voy a seleccionar:

305

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

a.- Ventilador del sistema de ventilación de aire. Como tengo un caudal de Q = 24987.634 m3/hr, tenemos el siguiente ventilador: Modelo HC-80-4T/L

RPM 1450

Potencia (KW) 1.50

Q (m3/hr) 25000

Nivel (dB) 79

Peso (Kg) 44

Regresar al Índice

306

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

2.6.

UNI - FIM

ESQUEMA DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN Y ADMISIÓN DEL MOTOR MARINO

En este esquema se muestran las áreas mínimas de los ductos de ventilación y admisión de aire del motor marino. Se puede ver que existen dos ventiladores seleccionados (uno para ventilación y otro para admisión de aire), además de un extractor de aire a la salida de la ventilación, cuya velocidad de flujo debe ser de 1,5 m/s, como lo estipula el Manual de Mantenimiento de Motores Marinos Caterpillar.

Figura. Muestra del sistema de ventilación y admisión del motor marino 3508 DITA JW-AC.

Regresar al Índice

307

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3. CONCLUSIONES  Se logró diseñar del sistema de ventilación de forma que cumpla con las normas del manual usado en el desarrollo del trabajo.  La temperatura de la sala de máquinas debe ser una temperatura adecuada para brindar confort y seguridad a los miembros de la tripulación.  Sin un sistema de ventilación, como escape adecuados, el motor no solo puede trabajar bajo grandes deficiencias, sino que puede resultar dañado y estropeado por diversos factores, tales y como humedad, corrosión, combustión incompleta, sobrecarga, entre otras.

4. RECOMENDACIONES  Leer el manual de mantenimiento, pruebas e instalación de motores marinos Caterpillar, ya que es una lectura recomendable.  Generalmente los cálculos teóricos deben ser mayores que los reales.  Hacer un esquema en autocad para tener una mejor ubicación espacial de lo que se diseñó por medio de cálculos.

308

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

T11 - DISEÑO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE

309

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCIÓN

Se calculó el sistema de combustible, en donde se obtuvo los tanques de consumo diario y el tanque principal, que depende de la autonomía que se requiere. Por último de lo hecho, se hizo un análisis para obtener conclusiones y recomendaciones.

Regresar al Índice

310

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE 1.1.

ALGUNAS CONSIDERACIONES

 Para eliminar los problemas producidos por el ingreso de aire, se instala un tubo vertical entre el tanque de combustible en el motor. El combustible fluirá desde el tanque hasta el fondo del tubo vertical por gravedad. El motor tomará el combustible desde ese punto.  La condición de retorno de combustible debe entrar en el tubo vertical en un punto a unos centímetros por encima del más alto de los puntos de alimentación o de descarga.  La parte superior del tubo vertical puede tener salida a la parte superior de un tanque de combustible o a la atmosfera.  Entre el tanque de combustible y el tubo vertical no deberá hacer derivaciones de tuberías, puesto que el aire atrapado puede bloquear el flujo de combustible. A continuación, mostraré el esquema de un tanque de consumo diario para un motor marino, indicando sus partes más importantes:

311

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Figura. Muestra del sistema de suministro de combustible del tanque de servicio diario. Donde: (1) Es el relleno de combustible. (2) Tanque de combustible o de servicio diario. (3) Válvula de drenaje (instalada en la parte más baja del tanque para poder drenar todo el agua y el sedimento. A la salida de la válvula debe instalarse un tapón para evitar el goteo). (4) Válvula de descarga de combustible. (5) Trampa de agua y sedimento (debe ser el punto más bajo del circuito). (6) Tubería de retorno vertical. (7) Filtro primario de combustible (debe ser limpiable sin necesidad de parar el motor). (8) Tubería de suministro de combustible al motor marino. (9) Tuberías flexibles de combustible conectadas al sistema de suministro de combustibles del motor o generador. (10) Retorno del motor a la tubería vertical. (11) Tubo de ventilación desde la parte superior del tubo vertical a la parte superior del tanque de consumo de combustible diario. (12) Tubo de ventilación desde la parte superior del tanque a la atmósfera (debe estar lo suficientemente alto sobre la cubierta para evitar que el agua del baldeo entre en el tubo). (13) Boca de limpieza para drenaje de agua y sedimento provista de una válvula y situada por debajo de la descarga de combustible desde el tanque, para permitir el baldeo de agua y sedimento del tanque por gravedad desde el tanque de servicio diario. Observación: Se pueden emplear enfriadores de combustible para el buen funcionamiento del motor, ya que el combustible excedente devuelto de los motores equipados con inyectores unitarios de 1,1 litros (para los modelos CAT 3500 y 3600), absorben calor considerable de dichos inyectores y del agua de la camisa circundante.

1.2.

OBTENCIÓN DE LA DENSIDAD DE COMBUSTIBLE

Como vamos a usar combustible diésel, existe una fórmula que nos permite obtener el valor adecuado de la densidad en base a los datos del motor marino seleccionado. Datos del motor seleccionado Consumo específico del combustible. 338 lb/(hp-hr) Flujo o caudal del combustible. 45.8 gal/hr 312

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Potencia al freno del motor marino.

UNI - FIM

905 bhp

Tenemos una fórmula para poder determinar la densidad del combustible a usar:

Densidad(lb / gal) 

BHP * Consumo específico(lb / hp.hr) Flujo( gal / hr) *1000

Por lo tanto, calculamos dicha densidad en base a los parámetros de datos:

Densidad(lb / gal) 

905 * 338  6.6788lb / gal  45.8 *1000

Densidad(lb / gal)  6.6788lb / gal

Según un artículo sobre el consumo de combustibles, la densidad convencional de un combustible diésel es de aproximadamente 830 kg/m3 (o 6.9267 lb/gal). Por lo tanto, la fórmula anterior nos permite hallar el valor de la densidad del combustible diésel y compararla con el valor convencional. Así que, pare efectos de seguir los datos y especificaciones de nuestro motor seleccionado, vamos a usar este valor de densidad calculado. Entonces, queda determinado que la densidad del combustible diésel es de 6.6788 lb/gal. Densidad(lb / gal)  6.6788lb / gal

Este valor de la densidad nos permitirá hallar el valor del volumen del tanque principal y el tanque de consumo diario.

1.3.

ACERCA DEL TANQUE AUXILIAR O DE CONSUMO DIARIO

Son necesarios estos tanques si es que los tanques principales de combustible se sitúan:  A más de 50 pies (15.52 m) del motor.  Están situados por encima del motor.  Están a más de 12 pies (3.65 m) por debajo del motor. Aparte del tanque de consumo diario, se puede mencionar al tanque de sedimentación, que es usado para que el aire, el agua y los sedimentos se puedan separar del combustible. El tanque diario se sitúa de tal forma que el nivel del combustible no esté más elevado que los inyectores del motor, ya que la presión estática daría lugar a la fuga de combustible a las cámaras de combustión cuando el motor no está en marcha. La presencia de combustible líquido en las cámaras de combustión en el instante del arranque del motor probablemente podría producir una avería en el motor.

313

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

El tanque debe estar lo más cerca posible del motor, de tal forma que la elevación total de aspiración sea inferior a 12 pies (o 3.65 m). Cuanto menor sea este valor, mayor facilidad habrá en el arranque del motor. El material adecuado es el acero laminado de bajo carbono. Para el tanque de combustible no es adecuado que se emplee zinc galvanizado en la aleación de la plancha que conforma dicho tanque, ya que el zinc es inestable en presencia del azufre del combustible del motor, y también con la humedad.

1.4.

CÁLCULO DE LOS VOLÚMENES DE LOS TANQUES DE COMBUSTIBLE DEL MOTOR MARINO

Vamos a realizar los cálculos de los volúmenes de los tanques que conforman el sistema de combustible del motor marino: 1.4.1. PARA EL TANQUE DE COMBUSTIBLE PRINCIPAL: Tenemos los siguientes datos: Consumo específico del combustible (BSFC). Potencia al freno del motor marino (BHP). Densidad del combustible diesel empleado.

338 lb/(hp-hr) 905 bhp 6.6788 lb/gal.

Respecto a la autonomía del motor seleccionado, no encontré una fuente verídica acerca del período de uso del tanque principal. Sin embargo, expresaré el volumen de dicho tanque en litros por hora. Entonces, tenemos la siguiente expresión:

Capacidad( gal / hr) 

BHP * BSFC (lb / hp.hr) 905 * 338   45.8 gal / hr  173.37 litros / hr 1000*  (lb / gal) 1000* 6.6788

Por tanto, la razón de volumen del tanque de combustible principal es de 173.37 litros/hora. 1.4.2. PARA EL TANQUE DE CONSUMO DIARIO: Tenemos los siguientes datos: Consumo específico del combustible (BSFC). Potencia al freno del motor marino (BHP). Densidad del combustible diésel empleado. Autonomía del tanque auxiliar (un turno). Autonomía del tanque auxiliar (un día).

338 lb/(hp-hr) 905 bhp 6.6788 lb/gal. 8 horas 24 horas

Por lo tanto, el volumen del tanque de consumo diario de combustible es:

Capacidad(volumen)  Capacidad(volumen) 

314

BHP * Autonomía(horas) * BSFC (lb / hp.hr)  (lb / gal) *1000

(905) * (24) * (338)  1099.203 gal  4160.94 litros 6.6788*1000 MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Según la página 67 del artículo “El proyecto del buque”, se dimensiona el tanque de consumo diario de combustible con un 10% más del consumo hallado anteriormente, por lo tanto: Capacidad(volumen)  (1.1) * 4160.94  4577.03 litros  Vol (tan que diario)  4577.03 litros 1.4.3. PARA EL TANQUE DE SEDIMENTACIÓN: Tenemos los siguientes datos: Consumo específico del combustible (BSFC). Potencia al freno del motor marino (BHP). Densidad del combustible diesel empleado. Autonomía del tanque de sedimentación.

338 lb/(hp-hr) 905 bhp 6.6788 lb/gal. 24 horas.

La autonomía del tanque de sedimentación será de 24 horas (como dice la tabla). Por lo tanto, el volumen del tanque de sedimentación es:

Capacidad(volumen)  Capacidad(volumen) 

BHP * Autonomía(horas) * BSFC (lb / hp.hr)  (lb / gal) *1000

(905) * (24) * (338)  1099.203 gal  4160.94 litros 6.6788*1000

Según la página 67 del artículo “El proyecto del buque”, se dimensiona el tanque de sedimentación con un 15% más del consumo hallado anteriormente, por lo tanto: Capacidad(volumen)  (1.5) * 4160.94  6241.41litros  Vol (tan que sedim.)  6241.41litros

Figura. Esquema del tanque de sedimentación del sistema de combustible.

315

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Se observa que el volumen del tanque de sedimentación es mayor que el del tanque de consumo diario (a 24 horas de autonomía). Puede haber modificaciones (si se da el caso).

1.5.

ACERCA DEL DRENAJE DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE DEL MOTOR

 Todos los tanques de combustible deberán tener conexiones de drenaje de fácil acceso. El agua y los sedimentos que se acumulan en el fondo del tanque se deberán eliminar con seguridad.  Además, debe haber salidas de limpieza para eliminar periódicamente el sedimento y los residuos que se acumulan por sedimentación en los depósitos de los tanques de combustible.  Los tanques de buen diseño tienen aberturas de limpieza suficientemente grandes para que una persona llegue con facilidad a limpiar la parte inferior del tanque de combustible.

1.6.

SOBRE LAS TUBERÍAS DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE

 Se recomienda el tubo de hierro negro, aunque se pueden sustituir por tubos de cobre de tamaños nominales de 13 mm (o ½ pulgada) o menos.  Las válvulas y accesorios pueden ser de hierro fundido o bronce (no a latón).  El zinc, en forma de galvanizado o como componente importante de la aleación, no se deberá emplear en contacto con los combustibles diesel, ya que es inestable en presencia de azufre del combustible (que debe estar como máximo a 0.5% de concentración), y también con la presencia de humedad en el combustible.  El lodo, formado por acción química en el proceso de abastecimiento de combustible, es extraordinariamente perjudicial para los componentes internos del motor marino.

1.7.

DATOS AFINES DEL MOTOR EN RELACIÓN AL TEMA

Aquí hay algunos datos referentes al sistema de combustible obtenido en el Manual de Performance de Caterpillar (respecto al motor seleccionado 3508). Restricción en la línea de abastecimiento de combustible. Restricción en la línea de retorno de combustible. Presión normal de combustible. Flujo de combustible hacia la bomba de transferencia (hacia el motor). Flujo de combustible hacia la línea de retorno (desde el motor). 316

9 pulg. Hg 8 pulg. Hg 62 PSI 333 gal/h 270

l/h

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2. APLICACIÓN DE LAS NORMAS ABS Las Normas ABS tiene como finalidad la comparación de lo trabajado en el capítulo IV del presente informe con lo expuesto en la publicación número 5 de la ABS “Steel vessels under 90 meters in length”, que puede ser ubicado en la siguiente referencia de dicha Norma: Part Chapter Section 1

2.1.

4 Vessel Systems and Machinery 1 General Conditions of Classification of Machinery SISTEMA DE REFRIGERACION

De acuerdo a la norma: “Los medios deben ser proporcionados para determinar la temperatura del agua que circula de regreso a cada motor y para indicar que se mantiene la circulación adecuada. Grifos de purga se prestarán en el punto más bajo de todas las chaquetas. Al menos dos tomas de mar independiente deben ser proporcionados para el suministro de agua a las camisas del motor o de los intercambiadores de calor. Las tomas de mar se ubicarán a fin de minimizar la posibilidad de obturación de agua de refrigeración.” Aplicando la Norma: Nuestro sistema corresponde a un “KEEL COOLER”, esta normativa no aplica en nuestro caso puesto que no se tiene tomas de agua de mar.

2.2.

SISTEMA DE COMBUSTIBLE

Según la norma: “Tanques Estructurales en la medida de lo posible, los tanques de combustible deben formar parte de la estructura del buque y situado fuera de la categoría A los espacios de máquinas. Cuando los tanques de combustible, que no sean tanques del doble fondo, necesariamente se encuentran adyacentes o dentro de un espacio de máquinas de categoría A, de debe reducir el área de la frontera común a tanque y espacio de máquinas de categoría A, a un mínimo, y cumplir con lo siguiente: i)

Los tanques de combustible que tiene fronteras comunes con los espacios de máquinas de categoría A son que no contienen aceites combustibles con un punto de combustión de 60 ° C (140 ° F) o menos.

ii)

Por lo menos uno de sus lados verticales es contiguos a los límites del espacio de máquinas. Los arreglos en 4-4-4/Figure 1 son aceptables para los tanques estructurales. (La cubierta lateral no está incluida en frontera contigua de la categoría A, los espacios de máquinas.)

iii)

La parte inferior del tanque de combustible no debe ser tan expuesto que estará en contacto directo con la llama en caso de haber un incendio en un espacio de máquinas de categoría A. El depósito de combustible se extiende al doble fondo.

317

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Tanques de diario y tanques de sedimentación Los buques de arqueo bruto igual o superior a 500, con la colocación de la quilla o de fase equivalente de construcción a partir del 1 de julio 1998 se van a cumplir con los siguientes requisitos de i), ii) y iii) a) Los tubos de aire de aceite combustible y tanques de sedimentación que sirven directamente a los motores son para ser situado y dispuesto y / o adecuadamente protegidos contra daños mecánicos con el fin de minimizar la posibilidad de que se rompa y permite la entrada de salpicaduras de agua de mar o agua de lluvia en lo anterior tanques mencionados. Por lo menos dos tanques de combustible líquido deben ser proporcionados y de la capacidad de un tanque de servicio disponible es suficiente para por lo menos ocho horas de funcionamiento de la planta propulsora a la máxima potencia continua y de la planta generadora (excluyendo generador de emergencia) a la normal del mar cargar. b) Cuando la planta propulsora y máquinas auxiliares son suministrados por diferentes tanques de servicio o cuando más de un tipo de combustible que se utiliza a bordo de la embarcación, el número y la capacidad de los tanques de combustible líquido es de ser suficiente para que la planta de propulsión, incluyendo toda la maquinaria auxiliar esencial para la propulsión. La capacidad de los tanques con un tanque de servicio está disponible para ser suficiente para proporcionar la maquinaria que sirve con suficiente aceite combustible para la operación de por lo menos ocho horas. c) Se considerarán alternativas equivalentes a las disposiciones anteriores. Un tanque de servicio es un depósito de combustible que contiene sólo combustible de una calidad listo para su uso, es decir, de combustible de un grado y calidad que cumple con la especificación requerida por el fabricante del equipo. Un tanque de servicio es para ser declarado como tal y no se va a utilizar para cualquier otro propósito. Conclusiones: 1) Para el presente trabajo los tanques no son parte del casco, por lo tanto este ítem según la norma no se cumple. 318

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

2) Los tanques de combustible principales (se consideraron 2) están en sala de máquinas por lo que corresponde a la normativa i), ii) y iii) dado que el punto de combustión del Diésel D2 es 52°C menos que 60°C establecido por la norma, por ende se tiene que hacer una reubicación de los tanques. 3) Para el cálculo del tanque diario, se consideraron 24 horas, así que cumple con la norma de un consumo de por lo menos 8 horas.

3. CONCLUSIONES  Para el cálculo de las dimensiones de los tanques es necesario saber el régimen de combustible de la embarcación, a la vez se necesitan las líneas de forma del buque.  El tanque de sedimentación deberá ser poco profundo, con el fondo inclinado para mejorar la separación de agua y sedimentos.  La línea de llenado del tanque de sedimentación debe instalarse por debajo de la mitad de su altura y orientarse hacia el mamparo del tanque para reducir las salpicaduras y minimizar el peligro de generación de gas combustible en el espacio vacío del tanque.  Los cojinetes de la hélice deben de estar suficiente mente cerca para evitar las vibraciones del eje, pero suficientemente alejado para que el eje se adapte a la flexión que sufre el casco.  Habiendo una mayor vibración genera pérdidas excesivas de lubricantes en las juntas, fallos prematuros en rodamientos, ejes acoplamientos, también una mayor fricción y con ello un mayor consumo energético.  El buque debe tener un tanque de gasto diario y un tanque principal de combustible, para estar evitando el abastecimiento de combustible cada vez que termina su recorrido en un día y así prolongar su autonomía.

4. RECOMENDACIONES  Los tanques poco profundos pueden crear problemas de succionar por la bomba impurezas del fondo del tanque en condiciones de mal tiempo para evitar este problema se puede instalar una plancha perforada y paralela al fondo inclinado.  Asegúrese de que toda la información de seguridad, advertencias e instrucciones son leídas y entendidas antes de cualquier cálculo a realizar.  Tener un buen uso de los monogramas para no alejar nuestros valores de la realidad.

 Al momento de instalar el tanque de expansión auxiliar se tiene que colocar una conexión del tipo flexible para disminuir las vibraciones que se presentan. Regresar al Índice

319

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

VOLUMEN IV LABORATORIOS

320

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

PRIMER LABORATORIO: RECONOCIMIENTO DE LAS PARTES DE UN MOTOR

321

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCION

En este presente, se hace un informe sobre las partes del motor diésel que pude apreciar en mi visita al Instituto de Motores que queda a la espalda de la Facultad de Ingeniería de Sistemas. Me apersone la semana después de exámenes parciales, el técnico a cargo del laboratorio me comento que el reconocimiento a las partes del motor ya se había dado con alumnos de la especialidad de Ingeniería Mecánica y que volvería hacer la experiencia siempre y cuando se tramitase una carta dirigida al Ing. Ponce pidiendo el laboratorio. Visto dicho inconveniente, le pedí amablemente si pudiese tomarle fotos al motor que se encontraba allí armado, y algunas partes de algunos motores que se encontraban alrededor del laboratorio, por lo que accedí a ello sin ninguna molestia. Antes de pasar a retirarme le pregunte que marca era el motor al cual había fotografiado, y me dijo que era motor diésel Mitsubishi tipo 4D31-T, finalmente me retire, sin antes agradecer haberme dejado ingresar al instituto.

322

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

1. COLECTOR DE ADMISIÓN O MÚLTIPLE DE ADMISIÓN Parte del motor por donde ingresa el aire fresco para la combustión. Es hecho por lo general de aluminio.

Fig. Múltiple de admisión.

2. VÁLVULA DE ADMISIÓN Es aquel elemento que permite el ingreso de la mezcla aire combustible en los motores gasolineras, su movimiento es gobernado por el tren de levas.

Fig. Vista superior de la válvula de admisión.

323

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

3. EJE DE LEVAS Es el que se encarga de transmitir movimiento a las válvulas de admisión y de escape, así como también permite tener una sincronización de ambas válvulas.

Fig. Eje de Levas.

4. COLECTOR DE ESCAPE Es el elemento por donde son evacuados los gases de combustión, por lo general están hechos de fierro fundido, debido a que tiene que soportar grandes temperaturas y a la corrosión.

Fig. Ducto de escape (Colector de Escape). 324

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

5. Válvula De Escape Elemento que permite la salida de los gases producto de la combustión, su movimiento está gobernado por el eje de levas.

Fig. Resorte de la Válvula de escape.

Vista inferior de la válvula de escape

Fig. Tapa superior de los Cilindros, Se nota las válvulas de escape y de ingreso de aire.

325

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

6. CULATA La culata constituye una pieza de hierro fundido (o de aluminio en algunos motores), que va colocada encima del bloque del motor. Su función es sellar la parte superior de los cilindros para evitar pérdidas de compresión y salida inapropiada de los gases de escape.

Fig. Vista lateral de la culata.

7. PISTÓN Es aquel elemento que comprime la mezcla, transmite la fuerza de las explosiones que provocan su movimiento de vaivén al cigüeñal a través de la biela, e impide que los gases quemados tras la combustión puedan filtrarse hacia el cárter. Por lo general son de aleaciones especiales de aluminio, para conseguir ligereza, dureza y buena conductividad térmica, ya que deben resistir altas presiones, elevadas temperaturas y están sometidos a un gran desgaste por fricción. Los pistones son de una pieza, y se pueden dividir en la cabeza, parte que soporta directamente el empuje de los gases tras la combustión, y la falda o cuerpo, que es la parte inferior, encargada de mantener al pistón recto en el interior del cilindro. Para que el acoplamiento entre pistón y paredes del cilindro sea adecuado, la falda se diseña ligeramente ovalada y cónica. Este está conformada por 3 anillos 2 de ellos sirven para la compresión y el otro sirve como rascador de aceite

Fig. Pistón. 326

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

8. ANILLOS Los dos primeros anillos son los que se encargan de cerrar herméticamente los cilindros, impidiendo asi la fuga de gases. El tercer anillo cumple la función de lubricar el cilindro (anillo aceitero).

Fig. Anillos del Pistón.

9. BIELA Es la parte que una la manivela con el pistón, esta está conformada por 3 partes El pie es la parte más estrecha, y en la que se introduce el casquillo en el que luego se inserta el bulón, que es un cilindro metálico que une la biela con el pistón (ver figura) ,el cuerpo , la parte central de la biela es de una forma de doble T por lo general, la cabeza que está unido por dos mitades (ver figura) entre estas mitades se coloca a presión un casquillo que es el que abraza al muñón de biela este casquillo es generalmente de estaño y se coloca para evitar el rozamiento siendo este un material muy blando (ver figura) . Las bielas se realizan en acero templado mediante forja

Fig. Vista de la biela (Arriba) y del Bulón (Abajo).

327

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

10. CIGÜEÑAL Es un elemento estructural del motor el más importante, que a través de las bielas trasforma el movimiento alternativo de los pistones en movimiento rotario, luego este pasa a las ruedas por la transmisión. Usualmente están conformados por fundición gris, aceros o aleaciones de acero con cromo, molibdeno y vanadio y por lo general estar conformado de una sola pieza, pero en motores grandes pueden conformarse de varias piezas cada uno de los pistones de un motor solo trasmite potencia en uno de sus 4 tiempos y durante el resto de las fases tiene que depender de su propia inercia, por ello la forma y configuración del cigüeñal está en función del número y disposición del cilindros.

Fig. Cigüeñal.

11. CARTER Es la pieza que cierra el motor por debajo , en este es donde cae el lubricante para luego ser bombeado de nuevo al motor, este es normalmente de acero en algunos casos se emplea cárter de aluminio.

Fig. Carter del Motor. 328

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

12. BALANCÍN El balancín es un mecanismo que sirve como palanca que bascula sobre un punto fijo, este se encuentra ubicado encima de la culata. Su función es de empujar hacia abajo las válvulas de admisión y escape para obligarlas a que se abran. El balancín, a su vez, es accionado por una varilla de empuje movida por el árbol de levas.

Fig. Balancines, en la parte de la culata.

13. MUELLE DE VÁLVULAS Muelle encargado de mantener normalmente cerradas las válvulas de admisión y escape. Cuando el balancín empuja una de esas válvulas para abrirla, el muelle que posee cada una las obliga a regresar de nuevo a su posición normal.

Fig. Muelles de las válvulas de Admisión y Escape.

329

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

14. VISTA DEL MOTOR DIÉSEL MITSUBISHI TIPO 4D31 En la imagen se muestra a un motor diésel con todas sus partes ya montadas, se puede decir que es un motor operable ya que sus piezas parecen estar en buenas condiciones exteriormente viéndolo.

330

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

15. CONCLUSIONES 

El simple reconocimiento se torna necesario, pues es lo más elemental en el aprendizaje de los motores, en este caso de un motor diésel.



Mediante las piezas sueltas de otros motores alrededor, se puede dar una idea de cómo gira el cigüeñal y el movimiento que produce en los pistones, y su movimiento Biela-manivela.



Se pudo apreciar algo leído en un texto referente al curso, la ubicación del volumen muerto entre la culata y la posición más cercana del pistón con la culata, llamado Volumen Muerto.

16. RECOMENDACIONES 

Se recomienda tener cuidado a la hora de abrir el CARTER, puesto que se observó uno de otro motor que contenía aun aceite.



Recomiendo un procedimiento experimental en el laboratorio, para poder desmontar las partes y así darse cuenta como encajan en los compartimientos del monoblock y de la culata las componentes del motor.

331

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

SEGUNDO LABORATORIO: PRUEBA EN DINAMÓMETRO DE UN MOTOR

332

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCION Este informe va a tratar sobre el desarrollo del laboratorio de la prueba de dinamómetro de un motor de un solo cilindro (motor mono-cilíndrico), acoplado con un freno eléctrico. Dicho motor se encuentra en el Banco Petter del Laboratorio de Motores de la FIM (Laboratorio Nº 05). El motor posee un sistema de refrigeración externo con una bomba de suministro y el sistema de admisión con regulador de velocidad para mantener un flujo de aire con perfil regular. En la siguiente, vamos a comenzar con el desarrollo de la experiencia.

333

MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES D

1.

OBJETIVOS

 Observar y aprender sobre un ensayo dinamométrico de un motor diésel.

 Conocer los parámetros de operación, trazando las curvas de performance del motor diésel ensayado.  Calcular el consumo másico de aire y combustible.

2.

PARTE TEÓRICO

Para calcular la potencia del motor se midió la potencia al eje que este brindaba a un generador, esta potencia será aproximada a la potencia que produce el motor ya que aquí no he considerado las perdidas mecánicas.

Ne  L  Fb  n

Donde: L: Brazo de palanca al dinamómetro. Fb: Fuerza medida por el dinamómetro. n: rpm del motor.

Par motor (T.E):

T .E.  F  L (N-m)

Donde: F: fuerza aplicada en el dinamómetro (N) L: brazo del freno (m)/L= 0,32 m

Potencia del motor (Ne):

Ne 

n  Me (KW) 9550

Donde: n: velocidad de rotación del cigüeñal (rpm.) Me: par motor (N-m).

Cálculo del flujo másico de aire: ∆𝑝 ∗ 10 13.6 )] (𝑘𝑔/ℎ) 𝐺𝑎 = 5.8365 ∗ ∆𝑠 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝∗ [0.464 ∗ ( 𝑇𝑜 + 273 𝑝𝑜 −

Donde ∆s = Caída de presión en el manómetro (mm) ∆p = Caída de presión en el manómetro en U (mm) po = Presión atmosférica (mm Hg) To = Temperatura atmosférica (°C) α = Angulo de inclinación del manómetro inclinado (=30°)

334 MOTORES DIESEL MARINOS

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

3. 3.1.

UNI - FIM

ESPECIFICACIONES DE LA EXPERIENCIA ESPECIFICACIONES DEL MOTOR PETTER

Antes de desarrollar la experiencia, fue necesario ubicar cada uno de los sistemas del motor (de refrigeración, de lubricación, de combustible y de admisión y escape) y los componentes de estos, tales como filtros, bombas, termómetros, tuberías, etc. El motor diésel Petter que fue utilizado para realizar la experiencia posee las siguientes especificaciones técnicas: Modelo

PH1W

Cilindros

1

Diámetro Nominal

3 7/16’’ (87.3 mm)

Desplazamiento

40.2 plg² (659 cm²)

Carrera de Pistón

4.33’’ (110 mm)

Potencia y Velocidad

Relación de compresión

4.00 BHP – 1000RPM 5.00 BHP – 1200RPM 6.25 BHP – 1500RPM 6.75 BHP – 1650RPM 7.50 BHP – 1800RPM 8.20 BHP – 2000RPM 16.5:1

Presión de Lubricante

35 psi (2.46 kgf/cm²)

Presión de Compresión Presión de Inyección de Combustible

535 psi (37.6 kgf/cm²) 900- 1099 RPM 1995-2205psi (140/155 kgf/cm²) 1100- 2000 RPM 2850-3150psi (200/221 kgf/cm²)

Inyección de Combustible

Hasta 1650 RPM 1651 – 2000 RPM

Abertura válvula de admisión

4 1/2° antes del PMS

Cierre válvula de admisión

35 1/2° antes del PMI

Abertura válvula de escape Cierre válvula de admisión

35 1/2° antes del PMI 4 1/2° antes del PMS

Lubricantes capacidad Combustible

5 pintas (2.84 litros) Petróleo Diesel con alto grado de destilación norma BS 2868

Brazo de torque Brazo de pérdidas mecánicas Inyector HL 130526C175P3 Luz de válvulas (admisión – escape)

305 mm 305 mm Orificios múltiples

24° antes del PMS 28° antes del PMS

0.25 mm Distancia descompresor de cilindro (Carrera)

0.10 mm

Ajuste de culata

200 lb.pie

335

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

3.2.

UNI - FIM

ESPECIFICACIONES DEL GENERADOR

Generador - motor de corriente continúa Bkb Electric Motors LTD. Birmingham England. SERIE KW AMP RPM

Nº 42742/1. 8 33,3 3000 SHUNT - REG OHMS 220 EXCITACIÓN 100 V.D.C. AISLANTE CLASE E VOLTAJE 240 VOLT.

4.

EQUIPOS USADOS LABORATORIO Presómetro ∆P (en forma de U).

336

EN

LA

EXPERIENCIA

DE

Presómetro ∆S (inclinado 30º).

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Medidores de presión y temperatura del aceite lubricante. Para realizar la experiencia, los medidores deben indicar una presión de 52 PSI y una temperatura de 71ºC.

Muestra del dinamómetro instalado en la zona del freno eléctrico del motor.

337

UNI - FIM

Muestra del freno eléctrico

Muestra del tanque de combustible que se usará en la prueba de dinamómetro.

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

Muestra del aparato regulador de las Equipo usado en la medición de la RPM del motor de un cilindro. opacidad del humo de escape.

5.

AFINES DEL MOTOR PETTER

En esta parte voy a mostrar los sensores que operan en el motor diésel Petter del laboratorio.

5.1.

SENSORES DE PRESIÓN Y TEMPERATURA DEL ACEITE Es en sí un sensor de tipo mecánico, ya que posee un adaptador de unión hacia el módulo de lectura del valor de la presión y temperatura del aceite lubricante. En las imágenes de abajo se pueden apreciar estos adaptadores.

En esta imagen se muestra al adaptador Aquí se puede apreciar el adaptador del del sensor de presión ubicado en la parte sensor de temperatura del aceite ubicado superior del motor. en el cárter del motor.

338

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

5.2.

UNI - FIM

EL MICRÓMETRO Es un instrumento que mide la posición de la cremallera y regula la cantidad de combustible que va al inyector.

5.3.

SENSOR TACOMÉTRICO DE VELOCIDAD Es aquel que mida la velocidad (en RPM) del giro del eje del generador con freno eléctrico que impulsa al motor mono-cilíndrico. Este sensor está controlado mediante un tablero electrónico que indica el voltaje y corriente con respecto al valor graduado de RPM.

339

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

5.4.

UNI - FIM

SENSOR DE MEDICIÓN DE CAUDAL Es un sensor que consiste en una probeta tipo termómetro, en donde se mide el flujo de combustible por cada intervalo de 15 segundos (desde que se apertura la válvula del flujo de combustible hasta su posterior cierre en ese lapso de tiempo). Una vez que se mide el volumen, entonces obtenemos que el caudal es la relación del volumen con el intervalo de tiempo. Si se quiere el flujo másico de combustibles, solo basta multiplicar el valor del caudal por la densidad del combustible.

5.5.

EL COMPRESÍMETRO

Se usa para medir la presión de compresión de la siguiente manera:  Se hace girar el cigüeñal del motor a unas revoluciones de 300 a 350 RPM (mayor que en el de los motores a gasolina).  El giro de motor se hace en 05 toques o “explosiones”.  Luego de esto, se acopla el compresímetro en el orificio de los precalentadores o bujías incandescentes.  La presión toma valores de hasta 500 o 600 PSI.

340

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Ubicación donde compresímetro.

6.

va

el

adaptador

UNI - FIM

del Compresímetro.

DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA

6.1.

TABLA DE LOS DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIO

A continuación mostraré las tablas de los resultados obtenidos: Ítem 1 2 3 4 5 6 7 8

RPM 2000 1800 1600 1500 1400 1200 1100 1000 Ítem 1 2 3 4 5 6 7 8

341

Δ V (cc) 8.2 6.9 5.5 5.0 4.6 3.75 3.5 2.8

RPM 2000 1800 1600 1500 1400 1200 1100 1000

ΔP (mm H20) 105 97 92 75 68 61 58 54

Toil (ºF) 165 171 180 182 184 190 191 191

ΔS (mm H20) 107 98 87 85 80 78 66 60

Poil (PSI) 54 40 33 30 26 22 20 16

V 109 103 102 100 96 89 75 68

T entrada (ºC) 70 74 76 79 79 77 71 71

A 49,3 46,9 46,6 45,6 43,9 41 34,2 32,2

F (N) 97.5 88 102 101 103 97 78 77

T salida (ºC) 78 82 83 84 84 82 78 78

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Ítem 1 2 3 4 5 6 7 8

6.2.

7. 7.1.

RPM 2000 1800 1600 1500 1400 1200 1100 1000

Opacidad 6,04 5,03 5,02 4,61 3,99 2,08 1,17 0,75

Po (mm Hg) 750,5 750,1 750,5 750,5 750,5 750,5 750,5 750,5

To (ºC) 26,3 27,2 27,2 27,2 27,4 27,2 27,7 27

DATOS DE REFERENCIA

Eficiencia del generador

84%

Tiempo de flujo de combustible

15 seg.

Temperatura inicial del aceite

71 ºC

Presión inicial del aceite

52 PSI

RESULTADOS CURVA DEL TORQUE (N-M) VERSUS LAS REVOLUCIONES POR MINUTO (RPM)

Nota: El cálculo del torque se hace de la siguiente forma:

342

UNI - FIM

T = Fdinam x R

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

7.2.

UNI - FIM

CURVA DE POTENCIA (HP) VERSUS LAS REVOLUCIONES POR MINUTO (RPM)

Nota: El cálculo de la potencia se hace de esta forma: Pot (HP) = T x RPM / (60x746)

8.

OBSERVACIONES



El Motor Diésel Petter no cuenta con un gobernador, por lo que el ingreso de combustible se controla a través del micrómetro que regula la posición de la cremallera, que para esta ocasión se usó el micrómetro a 15 mm.



De igual manera este motor tampoco cuenta con un filtro de aceite.



Se debe recalcar que el sistema de enfriamiento no está acoplado al motor, sino que es un sistema aparte y la bomba de agua funciona gracias a un motor eléctrico.

343

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

9.

UNI - FIM

CONCLUSIONES

 Las curvas de performance son de importancia para determinar los parámetros de funcionamiento de un motor en las condiciones deseadas.  La curva de torque o par motor nos arroja valores concernientes al motor, de forma que sabemos que tanta fuerza de palanca puede ejercer según el régimen que se encuentre.  Observamos que la potencia del motor se ve incrementada con forme aumentan las revoluciones por más que el torque disminuye, esto es debido a que es un producto del torque con la frecuencia angular y como la frecuencia tiene un valor mucho mayor al torque, la potencia depende más de las RPM que del torque hasta un determinado valor.  Observemos que el consumo específico de combustible va aumentando con forme aumentan las RPM debido a que se requiere mayor cantidad de energía para aumentar la velocidad.  La disminución de la potencia una vez alcanzado el valor máximo es debido a la deficiencia de la capacidad volumétrica que posee el motor en la cámara de combustión.  También verificamos un par motor obtenido de mayor valor.  El valor de la presión del aceite debe indicar 52 PSI.  En este motor no existe un filtro de aceite, por lo que no es posible determinar la baja de presión producida por el paso a través de este y por los contaminantes del lubricante.  El motor utilizado en la experiencia no posee gobernador, por lo que es necesario mantener una carga aplicada al campo para evitar que el motor se acelere.  En el proceso de la experiencia no solo comprendimos el funcionamiento de un motor axial, sino que también logamos reconocer y ubicar los diferentes componentes de los diversos sistemas que permiten el correcto funcionamiento de dicho motor.

344

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

10.

UNI - FIM

RECOMENDACIONES

 Respecto a la práctica de laboratorio, es necesario utilizar botas de punta de acero para evitar accidentes por caídas de equipos pesados, así mismo se recomienda el uso de protectores de oídos y ojos debido a que el motor produce ruidos bastante fuertes y se está liberando vapores del sistema de enfriamiento que pueden irritar la vista.  Estar atento a la toma de datos según las indicaciones brindadas por el técnico.  En el caso del registro de temperaturas, es necesario el uso de un termómetro infrarrojo para registrar la temperatura del tubo de escape, puesto que esta es bastante alta como para ser obtenida con otro instrumento.  Es recomendable mantenerse a una determinada distancia del tubo de escape debido a su alta temperatura que alcanza.  Si se quiere obtener una medición de temperatura más precisa en el líquido refrigerante y en el aceite lubricante es recomendable utilizar el termómetro infrarrojo para ser más exacto.  Se recomienda escribir los datos importantes y tomar fotografías de los elementos y sistemas del motor por separado para una mejor identificación y mayor entendimiento de la experiencia.  Es necesario mantener la temperatura de ingreso del refrigerante a 71°C para un funcionamiento óptimo.

345

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

TERCER LABORATORIO: ENSAYO DE REMOLQUE DE UNA EMBARCACIÓN EN EL LABORATORIO NACIONAL DE HIDRÁULICA El desarrollo del laboratorio numero 3 (ensayo de remolque de una embarcación) no se pudo realizar debido a que actualmente la facultad de ingeniería mecánica ha incumplido con el pago correspondiente por el uso del canal para el curso de: laboratorio de hidrodinámica, tal echo ha repercutido tantos en los alumnos de dicho curso, como alumnos desarrolladores de proyectos de investigación, y a su vez por ausencia de una gestión por parte de la dirección de escuela para establecer el uso del canal y otros laboratorios. Ahora, el actual responsable del canal, ha tomado cartas en el asunto del contrato de la facultad con el canal y se ha establecido como meta gestionar lo mayor posible el cumplimiento del pago hacia el canal, así como el manteamiento y la reparación de los instrumentos usados en el ensayo de remolque de una embarcación.

346

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

CUARTO LABORATORIO: VISITA TÉCNICA A LA SALA DE MÁQUINAS DE LA E/P DON ABRAHAM

347

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

UNI - FIM

INTRODUCCION

En el presente informe detallaremos que pudimos observar en la visita de la sala de máquinas de la E/P Don Abraham, embarcación la cual se encontraba en varadero en la empresa Construcciones A. Maggiolo S.A. - Astilleros – Varaderos, ubicado en Oquendo-Callao; detallaremos la localización de los diferentes sistemas, así como también el sistema de propulsión. También daremos a conocer algunas características de la embarcación visitada.

348

MOTORES DIESEL MARINOS – PRUEBA DE DINAMÓMETRO DE UN MOTOR DIÉSEL

UNI - FIM

1.

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

BREVE RESEÑA DE LA EMPRESA Y EMBARCACIÓN

La empresa Construcciones A. Maggiolo S.A. - Astilleros – Varaderos, se encuentra ubicada en la Av. D esquina con Av. Playa Oquendo, altura del kilómetro 14 de la Av. Néstor Gambeta, Oquendo – Callao; la cual brinda varias servicios a las embarcaciones, de las cuales podemos mencionar: desmontaje, reparación y montaje de ejes; reemplazo de bocinas; mantenimiento y balanceo estático de hélices y timones así como Re-motorizaciones. La embarcación pesquera visitada, se encontraba en varadero en dicha empresa, por motivos de mantenimiento y reparaciones al sistema de propulsión.

E/P Don Abraham en varadero.

349

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

2.

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

VISITA A LA SALA DE MÁQUINA DE LA E/P DON ABRAHAM

-

Vista de Popa de la E/P Don Abraham, donde se puede apreciar el bulbo de popa, la tobera y la ubicación de la hélice.

-

Se puede apreciar que hay unas canaletas internas pegadas al casco en la parte más baja, esto es el sistema de enfriamiento llamado Skin Cooler.

350

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

-

En la parte de proa se puede apreciar también un bulbo, y pequeñas canaletas, que en realidad son barras de acero llamadas verduguetes, soldadas al casco para evitar que este se dañe.

-

Vista rápida de la sala de máquina, donde se puede apreciar el motor y las diversas tuberías para los diferentes sistemas.

351

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

-

Vista del motor, la salida de los gases de escape, el turbo cargador y la caja reductora cubierta por una carcasa de color roja.

-

Placa del motor CAT 3606 e Indicaciones para el procedimiento de servicio del filtro de combustible.

352

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

353

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

-

En esta foto se puede ver el revestimiento del tubo colector de escape, por dentro de este encuentra la conexión flexible; en el fondo se aprecia algunos controles y sistemas hidráulicos.

-

Se puede ver los 2 filtros del combustible.

354

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

-

Se puede ver 2 tanques auxiliares de expansión, conectados entre sí por 2 pequeños tubos.

-

Acá se puede apreciar tanto la entrada como salida del refrigerante.

355

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

-

Se puede apreciar los 2 grupos electrógenos que posee esta embarcación.

-

Al fondo se nota la entrada a la sala del timón (derecho), y al lado izquierdo de este, el tanque diario de combustible.

356

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

-

La foto muestra el tablero de control de la sala de máquinas, que se encuentra en la entrada de esta.

-

Ya en cubierta se observa los diferentes usos del sistema hidráulico encontrados en sala de máquinas, tal como: el halador, ordenador y los winches.

357

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

3.

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

CONCLUSIONES

 La visita en el interior de la sala de máquinas de la E/P Don Abraham para mí fue satisfactoria, ya que pude conocer de cerca las partes de un motor marino y como los sistemas están distribuidos en toda la sala de máquinas.  Se pudo observar 2 grupos electrógeno en la sala de máquinas.  El motor observado CAT 3606 presenta un sistema de admisión con turbocargador.  Conocí a detalle de cómo opera una embarcación pesquera, con los instrumentos encontrados en sala de máquinas y las plumas hidráulicas en cubierta.  Se pudo observar el conexionado para la toma del aire, para la combustión del motor así como también las tuberías de escape.  El sistema de propulsivo observado no es de alta velocidad, sino de buena maniobrabilidad y potencia.  La sala de máquinas tenía un ambiente agradable a pesar de que el motor, de acuerdo al maquinista, se prendía una vez al día.

4.

RECOMENDACIONES

 Tener un guía que tenga conocimientos en el área y oriente en la ubicación correspondiente de los sistemas y los diversos partes que puede tener una sala de máquinas.  Ir con preguntas concisas.  Llevar una cámara con más resolución para poder fotos más claras y tener detallado lo que se observa en la sala de máquinas.

358

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

5. -

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

ANEXO Planos de la E/P Don Abraham

Vista de planta de la salida de máquinas.

Vista longitudinal de la sala de máquinas.

359

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

CONCLUSIONES GENERALES  Es de gran importancia conocer los componentes de un motor, debido que al ocurrir una avería o alteración en alguno de los sistemas se pueda dar una solución adecuada.  Es más adecuado que se inyecte el combustible por medio de una inyección electrónica que mecánica, debido a que en la inyección electrónica hay elementos más eficientes como los sensores que aparte de regular el flujo en la inyección también según los últimos años han hecho de disminuyan las emisiones de algunos contaminantes.  Los diversos sistemas que se aprenden en este curso, tales como el sistema de lubricación, de admisión y de escape, o el de combustible siempre irán ligados con nuestro motor, y conocer sus respectivas operaciones son importantes para mantener y optimizar el funcionamiento del motor y el tiempo de vida de este.  Aunque haya un adecuado sistema que ayude al motor en su funcionamiento, existe probabilidades de que falle por diversas circunstancias ajenas.  Teniendo un adecuado programa estadístico de fallas, podemos predecir el daño que ocasionaría al motor o al sistema y así evitarlo o estar preparados para corregirlo.  Hay diversas formas para calcular la potencia de una embarcación, la más adecuada es la de producir un prototipo de la embarcación a escala y con ayuda de un remolcador que se encuentra en el canal hidrodinámico obtener las curvas de Potencia vs. Velocidad. Y de esta grafica escoger una potencia adecuada para una velocidad deseada, dicho laboratorio no se llegó a realizar.  La caja reductora es un complemento importante para el motor, porque reducen las RPM de este y las transmiten hacia a la hélice, es por ello que tener conocimiento de cómo seleccionarla es de gran importante.  Es muy cierto que mientras menos palas tengamos en nuestra hélice es más conveniente, sin embargo a un menor número de palas estas soportaran mayor carga, esto puede causar muchas vibraciones y contribuir a la cavitación.

360

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

 La adecuada ubicación del motor nos hace poder tener una mejor disposición de los sistemas de combustible o de escape.  El sistema de refrigeración debe tener una mezcla adecuada, no debe haber demasiado refrigerante porque si no la transferencia de calor seria menos eficiente e insuficiente refrigerante porque si no se produciría un sobrecalentamiento en el motor.  Los sistemas diseñados para el motor no solo basta con ser los más adecuados posibles para su operación, sino que deben cumplir normas internacionales como el ABS, y con ello cumplir estándares de calidad.

361

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

RECOMENDACIONES GENERALES  Debemos conocer el debido programa de mantenimiento del motor y también de sus sistemas que presenta.  De los dos tipos de inyección se recomienda que se use del tipo de inyección electrónica, porque es más preciso que si fuera del tipo mecánico.  Para el sistema de refrigeración es preferible seguir las recomendaciones del fabricante.  Al momento de instalar el tanque de expansión auxiliar si es que se requiere, se tiene que colocar entre el tanque auxiliar y el de expansión una conexión del tipo flexible para disminuir así las vibraciones que se presentan.  Se recomienda que al momento de comprar el motor, con su respectiva caja reductora, que se haga de una misma empresa para que así disminuyamos costos.  Para realizar el cálculo del factor de carga, se debe de partir de embarcaciones similares, y así estimar un factor de carga apropiado para la embarcación.  Se recomienda seleccionar un motor que cumpla con algunas regulaciones de emisiones de gases de escape, de preferencia un motor electrónico.  Al momento de instalar el tanque de expansión auxiliar se tiene que colocar una conexión del tipo flexible para] disminuir las vibraciones que se presentan.  En las tuberías del sistema de refrigeración se recomienda usar un factor de envejecimiento, como seguridad.  Tener un diagrama de fechas para los mantenimientos respectivos que se le harán al motor.  Tener una idea de datos se piensa son importantes y se deben tomar en el laboratorio, para poder así evitar contratiempos. 362

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

FUENTES DE INFORMACIÓN GENERAL A. LIBROS  Catálogo: Marine Engine (Selection Guide). Autor: Caterpillar y Mak. Enero 2006. (Páginas: 12, 38).  Curvas de hélices de la serie B de Wageningen. Autores: M.M. Bernitsas, D. Ray, P. Kinley. Universidad de Michigan. (Página: 27).  Libro: Apuntes de Teoría del Buque II. Autor: Prof. Aurelio Guzmán Cabañas y Pedro Gallardo Mateo. Departamento de Construcciones Navales (E.U.I.T. NAVAL). Universidad de Cádiz. (Capítulo 9. Páginas: 9, 23-31, Capítulo 11. Páginas: 1-5).  Libro: El proyecto del buque. En formato PDF. (Páginas: 39-40; 66-68).  Libro: Manual de Mantenimiento, Pruebas e Instalación de Motores Marinos Caterpillar. Autor: Colegio de Ingenieros del Perú (CIP). Lima - Perú. 1995. (  Libro: Teoría del Buque (Introducción a la propulsión de buques). Autor: Dr. Antonio Baquero. Cátedra Grupo VIII. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Navales (ETSIN).  Libro: Teoría del Buque (Tomo III). Autor: Dr. Baldomero García y Doncel Rodríguez.  Libro: Teoría del buque. Autor: Antonio Bonilla de la Corte. Tercera Edición (1979). Cádiz, España. (Páginas: 238-239).  Libro: Teoría del buque. Lecciones de Resistencia al Avance. Autor: Antonio Baquero. (Páginas: 192-200).  Manual - El aceite lubricante y su motor. Autor: Caterpillar.  Manual - El refrigerante y su motor. Autor: Caterpillar.  Manual - Los combustibles diesel y su motor. Autor: Caterpillar.  Manual: Engine Performance (Marine Propulsion 3500). Autor: Caterpillar. (Páginas: 5, 6, 14, 65).  Marine Engine Maintenance Schedules (for Marine Propulsion Engines Used in Commercial Applications) Caterpillar ISO 9001 Certified. (Páginas: 20-21).  Presentación: El proyecto del buque (Diseño de las formas) (Diapositiva: 28 y 29).  Tablas ET-2 y ET-4 del curso de Máquinas Auxiliares del Buque (MV-323).  Teoría de la confiabilidad. Autor: Ana Eugenia Luna. Universidad de Buenos Aires. Fac. de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Física, 2005 (Páginas: 2-11).

363

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

B. ENLACES WEB  http://maquinariasagricolas.blogspot.com/2008/12/bloque-es-la-estructura-bsica-delmotor.html  http://es.pdfcoke.com/doc/27981699/Componentes-Del-Motor-de-Combustion-Interna  http://www.taringa.net/posts/autos-motos/11594877/las-partes-del-motor-deconbustion-interna-y-como-funcionan.html  http://www.taringa.net/posts/autos-motos/10418242/Motores_-Mecanica-automotrizcompletisimo___.html  http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_interna#Sistema_de_arranq ue  http://www.slideshare.net/Flerasgard/ciclo-diesel  http://feldiesel.es.tl/mecanismo-biela-manivela.htm  http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel#Comparaci.C3.B3n_con_el_ciclo_Otto  http://books.google.com.pe/books?id=1rIBBXQhmCwC&printsec=frontcover&hl=es&so urce=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false  http://es.pdfcoke.com/doc/34482651/Mecanica-Automotriz-Sistema-Inyeccion-Diesel  http://www.arpem.com/tecnica/ind_direc/ind_direc_p.html  http://www.eagle.org/eagleExternalPortalWEB/ (pestaña “Resources” -> Rules & Guides -> Part 4: Vessel systems and machinery).  http://www.cat.com/home?x=9  http://www.cat.com/cda/files/1592911/7/LEHH0018.pdf  http://www.cat.com/cda/files/1850825/7/LEHH0025.pdf  http://www.cat.com/power-generation/generator-sets/diesel-generator-sets  http://marine.cat.com/cda/files/1377757/7/Cat%20C44%20Radiator%20Cooled%20Spe c%20Sheets.pdf  http://www.volvopenta.com/volvopenta/industrial/engb/off_road_engines/engine_ran ge_industrial/Pages/tad_1250_ve.aspx  www.volvopenta.com/volvopenta/  http://www.cumminsperu.pe/  www.perkins.com  http://www.deere.com/wps/dcom/en_US/products/engines_and_drivetrain/marine/m arine_diesel_engines.page?  http://www.stopson.com/fichas/sm25/sm25.html

C. VIDEOS  Prueba del Motor Petter (ciclo 2009-I).  Labo4 - Visita sala maquinas Don Abraham.  Proceso de combustión interna dentro de un motor con HHO.  Cat 3500 Tier 3 Customer Testimonial Western Towboat.

364

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

ANEXO PLANOS DE LOS SISTEMAS DE LA EMBARCACIÓN SELECCIONADA

Vista longitudinal de la sala de máquinas (MOTOR CAT 3508) 365

MOTORES DIESEL MARINOS

UNI - FIM

MONOGRAFÍA FINAL DE MOTORES DIÉSEL MARINOS

Vista lateral del motor y tuberías 366

MOTORES DIESEL MARINOS