2do Seminario Nacional “Aspectos Técnicos sobre Eficiencia...

2do Seminario Nacional “Aspectos Técnicos sobre Eficiencia Energética para

Buques”

Tipos de Combustibles Marinos - Tratamiento y Uso -

Motores de Combustión Interna

Expositor:

Ing. Faustino González

CONTENIDO

I Parte. Tipos de Combustibles Marinos- Qué es un combustible?- El proceso de la combustión- Factores de emisión de CO2- Características de los combustibles marinos- Normativas de los combustibles

II Parte. Tratamiento y Uso de los Combustibles Marinos- Rutina de cargamento y registro de combustible - Manipulación y almacenamiento de combustible a bordo

III Parte. Motores de Combustión Interna- Clasificación de los motores de combustión interna- Ciclo de trabajo de motores de cuatro y de dos tiempos

IMAGEN DEL CURSO 4.05 OMI MODULE 1 Climate Change and the Shipping Response

TIPOS DE COMBUSTIBLES MARINOS

I PARTE

El Knock Nevis es un superpetrolero noruego, construido entre 1979 y 1981.

Aunque el momento de su construcción el petrolero Pierre Guillaumat le superaba

en tamaño, después de agrandarlo se transformó en el navío más grande del

planeta, con 458 metros de eslora y 69 metros de anchura.

Efecto de la concentración de la sustancia en el equilibrio

QUÈ ES UN COMBUSTIBLE?

Es todo cuerpo capaz de combinarse con el oxígeno del aire paradar lugar al fenómeno de la combustión (arder), con eldesprendimiento de luz, calor ,agua, CO2 y otros gases.

EL PROCESO DE LA COMBUSTIÓN

• El triángulo del fuego• Composición del aire • Calor = energía • Combustible fósiles • Reacción química• Teoría de las colisiones• Energía de activación• Emisión de C02• Agua, luz y calor

FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO QUÌMICO EN LA COMBUSTIÒN

EQUILIBRIO QUIMICO• Un equilibrio químico es un estado en el que las

actividades químicas o las concentraciones de losreactivos y los productos, no tienen ningún cambio en eltiempo.

• En los sistemas en equilibrio, las propiedadesmicroscópicas, como el calor, la presión, las cantidades dereactivos o productos; permanecen constante.

Efecto de la concentración de la sustancia en el equilibrio

2CO2(g) 2CO (g) + o 2(g)

FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO QUÌMICO EN LA COMBUSTIÒN

FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO QUÌMICO EN LA COMBUSTIÒN

Principio de Le Châtelier:

Si un sistema en equilibrio es sometido a una

perturbación o una tensión, el sistema

reaccionará de tal manera que disminuirá el

efecto de la tensión. De acuerdo a este

principio, pueden haber variaciones de

concentración, cambios de temperatura o

presión.

FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO QUÌMICO EN LA COMBUSTIÒN

• La temperatura o energía de activación

• La concentración de sustancias

• La presión.

PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO QUÍMICO EN LA COMBUSTIÒN

COMBUSTIBLE RESIDUAL

Este es el residuo del proceso de refinería, lo que queda después que la refinería haextraído todos los ‘buenos' productos como la gasolina, gasóleo, propano, butano,nafta, aceites lubricantes, etc. Es un líquido denso y espeso difícil de manipular,descrito como “negro, de olor desagradable y muy difícil de limpiar”.

No puede ser utilizado ‘como es', sino que tiene que ser combinado con otroscomponentes para cumplir una especificación aceptable y aún así tiene que sersometido a tratamiento a bordo del buque antes de poder ser utilizado.

Solo es idóneo para los motores más grandes y está principalmente ideado para losmotores principales

COMBUSTIBLE DESTILADO

Este se llama Diesel o gasóleo, es más ligero, más limpio y más fácil su empleo. Es unode los productos extraídos del petróleo crudo en la refinería. El combustible destiladonecesita muy poco tratamiento antes de utilizarlo, y es idóneo para una gama másamplia de motores, siendo usado en buques pequeños, naves costeras y en losmotores auxiliares empleados a bordo para generar potencia eléctrica o hidráulica.

El combustible destilado tiene sus propios problemas de contaminación, dificultadesoperativas y restricciones reglamentarias, pero es generalmente más fácil demanipular que los combustibles residuales.

Los destilados están cobrando mayor importancia, al ritmo que los reglamentos haciael azufre se tornan más estrictos.

Motor MAN B & W 11G95ME-C9.5 de dos tiempos, potencia

de 75.570 kW (103.000 caballos de fuerza)

TIPO DE MOTOR

11 - Numbers of Cylinder’s. Número de Cilindros

G - Stroke. Green Ultra Long Stroke. Fuerza “Green” Ultra Fuerte

95 - Diameter of Piston in cm. Diámetro de Cilindro

M - Engine Programme. Programa del Motor

E - Concept. Electronically Contrallad. Concepto. ControladoElectrónicamente

-C - Design. Compact Engine. Diseño. Motor Compacto

9 - Mark Number. Marca en Número

.5 - Version Number. Número de Versión

SALA DE MÀQUINAS DE ALBROOK (UMIP)

ESPECIFICACIONES / EN LA NOMINACIÒN Todo motor requiere de un combustible específico donde se solicita alsuplidor, de acuerdo al manual del fabricante, las características delcombustible a usar, como son:

APIDensidadContenido de aguaPunto de ebulliciónTemperatura de encendidoFlash pointViscosidadPeso específicoResiduo de carbónCenizaSulfuroSodioSilicioSilicónIncompatibilidadAsfalto

Estos parámetroayudan al operador amanipular, proteger yasegurar elrendimiento térmicodel motor y evitardaños catastróficos delas partes internos delmotor.

NORMATIVA DE LOS COMBUSTIBLES MARINOS

ESPECIFICACIÓN Y REQUERIMIENTO DE LA CALIDAD DEL COMBUSTIBLE

PARA MOTORES MARINOS

• International StandardOrganization (ISO).

• Combustibles residuales y lanormativa British StandardInstitution (BSI).

• International Council onCombustion Engines (CIMAC).

• American Standard TestingMaterial (ASTM).

Estos parámetro loscertifica un laboratorioquímico aprobado,donde se envían lasmuestras para suanálisis.

TRATAMIENTO Y USO DE LOS COMBUSTIBLES

MARINO

II PARTE

DETERMINACIÒN DEL VOLUMENLas diversas maquinarias a bordo requieren de un cálculo ysuministro de combustible a fin de funcionar sin interrupcióny concluir la travesía del punta A al punto B sininconvenientes.

DETERMINACIÒN DEL VOLUMEN

SONDA SONDEOCualquiera que seala forma de medirdebe ser verificadopor unrepresentante delbuque.

•

VASIO • Flotador

• Microondas

• Sensor sumergido

• Tabla de calibración de tanque

• Cinta de sondear.

SONDEO DE TANQUE CON CINTA. MÈTODO DE MEDIDA POR ULLAGE (AFORO O VACIO), E INNAGE (SONDA)

RUTINA DE ABASTECIMIENTOGuía ISGOTT para el cargamento de combustible

• Nota de entrega o nominación (Q88)

• Esta se entregará al representante del buque en elmomento de la carga de combustible, especificando lacantidad y calidad del combustible convenida.

• La Nota requiere, en la mayoría de los casos, que seincluya las características establecidas en la norma.

• Densidad a 15 °C

• Viscosidad a 50 °C

• Punto de ebullición en °C

• Temperatura de encendido.

SHIP TO SHIP

RUTINA DE ABASTECIMIENTOGUIA ISGOTT / PLAN DE CARGA

• Se alinean todas las válvulas hacia los tanques dealmacenamiento.

• Se verifican los tanques receptores (vacíos)• Se inicia el bombeo de combustible a mínima rata• Monitoreo constante de presión en la línea• Se examinan las bridas, mangueras y conexiones• Al rellenar los tanques se reduce la presión y/o se

abre otro tanque.

RUTINA DE ABASTECIMIENTOGUIA ISGOTT para el abastecimiento de combustible

• Representante del buque y el suplidor deben ser invitadospara revisar la sonda de los tanques del buque antes ydespués del abastecimiento.

• Si existe alguna diferencia será anotado en el diario denavegación y el libro de registro de hidrocarburo (OILRECORD BOOK).

• Jefe de Máquinas, es el responsable del recibimiento decombustible, verificando constantemente el sondeo de lostanques para evitar derrames.

Rutina de AbastecimientoGUIA ISGOT para el abastecimiento de Combustible

Toma de muestras:• Uno de los aspectos mas cruciales del abastecimiento de

combustibles, es la toma de muestras.• Es responsabilidad del buque receptor que se tomen muestras

(selladas y etiquetadas), del combustible que se está abasteciendo.• Estas muestras deberán ser tomadas por ambos representantes, del

suplidor y del buque y; además de selladas, deberán ser firmadaspor ambas partes.

• Se dividen las muestras en tres envases, distribuyéndolas así:

• Una para el Suplidor,• Una para el Receptor• y otra para el Laboratorio, para análisis químico

MUESTRAS DE COMBUSTIBLE PARA ANÀLISIS

Toma de muestras Se recogen tres muestras

TOMA DE MUESTRAS DE COMBUSTIBLE

Rutina de Abastecimiento

Foto y Video 1.

Toma de Muestra de Combustible Pesado (HFO)

Rutina de Abastecimiento

RUTINA DE ABASTECIMIENTOGUIA ISGOTT para el cargamento de combustible

Al finalizar el abastecimiento• Se cierran múltiple de carga.

• Se vacían y desconectan mangueras de combustible.

• Se cierran válvulas.

• Se reconfirma sonda en los tanques con el representante delbuque y suplidor.

• Se registran todas las notas en el libro de registro dehidrocarburo (Oil Record Book).

ALMACENAMIENTO Y BOMBEO A BORDO

• En general en los buques que consumen combustibles pesados adiferencia de los que consumen diésel liviano, los tanques dealmacenamiento, sedimentación y servicio, deben tener un sistemade calefacción que permita tener una temperatura adecuada parabombear y transferir el combustible.

• La temperatura de 45 °C normalmente nos asegura ésta condición debombeo.

• El combustible no debe calentarse nunca a mas de 10°C debajo delpunto de ebullición.

• Los serpentines se extienden por el fondo del tanque evitando ladescomposición del combustible ya que si solo se calienta en la salidapodría dar problemas en las válvulas, líneas y los tanques.

ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE Tanque de Sedimentación de

Combustible

• FOTO

Todos los combustiblespesados están contaminadoscon agua y sedimento; poracción de la gravedad,conociendo que el agua y elsedimento son más pesadoque el combustible, seproducirá una separación pordecantación, que al final sedeposita en el fondo deltanque.

ALMACENAMIENTO Y BOMBEO A BORDO

Todo buque debe poseer un plan de segregación (disposición detanques) de combustible que contenga las siguientes condiciones:• Mantener el combustible aislado, hasta que se reciban los

resultados del laboratorio.• Guardar la muestra de combustible embarcado.• Evitar la mezcla de combustibles no compatible.• Tanque sedimentación.• Sistema de purificación.• Calentadores.• El agua y sedimento se encuentran presente durante la navegación,

estos se mezclan con el combustible, por lo que deberápermanecer por un tiempo en el tanque de almacenamiento, a finde sedimentarlo antes de transferirlo al tanque de servicio.

•

EFECTO DE LA SEDIMENTACIÓN POR DECANTACIÒN

PURIFICACIÓN DE COMBUSTIBLE MARINOS

• foto purificadoraLa decantación en muchasocasiones no es eficiente paraseparar el agua y lossedimentos que se quedan ensuspensión en el seno delcombustible; por lo que hayque utilizar los sistemas depurificación centrífuga quesepara el agua y lossedimentos por la fuerzacentrífuga.

https://www.youtube.com/watch?v=oUFNCZ9Zbw8

Separadora Centrìfuga

Separadora Centrìfuga

PURIFICACIÓN DE COMBUSTIBLE

• Los filtros de combustiblesremoverán las partículas mássolidas y están ubicados en elpaso del combustible entrela bomba de alta presión ylos inyectores

• El sistema consta de unaválvula de selección, pero encaso de obstruirse, podemosseleccionar otro y darmantenimiento (filtro tipodúplex).

MOTORES DE COMBUSTIÒN INTERNA

III PARTE

Motores de Combustión Interna

Video 2Motor de 2 tiempos

Motor de 2 tiempos

Compresión

Admisión

Explosión

Expulsión

El motor de dos tiempos está compuesto por

un número de piezas móviles más reducido

que el de cuatro, sin embargo, su

funcionamiento es más ruidoso y consume

más carburante que el motor de Otto.

Motor de 2 tiempos

Cuatro fases, en dos carreras completas del pistón. En ladescendente, se producen las fases de explosión yescape, En la ascendente, las de admisión y compresión.

Eso es posible gracias a su diseño interior y a ladisposición de los distintos orificios que intervienen en elproceso.

Punto muerto superior

Ingresa mezcla Aire –

Aceite - Combustible

Mezcla Sube

Motor de 2 tiempos

Motor en

funcionamiento

2 tiempos => 1 vuelta

de cigüeñal

Motor de 2 tiempos

El pistón llega al punto muerto superior. La mezcla está comprimida al máximo.

La bujía produce la chispa y se produce la explosión

Motor de 2 tiempos

Motor de 2 tiempos

Motores de Combustión Interna

Video 3Motor de 4 tiempos

Motor de 4 tiempos

Motor de 4 tiempos

Motor de 4 tiempos

Motores de Combustión Interna

Animación Comparación de funcionamiento de motor

de 2 tiempos y motor de 4 tiempos

MOTORES DE NUEVA GENERACIÓN

• Consume gas natural licuado (LNG).

• Ayúdan a la eficiéncia energética.

• Reducen la huella de carbòn.

• Es la solución a las regulaciones OMI sobrelas emisiones de efecto invernadero.

TANQUERO DE GAS LICUADO

Advantage for emission control(Lean burn gas engine against the diesel engine)

IMAGEN DE EL CURSO 4.05 OMI MODULE 1 Climate Change and the Shipping Response

CONSULTAS Y REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• Manuales de Akasaka Marine Diésel Engine

• Climate Change and the Shipping Response (OMI)

• ISGOTT 5° Edición

• GUÍA PRÁCTICA PARA EL CÁLCULO DE EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO

• Capitulo 3.5 Los factores de emisión de CO2

• Fundamentos de Química 3

Fin de la Presentación

Muchas Gracias por su Atención

Ingeniero Faustino González

Jefe de Máquinas de MM

Decano

Facultad de Ciencias Náuticas

Universidad Marítima Internacional de Panamá

fgonzalez@umip.ac.pa // (507)5200184789 // (507)66733869

Fin de la Presentación

Muchas Gracias por su Atención

Ingeniero Faustino González

Jefe de Máquinas de MM

Decano

Facultad de Ciencias Náuticas

Universidad Marítima Internacional de Panamá

fgonzalez@umip.ac.pa // (507)5200184/89 // (507)66733869