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RESUMEN
Wärtsilä es un líder global en soluciones de energía mediante ciclo de combustión interna de los mercados de generadores eléctricos y trasporte marino. Al hacer hincapié en la innovación tecnológica y la eficiencia total Wärtsilä maximiza el rendimiento ambiental y económico de los buques y las plantas de energía.En 2012, las ventas netas de Wärtsilä alcanzaron 4,7 mil millones de euros con alrededor de 18.900 empleados. La compañía tiene operaciones en cerca de 170 oficinas en 70 países de todo el mundo. Gran parte del éxito de Wartsila se debe a la tecnología usada en sus motores y a la innovación continua de su ingeniería aparte de sus cientos de alianzas estratégicas con empresas similares. Además de participar en muchos proyecto ambientales como Hércules. El sistema de inyección de combustible common rail ha sido uno de los principales avances en cuestión de motores diésel, en 2003 Wartsila incluyo en sus unidades este sistema siendo pionero en ello. Debido a esto en los últimos años entraron en servicio cerca de 5000 unidades de motores diésel Wärtsilä que llevan instalado dicho sistema. La planta de mayor potencia entregada en 2008 consiste en cuatro motores Wärtsilä 16V46, con una potencia combinada de 87,2 MW, y está instalada en el buque de pasajeros Queen Mary II, construido por el astillero francés Chantiers de l’Atlantique.Todos estos factores han forjado el éxito de esta gran empresa.
ABSTRACT Wärtsilä is a global leader in complete lifecycle power solutions for the marine and energy markets. By emphasising technological innovation and total efficiency, Wärtsilä maximises the environmental and economic performance of the vessels and power plants of its customers. In 2012, Wärtsilä’s net sales totalled EUR 4.7 billion with approximately 18,900 employees. The company has operations in nearly
170 locations in 70 countries around the world. Much of the success of Wartsila is due to the technology used in its engines continuous innovation and its engineering apart from its hundreds of strategic alliances with similar companies. In addition to participating in many environmental project as Hercules. The fuel injection system common rail has been one of the major developments within diesel engines at 2003 Wartsila included in their units this pioneering system that. Due to this in recent years entered service about 5000 units carrying Wartsila Diesel engines installed the system. The increased power plant delivered in 2008 consists of four Wärtsilä 16V46 engines with a combined potence of 87.2 MW, and is installed in a passenger ship Queen Mary II, built by French shipyard Chantiers de l'Atlantique. All these factors have forged the success of this great company.
I. MOTORES 4 TIEMPOS COMMON RAIL
Como otros tipos de motores de Wärtsilä, los common rail satisfacen los límites actuales sobre emisiones de NOx mientras que su ahorro de combustible proporciona emisiones de CO2 más bajas que las de otros motores alternativos. Las primeras instalaciones de motores Wärtsilä 46 y 38 de este tipo se encuentran en buques de cruceros, y los motores Wärtsilä 32, de baja potencia, con inyección common rail se están empleando como motores auxiliares en grandes portacontenedores de línea.Otro avance que tiene como objetivo la reducción de las emisiones de los motores Wärtsilä es la humidificación del aire de combustión. Este proceso introduce el agua como una bruma fina dentro de la carga de aire después de la turbosoplante lo que proporciona una reducción adicional en las emisiones NOx de más de la mitad respecto al nivel original. El sistema empezó las pruebas de campo en 2008 y hoy en dia se monta en el 60% de las unidades fabricadas.El primer motor Wärtsilä 50DF era uno de los cuatro motores de 6 cilindros que se iban a instalar en un buque LNG interatlantico que se estaba
Alex AltamiranoIngeniería Automotriz, Escuela Politécnica del Ejército Extensión Latacunga.
Latacunga, Ecuador.email :[email protected]
MOTORES WARTSILA
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construyendo en Francia. Se espera que el motor Wärtsilä 50DF de combustible dual sea un paso importante también para aplicaciones en plantas de potencia motriz
Los motores Wärtsilä 50DF y 32DF son capaces de funcionar alternativamente con combustible gaseoso o líquido, siendo capaces de cambiar de combustible gaseoso a líquido automáticamente, interrumpiendo el suministro de gas. Cuando funciona con combustible gaseoso la mezcla del ciclo Otto es pobre y la ignición se asegura con una inyección micro-piloto de diesel-oil.
La flexibilidad en el combustible de los motores DF es útil en los buques LNG ya que permite que la planta de propulsión utilice al máximo la carga de gas evaporado. El bajo consumo de combustible da lugar a menores costes de operación que la planta de turbina de vapor tradicional y a emisiones de NOx y CO2 mucho más bajas.
A. Generalidades motor w20v32
El motor es un diesel de 4 tiempos, turboalimentado y postenfriado, con inyección directa de combustible.El bloque del motor es de una sola pieza de fundición.El cigüeñal está montado debajo del motor. El sombrerete principal se sujeta con dos tornillos de sombrerete principal tensados hidraulicamente y dos tornillos laterales horizontales.El receptor del aire de carga y el calefactor de agua de refrigeración están integrados en el bloque del motor. Las cubiertas de la caja del cigüeñal, hechas de metal ligero, se sellan con el bloque del motor por medio de juntas de goma.El cárter de aceite va soldado. Las camisas de cilindro son refrigeradas solo en la parte superior.
Camisa Wartsila
Fuente: Manual Wartsila 32
El efecto de refrigeración esta optimizado para dar la temperatura correcta de la superficie interior.La camisa cuenta con un aro antidesgaste para eliminar el riesgo de pulimento de la camisa. Los cojinetes principales son cojinetes partidos, trimetalicos o bimetalicos, totalmente intercambiables, que pueden desmontarse retirando la tapa del cojinete.El cigüeñal esta forjado de una sola pieza y se equilibra mediante los contrapesos necesarios.Las bielas tiene un diseño de tres piezas, conocido como de "biela marina". La biela es fundida y mecanizada en una aleación de acero y partida horizontalmente en tres partes para permitir el desmontaje de las piezas del pistón y de la biela. Todos los pernos de la biela están apretados de forma hidráulica para reducir el movimiento relativo entre las superficies de contacto.Los cojinetes de cabeza de biela son cojinetes partidos, trimetalicos o bimetalicos, totalmente intercambiables.Los pistones incorpora un sistema de lubricación de falda patentado por Wartsila. Las ranuras de segmentos superiores están endurecidas. El aceite refrigerante entra a la zona de refrigeración a través de la biela. Las zonas de refrigeración están diseñadas para ofrecer un efecto de "coctelera" óptimo.
Pistón Wartsila
Fuente: Google
El juego de segmentos del pistón consta de dos segmentos de compresión cromados y un segmento rascador de aceite cromado y accionado por resorte.La culata, hecha de hierro fundido nodular, está fijada por cuatro tornillos apretados de forma hidráulica. La culata es de diseño de doble cubierta y
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el agua de refrigeración está obligada a pasar desde la periferia hacia el centro, proporcionando una refrigeración eficiente en áreas importantes.Las válvulas de admisión están recubiertas de estelita y sus vástagos son cromados. Los asientos de las válvulas son de una aleación especial de hierro fundido, y son recambiables.Las válvulas de escape con asientos de Nimonic o estelita y vástagos cromados, cierran contra los asientos directamente refrigerados.Los anillos de asiento de un material resistente a la corrosión y a las picaduras, son intercambiables.
Los árboles de levas están formados por tramos individuales para cada cilindro, con las levas integradas.El motor está disponible en dos sistemas de inyección de combustible distintos: inyección de combustible "common rail" e inyección de combustible convencional. El sistema "common rail" consta de una bomba
de gasóleo de alta presión de gasóleo y un acumulador de combustible para cada dos cilindros.
El sistema de combustible convencional consta de bombas de inyección que tienen empujadores de rodillos independientes y se pueden cambiar ajustando la medida de la base con el tornillo del taqué. Las bombas y tuberías están situadas en un espacio cerrado, aislado térmicamente para funcionar con combustibles pesados.
Inyectores Comon Rail
Fuente: Manual Wartsila
El turbocompresor está situado normalmente en el lado libre del motor.El enfriador del aire de carga es de tipo autosoportado.El sistema de aceite lubricante incluye una bomba de engranajes, un filtro automático de aceite, un filtro
centrífugo para la limpieza del aceite procedente de la descarga del filtro automático, un enfriador de aceite con válvula termostática y una electrobomba de pre lubricación.El cárter de aceite está dimensionado para todo el volumen de aceite necesario y todos los números de cilindro pueden funcionar en configuración de cárter húmedo. También es posible funcionar en cárter seco.Sistema de arranque. El suministro de aire a los cilindros es controlado mediante un distribuidor de aire de arranque, movido por el árbol de levas.La instrumentación y la automatización están accionadas por el sistema de mando del motor.La instrumentación y automatización también puede gestionarse con el sistema de control de la fábrica.El sistema de agua de refrigeración incluye bombas de agua incorporadas y válvulas termostáticas.
B. DATOS TECNICOS
A continuación se definen los términos más importantes utilizados:
Lado de operación (Operating side). La parte lateral del motor en la que están situados los dispositivos de maniobra (arranque, parada, panel de instrumentos, regulador de velocidad).
Extremo de accionamiento (Driving end). Es el lado en el que se halla situado el volante, extremo libre (Free end). El lado opuesto al de accionamiento.
Designación de los cilindros. De acuerdo con ISO 1204 y DIN 6265, los cilindros se designan comenzando en el lado de accionamiento. En un motor con cilindros en V, los cilindros del lado izquierdo, vistos desde el lado de accionamiento, se denominan A1, A2, etc. Y los del lado derecho B1, B2, etc., tal y como se muestra a continuación:
Alineación Motor 32v
Fuente: Manual Wartsila
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Datos principales del motor Diámetro de cilindro (320 mm) 12.6 pulgadas Carrera (350 mm) 13.8 pulgadas Cilindrada por cilindro (28.15 l) 1718 pulgadas3
Orden de encendido
Datos Técnicos
Fuente: Manual Wartsila
C. Sistemas principales
Sistema de aire de carga y gases de escape
El sistema de aire de carga suministra al motor aire limpio para la combustión y el sistema de gases de escape conduce los gases de escape al exterior de la sala de máquinas, de modo que los niveles de emisión y ruido se puedan mantener dentro de un nivel aceptable.
El turbocargador aprovecha la energía de los gases de escape del motor producidas por la combustión para introducir aire a alta presión al múltiple de admisión, una ves que los gases de escape pasan por el turbocargador estos se dirigen al silenciador y a la chimenea y por ultimo hacia la atmósfera, con este dispositivo se logra aumentar la potencia de un motor.
Sistema de aire comprimido
El sistema de aire comprimido proporciona al motor el aire comprimido necesario para el encendido (30 bar.); Además, suministra aire de trabajo y de instrumentos para los equipos auxiliares, de mantenimiento y limpieza (7 bar.).
El aire de arranque se genera en la unidad de aire de arranque y se almacena en botellas de aire (30 bar.); La botella de aire está equipada con un manómetro y una válvula de seguridad con resorte; El aire de trabajo y para instrumentos se genera en la unidad de aire de instrumentos.
Sistema de agua de refrigeración
La función principal del sistema de refrigeración del motor es eliminar el calor generado por las funciones normales del motor, la transferencia de calor tiene lugar principalmente en él bloque del motor, así como también las turbinas alimentadoras y los intercambiadores de calor de aire de carga.
El sistema de refrigeración del motor se divide en un sistema de circulación de alta temperatura (HT) y otro de baja temperatura (LT); Cada sistema está equipado con su propia bomba de circulación accionada por el motor diesel.
Sistema de combustible
El objetivo del sistema de combustible es proporcionar al motor un suministro ininterrumpido y fiable de combustible limpio, con la temperatura y viscosidad correctas.
La planta generadora dispone de dos sistemas de combustible: uno para fuel oil pesado (CRO) crudo y
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otro para fuel oil liviano (LFO) diesel; El sistema HFO es el sistema principal sobre el que opera la planta.
El motor se puede poner en marcha, detener y mantener parado con CRO (en modo reserva) por un periodo que no supere los dos días, siempre que el sistema de control de temperatura del combustible mantenga éste a una temperatura operativa.
El sistema de LFO se utiliza para el mantenimiento y como sistema de reserva; En caso de paradas planificadas para largos periodos, el LFO se utiliza para expulsar el CRO del sistema de combustible del motor.
Sistema de CRO (crudo)
El combustible se transfiere al depósito intermedio por medio de la unidad de bomba de transferencia de CRO y a través de la válvula de llenado automático de tres vías.
Sistema de LFO (diesel)
El combustible se bombea al tanque de uso diario de LFO mediante la unidad de bomba de transferencia de LFO.
Sistema eléctrico
El grupo electrógeno consta de un motor diesel Wärtsilä Vasa 18V32LN y un generador auto refrigerado trifásico de CA ABB AMG 0900XU10 rígidamente montados en una estructura base común, la estructura base común se instala sobre resortes de acero empernados a la cimentación, logrando así una buena reducción de las vibraciones.
El acoplamiento flexible asegura que el generador y el motor no se afecten mutuamente debido a pequeñas desviaciones en alineación, movimientos por las temperaturas o fuerzas dinámicas libres.
Sistema de lubricación
El motor está provisto de una bomba de aceite lubricante (10) accionada directamente por él engrane en el extremo libre del cigüeñal, en algunas instalaciones hay una bomba de reserva accionada por separado y en paralelo, la bomba aspira aceite del colector de aceite del motor y lo envía a través del enfriador del aceite lubricante (1) equipado con una válvula termostática (3) que regula la temperatura del aceite a través de los filtros
principales (4) hasta el tubo de distribución principal (5) en el colector de aceite, y a través de gatos hidráulicos (que actúan en este aspecto como tubos normales) hasta los cojinetes principales de éstos a las muñequillas (6) y por los engrases en las bielas hasta los espacios de refrigeración del pistón; A través de tubos separados, el aceite es conducido hasta los otros puntos de lubricación como los cojinetes del árbol de levas (7), los rodillos de válvulas y bomba de inyección, cojinetes de los balancines (8) y cojinetes del accionamiento de válvulas y chorreadores de aceite para lubricación y refrigeración; Parte del aceite circula a través de un filtro centrífugo y posteriormente cae al colector de aceite, el colector de aceite puede ser provisto de un nivel de alarma conectado al sistema.
Fuente: Catalogo Wartsila
VI. CONCLUSIONES.
La compañía tiene operaciones en cerca de 170 oficinas en 70 países de todo el mundo.
El éxito de Wartsila se debe a la tecnología usada en sus motores y a la innovación continua de su ingeniería aparte de sus cientos de alianzas estratégicas con empresas similares.
Otro avance que tiene como objetivo la reduc-ción de las emisiones de los motores Wärtsilä es la humidificación del aire de combustión.
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El motor está disponible en dos sistemas de inyección de combustible distintos: inyección de combustible "common rail" e inyección de combustible convencional.
VII. BIBLIOGRAFÍA
Revista Propulsión. Ingeniería Naval (2008). http://www.ingenierosnavales.com/docurevista/PROPULSION.pdfRevista Propulsión. (2008), Ingeniería Naval.(2008). http://ingenierosnavales.com/docurevista/PAG.%2021-36.pdfTesis de disertación, Mantenimientos motores Wartsila con crudo (2006) Edgar Ramiro Alcosuer, Madrid. Rescatado de: http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/4032/1/T-ESPEL-0207.pdf.Una aplicación ambiental de la espectrofotometría (2008) edición 08, México. Rescatado de: http://www.metas.com.mx/guiametas/la-guia-metas-08-02-diesel.pdf
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