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El motor de cuatro tiempos más eficiente del mundo.
Wärtsilä 31SGUn gran motorconstruido para el futuro
En un campo donde la competitividad y los precios de la gene-ración eléctrica son tan importantes, la eficiencia y la flexibili-dad son los commodities más cotizados. En este aspecto, nuestro último lanzamiento marca una diferencia radical.El motor de combustión interna ha evidenciado muchos cambios desde su aparición hace aproximadamente 200 años. Es fascinante pensar que a pesar de todos los avances efectuados a través de décadas de retoques y mejoras, este concepto que se remonta al siglo XVIII, aún sea la base de una gran parte de la producción de energía hoy en día. El consen-so es que aun hay muchas más vías para mejorar su diseño que sencillamente necesitan ser realizadas y evaluadas.Con esta idea en mente nuestros ingenieros en Wärtsilä decidieron hacer algo que es bastante inusual en el ámbito de los fabricantes de grandes motores. En vez de mejorar su diseño, decidieron comenzar desde cero para poder desarro-llar un nuevo motor considerablemente más eficiente que cualquier otro construido hasta ese momento.El resultado: el Wärtsilä 31 disponible en diesel, dual fuel, y Gas admitiendo una gama de diferentes calidades de gas. El más reciente es el W31SG en su versión de 20 cilindros que produ-ce 12 MW de energía eléctrica. Cuando se lanzó W31SG y salió la primera unidad de la fábrica, se convirtió en el motor de cuatro tiempos más eficiente jamás construido.La característica distintiva del Wärtsilä 31SG es su capacidad de alcanzar rendimientos que exceden el 50% -un hito en la industria-. En comparación están las turbinas de gas de ciclo simple que suelen contar con una eficiencia de alrededor del 40%. Los generadores de energía de Wärtsilä ya habían supera-do a las turbinas en ciclo abierto hace ya varios años con diferen-cias de eficiencia significativas, pero en este caso la brecha se amplía aún más, representando un ahorro de costos de genera-ción, reduciendo adicionalmente el nivel de emisiones.
Eficiencia bajo presión.El poder diseñar un motor desde cero les brindó a nuestros ingenieros la singular oportunidad de examinar todos los factores que contribuyen a la eficiencia del motor, y hacer mejoras en cada uno para lograr los mejores resultados. La calidad de la combustión, parámetros del motor, prevención de pérdidas de calor, flujos y fricción interna fueron los temas abordados y evaluados exhaustivamente.El avance más importante del W31SG sin embargo es el desa-rrollo de una estructura en el motor diseñada especialmente para incorporar la turbo compresión en dos etapas. Si bien el aumento de eficiencia asociado a la turbo compresión en dos
etapas es conocido -la industria ha experimentado con la misma desde hace tiempo– ningún motor existente tenía la capacidad de optimizar su efecto. Sencillamente no podría resistir el esfuerzo de los cambios de carga. Para poder supe-rar este inconveniente, los ingenieros se enfocaron en darle al motor W31SG la robustez requerida para poder manejar una presión media efectiva al freno (BMEP por sus siglas en inglés) de 30 bars. Naturalmente un diseño que incorpora conceptos que aumentan la eficiencia, no es lo mismo que darle vida a un motor nuevo. El desarrollo del W31SG fue un proceso muy largo y complejo que requirió una exhaustiva simulación digital, evaluando un motor experimental de un cilindro para luego pasar a varios motores multi-cilindro. Todas estas pruebas se realizaron para garantizar y comprobar el aumento en eficien-cia logrado, y que el producto final reuniese los requisitos más exigentes de confiabilidad.
Una ventaja fundamental del W31SG es su flexibilidad.
Flexibilidad para los requerimientosactuales de energía.Una ventaja fundamental del W31SG es su flexibilidad – su capacidad para el arranque rápido y el mantenimiento de la alta eficiencia durante la totalidad del rango de carga. Esta cualidad es de vital importancia en el panorama de generación eléctrica vigente donde el crecimiento masivo de las fuentes renovables ha desencadenado un cambio disruptivo en el sector. La generación de base está siendo desplazada por las renovables, a la vez que los generadores convencionales de energía asumen el nuevo rol de respaldar intermitentemente a la red cuando disminuye la producción de las renovables. Este cambio representa un desafío enorme para los propietarios de este tipo de activos, donde la flexibilidad se torna vital. Las usinas de energía de ciclos combinados no pueden operar económicamente frente a las necesidades de arranques
diarios, paradas y despacho a carga parcial, que son los nuevos estándares del mercado causados principalmente por la penetración de energía eólica y solar.Un motor de combustión interna, por otro lado, es la perfecta herramienta para este tipo de situaciones debido a su perfil de operación mucho más flexible. De más está decir que los ingenieros en Wärtsilä quisieron empujar la flexibilidad delmotor 31SG a niveles de vanguardia.El aumento de su flexibilidad se debe en gran parte al rediseño de los botadores de las válvulas del motor. El nuevo diseño reemplaza a los tradicionales balancines de modelos anterio-res, por un sistema con actuadores hidráulicos similares a los que se utilizan en la industria automotriz. Esta característica permite que haya un suave y preciso control de los tiempos de apertura de las válvulas para asegurar que la relación entre combustible y oxígeno en el cilindro sea la óptima para cada estado de carga. De esta manera el motor puede aprovechar la ventaja provista por el turbo de dos etapas, especialmente en cargas parciales.Los parámetros optimizados del motor, el manejo de los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión, y el control electrónico del encendido, dan como resultado lapresencia de menos hidrocarburos sin quemar luego de la combustión, mejorando la eficiencia y reduciendo las emisio-nes independientemente de la carga. Otra ventaja adicional respecto al accionamiento hidráulico de las válvulas es que no es necesario el ajuste periódico de la luz de válvulas como se acostumbraba a realizar en otros motores de acuerdo a lo indicado en los planes de mantenimiento.
Resultaría difícil no exagerar sobre el nivel de flexibilidad con que cuenta el W31SG. El motor puede ser operado continua-mente con una carga del 10% como mínimo técnico. En lo que respecta a arranques rápidos, en tan sólo dos minutos desde la orden de arranque puede alcanzar su carga máxima.
El nivel de flexibilidad del W31SG no debe ser subestimado.
Control totalEn un motor de gas moderno la automatización es clave para garantizar la eficiencia, seguridad y flexibilidad. Sin embargohay requisitos especiales para una máquina tan compleja yavanzada como la W31SG. Cuenta con 20 cilindros que encienden más de seis veces por segundo, y por tratarse de tantas variables en juego la habilidad para poder armonizar y controlar cada aspecto de la operación es crucial. Cuenta con
algoritmos de control específicos para cada cilindro, requisitonecesario para administrar tal cantidad de variables en un motor de gas con alta presión de encendido.Por esta razón, y como parte del desarrollo de este motor, hicimos lo imposible para construir un sistema de automatiza-ción de última generación que se integra al motor. El sistema de automatización del motor fue desarrollado totalmenteutilizando nuevo hardware y software a medida.Este sistema de automatización es singular por su extensa implementación de controles que regulan el sistema de distri-bución variable, ingreso de gas, encendido, temperatura derefrigerante, y varios aspectos del turbo alimentador. El avan-zado nivel de automatización es el que permite que el W31SG pueda aceptar altos rangos de variación de composición decombustible, como también poder funcionar con cargasvariables sin comprometer su eficiencia ni emisiones.El nuevo sistema de control es modular e integrado. Todos los sensores están conectados directamente a los puertos de control sin atravesar conectores o cajas de conjunción – un cambio quereduce la probabilidad de fallas -. Los equipos fueron sometidos a pruebas rigurosas de vibración y calentamiento para asegurar de que pudiesen resistir el exigente ambiente de una sala de máquinas para fortalecer su confiabilidad.
Visión a largo plazoLa ventaja de un motor como el Wartsila 31SG es obvio en épocas donde los precios del combustible son caros. Sinembargo el interés demostrado hacia nuestro motor ha sido fuerte en todos nuestros mercados a pesar de que en algunas regiones los precios son relativamente ventajosos en este momento. El inversor reconoce que un motor de estas caracte-rísticas es una inversión a largo plazo y que los precios de combustible fluctúan radicalmente año tras año, década trasdécada. Estos inversores tienen un enfoque holístico que busca reducir los costos del ciclo de vida útil asociados con intervalos prolongados de mantenimiento que sirven para amortiguar lospotenciales cambios del mercado de combustibles.En una escala más general es probable que el mundo vea una dramática reducción de la generación de electricidad conhidrocarburos en las próximas décadas. Este cambio sobre-vendrá no solamente debido a los costos más altos del combustible sino también a la limitación de las emisiones degases ejercidas por la presión política. Las soluciones quepodrán resistir la prueba del tiempo serán aquellas más flexibles y eficientes. En ambos casos W31SG tiene una claraventaja. Este es un gran motor construido para el futuro.
En un campo donde la competitividad y los precios de la gene-ración eléctrica son tan importantes, la eficiencia y la flexibili-dad son los commodities más cotizados. En este aspecto, nuestro último lanzamiento marca una diferencia radical.El motor de combustión interna ha evidenciado muchoscambios desde su aparición hace aproximadamente 200 años. Es fascinante pensar que a pesar de todos los avances efectuados a través de décadas de retoques y mejoras, este concepto que se remonta al siglo XVIII, aún sea la base de una gran parte de la producción de energía hoy en día. El consen-so es que aun hay muchas más vías para mejorar su diseño que sencillamente necesitan ser realizadas y evaluadas.Con esta idea en mente nuestros ingenieros en Wärtsilä decidieron hacer algo que es bastante inusual en el ámbito de los fabricantes de grandes motores. En vez de mejorar su diseño, decidieron comenzar desde cero para poder desarro-llar un nuevo motor considerablemente más eficiente quecualquier otro construido hasta ese momento.El resultado: el Wärtsilä 31 disponible en diesel, dual fuel, y Gas admitiendo una gama de diferentes calidades de gas. El más reciente es el W31SG en su versión de 20 cilindros que produ-ce 12 MW de energía eléctrica. Cuando se lanzó W31SG y salió la primera unidad de la fábrica, se convirtió en el motor de cuatro tiempos más eficiente jamás construido.La característica distintiva del Wärtsilä 31SG es su capacidad de alcanzar rendimientos que exceden el 50% -un hito en la industria-. En comparación están las turbinas de gas de ciclosimple que suelen contar con una eficiencia de alrededor del40%. Los generadores de energía de Wärtsilä ya habían supera-do a las turbinas en ciclo abierto hace ya varios años con diferen-cias de eficiencia significativas, pero en este caso la brecha se amplía aún más, representando un ahorro de costos de genera-ción, reduciendo adicionalmente el nivel de emisiones.
Eficiencia bajo presión.El poder diseñar un motor desde cero les brindó a nuestros ingenieros la singular oportunidad de examinar todos losfactores que contribuyen a la eficiencia del motor, y hacer mejoras en cada uno para lograr los mejores resultados. La calidad de la combustión, parámetros del motor, prevenciónde pérdidas de calor, flujos y fricción interna fueron los temas abordados y evaluados exhaustivamente.El avance más importante del W31SG sin embargo es el desa-rrollo de una estructura en el motor diseñada especialmentepara incorporar la turbo compresión en dos etapas. Si bien elaumento de eficiencia asociado a la turbo compresión en dos
etapas es conocido -la industria ha experimentado con lamisma desde hace tiempo– ningún motor existente tenía la capacidad de optimizar su efecto. Sencillamente no podría resistir el esfuerzo de los cambios de carga. Para poder supe-rar este inconveniente, los ingenieros se enfocaron en darle al motor W31SG la robustez requerida para poder manejar una presión media efectiva al freno (BMEP por sus siglas en inglés) de 30 bars. Naturalmente un diseño que incorpora conceptos que aumentan la eficiencia, no es lo mismo que darle vida a un motor nuevo. El desarrollo del W31SG fue un proceso muy largo y complejo que requirió una exhaustiva simulación digital,evaluando un motor experimental de un cilindro para luego pasar a varios motores multi-cilindro. Todas estas pruebas se realizaron para garantizar y comprobar el aumento en eficien-cia logrado, y que el producto final reuniese los requisitos másexigentes de confiabilidad.
Una ventaja fundamental del W31SG es su flexibilidad.
Flexibilidad para los requerimientosactuales de energía.Una ventaja fundamental del W31SG es su flexibilidad – su capacidad para el arranque rápido y el mantenimiento de la alta eficiencia durante la totalidad del rango de carga. Esta cualidad es de vital importancia en el panorama de generación eléctrica vigente donde el crecimiento masivo de las fuentes renovables ha desencadenado un cambio disruptivo en el sector. La generación de base está siendo desplazada por lasrenovables, a la vez que los generadores convencionales deenergía asumen el nuevo rol de respaldar intermitentemente a la red cuando disminuye la producción de las renovables. Este cambio representa un desafío enorme para los propietarios de este tipo de activos, donde la flexibilidad se torna vital. Las usinas de energía de ciclos combinados no pueden operareconómicamente frente a las necesidades de arranques
Wärtsilä® es una marca registrada. Derechos de autor © 2017 Wärtsilä Corporation.Las especificaciones están sujetas a cambio sin previo aviso.
Autores:Jani Mäkinen Director principal de Desarrollo, Genset Portfalio.Erik Jungner, Gerente General, Genset Portfalio,Wärtsilä Energy Solutions.Mail: [email protected] - [email protected]
www.wartsila.com
diarios, paradas y despacho a carga parcial, que son los nuevos estándares del mercado causados principalmente por la penetración de energía eólica y solar.Un motor de combustión interna, por otro lado, es la perfecta herramienta para este tipo de situaciones debido a su perfil de operación mucho más flexible. De más está decir que los ingenieros en Wärtsilä quisieron empujar la flexibilidad del motor 31SG a niveles de vanguardia.El aumento de su flexibilidad se debe en gran parte al rediseño de los botadores de las válvulas del motor. El nuevo diseño reemplaza a los tradicionales balancines de modelos anterio-res, por un sistema con actuadores hidráulicos similares a los que se utilizan en la industria automotriz. Esta característica permite que haya un suave y preciso control de los tiempos de apertura de las válvulas para asegurar que la relación entre combustible y oxígeno en el cilindro sea la óptima para cada estado de carga. De esta manera el motor puede aprovechar la ventaja provista por el turbo de dos etapas, especialmente en cargas parciales.Los parámetros optimizados del motor, el manejo de los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión, y el control electrónico del encendido, dan como resultado la presencia de menos hidrocarburos sin quemar luego de la combustión, mejorando la eficiencia y reduciendo las emisio-nes independientemente de la carga. Otra ventaja adicional respecto al accionamiento hidráulico de las válvulas es que no es necesario el ajuste periódico de la luz de válvulas como se acostumbraba a realizar en otros motores de acuerdo a lo indicado en los planes de mantenimiento.
Resultaría difícil no exagerar sobre el nivel de flexibilidad con que cuenta el W31SG. El motor puede ser operado continua-mente con una carga del 10% como mínimo técnico. En lo que respecta a arranques rápidos, en tan sólo dos minutos desde la orden de arranque puede alcanzar su carga máxima.
El nivel de flexibilidad del W31SG no debe ser subestimado.
Control totalEn un motor de gas moderno la automatización es clave para garantizar la eficiencia, seguridad y flexibilidad. Sin embargo hay requisitos especiales para una máquina tan compleja y avanzada como la W31SG. Cuenta con 20 cilindros que encienden más de seis veces por segundo, y por tratarse de tantas variables en juego la habilidad para poder armonizar y controlar cada aspecto de la operación es crucial. Cuenta con
algoritmos de control específicos para cada cilindro, requisito necesario para administrar tal cantidad de variables en un motor de gas con alta presión de encendido.Por esta razón, y como parte del desarrollo de este motor, hicimos lo imposible para construir un sistema de automatiza-ción de última generación que se integra al motor. El sistema de automatización del motor fue desarrollado totalmente utilizando nuevo hardware y software a medida.Este sistema de automatización es singular por su extensa implementación de controles que regulan el sistema de distri-bución variable, ingreso de gas, encendido, temperatura de refrigerante, y varios aspectos del turbo alimentador. El avan-zado nivel de automatización es el que permite que el W31SG pueda aceptar altos rangos de variación de composición de combustible, como también poder funcionar con cargas variables sin comprometer su eficiencia ni emisiones. El nuevo sistema de control es modular e integrado. Todos los sensores están conectados directamente a los puertos de control sin atravesar conectores o cajas de conjunción – un cambio que reduce la probabilidad de fallas -. Los equipos fueron sometidos a pruebas rigurosas de vibración y calentamiento para asegurar de que pudiesen resistir el exigente ambiente de una sala de máquinas para fortalecer su confiabilidad.
Visión a largo plazoLa ventaja de un motor como el Wärtsilä 31SG es obvio en épocas donde los precios del combustible son caros. Sin embargo el interés demostrado hacia nuestro motor ha sido fuerte en todos nuestros mercados a pesar de que en algunas regiones los precios son relativamente ventajosos en este momento. El inversor reconoce que un motor de estas caracte-rísticas es una inversión a largo plazo y que los precios de combustible fluctúan radicalmente año tras año, década tras década. Estos inversores tienen un enfoque holístico que busca reducir los costos del ciclo de vida útil asociados con intervalos prolongados de mantenimiento que sirven para amortiguar los potenciales cambios del mercado de combustibles. En una escala más general es probable que el mundo vea una dramática reducción de la generación de electricidad con hidrocarburos en las próximas décadas. Este cambio sobre-vendrá no solamente debido a los costos más altos del combustible sino también a la limitación de las emisiones de gases ejercidas por la presión política. Las soluciones que podrán resistir la prueba del tiempo serán aquellas más flexibles y eficientes. En ambos casos W31SG tiene una clara ventaja. Este es un gran motor construido para el futuro.
