Motores marinos WinGD (Winterthur Gas & Diesel)

WinGD Ltd. (Winterthur Gas & Diesel) es una filial de la Corporación Estatal de Construcción Naval de China (CSSC). Se constituyó el 19 de enero de 2015 como una empresa conjunta al 70/30 entre CSSC y el Grupo finlandés Wärtsilä para combinar sus actividades en el sector de los motores diésel marinos de dos tiempos. En 2016, CSSC adquirió el 100 % de la empresa. Aunque actualmente la empresa pertenece a un grupo chino, la sede de ingeniería, investigación y desarrollo continúa en Winterthur, Suiza.

Historia

Tras una crisis corporativa en Sulzer, se fundó New Sulzer Diesel (NSD) en 1989. En 1991, la división de motores diésel se vendió a Fincantieri (42%), Bremer Vulkan (42%), conservando Sulzer una participación minoritaria del 10% del capital social.

En abril de 1997, New Sulzer Diesel Ltd (NSD) fue totalmente asumida por Metra Corporation, que se fusionó con Wärtsilä Diesel para crear Wärtsilä NSD Corporation, que más tarde se convirtió en Wärtsilä Corporation New Sulzer Diesel Ltd, la cual pasó a denominarse Wärtsilä NSD Switzerland Ltd. La empresa suiza pasó a denominarse Wärtsilä Ltd Suiza en el año 2000.

 La especialidad de Wärtsilä eran originalmente los motores de cuatro tiempos de velocidad media con hasta 18 cilindros y una potencia de 18.900 kW (25.700 hp). Tras adquirir las operaciones de la empresa suiza New Sulzer Diesel a Fincantieri, que se centraba principalmente en la propulsión marina de dos tiempos, Wärtsilä pasó a ser competidor del fabricante líder mundial, MAN Diesel. 

Para responder a la tendencia hacia buques de menor velocidad y mayor eficiencia energética (véase Navegación a baja velocidad y Transporte marítimo sostenible), Wärtsilä presentó en 2011 su nueva línea de motores Generación X. Esta se caracterizaba por un menor consumo de combustible, una mayor densidad de potencia y una mayor eficiencia.

 

En 2015, la división suiza de motores lentos de Wärtsilä se convirtió en una empresa conjunta con China State Shipbuilding Corporation y pasó a llamarse WinGD (Winterthur Gas & Diesel).

En el año 2016, China State Shipbuilding Corporation adquirió el 100 % de la empresa Winterthur Gas & Diesel. Según la compañía, su cuota de mercado global de motores diésel marinos aumentó significativamente hasta el 34 % en 2016. 

En el año 2017, se anunció un acuerdo entre Winterthur Gas & Diesel y Hyundai Heavy Industries para extender su colaboración durante otros diez años. Ambas compañías ya habían colaborado previamente en el desarrollo de motores de gran tamaño.

 

WinGD en la actualidad

WinGD es actualmente uno de los líderes mundiales en:

• Motores marinos de dos tiempos de baja velocidad.
• Motores dual fuel (gas natural y combustible líquido).
• Tecnologías para combustibles alternativos como metanol, amoníaco e hidrógeno.
• Sistemas digitales de optimización y reducción de emisiones.

Sus motores propulsan:

• Portacontenedores.
• Petroleros.
• Graneleros.
• Buques gaseros LNG.
• Grandes buques mercantes de navegación oceánica.

Uno de sus desarrollos más conocidos es el motor X-DF, una familia de motores dual fuel de baja presión que ha tenido gran aceptación en el mercado de buques LNG por su eficiencia y bajas emisiones. Además, el motor 12X92DF ostenta un récord mundial como uno de los motores marinos más potentes jamás construidos.

En resumen, WinGD es la heredera directa de la tradición de ingeniería marina iniciada por Sulzer en 1893 y representa una de las líneas históricas más importantes en la evolución del motor diésel marino moderno.

¿Qué hace Wärtsilä en la actualidad?

Wärtsilä sigue muy presente en el sector marino, pero está enfocada principalmente en:

• Motores marinos de cuatro tiempos (medium-speed).
• Plantas de generación eléctrica.
• Sistemas de propulsión.
• Automatización y control.
• Servicios de mantenimiento y modernización.

Además, Wärtsilä continúa dando servicio técnico a una enorme flota de motores lentos Sulzer, Wärtsilä y WinGD instalados en buques de todo el mundo.

¿Quién domina en la actualidad el mercado de los motores lentos?

Actualmente el mercado de motores principales de baja velocidad para grandes mercantes está dominado por dos líneas de diseño:

• WinGD, Suiza (China), gama de productos: X, X-DF, X-DF-M
• MAN Energy Solutions, Alemania, gama de productos: ME-C, ME-GI, ME-LGIM

Los fabricantes como Hyundai, Mitsui, Doosan, CSSC o Hudong suelen construir estos motores bajo licencia del diseñador original.

WinGD ya no fabrica motores en Suiza. La fabricación se realiza principalmente en Asia por licenciatarios y constructores de motores. Lo que permanece en Winterthur es el núcleo de ingeniería: investigación, diseño, simulación, desarrollo de combustión, control electrónico, certificación y soporte técnico.

MAN Energy Solutions sigue siendo el líder histórico y probablemente el referente tecnológico global en motores lentos de dos tiempos. Pero la diferencia con sus competidores ya no es tan grande como hace 20 años. Su tecnología ME-C y especialmente ME-GI (inyección de gas a alta presión) es considerada por muchos armadores como la referencia para grandes portacontenedores y buques de muy alta potencia.

"MAN sigue siendo el líder tecnológico global, pero WinGD se ha convertido en un competidor de igual nivel en muchos segmentos."

De hecho, que CSSC controle WinGD le da acceso privilegiado al mayor mercado mundial de construcción naval: China construye más de la mitad del tonelaje mercante mundial. Eso le proporciona una plataforma enorme para crecer. Mientras tanto, WinGD está empujando fuerte en LNG, metanol y amoníaco.

 

AUTOR: Carlos Rodríguez Vidal (Doctor en Energía y Propulsión Marina).

 

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ENLACES:

• WinGD (Web corporativa)
• China State Shipbuilding Corporation 
• Propulsión de buques con motores de amoniaco 
• Motores Marinos dual-Fuel con Methanol
• Motor diésel lento MAN B&W ME-LGI
  
• Comparación de combustibles del futuro para motores marinos
• Sistemas auxiliares en motores diésel marinos
• Motores 2T con control electrónico
  
• MAN de la serie KSZ

 

 

Ciclo de un motor marino de dos tiempos diesel

Los motores lentos fabricados actualmente se caracterizan por operar en el ciclo de dos tiempos diésel, con barrido uniflujo con válvulas de escape en culata, turbosoplante y enfriador de aire de admisión.

El ciclo de dos tiempos se realiza en dos carreras, es decir cada ciclo dura una vuelta, 360º de giro de cigüeñal, cada vez que el pistón llega al PMS (punto muerto superior) se produce la inyección y combustión en el interior del cilindro, por tanto el árbol de levas que comanda las válvulas de escape y bomba de inyección debe girar a las mismas revoluciones que el cigüeñal.

 En los motores modernos la admisión de carga fresca (aire) es por medio de lumbreras localizadas en la parte baja del cilindro, mientras que la evacuación de los gases quemados es por medio de una única, pero de gran tamaño, válvula de escape de accionamiento hidráulico y situada en la culata de cada cilindro, el sistema se conoce como barrido uniflujo y proporciona una buena eficacia de barrido en motores con carreras del émbolo largas y ultra largas. El aire entra por la parte inferior del cilindro, atravesando las lumbreras con una orientación determinada, aplicando al aire una elevada velocidad tangencial que hace que ascienda describiendo una trayectoria helicoidal. De esta forma se llenan muy bien los espacios dentro del cilindro y se evita que queden restos de gases quemados. 

 

El ciclo de dos tiempos diésel en los motores lentos modernos se realiza de la siguiente forma; Comenzando el ciclo con el pistón en el PMI (punto muerto inferior), este inicia su carrera ascendente cerrando primero las lumbreras de admisión de la camisa del cilindro y posteriormente la válvula de escape en culata, empezando la fase de compresión, que se inicia en este punto con una sobrepresión de 2 bar (carga de las turbosoplantes) y finaliza la fase de compresión en las inmediaciones del PMS (punto muerto superior) con una presión de aproximadamente 100 bar (presión de compresión). El aire se calienta por efecto de la compresión desde aprox. 50º C (a la salida del intercooler) hasta 650º C (temperatura final de compresión). Justo antes del PMS comienza la inyección de combustible, que se introduce finamente pulverizado en el interior del cilindro y se inflama al contacto con el aire caliente. Durante la combustión la presión sube aproximadamente a 150 bar (presión máxima de combustión) y la temperatura sube hasta 1500º C (temperatura máxima de combustión). En el curso de la combustión se realiza la carrera de trabajo, y la presión dentro el cilindro empuja el pistón hacia abajo. La presión y temperatura bajan rápidamente conforme se van expansionando los gases dentro del cilindro. Cuando el pistón se aproxima al PMI se abre en primer lugar la válvula de escape, siendo en ese instante la presión dentro del cilindro de aproximadamente 4 bar y los gases han reducido su temperatura a unos 600ºC. Una vez abierta la válvula de escape la presión cae rápidamente empezando la evacuación de los gases de escape, la presión en el colector de escape es de aproximadamente 2 bar y la temperatura 375º C. Mientras tanto el pistón sigue su carrera descendente y descubre las lumbreras de admisión, que permiten que el aire de carga a presión penetre en el interior el cilindro desplazando a los gases quemados en un proceso conocido como barrido. Llegado el pistón al PMI se inicia un nievo ciclo.

 

El barrido uniflujo es el más eficiente para realizar la renovación de la carga en motores lentos de dos tiempos, minimizando las pérdidas por cortocircuito (short-circuit) y mezclado (mixing). El cortocircuito consiste en que parte de la carga de aire fresco es expulsada directamente al escape dejando volúmenes de gases quemados si barrer dentro del cilindro. El mezclado consiste en que hay una pequeña cantidad de gases de escape residuales que permanecen atrapados sin ser expulsados dentro del cilindro, los cuales se mezclan con parte de la carga de aire fresco. Actualmente, debido a la tendencia de utilizar relaciones carrera/diámetro cada vez más elevadas (valores superiores a 4), se hace indispensable utilizar el método de barrido uniflujo en motores de dos tiempos lentos.

 

Los motores convencionales con distribución por árbol de levas, como los tipos MAN B&W MC, Wärtsilä-Sulzer RTA y Mitsubishi UEC, cuentan con un diagrama de distribución asimétrico, lo cual se consigue al estar la fase de escape gobernada por una válvula situada en la culata y comandada por un árbol de levas, mientras que la fase de admisión se realiza por medio de las lumbreras de carga, que son gobernadas por el pistón al descubrirlas y cerrarlas, y también por la presencia de válvulas de láminas antirretorno en los conductos de aire de carga.

En motores modernos, del tipo MAN B&W ME y Wärtsilä-Sulzer RT-flex, denominados motores inteligentes o motores controlados electrónicamente, no llevan árbol de levas, ni para el gobierno de las válvulas de escape ni para el sistema de inyección de combustible, lo cual les permite variar tanto el diagrama de distribución como el de inyección de combustible, pudiendo ajustar los tiempos del ciclo de funcionamiento a los que resulten más convenientes para cada condición de funcionamiento. 

AUTORES: Carlos Rodríguez Vidal (Maquinista Naval y Doctor en Energía y Propulsión Marina) y María Isabel Lamas Galdo (Doctora Ingeniera Industrial)

 

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• Motores 2T con control electrónico
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Motores marinos lentos (características principales)

El número de compañías que diseñan y construyen este tipo de motores con sus propias licencias, se han visto reducidas en la década de los 80 y 90 (del siglo XX) debido a absorciones y fusiones entre compañías, y por el abandono de la producción de otras. Las compañías que todavía compiten en el mercado son tres: MAN B&W Diesel; Wärtsilä Corporation que absorbió a Sulzer; y Mitsubishi Heavy Industries que también diseña y fabrica motores con tecnología propia.

Sección de un motor de dos tiempos lento MAN B&W

Los motores marinos lentos son destinados como motor principal en grandes buques mercantes que consumen H.F.O., grupo formado principalmente por petroleros, bulkcarriers y portacontenedores. Recientemente también han hecho su aparición motores diésel lentos Dual-Fuel (doble combustible), para ser utilizados en buques LNG.

Los portacontenedores son buques muy grandes y rápidos, que van propulsados generalmente por grandes motores lentos de dos tiempos de muy elevada potencia, en algunos casos con potencias de más de 100.000 Hp.

Los motores lentos, trabajan como máximo hasta 240 rpm, o una frecuencia de hasta 4 revoluciones por segundo (Hz). Las velocidades de giro en los motores más grandes, con carreras de pistón ultra largas, pueden ser de 90 rpm o incluso menos. Esto permite que estén directamente conectados al eje de cola sin engranajes reductores, girando la helice a las mismas revoluciones por minuto que el motor.

Los motores lentos diesel no necesitan mecanismo reductor, en la imagen se observa un elemento que está entre el eje de cola y el motor, el cual constituye la chumacera con PTO para accionamiento del alternador de cola.

Los motores lentos fabricados actualmente se caracterizan por operar en el ciclo de dos tiempos diésel, con barrido uniflujo con válvulas de escape en culata, turbosoplante y enfriador de aire de admisión.

Motor lento Wartsilla RT-Flex (control electrónico).

 

El ciclo de dos tiempos se realiza en dos carreras, es decir cada ciclo dura una vuelta, 360º de giro de cigüeñal, cada vez que el pistón llega al PMS (punto muerto superior) se produce la inyección y combustión en el interior del cilindro, por tanto el árbol de levas que comanda las válvulas de escape y bomba de inyección debe girar a las mismas revoluciones que el cigüeñal.

Diagrama indicado del ciclo de un motor diesel lento de dos tiempos.

 En los motores modernos la admisión de carga fresca (aire) es por medio de lumbreras localizadas en la parte baja del cilindro, mientras que la evacuación de los gases quemados es por medio de una única, pero de gran tamaño, válvula de escape de accionamiento hidráulico y situada en la culata de cada cilindro, el sistema se conoce como barrido uniflujo y proporciona una buena eficacia de barrido en motores con carreras del émbolo largas y ultra largas. El aire entra por la parte inferior del cilindro, atravesando las lumbreras con una orientación determinada, aplicando al aire una elevada velocidad tangencial que hace que ascienda describiendo una trayectoria helicoidal. De esta forma se llenan muy bien los espacios dentro del cilindro y se evita que queden restos de gases quemados.

Esquema de barrido y renovación de la carga del motor MAN S50MC

Los motores controlados electrónicamente se introdujeron en el mercado a partir del año 2002, con las versiones de control electrónico; MAN B&W ME y Sulzer RT-flex, las cuales partían respectivamente de los modelos ya establecidos MAN B&W MC y Sulzer RTA.

Motor MAN 8L70ME, motor con control electrónico de última generación.

Tanto MAN B&W Diesel como Sulzer Diesel (actualmente Wärtsilä) demostraron que el funcionamiento del motor sin árbol de levas era posible, aplicando control electrónico en la inyección de combustible y en los sistemas de actuación de la válvula de escape.

Sulzer RT-Flex, animación.

Wartsilla Sulzer RT-flex, indicando los elementos principales del sistema de inyección por control electrónico.

VIDEOS:

FORMACION:

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LINKS:

• Sulzer serie RD
• MAN KSZ
• Historia de los Motores Sulzer
• Motores de 2T con control electrónico 
• Análisis CFD del motor marino MAN 7S50MC

Motores de 2T con control electrónico.

Los motores controlados electrónicamente, motores llamados inteligentes se introdujeron en el mercado a partir del año 2002-2003, con las versiones de control electrónico; MAN B&W ME y Sulzer RT-flex, las cuales partían respectivamente de los modelos ya establecidos MAN B&W MC y Sulzer RTA.

Tanto MAN B&W Diesel como New Sulzer Diesel demostraron que el funcionamiento del motor sin árbol de levas era posible, aplicando control electrónico en la inyección de combustible y en los sistemas de actuación de la válvula de escape.

Sulzer RT-Flex, animación.

La continua inversión en I+D dio lugar a una generación de "motores inteligentes" muy fiables, los cuales monitorizan su propia condición de funcionamiento y ajustan los distintos parámetros de trabajo para obtener un rendimiento óptimo en todos los regímenes de funcionamiento, incluida también la optimización del consumo de combustible, así como distintos modos de reducción de las emisiones contaminantes.

Los datos de funcionamiento del motor son constantemente monitorizados y comparados con los valores definidos por los expertos del sistema, si se detectan desviaciones entonces son adoptadas de forma automática medidas correctoras para restablecer la situación a valores normales.

Sulzer RT-Flex engine.Foto: Wartsilla.

Para hacer frente al objetivo de flexibilidad operativa, MAN B&W Diesel, explica que es necesario ser capaz de cambiar los tiempos de la inyección de combustible y de los sistemas de actuación de las válvulas de escape con el motor en marcha. Para lograr este objetivo con el sistema tradicional de árbol de levas supondría una complejidad mecánica que tendría un perjuicio para la fiabilidad del motor. Con un motor sin el árbol de levas tradicional este inconveniente es solucionado. Otras ventajas es que son capaces de monitorizar su propia condición y ajustar los parámetros principales para optimizar el comportamiento en un modo de funcionamiento seleccionado.

También pueden añadirse nuevas características operacionales durante el tiempo de vida en servicio de un buque, mediante la actualización del sistema software, que pretenden incrementar el valor de reventa del buque.

Sección de Motor B&W 6S40ME-B9 (Foto MAN B&W, www.mandieselturbo.com)

Para satisfacer el objetivo de la fiabilidad es necesario disponer de un sistema que pueda proteger de forma activa el motor de daños causados por sobrecarga, la falta de mantenimiento y un mal ajuste. La monitorización del motor permite recoger datos de su estado de funcionamiento en tiempo real, esta información es procesada y analizada por software, activando las medidas correctoras necesarias para salvaguardar la seguridad del motor.

Una condición del sistema de monitorización debe ser utilizada para evaluar el estado general del motor, manteniendo así su funcionamiento y mantenimiento de sus parámetros de funcionamiento dentro de los límites. La condición del sistema monitorización y evaluación es un sistema on-line con muestreo automático de todos los datos de funcionamiento normales del motor, complementados por las mediciones de presión del cilindro. El sistema presentará un informe e intervendrá activamente cuando los parámetros de funcionamiento muestren desviaciones insatisfactorias. Los datos de presión del cilindro entregados por el sistema de medición se utilizan para diversos cálculos:

- La presión media indicada es determinada como un chequeo de la distribución de cargas en el cilindro, así como la potencia total del motor.

- La presión de compresión se determina como un indicador de fugas excesivas causados por, por ejemplo, una válvula de escape quemada o rotura de aros de pistón (la condición es generalmente acompañada por un aumento en la temperatura de los gases de escape del cilindro en cuestión).

- La temperatura de la pared del cilindro es monitorizada como un indicador adicional del estado de los aros del pistón.

- La presión de combustión se determina para controlar los tiempos de la inyección y para el control de las cargas mecánicas.

- La tasa de aumento de presión (dP/dt) y la tasa de liberación de calor son determinados para la evaluación de la calidad de combustión como una advertencia en caso de "malos combustibles" y para indicar cualquier riesgo de problemas en los aros de pistón en caso de altos valores dP/dt.

Motor B&W 6S40ME-B9, análisis FEM de temperaturas en cámara de combustión y pistón (Foto MAN B&W, www.mandieselturbo.com)

Monitorización completa en tiempo real de todos los parámetros de funcionamiento, consumos de combustible, emisiones contaminantes y la gestión enérgética en tiempo real.

El sistema de monitorización de la condición del cilindro tiene por objeto detectar fallas tales como fugas en los aros de pistón, ralladuras en la camisa interior del cilindro y combustión anormal. La detección de anomalías graves por los sistemas integrados da lugar a un cambio en el modo de funcionamiento del motor, pasaría a funcionar en “modo de protección del motor”. El sistema de control contiene los datos para un funcionamiento óptimo en una serie de modos diferentes, como "modo de ahorro de energía”, “modo de control de emisiones” y diversos modos de protección del motor. El limitador de carga del sistema (sistema de cumplimiento del diagrama de carga) tiene por objeto prevenir cualquier sobrecarga del motor en condiciones tales como mar gruesa, casco sucio, navegación en aguas poco profundas, hélice demasiado pesada o potencia excesiva absorbida por el alternador de cola. Estas funciones aparecerán como algo normal en las futuras especificaciones técnicas de compra.

 

El sistema de inyección de combustible funciona sin árbol de levas convencional, utilizando alta presión de aceite hidráulico impulsado por una bomba como fuente de potencia y un servo con control electrónico para controlar la bomba de inyección. Los aspectos positivos del sistema electrónico incluyen una considerable mejora del rendimiento de la combustión, de la eficiencia y, por tanto, de las emisiones contaminantes.

Otra ventaja de los motores con control electrónico, es posible reducir de manera apreciable la velocidad de funcionamiento lento del motor, que tiene ventajas cuando el buque maniobra en aguas congestionadas, como por ejemplo el Canal de Suez. Por otra parte, la mayor utilización de sensores en los motores abre nuevas posibilidades de tareas adicionales, tales como la monitorización de la condición y la detección temprana de un posible daño. Para estos propósitos hay disponibles muchos más puntos de medida de los que había anteriormente.

Portacontenedores Maerks Columbine navegando frente a las costas gallegas en Septiembre de 2010.

Tanto Wärtsilä como MAN B&W pretenden una flexibilidad operacional sin precedentes en términos de ahorro de combustible y optimización de las emisiones, una mejora de la fiabilidad y la maniobrabilidad (gracias a modos de velocidad de funcionamiento extremadamente lenta), y costes de funcionamiento más bajos durante el ciclo de vida. También facilitan una operación más sencilla y sin problemas por la tripulación.

La necesidad de los análisis CAE y CFD:

Todas las ventajas que proporciona la gestión electrónica del motor se encuentran limitadas por la física de los elementos mecánicos que costituyen el propio motor, la capacidad de consumo de aire, combustible, eficiencia del barrido, capacidad para quemar diferentes combustibles, temperaturas admisibles en la cámara de combustión, potencia máxima que puede desarrollar la estructura motor, capacidades de la turbosoplante etc. Todos estos parámetros se encuentran determinados por la arquitectura del propio motor, para optimizar el diseño de un motor antes de contruirlo contamos con las herramientas CAD, CAE y el CFD, que nos van a permitir construir de forma virtual y simular su comportamiento, el ahorro de costes en tiempo y dinero es incomparable, además de que es posible desarrollar y evolucionar mucho más un determinado diseño.

Los motores de dos tiempos en general presentan un inconveniente que tiene una gran influencia en el desarrollo de su ciclo de funcionamiento, este problema viene motivado por el hecho de tener que realizar las cuatro fases del ciclo de funcionamiento (expansión, escape, admisión y compresión) en una sola vuelta del cigüeñal, por tanto los periodos necesarios para cada una de las fases son necesariamente más cortos que en un motor de cuatro tiempos. De todas ellas, las etapas más críticas son el escape-admisión, que es cuando se renueva la carga dentro del cilindro, es por ello que en el diseño del motor es sumamente importante que dichas etapas se lleven a cabo de forma óptima, para que el motor pueda desarrollar buenas prestaciones.

Diagrama presión-volumen de un motor de dos tiempos.

El proceso de desplazamiento de los gases quemados fuera del cilindro, y el llenado con carga de aire fresco, recibe el nombre de “barrido”, y su adecuada realización tiene una influencia decisiva no solo en el consumo de combustible, sino también en la potencia y en la contaminación.  En la siguiente figura se indica la circulación de aire (color rojo) y gases de escape (color azul).

Esquema de barrido y renovación de la carga del motor MAN S50MC

Tal y como se puede observar en la figura anterior, el aire entrante se utiliza para expulsar fuera o barrer los gases de escape y mientras tanto llenar el espacio con aire fresco. Durante el proceso, una cantidad de aire externo es usado para limpiar el cilindro de gases de combustión. El aire entrante a presión dentro del cilindro se llama aire de barrido, y las lumbreras a través de los que entrase son llamadas lumbreras de admisión o de barrido. El barrido de los motores de dos tiempos se caracteriza por dos problemas típicos: las pérdidas por short-circuit y mixing. Short-circuit (cortocircuito) consiste en expulsar parte de la carga de aire fresco directamente al escape y Mixing (mezcla) consiste en que hay una pequeña cantidad de gases residuales que permanecen atrapados sin ser expulsados, los cuales se mezclan con parte de la carga de aire fresco. A fin de reducir estos problemas, el aire de barrido que entra dentro del cilindro a partir de las lumbreras de admisión debe estar perfectamente dirigido. La siguiente figura, obtenida mediante un análisis CFD, muestra la distribución de velocidades del flujo en el interior del cilindro durante la renovación de la carga.

Distribución de velocidades del flujo durante el barrido. Imagen obtenida con OpenFOAM.

Lumbreras de barrido del motor MAN B&W S50MC

El motor MAN B&W 7S50MC cuenta con 7 cilindros en línea, con un diámetro de cilindro de 500 mm y una carrera de 1910 mm, suma una cilindrada total de 375 litros y desarrolla una potencia máxima de 9.988 kW a 127 rpm. Cada cilindro posee en su parte baja 16 lumbreras de admisión y en la culata posee una gran válvula de escape para permitir la exhaustación de los gases quemados. 

Parámetro	Valor
Tipo de motor	Diesel, dos tiempos
Sistema de barrido	Uniflujo
Sobrealimentación	Turbocompresor
Cilindrada (cm3)	375.028
Diámetro (cm)	500
Carrera (cm)	1910
Presión media efectiva (bar)	19
Velocidad (rpm)	127
Número de cilindros	7
Potencia (kW)	9988

Por medio del análisis CFD proporciona información completa sobre el fenómeno en el interior del cilindro y la influencia de multitud de factores. En el campo de los motores marinos medianas y grandes, el análisis CFD es especialmente útil porque un prototipo experimental es extremadamente costoso y la construcción de un modelo a escala a veces no es suficientemente preciso.

La siguiente figura muestra las fracciones másicas de gases de escape (color azul) y aire (color rojo) para un recorrido desde 90º hasta 270º de ángulo de cigüeñal.

Evolución de las fracciones másicas de aire y gases durante el barrido, análisis CFD realizado con OpenFOAM

FORMACION:

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Nota informativa: Para llevar a cabo el estudio CFD de un motor es necesario disponer del sowftware libre OpenFOAM porque al ser un código abierto permite una completa manipulación de las ecuaciones gobernantes. Lo cual es indispensable para llevar a cabo este tipo de análisis de un motor real por ser necesario ajustar multitud de parámetros que definen de forma precisa el funcionamiento del motor, lo cual además sería muy complicado de llevar a cabo con otro tipo de programas comerciales.

FUENTES:

 
- WOODYARD (Pounder's Marine Diesel Engines And Gas Turbines, 9Th Edition).

- WARTSILLA (http://www.wartsila.com/en/marine-solutions/overview)

- MAN Diesel & Turbo - HOMEPAGE

- HISTORIA DE LOS MOTORES MARINOS SULZER 

- Control de emisiones en motores marinos y métodos para su reducción.

 - Wartsilla 46: Análisis CFD del periodo de barrido durante el solape de válvulas.

 - Mecánica de Fluidos Computacional (CFD). Aplicaciones Navales 

- ANALISIS CFD DEL MOTOR MARINO MAN 7S50MC