En la actualidad el recorrido periódico por el motorista de guardia sigue siendo necesario sumado a las nuevas tecnologías de recolección de datos que mencionaremos en otra unidad,
Sin embargo, dicho seguimiento tiene limitaciones:
- El número de variables que es factible observar es muy limitado
- Las cantidades más complejas y derivadas, como el ratio de consumo de combustible, el rendimiento del turbo, análisis de escape y vibraciones, no son accesibles en esta práctica
- Generar alarmas y acciones correctivas, depende del estado de alerta del personal apostado de guardia.
- Y lo más importante: las tendencias a largo plazo pueden pasar desapercibidas.
Todo motor diésel marino mediano o grande, tendrán como mínimo las siguientes alarmas o trips;
- Alarma y corte por sobrevelocidad.
- Alta temperatura de agua de refrigeración.
- Alta temperatura de gases de escape.
- Baja o ninguna presión de aceite.
- Alta presión en el cárter.
Alarma y corte por sobrevelocidad.Dado que un motor diésel no es auto limitado en su velocidad, tiene como mecanismos esenciales para su funcionamiento, un regulador de velocidad y un dispositivo de sobrevelocidad. El regulador de velocidad servirá para poder variar la velocidad o la carga del motor de forma perfectamente controlada. Se controla la velocidad porque se desea mantenerla lo más próxima posible a un valor determinado. En el caso de los motores propulsores marinos se requiere que la velocidad se mantenga constante la mayor parte del tiempo, y además, que cuando sufra variaciones, regrese lo más pronto posible al valor de referencia. En el caso de los motores generadores de electricidad, la frecuencia del voltaje se mantendrá constante siempre que se mantenga constante la velocidad del conjunto motor-generador.
¿Por qué se necesita en el motor diésel un regulador?
👉En la carrera de admisión, el motor diésel aspira solamente aire sin ningún tipo de restricción.
👉Durante la carrera de compresión, el aire aspirado se calienta tanto que el combustible inyectado se inflama espontáneamente .
👉 En la bomba de inyección no existe ninguna posición fija de la cremallera que permita al motor conservar exactamente un determinado número de revoluciones, ya que con una posición fija cualquiera del émbolo de la bomba, su caudal aportado varía en función de las revoluciones . En el ralentí, por ejemplo, sin el regulador la velocidad de rotación disminuiría hasta pararse, o bien, aumentaría continuamente embalándose el motor.
Otra misión que tiene el regulador de velocidad en motores principales de gran tamaño es la de mover la cremallera para que inyecte la cantidad de combustible proporcional a las revoluciones que se demandan desde el puente de mando, la sala de control o el control local de la sala de máquinas y con ello conseguiremos que se mantengan constantes dichas revoluciones.
El dispositivo de corte por sobrevelocidad servirá para evitar la rotura del motor por exceso de la máxima velocidad de diseño permitida, evitando así la rotura de la máquina. Una falla en el gobernador del sistema de inyección o una pérdida de carga inesperada puede hacer que la máquina entre en una condición peligrosa de carga o de velocidad. Este tipo de falla es extremadamente arriesgada ya que suele ser catastrófica. En un motor de control manual, el regulador de sobrevelocidad actuará antes que el motorista; estos reguladores de sobrevelocidad son esencialmente controles de emergencia; funcionan para parar la combustión o para limitar la presión de combustión en los cilindros del motor.
👉 Se llaman disparadores de sobrevelocidad a los reguladores de sobrevelocidad que producen la parada del motor, sea cortando el suministro de combustible o el suministro de aire de admisión.
👉 Se llaman reguladores de sobrevelocidad a aquellos que dejan continuar funcionando el motor a una velocidad límite de velocidad. Un sistema de seguridad, generalmente mecánico con pesas centrífugas, cortará el combustible y activará una alarma a un número predefinido de revoluciones por minuto.
Esto se logra por lo general a través de un mecanismo hidroneumático dentro del “disparador” mediante una fuerza hidráulica proveniente del aceite de lubricación, que moverá la cremallera a una posición de regulación mínima de RPM o de cero combustible o sea que cortará directamente el suministro de combustible.
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NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO,
ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION
INTERNA
Reguladores de velocidad y disparadores de
sobrevelocidad.
a. Deberán ser mantenidos en perfecto estado de
funcionamiento.
b. Serán controlados una vez por trimestre y después de
cada reparación general, haciendo girar el motor por sobre la velocidad
establecida de manera de asegurarse que el mecanismo completo se encuentre en
buen estado de funcionamiento, debiéndose controlar la velocidad en que el
mecanismo actúa, que deberá corresponder a la especificada en el Manual de
Instrucciones del Motor. En los reguladores de máxima velocidad, y en los casos
en que no existan valores especificados de regulación, deberán fijarse los límites
de 107 %de la velocidad máxima para motores lentos y 110 a 115 % de la
velocidad máxima para motores de media y alta velocidad.
c. Para los reguladores tipo WOODWARD o similares:
1. Al comienzo de cada guardia verificar manualmente el
libre funcionamiento de los mecanismos del regulador, actuando sobre los
movimientos correspondientes, con la planta funcionando.
2. Cada 1500 horas cambiar el aceite contenido en la caja
del regulador y limpiar cuidadosamente con tetracloruro de carbono todas las
impurezas contenidas en la misma. Esto debe hacerse en ambiente bien ventilado,
dada la toxicidad de tetracloruro de carbono.
3. Verificar en esa oportunidad el libre funcionamiento
de las distintas partes, en especial el de las válvulas esféricas del circuito
de aceite y de regulación.
4. Verificar si la junta de la parte inferior del eje se
encuentra en buenas condiciones.
Durante los desarmes de estos mecanismos, deberán
cumplimentarse las instrucciones contenidas en los manuales correspondientes.
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Alta temperatura de agua de refrigeración.Los motores marinos, al igual que sus contrapartes terrestres, generan una cantidad significativa de calor durante su funcionamiento. Este calor proviene de la combustión de combustible y la fricción entre las partes móviles del motor. Si este calor no se controla adecuadamente, puede dañar el motor, es aquí donde juega un papel muy importante el sistema de refrigeración. En la mayoría de los motores muchas camisas de cilindros son refrigeradas por agua y se pueden sobrecalentar si el sistema de enfriamiento del agua falla al sacar el calor que sobra.
El sistema de circuito cerrado es un sistema relativamente sencillo en el que el agua dulce circula constantemente, en una cantidad limitada, contenido en el circuito cerrado, bombeada a través de las camisas del motor, del enfriador de aceite y del enfriador del circuito, para pasar al tanque de expansión o compensación.
El circuito de agua dulce refrigera el motor y es refrigerada a su vez por el agua de mar en el enfriador gracias a la circulación de agua de mar gracias a través del mismo gracias a una bomba. El circuito cerrado permite mantener una temperatura de refrigeración más constante y conveniente para el funcionamiento del motor.
Esta extracción del calor sobrante previene que los componentes de la máquina se agarren por la excesiva dilatación de los componentes, problema al que se le suma la pérdida de viscosidad del lubricante por el exceso de temperatura. Una condición de alta temperatura de la refrigeración de camisas de agua es una condición extremadamente peligrosa para el motor, además de acelerar el degaste entre piezas mecánicas si se opera en los límites. Comúnmente se utiliza un sensor o un grupo de sensores en el sistema de enfriamiento del agua los cuales tendrán la función de alarma temprana de temperatura de la máquina, usualmente en una función únicamente de alarma. Este un punto de regulación esta seteado para que si la condición es corregida en tiempo y forma, se puede evitar una falla de la máquina pero si continúa la operación en la condición de alarma o altas temperaturas, este esto nos llevará a un daño grave de la máquina.
Los controles de temperatura se llevarán a cabo generalmente por una válvula que dejará pasar o no el agua dulce de refrigeración de camisas a través del intercambiador. Esta válvula permitirá el paso del agua dulce hacia el enfriador cuando la temperatura de esta supere un determinado valor y lo interrumpirá devolviéndola directamente al motor por debajo de ese mismo valor.
La rotura o salida de servicio de una de las bombas, obturación en el circuito de agua de mar, roturas de tuberías o de los mismos instrumentos y sensores de control pueden ser las causas de que la temperatura del agua de refrigeración se eleve mas allá de los valores permitidos lo que ocasionara el accionamiento de la alarma.
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22-41.
Refrigeración.
a. Refrigeración directa con agua de mar.
1. Se deberá
mantener la temperatura de salida del agua entre 40°C y 45°C. En caso de fuerza
mayor en que sea necesario aumentar rápidamente la velocidad, para reducir las
tensiones térmicas es conveniente permitir, como excepción, que las
temperaturas de salida del agua de refrigeración alcancen un valor entre 50°C y
55°C. Una vez normalizada la velocidad se llevará nuevamente a la temperatura
normal indicada anteriormente.
NOTA: Una temperatura más alta acelera la
formación de depósitos incrustantes sobre las paredes de las camisas en
contacto con el agua. Una temperatura más baja perjudica la combustión, hace
bajar el rendimiento de los motores y acelera los desgastes de los aros y
camisas.
2. Cuando la
instalación lo permita, una fracción del agua que sale del motor debe
readmitirse por la aspiración, de la bomba, de modo de aproximar lo más posible
las temperaturas de entrada y de salida. Esta maniobra puede hacer necesario
acelerar la bomba, estrangulando, al mismo tiempo, la salida general del agua.
Por el contrario, las válvulas de aspiración deben ser totalmente abiertas
salvo en los casos en que esto provoque inconveniente en las bombas, como ser
golpes en las bombas alternativas.
3. Deben,
ser utilizadas las aspiraciones altas para el agua de refrigeración cuando se
navegue en canales, ríos o en radas de poca profundidad.
b.
Refrigeración con agua dulce en circuito cerrado.
1. Deben cumplirse, rigurosamente, las
prescripciones del fabricante con respecto a la regulación de las temperaturas
del agua dulce a la entrada y a la salida de los motores. Estos valores deben
mantenerse relativamente altos; en la descarga deben ser entre 70°C y 80°C.
2. Si el
motor tiene instaladas válvulas termostáticas, la regulación estará asegurada
pero, se deberá verificar el correcto funcionamiento de las mismas en períodos
regulares de tiempo, para evitar temperaturas demasiado altas o bajas, o
variaciones bruscas que pueden ocasionar rajaduras de camisas y/o cabezas de
cilindros.
3. Se deberá
regular el caudal de las bombas de agua de mar para mantener las temperaturas
del circuito cerrado de agua dulce en los valores convenientes, cualquiera sea
la temperatura del agua aspirada del mar.
4. Los motores sobrealimentados, equipados con
enfriadores de aire ubicados en la descarga de los sobre alimentadores,
requieren, por lo general, una regulación propia, debido a que estos
enfriadores deben mantenerse a la temperatura más baja posible, por esta razón,
se refrigera con agua de mar.
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TermostatoUn termostato es un dispositivo que regula la temperatura de un sistema, ya sea de calefacción, aire acondicionado o un motor.
Según el equipo en el que esté instalado tendrá distinta función.
- Detecta la temperatura,
- Abre o cierra un circuito eléctrico,
- Activa o desactiva el sistema,
- Mantiene la temperatura cerca de un punto de ajuste deseado.
- En los aires acondicionados, enciende o apaga el compresor
- En los motores de combustión interna, regula el flujo de líquido refrigerante
- En los sistemas de calefacción, regula la temperatura de la habitación
- Termostato bimetálico,
- Termostato de muelle,
- Termostato de cápsula,
- Termostato digital programable.
Función en los motores
El termostato del motor se encuentra entre el motor y el radiador. Su función es regular la temperatura del motor para que funcione de manera eficiente y reducir las emisiones.
En un motor térmico, sirven para permitir el pasaje del agua de refrigeración del motor hacia el radiador o enfriador y trabajan mecánicamente. Utilizan un cartucho de cera (o parafina, ambas sustancias con un alto coheficiente de expansión térmica) que se inserta en un asiento de sellado.
La cera es sólida a temperaturas bajas, pero cuando el motor se calienta la cera se derrite y se expande. En el asiento del resorte tiene un sistema de expansión que hace desplazar un pistón que abre la válvula cuando se supera la temperatura de aplicación.
La temperatura de aplicación está predeterminada, y se determina por la composición específica de la cera, por lo que los termostatos de este tipo pueden mantener diferentes temperaturas de intervención, generalmente entre 70º y 90º.
El termostato cuando el motor esta frio, permanece cerrado, no permitiendo el paso del líquido refrigerante hacia el enfriador, pero cuando el motor llega a cierta temperatura ideal, se abre y permite que el fluido circule por el radiador o enfriador de agua del motor evitando que la temperatura se eleve.
Muchos termostatos tienen un agujero de derivación pequeño para ventilar el aire que pudiera ser introducido en el circuito, por ejemplo, durante el intercambio del líquido refrigerante.
El termostato es una válvula que se abre y se cierra, dependiendo de la temperatura del líquido de refrigeración, para controlar la temperatura del motor.
Cuando el motor está frío, los componentes se desgastan más rápidamente, el motor es menos eficiente y emite más contaminación. Para evitar esto, el termostato impide la circulación del refrigerante entre el motor y el radiador o enfriador y permite que el motor alcance lo antes posible su temperatura de funcionamiento óptima.
Cuando el motor alcanza esta temperatura óptima y/o sube, el termostato se abre gradualmente y el líquido de refrigeración puede fluir hacia el radiador y enfriar el motor manteniendo la temperatura ideal.
Existen dos tipos de fallas para un termostato de este tipo:
• El termostato queda abierto: el líquido no se calienta a su debido tiempo, esto conduce a un exceso de consumo de combustible.
• El termostato queda cerrado: el líquido no circula hacia el radiador, esto conduce a un sobrecalentamiento del motor. El daño puede ser severo.
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22-134. Temperaturas y presiones.
a. Todas las temperaturas y presiones deben ser mantenidas dentro de los
valores normales de funcionamiento regular, siguiendo, a tal efecto, las
instrucciones dadas en los manuales.
Si se carece de tales datos, deben observarse los siguientes límites de temperaturas de descarga:
Temperatura del aceite lubricante: máxima 82° C (179,6 °F) mínima 60° C (140°F)
Temperatura del agua dulce: máxima 77° C (170,6° F) mínima 60° C (140° F)
Temperatura del agua salada: máxima 54° C (129,2° F) mínima 38° C (100,4° F);
a temperatura superior a los 54°C se producen incrustaciones de sal y otros sólidos en los conductos de enfriamiento, que conducen al agravamiento de las corrosiones
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Alta temperatura de gases de escapeLa alta temperatura de los gases de escape en un motor diésel es crucial. Puede indicar sobrecarga o desempeño inadecuado de la máquina. Si persiste, puede dañar válvulas de escape, pistones y cilindros. La temperatura de escape suele funcionar solo como una alarma.
Una medición precisa de la temperatura de los gases de escape no es en absoluto una cuestión sencilla, existen dificultades para definir la temperatura de una corriente de gas en la que pueden continuar las reacciones (posibles eventos de combustión focalizados). La ubicación y la protección del sensor requieren una cuidadosa atención.
Las termocuplas montadas a ras del cilindro o cerca a la parte superior del recorrido del anillo de pistón darán una buena indicación (al detectar el aumento de temperatura) del aumento de presión de cárter y el deterioro de la lubricación del cilindro.
La temperatura de los gases de escape de un motor, es medida por un sensor llamado par eléctrico, termopar, o más comúnmente como termocuplas.
Funcionan con base en el efecto termoeléctrico, específicamente el efecto Seebeck, que genera un voltaje cuando dos metales diferentes están unidos en un extremo (la unión caliente) y expuestos a temperaturas diferentes.
Existen varios tipos de termocuplas, cada una diseñada para diferentes rangos de temperatura y aplicaciones. Entre los más comunes están:
- Tipo J: Compuesto por hierro y constantán, útil para temperaturas moderadas.
- Tipo K: Cromo y aluminio, es versátil y utilizado ampliamente en la industria.
- Tipo T: Con cobre y constantán, ideal para temperaturas bajas.
- Tipo S: Platino-rodio, recomendado para temperaturas extremadamente altas.
Son apreciados en la industria por su resistencia, rapidez y precisión en diversas condiciones. Si necesitas más detalles sobre su funcionamiento o aplicaciones específicas, ¡avísame!
Las diferencias entre los tipos de termocuplas radican principalmente en los materiales de los metales utilizados y sus rangos de temperatura y precisión. A continuación, te doy un resumen de los tipos más comunes:
Termocupla
tipo K
La
termocupla tipo K es un sensor de temperatura analógico del tipo transductor,
por lo cual no necesita ser alimentado por una fuente de voltaje. Permite medir la temperatura mediante una
señal eléctrica. Dicha señal puede medirse mediante el cambio en milivoltios
entregado por el instrumento de medición. En estas termocuplas en un extremo
está la unión de los alambres y en el otro extremo el terminal de los cables de
medición, el cual puede estar protegido por un cabezal.
Los
materiales que componen una termocupla tipo K son el cromel compuesto por
níquel y cromo y el alumen compuesto por níquel y aluminio, tanto el cromel
como el alumen tienen un color plateado brillante, el alumen tiene mayor
proporción de níquel por lo cual es más magnético. La termocupla tipo K varía
la señal en milivoltios que entrega, por cada grado centígrado detectado.
Por ejemplo, en una termocupla «tipo K» al someter la unión de sus dos metales a 750°C, se obtiene en sus extremos un valor de 31,214 milivoltios.
Las termocuplas tipo K permiten medir altos rangos de temperatura, son intercambiables, de bajo costo, utilizan un conector estándar y se pueden conectar en serie. Por ser de las más usadas, existe una amplia disponibilidad en diferentes tipos de sondas. El rango de temperatura que cubre este tipo de termocupla oscila entre -200°C y 1300 °C. Alcanza en continuo una temperatura máxima, aproximadamente, de 1100ºC y una temperatura máxima de 1300ºC en tiempos cortos.
NORMAS
PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS
NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
22-134.
Temperaturas y presiones.
b. Temperatura de gases de descarga. Se permite una variación de 27° C (50° F) en las temperaturas de los gases de descarga entre cilindros, no obstante, la tolerancia máxima por cilindro deber ajustarse a la indicada por manual.
Las temperaturas altas en los gases de descarga son una indicación que el motor está sobrecargado.
De cualquier forma, debe recordarse que las lecturas de las temperaturas de descarga están sujetas a un amplio margen de errores cuando se utilizan pirómetros, y en consecuencia, sirven solamente como una guía del posible mal funcionamiento de uno o varios cilindros. Es necesario que los pirómetros se mantengan limpios y sean frecuentemente calibrados para mantener un mínimo de probabilidades de error en las lecturas.
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Puente de WheatstoneEl puente de Wheatstone es un circuito eléctrico utilizado principalmente para medir resistencias desconocidas con alta precisión. Fue inventado por Samuel Hunter Christie en 1833, pero popularizado por Sir Charles Wheatstone más tarde.
¿Cómo funciona?
El circuito consiste en cuatro resistencias conectadas en forma de rombo, con un galvanómetro en el centro y una fuente de alimentación. Las resistencias se agrupan de la siguiente manera:
- Dos resistencias de valor conocido.
- Una resistencia variable o ajustable.
- La resistencia desconocida que queremos determinar.
El principio básico es ajustar la resistencia variable hasta que el galvanómetro marque cero corriente. En ese punto, el circuito está en equilibrio.
Se ha de notar que las resistencias 1 y 2 son divisores de tensión, de igual manera lo son la 3 y 4. Se tiene la hipótesis de que todos los voltajes para las resistencias son iguales, esto significa que la división entre las tensiones de estas debería dar un total de cero. Si se desconoce alguno de los valores de voltajes para las tres primeras resistencias, esto se puede averiguar fácilmente por el código de colores que presentan.
Ahora con respecto a su funcionamiento, se puede iniciar por armar un circuito para la resistencia desconocida. Una vez hecho esto, se procede a hacer la polarización, esto puede ser con un voltaje cualquiera pero es recomendable que este voltaje ronde hasta el valor 5, no se debería exceder de este. No obstante, al mismo se le puede hacer un ajuste por medio de un amplificador operacional.
Al ser la resistencia 2 de carácter manipulable, esta es apropiada para poder medir el voltaje de salida, para esto lo que se busca es que se iguale a cero. Haciendo que la resistencia que se desea conocer sea un evento nulo. Ya teniendo ajustado todo el sistema, los cambios en el voltaje de la resistencia desconocida empezarán a hacer que el sistema se salga de la zona de equilibrio impuesta por la resistencia 2 y esta medición será dada por el voltaje de salida. Con respecto a los cálculos para la medición de la resistencia desconocida, lo primero es conocer la igualdad de la resistencia en donde ocurre lo siguiente:
R2/R1=Rx/R3
- Calibración y medición precisa de resistencias.
- Detectar fallas en circuitos eléctricos.
- Instrumentación científica y experimentos de laboratorio.
Baja o ninguna presión de aceite.La condición de baja presión de aceite o la pérdida de esta puede dejar una máquina inoperable en muy poco tiempo. Muchas máquinas medianas o grandes se detendrán automáticamente ante una baja presión de aceite. Esta situación puede causar daños permanentes a la maquinaria debido a la falta de lubricación. Los motores con reguladores hidromecánicos también pueden detenerse por falta de aceite para su operación. Generalmente, los sensores de presión de aceite detectan este problema: el primer sensor emite una señal de alarma, mientras que el segundo sensor detiene la máquina para evitar daños irreparables.
La presión de aceite en un motor diésel puede variar según el diseño y el fabricante del motor. En general, se recomienda que la presión esté en el rango de 40 a 60 psi (libras por pulgada cuadrada) en condiciones de funcionamiento normales.
👉Causas de baja presión de aceite
- Nivel de aceite bajo
- Viscosidad del aceite incorrecta
- Desgaste del motor
- Sensor de presión de aceite defectuoso
- Bomba de aceite desgastada
- Filtro de aceite obstruido
- Fallo en el sistema de lubricación.
- Suciedad u oxidación del aceite.
ACEITES USADOS EN LOS MOTORES DIESEL
En estos motores se emplean aceites para trabajos pesados (HD) y con agregados químicos (detergentes y solventes ), que deben ser cambiados periódicamente, porque los aditivos que impiden la formación de depósitos de sedimentos y lacas gradualmente se van gastando. Su renovación más conveniente es conocida mediante los análisis frecuentes del aceite lubricante por el laboratorio de la D.G. M. N. o métodos que permitan determinarlos a bordo. Si no se dispone de elementos para análisis de aceite, éstos deberían cambiarse cada 500 horas de trabajo o ajustarse a las condiciones de la casa constructora. Los elementos filtrantes deberán cambiarse cada vez que se renueve el aceite.
En motores de gran potencia y medianas llevan una bomba de prepublicación, manual o eléctrica, para asegurarse buena lubricación antes del arranque del motor.
Baja y alta presión de aceite
FUENTES:
- https://www.sensotec.com.ar/productos.php
- https://medicionycontrol.com.co/termocupla-tipo-k/
- v https://ingenieromarino.com/reguladores-de-velocidad-en-motores-marinos/
- v https://www.talleresnasio.com/blog/funcionamiento-refrigeracion-motor-marino/
- https://www.researchgate.net/publication/44131069_METODOLOGIA_PARA_EL_ANALISIS_DE_UN_SISTEMA_DE_REFRIGERACION_REDISENADO_PARA_UN_MOTOR_DIESEL
- Miguel Huaroc, MONITOREO DE CONDICIÓN DEL MOTOR DIESEL, LinkedIn,17 de agosto de 2022
- https://www.linkedin.com/pulse/monitoreo-de-condici%C3%B3n-del-motor-diesel-miguel-huaroc/
- https://ingenieromarino.com/oil-mist-detector-detector-de-niebla-en-carter/
- https://elmaquinante.blogspot.com/2019/02/prl-unidad-4-sistemas-de-lubricacion-y.html
- El Maquinante: Introducción a los SISTEMAS Y SISTEMAS DE CONTROL
Escuela de Téncica y Tácticas Navales - Apuntes
- ciancio77Por Antonio J. Ciancio. Ingeniero de Lubricación de AXION energy (Mobil en Arg.). Docente asociado e investigador del Centro Argentino de Tribologia. Comité Técnico de la Cámara Argentina de Lubricantes.
Escuela de Técnica y Tácticas Navales - Apuntes
