Conceptos Generales de Motores Marinos

Selección de RPM en Motores Marinos

Motores de Cuatro Tiempos y Frecuencia de Generadores

¿Por qué los catálogos de motores de cuatro tiempos ofrecen -para un mismo modelo de motor- la opción de seleccionar entre dos valores de las revoluciones?
Para poder acoplar generadores de 50 o 60 Hz.

Motores de Dos Tiempos y Acoplamiento a Hélice

¿Por qué los catálogos de motores de dos tiempos nos ofrecen -para un modelo de motor dado- la posibilidad de seleccionar unas RPM dentro de un determinado rango?
Al estar directamente acoplados a la hélice, es necesario fijarse no solo en la potencia, sino también en las revoluciones de giro. Por tanto, los motores marinos de dos tiempos están hechos a medida para cada aplicación.

Fenómenos y Sistemas del Motor

Ciclo Miller y Reducción de NOx

La válvula de admisión suele cerrar antes de que el pistón alcance el punto muerto bajo (Miller Cycle).
Gracias a ello se consigue reducir las emisiones de NOx en los motores Tier III. Al cerrarse la válvula de admisión antes de que el pistón llegue al punto muerto inferior, se produce una cierta expansión del aire en el interior del cilindro y, consecuentemente, un cierto enfriamiento.

El Fenómeno del «Knocking»

Explique con sus palabras qué es el “knocking”.
El knocking es el daño producido en las bielas del motor cuando se produce la explosión de la mezcla antes de lo debido, es decir, cuando la temperatura correspondiente a la presión de compresión es superior a la de autoignición de la mezcla aire + gas.

«Valve Overlap» o Cortocircuito de Válvulas

Explique qué se conoce como “valve overlap” o “cortocircuito de válvulas”. ¿Cuál es su objetivo?
En el proceso de admisión, cuando se abre la válvula de admisión para que entre aire frío, este se encontrará con una alta temperatura dentro del cilindro y se calentará. Para evitarlo, la válvula de escape permanecerá abierta durante una pequeña fracción de tiempo para que salga esa pequeña cantidad de aire que se ha calentado y algunos gases residuales.

Sistemas de Turbocompresión

Explique en qué consiste y para qué se utiliza el sistema “Waste Gate” y el sistema “VTA”.
El sistema Waste Gate consiste en una válvula que se abre o cierra para controlar la cantidad de aire que llega al motor desde el turbocompresor. Esta válvula estará normalmente cerrada. En caso de exceso de aire generado por el compresor, la Waste Gate se abrirá y parte de los gases de escape no pasarán a través de la turbina, reduciéndose por tanto la energía de compresión. Se utiliza para que la presión no aumente excesivamente, ya que el compresor no cesa de enviar aire comprimido a los cilindros.

Cite los tres tipos de sistemas de turbocompresión mencionados en clase.

• Turbocompresión de una etapa
  • Turbocompresores radiales
  • Turbocompresores axiales
• Turbocompresión secuencial
• Turbocompresión en dos etapas

Emisiones y Eficiencia Energética Marina

Tipos de Emisiones en el Sector Marítimo

¿Qué son las emisiones Well-to-Tank, Tank-to-Wake y Well-to-Wake? Explíquelo.

Well-to-Tank: También conocidas como emisiones indirectas, se refieren al promedio de todas las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) liberadas por la producción, procesamiento y entrega de un combustible. Se trata de los procesos que tienen lugar en tierra.

Tank-to-Wake: Son las emisiones resultantes del uso de combustible a bordo de un buque marítimo. Esto incluye la propulsión, la generación de energía y los sistemas auxiliares. Proporciona información sobre el impacto medioambiental de las actividades de navegación, centrándose en las emisiones desde el tanque del buque hasta la estela que deja a su paso por el agua.

Well-to-Wake: Abarcan todo el proceso de producción del combustible, su suministro y su utilización a bordo del buque, incluidas todas las emisiones que se producen en estas etapas.

Reducción de Emisiones de CO₂ en Buques

Enumere formas de reducir las emisiones de CO2 en un buque.

• Reducción de la velocidad.
• Reducción de la potencia requerida.
• Cambio del tipo de combustible utilizado.
• Disminución del consumo específico de combustible.
• Aumento de la capacidad de transporte del buque.
• Diseño del motor y la hélice con una relación de transmisión más baja.

Reducción de Emisiones de NOx en Motores Marinos

NOx – Reducción en motores marinos:

Actualmente, todos los motores marinos (tanto de 4 como de 2 tiempos) están en proceso de transición de la normativa Tier II a Tier III. Para cumplir con los límites de emisiones de NOx de Tier III, se emplean diversas tecnologías:

Motores de 4 Tiempos:

• Motores convencionales: Requieren un sistema de Reducción Catalítica Selectiva de Baja Presión (SCR-LP).
• Otros motores duales (no metano): Necesitan SCR-LP tanto cuando operan con combustible fósil como con combustibles alternativos (ej. metanol) para cumplir con Tier III.
• Motor Dual Fuel-Metano: Cuando opera con metano, cumple con Tier III sin necesidad de SCR.
• Motor Dual Fuel-Metano con SCR-LP: Si se añade un SCR-LP, el motor también será Tier III cuando opere con combustible fósil.

Motores de 2 Tiempos:

• Motor convencional.
• Motor Dual Fuel-Metano.
• X-DF: Cumple con Tier III solamente cuando opera con metano.
• X-DF (operando con combustible fósil): Si se desea cumplir con Tier III operando con combustible fósil, se requiere Recirculación de Gases de Escape (EGR) o SCR de Alta Presión (SCR-HP).
• Otros motores duales (no metano): Necesitan SCR-LP, SCR-HP o EGR tanto con combustible fósil como con combustibles alternativos (metanol, etano, LPG) para cumplir con Tier III.

Cumplimiento con Emisiones de SOx

Cumplimiento con emisiones SOx:

• Utilizando combustibles con contenido adecuado de azufre: <0,5% Global, <0,1% SECA.
• Utilizando biocombustibles (no contienen azufre).
• Utilizando combustibles alternativos, ya que estos no contienen azufre.
• Utilización de motores duales:
  • 4 Tiempos: Metano, Metanol. En el futuro: H₂ y NH₃.
  • 2 Tiempos: Metano, Metanol, LPG, Etano. En el futuro: NH₃.
• También es posible utilizar motores duales en combinación con depuradores (scrubbers).
• Utilizando combustibles de alto contenido en azufre (>0,5%) e instalando depuradores (scrubbers).

Energy Efficiency Design Index (EEDI)

¿Qué significan las siglas EEDI? ¿Para qué sirve? ¿En qué unidades se mide?
Energy Efficiency Design Index (Índice de Diseño de Eficiencia Energética). Expresa las emisiones de CO₂ en relación con los beneficios sociales del trabajo de transporte realizado. Las unidades en que se expresa son g CO₂ / tonelada-milla.

Global Warming Potential (GWP)

¿Qué significan las siglas “GWP”? Explíquelo.
Global Warming Potential (Potencial de Calentamiento Global) es la métrica utilizada para comunicar la contribución de los gases (de escape) al cambio climático, expresado en equivalentes de CO₂ (CO₂ eq.).

Etiquetas: CO2, eficiencia energética buques, emisiones marítimas, motores marinos, normativa IMO, NOx, propulsión naval, SOx