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• Victoria Liendo

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Centro América

Misión Crear la oportunidad de compartir experiencias y realizar contactos valiosos entre líderes de industria de motores diesel de la región que contribuyan a la confiabilidad y rentabilidad de las empresas, así como al desarrollo profesional de los operadores

Control de Eficiencia en Motores Diesel (WD18V32)

Ricardo Hernández Supervisor de Mantenimiento, Planta “Nejapa Power” E-mail: [email protected] Teléfono: (503) 2214-0100

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Objetivos

• Conocer algunos factores que afectan la eficiencia de los motores WD18V32 • Conocer resultados de medición de eficiencia en motores • Compartir experiencias en medición de eficiencia de motores

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EFICIENCIA

Eficiencia en motores: • Se define como la razón de la energía obtenida en el eje y la energía de entrada del combustible. (E= Energía salida / Energía entrada del combustible) • Obtener la mas alta eficiencia en las maquinas es fundamental para obtener un bajo consumo de combustible( al mismo tiempo emisiones) y por lo tanto reducir los costos de operación.

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EFICIENCIA

• Del 100% de energía disponible en el combustible, en promedio el 50% de esta, no es utilizada y se pierde en: • • • •

Radiación(0.6 %) Aceite lubricante(4.3%) Agua de enfriamiento(6.3%) Aire de enfriamiento (14.1%) (“scavening air cooling water”) • Gases de escape(25.4%)

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EFICIENCIA

• Valores de eficiencia esperados en motores diesel:

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EFICIENCIA

• Para poder controlar la eficiencia de los motores, es vital tener un sistema de medición. “ No se puede controlar, lo que no se mide”

COMO SE MIDE EN NPP?

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• Flujometros y medidor de energía instalados en cada motor • • • • • •

Flujometros Marca : Modelo : Principio: Tipo : Precisión:

Micro Motion F50 Coriolis Másico +/- 0.20% del caudal de proceso

• Medidor de energía:

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COMO SE MIDE EN NPP?

• Consumo del motor = Energía entregada •

Resultado = XX Kwhgross/Kg hfo

•

Valores típicos : 4.2-4.5 Kwhgross/Kg hfo

/ masa de combustible utilizada.

• Cuando un motor es mas eficiente?

COMO SE MIDE EN NPP?

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• Grafica de eficiencia típica de un motor WD18V32 en NPP

5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00

KW

6000

5000

4000

3000

2000

1000

y = 0.7171ln(x) - 1.6942 R² = 0.8542

0

kWH GROSS/kg

EFICIENCIA DE WD 18V32

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

1. Diseño de los equipos e instalaciones 2. Parámetros de operación de sistemas de enfriamiento y sistema de combustible. 3. Condición de piezas. 4. Eficiencia de los turbos. 5. Combustible

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

1. Diseño de los equipos e instalaciones: Asociados al diseño propio del motor y/o al montaje de los equipos en el sitio. • •

Fase 1: 2 ventiladores radiador LT Fase 2: 3 ventiladores radiador LT

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

2.1 Parámetros de operación de sistemas de enfriamiento: – Sistema HT: afecta la temperatura de operación del motor. – Sistema LT: afecta la temperatura de aire de carga.

Delta HT: 30º C normal( 17º caso DG05) Delta LT: 10ºC normal( 8ºC caso DG14)

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

2.2 Balance de presiones y temperatura del sistema de combustible: – Es importante suministrar combustible al motor en la cantidad, temperatura y presión adecuada, de no hacerlo, se obtendrá una combustión deficiente, por atraso en la inyección o por insuficiencia de combustible. – En NPP se ha observado que operar el motor a baja presión(sin “UFB”) tiene como efecto, una reducción en la eficiencia del 0.1 %

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

2.2 Balance de presiones y temperatura del sistema de combustible:

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

3. Condición de piezas o equipos del motor: 3.1 Enfriadores de aire de carga 3.2 Radiadores 3.3 Elementos de bombas de inyección. 3.4 Toberas de inyector 3.5 Anillos 3.6 Culatas

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

3.1 Enfriadores de aire de carga Su función es enfriar el aire de carga ingresando a las cámaras de combustión, en la medida que no hay un enfriamiento eficiente la temperatura de aire de carga incrementa y la potencia del motor se ve limitada.

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

Enfriador de aire de carga sucio

Enfriador de aire de carga limpio

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

– Proceso de limpieza de enfriadores de aire de carga en NPP: 1. Ultrasonido 2. Limpieza alcalina 3. Limpieza acida Resultados obtenidos: Antes: 400 mm H2O Después: 200 mmH2O

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

•

Elementos de bombas de inyección, inyectores, anillos, culatas :

•

En NPP se ha demostrado que al efectuarse un cambio de bombas de inyección, la eficiencia del motor incrementa, como en el siguiente ejemplo:

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4. Eficiencia de los turbos El trabajo de un turbocargador es alimentar aire comprimido al motor, el aire, calentado por la compresión, pasa a través de un enfriador el cual reduce la temperatura e incrementa su densidad.

FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

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4. Eficiencia de los turbos –

Turbinas sucias: • Puede generar alta temperatura de gases: – Esto causa esfuerzos térmicos adicionales en todas las partes del turbo, principalmente en los cojinetes. • Se pierde el aprovechamiento de una parte de la energía de los gases, por lo tanto el turbo pierde eficiencia, esta puede verse reflejada en alta temperatura de gases después de turbo, perdida de presión de aire de carga, etc.. Degaste en tobera, “cover ring” y alabes pueden provocar baja eficiencia, esto implica bajas revoluciones y menor flujo másico.

–

DG

Active Power

Charge Air Press

Exh. Gas Temp. Before Turbo A

15

5473

2.3

457

366

91

463

364

99

6

13

5471

1.8

436

351

85

441

358

83

4

Exh. Gas Turbo Diff. Temp. After A Turbo A

Exh. Gas Temp. Before Turbo B

Exh. Gas Turbo Diff. Turbo Diff. Turbo Diff. Temp. After Before A - B After A - B B Turbo B

Speed Turbo A

Speed Turbo B

Speed Diff.

2

20320

20530

210

7

19960

19970

10

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

• Claves para tener un turbo eficiente: – Limpieza periódica y eficaz del turbo.

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

• Claves para tener un turbo eficiente: – Tolerancias de las partes utilizadas según diseño: – Área de tobera?, como se controla? – Diámetro de turbina ? – Diámetro de “cover ring” ? – Holgura “cover ring”-turbina: ?

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

5. Combustibles: – En las plantas térmicas el 80% de los costos de operación es el combustible. – Poder calorífico: define la cantidad de energía contenida en el combustible que puede ser aprovechada.

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FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN MOTORES DIESEL

Combustibles: •

Una forma practica para determinar el poder calorífico de un combustible es su correlación con los grados API

Fuente: “Fuel oil manual”

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EXPERIENCIAS EN MEDICION DE EFICIENCIA EN NPP

Por que medir eficiencia? • Monitoreo • Uso de productos químicos • Uso de piezas mecánicas nuevo diseño o modificación del equipo

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EXPERIENCIAS EN MEDICION DE EFICIENCIA EN NPP

Factores a considerar cuando se mide eficiencia: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Características del combustible (API…) Condiciones operativas Sistema de medición Tiempo de prueba Hora Condiciones ambientales. Etc..

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Protocolo

EXPERIENCIAS EN MEDICION DE EFICIENCIA EN NPP

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EXPERIENCIAS EN MEDICION DE EFICIENCIA EN NPP

Conversión sistema LowNox

KW/KG

4.55

19 deg

4.50

17 deg

4.45

15 deg

4.40 4.35 4.30 19 deg

17 deg

15 deg

No Low Nox

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EXPERIENCIAS EN MEDICION DE EFICIENCIA EN NPP

Impacto de temperatura ambiente en eficiencia 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0.000

17-18 mar Tamb

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EXPERIENCIAS EN MEDICION DE EFICIENCIA EN NPP

Impacto de temperatura ambiente en eficiencia

Eficiencia KWhg/Kg @ !@ API

4.525 4.520 4.515 4.510 4.505 4.500 4.495 4.490 4.485 4.480 4.475 4.470 4.465 4.460 4.455 4.450 4.445 4.440 4.435 4.430 4.425 4.420 4.415 4.410 4.405 4.400 9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30 17:30 18:30 19:30 20:30 21:30 22:30 23:30 0:30 1:30 2:30 3:30 4:30 5:30 6:30 7:30 8:30 9:30

17-18 mar

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Conclusiones y Recomendaciones

• Para controlar la eficiencia del motor es necesario: – Crear un programa de monitoreo de los principales factores que afectan la eficiencia. – Conocer las características del combustible y entender su impacto en la eficiencia del motor. – Estandarizar pruebas de eficiencia. – Mantener los turbocargadores en optimas condiciones de operación

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GRACIAS