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6. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL 6.1. Notas Generales El diagrama de funcionamiento del motor diesel sirve como base para cierto número de cálculos, pero una de sus funciones más importantes es indicar los límites de la potencia al freno (PB) y de velocidad (n) que deben ser observados; por ejemplo en diferentes aplicaciones navales.

Figura 22. Estructura del Diagrama de Funcionamiento de un Motor Diesel

La Figura 22, muestra el esquema de un diagrama típico de funcionamiento de un motor diesel, con sus designaciones. Este diagrama puede dividirse en varias zonas:

Envolvente de funcionamiento,

Área de funcionamiento,

Curva de la hélice, y

Adaptación de la aplicación. UMBL: La abreviatura UMBL corresponde a la palabra alemana “umblasen” y describe un sistema de específico de MTU para optimización de las turbosoplantes. Esta característica se

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ha realizado en los motores de la Serie 4000, así como en aquellos motores que tienen sobrealimentación secuencial.

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6.2. Envolvente de funcionamiento

Figura 23. Significado de las diferentes líneas que conforman el mapa de un motor o su diagrama de funcionamiento operativo

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6.2.1. Área de funcionamiento El área de funcionamiento está dividida en varias áreas, en función del comportamiento operativo de las turbosoplantes. En el caso de sobrealimentación secuencial, se muestra el estado de la turbosoplante. I, II : Estado de la sobrealimentación secuencial II, UMBL: Los valores del funcionamiento del motor diesel pueden ser mejorados

mediante uso de algún dispositivo de soplado en el interior de la conexión de la turbosoplante de gases de escape. Después de la conexión de la segunda turbosoplante, el aire de sobrealimentación pasa sobre el colector de gases de escape controlado por la electrónica del motor diesel para aumentar la masa de aire que pasa a través de la turbina. En combinación con la situación mejorada de la línea de funcionamiento o de trabajo en relación con el rendimiento del compresor, se obtiene una mayor presión de trabajo, y, como consecuencia, se mejoran los valores de funcionamiento del motor diesel.

Las áreas están separadas por las Líneas Límite de Conexión de las Turbosoplantes donde los interruptores de control del motor diesel pasan de un estado a otro. Esta conexión no tiene lugar a una relación fija de potencia – velocidad, sino en un cierto rango de velocidades, para evitar la conexión permanente si el motor diesel trabaja en la cercanía de la línea límite. Esta da como resultado un comportamiento específico del motor diesel. Sí el motor diesel funciona sobre una curva de carga desde la línea de potencia Nominal a vacío o viceversa, los puntos de carga serán ligeramente distintos. El funcionamiento normal del motor no se verá afectado pero en las pruebas de aceptación este comportamiento debe ser tenido en cuenta. Debe evitarse el funcionamiento continuo en la línea de conexión de las turbosoplantes. 6.2.2. Curva de la Hélice En la Figura 22, se muestra una curva sencilla de la hélice con su punto de proyecto en la Potencia nominal (100%) a la Velocidad Nominal (100%). La diferencia entre la curva de la hélice y la curva MCR se llama Reserva para Aceleraciones. Esta reserva puede usarse durante periodos de funcionamiento dinámicos. La curva de la hélice en el diagrama de funcionamiento del motor diesel muestra solamente la situación estacionaria, cuando todas las fuerzas están equilibradas. En este caso, el motor diesel “se mueve solamente” sobre la curva de la hélice y todos los restantes puntos en el área de funcionamiento están fuera del funcionamiento teórico porque no existe relación posible potencia – velocidad. En una situación no estacionaria, esta situación cambia de forma ostensible. Comenzando desde un punto estacionario, el motor diesel tiende a acelerarse. La velocidad del motor diesel aumenta, y, consecuentemente, la de la hélice. Pero la relación entre la velocidad de la hélice (n) y la velocidad del buque (v) no está equilibrada. La hélice intenta moverse más deprisa para mover el buque más rápidamente y absorbe más potencia que en una situación de equilibrio. Para el motor diesel la pendiente de la curva de la hélice tiende a aumentar. En esta situación la potencia de salida del motor diesel a determinada velocidad (n) puede ser mayor que la correspondiente a una situación estacionaria. Sí la aceleración es demasiado rápida la curva MCR actuará como límite. De forma general, una gran reserva para aceleraciones permite una rápida maniobrabilidad sí el reductor u la línea de ejes están proyectados para esta aplicación.

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6.3. Adaptación de la Aplicación Cada diagrama sirve para un contexto específico y no deben usarse de forma separada. Tomando como base la Potencia Nominal y el consumo específico de combustible en el área del diagrama de funcionamiento, están los

Grupos de Aplicación (1 A, 1B, 1 DS, 3 A, 3 B)

Condiciones de Referencia

Tiempo entre mantenimientos (TBO) con el correspondiente perfil operativo Sí la aplicación no se corresponde con las condiciones de referencia, deben darse los factores de corrección para la potencia y el consumo específico de combustible. La Figura 24, muestra esto en un diagrama de funcionamiento representativo de determinado motor diesel. Además, el cambio en el TBO, debido a las condiciones del perfil operativo, deberá especificarse en una Adición al Contrato Específico relativa al diagrama de funcionamiento (Figura 25). 6.3.1. Nota Los motores MTU para aplicación en propulsión naval tiene un margen adicional de velocidad. En este margen de velocidad la potencia máxima continua se mantiene constante, lo que proporciona al motor una gran capacidad para absorber el ensuciamiento de las hélices u del casco. Por otra parte, la sobrealimentación secuencial proporciona a los motores un mapa de funcionamiento con un área operativa mucho más amplia que en los motores con sobrealimentación normal. De hecho, en los motores con sobrealimentación secuencial puede proyectarse la hélice para absorber el 100% de ka potencia MCR del motor, cosa imposible con los motores convencionales para los que las hélices deben proyectarse para absorber el 85 – 90% de la potencia MCR.

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Figura 24 Ejemplo de diagrama de funcionamiento de un motor Diesel

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Figura 25. Ejemplo de perfil operativo y TBO: Adición específica al Contrato

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6.4.. Curvas de Carga

Figura 26 Monocasco (desplazamiento del buque sin planeo)

Existe solo una pequeña diferencia entre las curvas de la hélice teórica e individual (Figura 26). En la Figura 27, el rango de velocidades del buque ha sido aumentado y la curva individual de la hélice comienza a tomar forma de montículo. El buque se mueve desde pleno desplazamiento a la situación de planeo. Se agrega la curva teórica sin planeo para mostrar que la resistencia del buque disminuye considerablemente cuando tiene lugar el fenómeno del planeo. Las diferencias entre las curvas de las hélices individual y teórica, son obvias. El planeo depende de muchos factores tales como el tamaño del buque y la velocidad del mismo, y puede verse influenciado por las formas del casco. Un buque proyectado para el planeo se moverá más rápidamente en este estado que otros buques. Así pues, no estará claro como se comportará el buque si no se conoce para qué estado se ha proyectado.

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Figura 27 Monocasco (buque de desplazamiento con planeo)

Figura 28 Catamarán (multicasco, nunca planeando)

Aquí se pueden apreciar formas de tipo catamarán o trimarán que nunca entrarán en fase de planeo debido a su calado y a su pequeña área de planeo. La cresta o montículo que presenta su curva es debido a la interacción de las olas entre los cascos.

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Sí solamente es conocido el punto de proyecto o diseño de la hélice, la calidad de una aproximación con una curva teórica de la hélice puede ser buena o mala, en función de las influencias mostradas, y siempre presentes, que deben tratarse cuidadosamente.

Figura 28 Curvas de la hélice con crestas en el diagrama de funcionamiento

La Figura 28, muestra lo que puede esperarse cuando una curva de la hélice con “cresta” y un diagrama de funcionamiento de un motor diesel se muestran en conjunto. Debe verificarse sí la curva de la hélice está en el interior de los límites de la curva MCR, con suficiente distancia a estos límites (comportamiento dinámico). También se muestra la curva teórica de la hélice como base para tener una impresión de cómo se desvían los diferentes tipos de buques, y sus correspondientes estados operativos. En tales casos, el fabricante del motor Diesel siempre debe ser consultado. En el peor de los casos, cuando no sea factible tomar una sobrecarga corta, se debe utilizar un reductor de dos etapas.