viernes, 6 de diciembre de 2024

Motores marinos de amoniaco

El impacto ambiental del transporte marítimo constituye en la actualidad un importante desafío para la sociedad. Esto es debido a que los motores marinos aunque muy eficientes son también emisoras de importantes cantidades de sustancias muy contaminantes. De acuerdo con ello, restricciones impuestas por el convenio IMO MARPOL y otras legislaciones imponen límites cada vez más restrictivos respecto a las emisiones de los motores marinos. En este sentido, los combustibles libres de carbono, utilizados como combustible único o en modo de combustible dual, están ganando especial interés de cara a su utilización a corto plazo. Entre ellos el amoniaco, podría ser elegido como el principal combustible no contaminante para el sector naval en el futuro.

Desde un punto de vista de cara a la descarbonización en el sector marítimo, el uso de amoniaco como combustible se cree que podría ser la principal solución en estos momentos. Al ser un elemento natural que no incluye carbono en su molécula, la combustión de amoniaco no genera emisiones de CO2.


El Amoniaco es un compuesto químico de nitrógeno con la fórmula química NH3. Es un gas incoloro con un característico olor repulsivo, altamente tóxico. Inflamable en mezclas de combustible con aire a concentraciones del 15 a 25 %. A presión atmosférica está en estado líquido a -33º C.

El método más eficiente para generar Amoniaco es el proceso Haber-Bosch (Fritz Haber y Carl Bosch recibieron el Premio Nobel de Química en los años 1918 y 1931). El proceso consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos. El método de Haber-Bosch utiliza dos materias primas: hidrógeno y nitrógeno. El hidrógeno necesario es producido a partir de la reformación de gas natural, de GLP o de nafta con vapor de agua, siendo el gas natural la alimentación más usual. La planta se divide en dos secciones: el front-end o parte frontal de la planta, donde se genera la mezcla de hidrógeno y nitrógeno necesaria para sintetizar el amoníaco, y el back-end o parte posterior de la planta, que es la sección donde se convierte el producto a partir de ambos reactivos. 

El amoníaco se ha propuesto como una alternativa práctica al combustible fósil para la combustión de motores internos.​ Sin embargo el poder calorífico del amoníaco es de solo 18,6 Mj/kg, que es bastante inferior que la del MGO (Gasoil marino).

En motores de ciclo diésel el empleo de amoniaco puro es complicado debido su alta temperatura de autoignición, lo cual hace que haya que trabajar con relaciones de compresión excesivamente elevadas. Por este motivo, diversos estudios de investigación proponen un funcionamiento dual‐fuel utilizando como combustible amoniaco y diesel-oil marino. 

Desde el punto de vista de reducción de emisiones, la generación del NOx  es muy característico en motores de tipo diésel, los cuales funcionan siempre con exceso de aire, que es básicamente nitrógeno y oxígeno, lo cual significa que hay más que suficiente aporte de nitrógeno para formar NOx.

Las emisiones de NOx no se resuelven con el empleo de amoniaco ya que la combustión de amoniaco genera importantes cantidades de NOx. Por ello los motores que funcionen con amoniaco deberán incorporar elementos que permitan la reducción de los valores de NOx emitidos a la atmósfera.


En la actualidad MAN Energy Solutions ha anunciado que el desarrollo de su motor ME-LGIA (Liquid Gas Injection Ammonia) ha entrado en una nueva fase con el inicio de las pruebas de un motor de dos tiempos a escala real que funciona con amoníaco en su RCC (Centro de Investigación de Copenhague). Ole Pyndt Hansen, director de I+D de motores de dos tiempos de MAN Energy Solutions, afirmó: "Tras haber completado ya más de 12 meses de pruebas en un solo cilindro que funciona con amoníaco, es un hito importante poder pasar a las pruebas de motores a escala real. Hemos estado ocupados con el proceso de conversión durante los últimos meses, lo que incluye garantizar que todas las disposiciones de seguridad funcionen de acuerdo con nuestros requisitos. Ahora estamos listos para la siguiente fase que se centrará, entre otros parámetros, en la combustión y las emisiones, el ajuste del motor, las pruebas del atomizador y la verificación del sistema de control. Esto está previsto provisionalmente que continúe hasta mediados de 2025". 

El empleo de amoniaco constituye un importante paso hacia la descarbonización en la propulsión marina y por tanto reducir las emisiones de CO2. La combustión del amoniaco con el aire produce, mayoritariamente, nitrógeno, oxígeno y agua. En menor proporción, otras sustancias que nunca serán dióxido de carbono, monóxido de carbono o hidrocarburos sin quemar porque el amoniaco no contiene carbonos en su molécula. Del mismo modo, tampoco se producirán óxidos de azufre porque el amoniaco no contiene azufre en su molécula. Lo que no es inevitable es que se produzcan óxidos de nitrógeno como producto de la combustión del amoniaco.

Como aspecto negativo del Amoniaco cabe destacar su elevado índice de toxicidad. Esto ha provocado que se hayan desarrollado escasos estudios experimentales debido a la peligrosidad que éstos conllevan. El amoniaco es además un producto básico en sistemas de refrigeración (conocido como R 717), campo en el que sucesivos accidentes han provocado numerosas muertes a lo largo de los años. Debido a esta elevada toxicidad, las técnicas CFD (Ver análisis CFD con OpenFOAM) son muy apropiadas para analizar las posibilidades del amoniaco en motores sin la peligrosidad que supone un estudio experimental.

Actualmente hay barreras importantes para extender su uso. En términos de producción y suministro de amoniaco a los diferentes consumidores está lejos de ser resuelto en la actualidad. Las plantas de generación de amoniaco tendrían que ser construidas para incrementar los niveles de producción, lo cual requeriría una inversión muy importante tanto en inversión monetaria como en la energética. Aun cuando es el segundo compuesto químico más producido en el mundo, la escala de producción de amoníaco es una pequeña fracción del petróleo usado en el mundo. Podría ser producido de forma ecológica (sin emisiones contaminantes) a partir de energías renovables, así como la energía nuclear. 



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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ARTÍCULOS CIENTÍFICOS:

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sábado, 16 de noviembre de 2024

Ford Mondeo 2.0i Ghia (1993 - 1996)

El Ford Mondeo de primera generación, con denominación interna Mk I, fue presentado en Europa en marzo de 1993, siendo fabricado en la planta de Ford en Bélgica. Su aparición generó una revolución en el concepto de los sedanes de representación. Se convirtió en un modelo que inauguró una nueva tendencia en el mercado, convirtiéndose en un gran éxito de ventas. Al año siguiente fue galardonado como Coche del Año en Europa (1994). Su producción continuó hasta el año 1996, cuando Ford decidió aplicar una reestilización en el diseño del vehículo.


La prueba del Ford Mondeo 2.0i Ghia fue publicada en la revista Motor 16, en abril de 1993. El artículo lleva la firma de Javier Gutierrez, con fotos de José Antonio Díaz.




 

Los principales rivales del Mondeo Mk1 en el periodo de 1993 a 1996 en España, fueron el Peugeot 405, Peugeot 406, Renault 21, Renault Laguna, Seat Toledo I, Citroen Xantia, Opel Vectra A, BMW serie 3 (E36) y Nissan Primera P10.

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sábado, 26 de octubre de 2024

TVT G.L. maillot jaune - 1989

Prueba de la bicicleta de carretera TVT G.L. maillot jaune del año 1989. Fue publicada en la revista Bicisport nº 7 de noviembre del año 1989. Los autores del artículo son el equipo de pruebas de Bicisport, con fotos de Emilio Jiménez.



 
 

 

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sábado, 5 de octubre de 2024

Chrysler Vision (1993-1997)

El Chrysler Vision es un automóvil de turismo del segmento E producido por Chrysler Corporation (USA), en su planta de Brampton, (Ontario, Canadá). Lanzado al mercado en Norteamérica en el año 1993 para sustituir al Eagle Premier. Debutó en el Salón del Automóvil de Detroit de 1992 y apareció en la "Lista de los Diez Mejores Automóviles" de la revista Car and Driver. Se fabricó hasta el año 1997, y se estima que como mínimo se vendieron 104.000 ejemplares que fueron distribuidos por todo el planeta (Norteamérica, Sudamérica y Europa).


La prueba del Chrysler Visión fue publicada en la revista Motor 16, en marzo de 1994. El artículo lleva la firma de Javier Gutierrez, con fotos de José Antonio Díaz.
 
 
 
 
El Chrysler Vision (Eagle Vision en Estados Unidos) es una berlina de tres volúmenes que dispone de motor delantero longitudinal y tracción delantera. Usa la plataforma LH, al igual que los Chrysler LHS, Chrysler New Yorker, Chrysler Concorde y Dodge Intrepid. Todos ellos comparten también los motores (3.3 V6 y 3.5 V6) así como más del 90% de los componentes.

Chrysler adoptó para sus modelos pertenecientes a la plataforma LH el concepto cab-forward que significa "cabina adelantada". Con este diseño se conseguía un 75% de aumento espacial interior para los ocupantes, ya que se adelantaba la cabina hacia el motor. Lo cual redundaba en un interior muy espacioso y condicionaba igualmente su diseño. Con 5,09 metros de largo y una distancia entre ejes de 2.870 mm, el habitáculo se desplazaba hacia adelante quedando el parabrisas prácticamente por encima del eje delantero, mientras que el trasero y sus pasos de rueda no intercedía en las plazas posteriores al estar situado detrás de estas. Este concepto se extendió al sucesor del Vision, el Chrysler 300M.
 
El Vision contaba con asientos de tela en su versión simple y asientos de piel en su versión Premuim. Los asientos delanteros incluían regulación eléctrica. Los asientos traseros tienen una posibilidad real de 3 personas con cinturones laterales y uno central, que puede esconderse para dar espacio al apoyabrazos retráctil. Los elevalunas eléctricos son de serie en todos los casos y desde el puesto de mando del conductor se puede accionar un botón para bloquear los cristales. 

La plataforma LH está fuertemente marcada por la tecnología de la empresa American Motors Corporation (A.M.C.) que el grupo Chrysler había adquirido a Renault en 1986.

El Vision lanzado en Europa tuvo una única motorización de 3.5 litros y 6 cilindros en V con 24 válvulas con correa de distribución convencional (a diferencia del ESI 3.3 que montaba cadena) y aspiración atmosférica, rindiendo 208 cv en su primera versión (1993 a 1995) y 211cv en su segunda versión (1995 a 1997), en la cual se añadió a su caja de cambios automática secuencial con Autostick.
 
En el mercado Europeo, el Chrysler Visión tuvo como principales competidores al Mercedes Clase E (W124 y W210), BMW serie 5, Audi A6, Opel Omega Peugeot 605, Honda Legend y Citroen XM.
 

martes, 24 de septiembre de 2024

Motor fueraborda Suzuki DF 350 A (2017)

El motor fueraborda Suzuki DF 350 A producido por la compañía japonesa Suzuki Marine, especializada en el diseño y fabricación de motores fuera de borda, constituye el máximo exponente del fabricante japonés en el competido mercado de los motores fueraborda de altas prestaciones. El DF 350 A comenzó su producción en el año 2017 fruto de un desarrollo que duró más de tres años, es un hito tanto por el contenido técnico como por el diseño. Los ingenieros de Suzuki han alcanzado la potencia de 350 caballos de fuerza sin dejar de lado los elementos que hoy se consideran fundamentales como la compacidad y la ligereza de un motor.

El motor fueraborda Suzuki DF 350 A, dispone de un bloque de 6 cilindros en V, ciclo de cuatro tiempos Otto, que  presenta una cilindrada de 4.4 litros, convirtiéndolo en el V6 de mayor cilindrada del mercado en la actualidad.

Las cifras de potencia máxima que alcanza este motor, que con 350 CV está entre los más potentes del mercado, no se deben solo a su cilindrada, ya que los valores de potencia específica son también muy elevados, alcanzando los 80 caballos por litro. El secreto está en la elevada presión media efectiva que alcanza gracias a una relación de compresión de 12,0:1, la mayor relación de compresión alcanzada en un fueraborda. Para poder trabajar sin detonación (un problema habitual con estos ratios), se han desarrollado sistemas que mezclan aire más fresco con combustible bien pulverizado que aportan las condiciones óptimas para una combustión completa y controlada.

Las primeras tentativas de admisión directa acabaron con la entrada de agua en la mezcla, algo nada bueno para un motor fueraborda. Afortunadamente, los ingenieros del proyecto encontraron la solución aumentando el flujo de admisión para convertir el vapor de agua en partículas y después diseñar lamas que las capturen y desvíen fuera del flujo de aire. Después de numerosas pruebas, se desarrolló el Sistema de Persianas Doble que acaba eliminando la entrada de agua, incluso en las condiciones más rigurosas de ensayo con agua. El Sistema de Doble de Persianas incorpora un doble escudo de lamas, cada una diseñada con doble curva. La fila exterior de lamas elimina el pulverizado del barco, mientras que la interior captura y drena la humedad restante. Como resultado, el aire de la admisión está libre de humedad y la temperatura no es más de 10º C superior a la del ambiente. 
 
El DF 350 A, incorpora doble inyección, tanto por refrigeración como por potencia. Al inyectar combustible se hacen dos cosas, se pulveriza el combustible y además se refrigera el cilindro. La refrigeración del cilindro es un factor crítico para minimizar el problema de detonación. Para alcanzar la potencia buscada, necesitábamos inyectar el 100% del combustible dentro del cilindro de una sola vez, en el momento preciso y con el ángulo adecuado tanto para enfriar el cilindro como para permitir la explosión en la cámara de combustión.

Se desarrolló un nuevo Sistema de Inyección Doble para conseguir estos objetivos. Utilizando dos inyectores más pequeños que proporcionan la precisión necesaria y además se consigue una mejora en la pulverización. De hecho, se puede incrementar el rendimiento un 3% sin causar detonación.

Para garantizar que el pistón soporte la carga extra derivada de las elevadas presiones máximas y medias efectivas, derivadas de la elevada relación de compresión, manteniendo en todo momento la máxima fiabilidad, este importante elemento del motor fue diseñado incorporando la tecnología más avanzada. Para ello su superficie, anillos y estructura fueron reforzados para soportar cargas más elevadas.

Para ayudar al pistón a soportar el aumento de la presión lateral, se ha cambiado de tratamiento estándar inicial de la superficie por un granallado. El granallado crea pequeños hoyuelos en la superficie que distribuyen equitativamente la presión creada en la combustión. Es más costoso, e involucra mayor equipamiento industrial, pero una vez realizado, es posible crear un pistón de una calidad superior.

El fuera borda DF 350 A supuso el desarrollo de la primera hélice contrarrotativa de Suzuki. Tras años diseñando fuerabordas, los ingenieros de Suzuki sabían que la forma de la cola y el diseño de la hélice tienen un impacto fundamental en el rendimiento. El incremento de potencia del nuevo motor requiere engranajes más potentes, y los engranajes más potentes normalmente son de mayor tamaño. Engranajes mayores requieren mayores cajas que hacen girar hélices más grandes. Una caja reductora mayor genera mayor resistencia bajo el agua lo que ralentiza el barco y afecta negativamente al incremento de potencia del motor. Tras considerar distintas alternativas, se propuso una idea innovadora que solucionaba estos problemas: el diseño del Sistema de Hélice de Contrarrotación. El sistema de hélice de contrarrotación, por supuesto proporciona mayor “agarre” bajo el agua, y por la contrarrotación de las hélices, se distribuye el par motor a través de las dos hélices, y el par de las hélices decrece y el diámetro de los engranajes se puede reducir. Una reducción del diámetro de los engranajes nos permite un diseño más pequeño e hidrodinámico de la cola.

Otra ventaja de contar con el sistema de hélices de contrarrotación es que se elimina, en los montajes de múltiples motores, la necesidad de combinar motores levógiros y dextrógiros. Al llevar cada motor dos hélices girando en sentido contrario el par de giro queda anulado, y se maximiza el equilibrio y la eficiencia de la propulsión.

Por supuesto, se han alcanzado numerosos retos de diseño a lo largo del camino, para lo que se requirió una gran creatividad en la resolución de problemas. Por ejemplo, las hélices iniciales de contrarrotación utilizaban el mismo casquillo que las hélices simples. Bajo carga, estos casquillos de goma se comprimían y las hélices se golpeaban literalmente una contra otra, tras ensayos adicionales, el desarrollo definitivo de un nuevo casquillo mantiene las hélices separadas.

El diseño de los álabes de las hélices fue lo siguiente de la lista. Para ello después de diversos ensayos se determinó el uso de dos hélices de tres palas. Dado que el par motor se distribuye en 6 palas en lugar de tres, el pensamiento inicial fue que los álabes podían ser más finos. En los ensayos, sin embargo, se descubrió que la hélice posterior trabajaba a veces con aire y agua cuando el motor estaba basculado. En esas condiciones, las hélices más finas quedaban bajo una enorme tensión. Los ingenieros de Suzuki analizaron la sección transversal de los álabes de la hélice conjuntamente con su geometría, e identificaron todos los puntos débiles del diseño global de las hélices.

El diseño la forma final de la reductora fue otro reto importante. La velocidad máxima, incluso con la nueva hélice de contrarrotación, no era la esperada. Los análisis revelaron que la cavitación por vacío alrededor de la reductora oponía aún demasiada resistencia. Aunque los ingenieros de Suzuki tenían una amplia experiencia en el diseño de perfiles de la reductora, estas nuevas y más altas velocidades presentaban nuevos retos. Tras muchas sesiones utilizando simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) y un sinfín de experimentos, se desarrolló un innovador diseño que minimizaba la resistencia y proporcionaba un flujo de agua más eficiente sobre las hélices.

Al diseñar un nuevo perfil de la reductora se deben reposicionar las entradas de agua. Es importante situar tan distantes como sea posible la entrada principal y la secundaria, y diseñarlas asegurando una cantidad adecuada de agua para la refrigeración, sobre todo a altas velocidades. En el DF350A, el mejor resultado se alcanzó cuando la entrada principal se posiciona en el frontal de la reductora, con la secundaria situada justo bajo la aleta.

En el DF350A se han incorporado culatas de cuatro válvulas por cilindro con distribución variable (VVT, Variable Valve Timing). Los ingenieros de Suzuki diseñaron el motor V6 de 4.4 litros con un perfil de leva que aporta la máxima potencia y rendimiento a altas rpm. En acoplamiento de este perfil de leva con el sistema de Distribución Variable (VVT), se consigue una entrega de par adicional para acelerar desde el régimen bajo al medio. El sistema VVT ajusta el tiempo de admisión de las válvulas, permitiéndolas abrir antes de que las de escape hayan cerrado del todo, creando momentáneamente un solape en el tiempo donde ambos conjuntos de válvulas están abiertos. Utilizando VVT, este solape puede crecer o decrecer alterando el tiempo de admisión con el árbol de levas provocando una distribución óptima para los rangos de trabajo bajos y medios.

La cadena de distribución que acciona los árboles de levas en las culatas trabaja en un baño de aceite, por lo que no necesita ser lubricada, y está dotada con un tensor hidráulico automático, que la mantiene debidamente ajustada permanentemente. Un sistema simple, efectivo y libre de mantenimiento.

Hoy en día, los barcos están equipados con una amplia variedad de electrónica que requiere una determinada intensidad para mantenerla funcionando. Sin perder esto de vista, los ingenieros de Suzuki han equipado al DF350A con un alternador que produce la mayor parte de tiempo una corriente de 54A (12V) con el motor trabajando a 1.000 rpm, suficiente potencia para la mayoría de las circunstancias.

El sensor de detonación monitoriza la combustión para aportar al sistema electrónico de control con la información necesaria para gestionar de forma precisa la distribución del motor para un rendimiento óptimo. Además de maximizar la potencia, el sistema incrementa la durabilidad.

Especificaciones técnicas:

MODELO

DF350A

ALTURA DEL ESPEJO RECOMENDADA (mm)

X : 635 (25)

XX : 762 (30)

SISTEMA DE ARRANQUE

Eléctrico

PESO kg (Ibs.)

X : 330 (727)

XX : 339 (747)

TIPO DE BLOQUE

V6 - 55° DOHC 24-Valve

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

Cadena con Distribución Variable (VVT)

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN

Inyección Electrónica

Nº DE CILINDROS

6

CILINDRADA cm3 (cu.in.)

4,390 (267.9)

DIAMETRO x CARRERA mm (in.)

98 (3.74) x 97 (3.82)

POTENCIA MÁXIMA kW (PS)

257.4 (350)

RANGO MÁXIMO DE ACELERACIÓN rpm

5,700 - 6,300

CONTROL

Remoto

CAPACIDAD DEL CARTER, L (U.S./Imp.qt.)

8.0 (8.5)

SISTEMA DE ENCENDIDO

Transistorizado

ALTERNADOR

12V 54A

MONTAJE DEL MOTOR

A cizalla

METODO DE BASCULACIÓN

Power Trim and Tilt

RELACION DE REDUCCIÓN

2.29:1

CAMBIO DE MARCHAS

F-N-R (Electrónico, Drive-by-Wire)

ESCAPE

A través de la hélice

SELECCIÓN DE HELICES (Paso) Todas las hélices son de tres palas

PROA: 3×15 1/2×19.5-31.5

POPA: 3×15 1/2×19.5-31.5

 

 
 
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