El motor Wärtsilä
46 es un motor diesel de media velocidad, sobrealimentado, de cuatro tiempos y diseñado principalmente para aplicaciones
marinas, bien como motor principal o como generador eléctrico. Aunque también ha sido utilizado en plantas de producción de energía eléctrica terrestre.
 |
| Motor diesel Wärtsilä 46 |
El motor diésel Wärtsilä 46 cuenta
con cilindros de 460mm de diámetro y 580mm de carrera, totalizando una
cilindrada unitaria de 96,4 litros, la renovación de la carga se
consigue por medio de cuatro válvulas por cilindro, cuenta con un
sistema de inyección directa de alta presión, enfriador de aire de
barrido por intercambiador aire-agua, sistema Spex para el conducto de
gases de escape y además cuenta con un turbocompresor de alta
eficiencia. La gama de motores Wärtsilä
46, abarca desde motores de 6 cilindros en línea, hasta los más potentes
de 16 cilindros en V.
 |
| Corte transversal del motor marino Wärtsilä 46. |
El motor marino de cuatro tiempos Wärtsilä
46 ha sido empleado en múltiples buques tales como los atuneros “Albatún 2”, "Txori Toki" y “Panama
Tuna”, el buque tanque “Sten Idun”, el crucero “Oasis of the Seas”, entre otros.
 |
| Sala de máquinas del Oasis of the Seas, con Wartsilla 46 como generadores eléctricos. |
La importancia del solape de válvulas para mejorar el barrido:
El periodo de solape de válvulas es durante el cual
permanecen abiertas las válvulas de admisión y de escape al mismo tiempo,
quedando en comunicación el colector de admisión y el colector de escape y
permitiendo que el flujo de gases frescos que impulsa el compresor pase a la
turbina. Para comprender mejor en lo que consiste el solape, la Figura siguiente se
muestra el diagrama de distribución del motor marino de cuatro tiempos Wärtsilä
46. Tal y como
se puede apreciar en la Figura, existe un solape durante el cual las válvulas
de admisión y escape están abiertas al mismo tiempo, en este caso de 94º de
ángulo de cigüeñal.
 |
| Diagrama de distribución del motor marino Wärtsilä 46. |
 |
- Permite mejorar la eliminación de los gases
quemados expulsándolos hacia el escape, empleando para ello el flujo de aire
entrante a elevada presión que es impulsado por el compresor.
- El flujo de aire entrante por las válvulas de
admisión a una temperatura relativamente baja representa una importante
contribución en la refrigeración de las paredes de la cámara de combustión,
cabeza de pistón y enfriamiento de las válvulas de escape.
- Los gases frescos que se mezclan con los
quemados y salen por los conductos de escape permiten reducir la temperatura de
los gases de escape que llegan a la turbina del turbocompresor, evitando que la
temperatura en las paletas de la turbina se aproxime a los límites compatibles
con la resistencia mecánica.
Es por ello que en este tipo de motores se requiere que el
periodo de barrido sea mayor que en otros motores, y para conseguir esto, el
tiempo de solape de válvulas de ser particularmente amplio. El valor adecuado
para el solape de válvulas es determinado para cada motor concreto en
consonancia con los demás parámetros de diseño de ese motor. Como valores de
referencia podemos indicar que el motor MAN 40-54 tenía un periodo de solape de
101,62º (54,62º+47º), el MAN 32-40 tiene valores un poco menores 89º
(45º+44º),), el MACK 32 tiene un periodo de solape de 90º (45º+45º). Motores
antiguos semirrapidos como el MTU 16V
956 TB91 tiene un periodo de solape menor ya que solo tiene 61º (32º+29º), sin
embargo mas moderno MAN 20-27 tiene valores de 100º (50º+50º), el motor rápido
MAN D2840 LE tiene un periodo de solape de 51º (24º+27º). En motores de
automóvil el periodo de solape tiende a reducirse e incluso a desaparecer con
objeto de rebajar los consumos.
 |
| Culata del Motor diesel Wärtsilä 46 |
Análisis CFD del proceso de barrido durante el periodo de solape de válvulas:
A pesar de las ventajas que proporciona un largo periodo de
solape, alargarlo demasiado tiene como inconveniente que el barrido resulta
defectuoso. Por tanto, es muy importante determinar el tiempo óptimo de solape
en motores. Para demostrar una vez más en este blog las ventajas del CFD
(Mecánica de Fluidos Computacional), se ha analizado el barrido de gases dentro
del motor Wartsila 46, especialmente durante el solape de válvulas. La Figura siguiente
indica la malla utilizada para simular un cilindro de este motor. En la figura
se ve el cilindro, conductos de admisión y escape y válvulas de admisión y
escape. Se ha empleado una malla móvil para simular el movimiento del pistón
desde 90º hasta 630º de ángulo de cigüeñal.
 |
| Malla computacional del cilindro del Wartsilla 46. |
En la Figura siguiente se muestran los resultados obtenidos mediante CFD. Para ver con claridad lo que ocurre en el interior del cilindro. Se indica en color azul el aire fresco y en color rojo los gases de escape. Asimismo, las flechas indican la velocidad del flujo. Como se puede observar, la válvula de admisión se abre antes de que los gases de escape abandonen completamente el cilindro, y su considerable velocidad asiste en aspirar carga fresca.
 |
| Resultados obtenidos mediante análisis de CFD. |
CURSOS DE FORMACIÓN RELACIONADOS:
Con este breve artículo, incidimos en la importancia del CFD en motores diesel con el fin de analizar su funcionamiento e implementar mejoras con el fin de mejorar su funcionamiento.
- Curso online CFD con OpenFOAM
Otro curso de interés es el indicado a continuación, en él se explican todos los aspectos relacionados con el mantenimiento e inspección en esta clase de motores diesel:
- Curso de inspección y mantenimiento predictivo en motores diesel marinos
FUENTES:
1-Wärtsilä
2-OpenFOAM
3-Technical Courses
