El aire comprimido se utiliza para arrancar motores y proporcionar energía de accionamiento para dispositivos de seguridad y control. El uso del aire de arranque para otros fines está limitado por las normas de clasificación.
Para asegurar la funcionalidad de los componentes en el sistema de aire comprimido, el aire comprimido tiene que estar libre de partículas sólidas y aceite.
Los cálculos los realizaremos para un solo generador y una vez que tengamos todo calculado multiplicaremos por cuatro.
Generalidades del sistema de aire de arranque
El sistema está formado por 3 compresores que descargan aire a 30 bar a cualquiera de las 7 botellas principales. Los compresores en la descarga disponen de un separador de agua que permite eliminar el agua arrastrada por el aire, llevándola hasta la sentina.
Las botellas principales disponen de válvulas independientes para cada uno de los servicios y de una válvula de seguridad que se encuentra tarada a una presión mayor
producirse una explosión debido a que al aumentar la temperatura producirá un aumento de la presión en el interior de las botellas.
Sistema de aire comprimido interno
Todos los motores, independientemente del número de cilindros, se arrancan por medio de aire comprimido con una presión nominal de 3 MPa (30 bar). El arranque se realiza por inyección directa de aire en los cilindros a través de las válvulas de aire de arranque en las culatas. La válvula de arranque principal, construida sobre el motor, puede ser accionada tanto manual como eléctricamente.
El sistema de aire de arranque está equipado con una válvula de giro lento, que gira el motor lentamente sin inyección de combustible durante unas cuantas vueltas antes de arrancar. El giro lento no se realiza si el motor ha estado en marcha máx. 30 minutos antes, o si el giro lento se realiza automáticamente cada 30 minutos.
Todos los motores disponen de válvulas de retención incorporadas y de amortiguadores de llama. El motor no se puede arrancar cuando el engranaje de giro está enganchado.
Los motores arrancan por medio de aire comprimido a una presión de 3 MPa. La velocidad de arranque debe ser lo suficientemente alta para producir en los cilindros activos una temperatura adecuada al final de la carrera de compresión que asegure la ignición del combustible inyectado. La velocidad de arranque ha de ser superior al 30% de la velocidad de servicio. El par de arranque ha de ser suficiente para poder vencer las pérdidas por rozamiento en el motor y la resistencia del eje propulsor.
El siguiente esquema nos muestra como es la instalación del servicio de aire comprimido para cada uno de nuestros motores. En él se puede ver que el buque lleva instaladas dos botellas de aire (por cada motor) que se encuentran dispuestas en paralelo y que suministraran a cuatro líneas independientes:
Alimenta el arranque del motor principal.
Alimenta los sistemas de control del motor y las válvulas de los gases de escape.
Alimenta la parada de emergencia de seguridad del motor principal a 7 bar a través de dos válvulas reductoras (una de respeto) que reducen la presión de 30 a 7 bar.
Alimenta a través de un conjunto de válvulas reductoras, en el que la presión se
reduce a 10 bar, a la unidad de prueba de las válvulas del sistema de fuel y al sistema de limpieza de la turbosoplante.
El esquema del sistema interno de aire comprimido es el siguiente:
El diseño del sistema de aire de arranque está determinado en parte por las normas de clasificación. La mayoría de las sociedades de clasificación requieren que la capacidad total se divida en dos receptores de aire de arranque de igual tamaño y compresores de aire de arranque. Los requisitos relativos a las instalaciones de motores múltiples pueden estar sujetos a una consideración especial por parte de la sociedad de clasificación.
Las tuberías de aire de arranque siempre deben estar ligeramente inclinadas y estar equipadas con drenaje manual o automático en los puntos más bajos.
El aire del instrumento a los dispositivos de seguridad y de control debe ser tratado en un secador de aire.
El esquema del sistema externo de aire comprimido es el siguiente:
Figura 4-35 – Esquema externo aire comprimido
Fuente: https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines/df- engine/product-guide-o-e-w34df.pdf?sfvrsn=6
Unidad de compresor de aire de arranque
Deben instalarse al menos dos compresores de aire de arranque. Se recomienda que los compresores sean capaces de llenar el recipiente de aire de arranque desde el mínimo (1,8 MPa) a la presión máxima en 15-30 minutos. Para la determinación exacta de la capacidad mínima, deben seguirse las reglas de las sociedades de clasificación.
Utilizando los métodos de cálculo del curso “dimensionamiento de equipos” de la asociación Ingeniero Jorge Juan, del colegio de ingenieros navales de España:
El caudal de cada compresor será el mayor de:
Dónde:
FAD = Caudal de aire “Free Air Delivery” (m3/h) V = Volumen de la botella de aire de arranque (l)
PF = Presión final (30 bar, dato del fabricante del motor) PI = Presión mínima de la botella:
- Recomendado fabricante: 18 bar
- Sociedad de Clasificación: 1 bar PAtm = Presión atmosférica (1 bar) T = Tiempo de llenado de la botella:
- Recomendado fabricante: 15 – 30 min.
- Sociedad de Clasificación: 60 min.
Sabiendo la presión y el caudal necesarios, nos vamos a un suministrador y buscamos los compresores necesarios para el sistema de arranque, en nuestro caso, hemos escogido el fabricante de gran fama “Ingersoll Rand”
Botella de aire de arranque
Los recipientes de aire de arranque deben dimensionarse para una presión nominal de 3 MPa.
El número y la capacidad de los buques de aire para los motores de propulsión dependen de los requisitos de las sociedades de clasificación y el tipo de instalación. Se recomienda utilizar una presión de aire mínima de 1,8 MPa, al calcular el volumen requerido de los recipientes.
Los recipientes de aire de arranque deben estar equipados con al menos una válvula manual para el drenaje del condensado.
Si los recipientes de aire están montados horizontalmente, debe haber una inclinación de 3-5 ° hacia la válvula de drenaje para asegurar un drenaje eficiente.
Figura 4-37 – Botella de aire comprimido
Fuente: https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines/df- engine/product-guide-o-e-w34df.pdf?sfvrsn=6
Separador de agua y aceite: Se debe disponer entre el compresor y la botella. Botella: El volumen necesario de aire a presión se puede calcular mediante la siguiente expresión:
Figura 4-38 – Número de arranques Lloyd’s Register
Fuente: https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines/df- engine/product-guide-o-e-w34df.pdf?sfvrsn=6
Hemos de señalar antes de empezar a describir las características del Sistema de Aire de Arranque que nuestros motores serán reversibles, por lo que se exigirá una capacidad de arranque para 12 arrancadas.
Dónde:
o VR = volumen total de aire requerido para el arranque (m3)
o pE = presión atmosférica = 0,1 MPa
o VE = consumo de aire por arranque (Nm3)
o n = número de arranques definidos por la Sociedad de Clasificación: 12 arranques (Pt. 5 Ch. 2 Sec. 8).
o pRmax = presión máxima del aire para el arranque = 3 MPa
o pRmin = presión mínima del aire para el arranque = 1.8 MPa
El volumen total debe dividirse en al menos dos botellas. Hay que tener en cuenta que tenemos 4 generadores y, por tanto, proyectaremos 8 botellas de arranque.