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Los diseñadores de motores de dos tiempos construyen conexiones de datos más profundas

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Las demandas de datos de los operadores de barcos modernos están impulsando mejoras en el control de motores, el monitoreo remoto y la tecnología de sensores

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La demanda de más funciones de control y la integración de nuevos componentes están detrás de la revisión de la arquitectura de control de uno de los principales diseñadores de motores marinos de dos tiempos. WinGD va a lanzar un nuevo sistema de control del motor con una potencia de procesamiento mejorada a partir del próximo año. WinGD Integrated Control Electronics (WiCE) reemplazará a los actuales sistemas de control WECS y UNIC, cada uno de ellos diseñado inicialmente hace más de 15 años.

El Dr. Wolfgang Östreicher, director general de control y automatización, explica que las elevadas exigencias de adquisición de datos y control de un motor moderno hicieron que los sistemas de control actuales estuvieran muy cargados. Un motor moderno de doble combustible, por ejemplo, requiere monitoreo y control para la inyección de combustible líquido, lubricación, admisión de gas, pre-inyección y detección de NOx, entre otros, con exigencias adicionales si se utiliza el postratamiento de NOx en la operación con diesel.

"Se pueden añadir nuevos módulos a medida que se necesitan más componentes, pero entonces la comunicación entre los módulos se convierte en el cuello de botella", dice.

La creciente digitalización del transporte marítimo, así como la perspectiva de tener que integrar otras fuentes de energía híbridas, no hacen sino aumentar la carga de los sistemas de control del motor. El WiCE abordará estos problemas añadiendo un módulo de comunicaciones dedicado, que incluye un cortafuegos, a través del cual el sistema puede conectarse a sistemas de diagnóstico y recibir actualizaciones de software. El sistema de bus, que permite la comunicación entre módulos, recibirá una mejora sustancial en comparación con los sistemas de control existentes.

"Se espera que la creciente digitalización del transporte marítimo, así como la perspectiva de tener que integrar otras fuentes de energía híbridas, aumente la carga de los sistemas de control del motor"

El sistema es totalmente modular tanto a nivel de software (sistema y aplicaciones) como de hardware. Se preparará para futuras actualizaciones, y cada componente se verificará y validará por separado. Esto significará que cuando se añadan nuevos módulos, sólo será necesario validar el módulo y el rendimiento del sistema, en lugar de volver a validar todos los demás módulos.

La tripulación que opera el motor a bordo no debería notar una diferencia entre la nueva interfaz WiCE y la arquitectura anterior de WECS o UNIC, excepto por un diseño más moderno. WinGD espera que la tripulación familiarizada con los motores de dos tiempos pueda utilizar los controles después de un período de entrenamiento de cinco días.

Combustión en bucle cerrado

El especialista alemán en control de cilindros Imes también ha rediseñado sus productos a la luz de los desarrollos modernos de motores. Ha desarrollado un nuevo y robusto sensor de presión de cilindros específicamente para las demandas de datos muy precisas y fiables de los últimos motores, en particular los que utilizan control de combustión de lazo cerrado. Esta metodología de control permite que los motores funcionen con alta eficiencia incluso cuando funcionan con gases de diferentes calidades.

Debido a las mayores presiones medias efectivas indicadas en los motores de gas, los sensores de presión de los cilindros están sujetos a condiciones ambientales y de funcionamiento más extremas. El nuevo sensor, con membrana frontal y rosca M10 o M14, ha sido desarrollado para soportar estas condiciones y satisfacer la demanda de precisión con una deriva mínima de calibración.

El sensor transmite la presión a través de un resorte de medición. En la superficie de medición, que forma parte del resorte de medición, se crean zonas con la misma resistencia a la tracción y a la compresión. Como la superficie de medición está sujeta a deformaciones, se le aplica un puente de resistencias en película delgada de alta temperatura. Dependiendo de la cantidad de tensión, se medirá una señal de tensión proporcional al cambio de presión.

El resorte de medición es resistente a la combustión anormal con elevaciones de presión extremadamente altas de hasta 1000 bar/ms, y alcanza una alta precisión termodinámica para el control del motor. Está diseñado para más de un billón de ciclos de carga. Una cerámica resistente a altas temperaturas para temperaturas de hasta 400°C proporciona la base para las conexiones eléctricas del sensor, mientras que la unión de cables significa que la conexión eléctrica puede soportar más de 350°C.

Las evaluaciones realizadas en un motor de prueba de un solo cilindro y comparadas con un sensor piezoeléctrico refrigerado por agua han confirmado su precisión. El sensor también ha sido probado con éxito en motores de barcos de doble combustible. Desde marzo de 2017 se instalan en el portaaviones de asfalto sueco Bit Viking, impulsado por motores Wärtsilä 50DF de seis cilindros. Los sensores también han sido probados en el motor de 18 cilindros de doble combustible de una barcaza caribeña. Imes presentará los resultados de estos ensayos y una descripción de su trabajo de desarrollo en el Congreso de CIMAC en junio.

A fin de aprovechar estas capacidades crecientes para supervisar y controlar con precisión los motores, también se necesita una nueva infraestructura digital. MAN CEON será la plataforma a través de la cual se prestarán todos los futuros servicios digitales de MAN Energy Solutions y se espera que ofrezca una gama creciente de servicios remotos de pago. Será estándar en todos los nuevos motores, turbinas y compresores de MAN a partir de este año y ya ofrece un servicio de monitorización y optimización a distancia lanzado recientemente por la división de postventa de la empresa, MAN PrimeServ.

El director de estrategia y digital de MAN, Per Hansson, afirma que la plataforma fue diseñada para monitorizar en paralelo varios miles de instalaciones de clientes, con una capacidad de procesamiento de datos que "supera la de muchas de las principales plataformas de medios sociales".

Dice: "Todas nuestras máquinas están equipadas con cientos de sensores que transmiten datos constantemente. MAN CEON permite la recogida, almacenamiento y evaluación eficientes de estos volúmenes de datos. Estamos monitoreando hasta el nivel de pequeños subcomponentes, como en el caso de un'gemelo digital', con datos de alta resolución disponibles bajo demanda"

Menos de 100 embarcaciones con motores MAN de dos tiempos han tenido diagnósticos remotos a través de un túnel VPN seguro durante una década. Éstos se migrarán a MAN CEON. Los motores de cuatro tiempos también han sido monitoreados por PrimeServ durante más de una década.

"MAN CEON se basa en esto proporcionando acceso a los datos casi en tiempo real para permitir un asesoramiento proactivo y proporcionando a los equipos de los clientes acceso a las mismas herramientas de supervisión y análisis que nuestros equipos de MAN PrimeServ", afirma el Sr. Hansson.

Este último comentario es conmovedor. Se ha afirmado que las empresas a menudo se dedican a la digitalización sin sentido de orientación. Dar a los armadores el mismo nivel e inmediatez de conocimiento de los motores que a los ingenieros de servicio es un objetivo valioso que tendrá un impacto duradero en la eficiencia del transporte marítimo.