Regulación de carga en motores de combustible pesado (Hfo), para determinar una operación eficiente con respecto al consumo específico de combustible.
Generalidades
Los motores de combustión interna, que operan bajo el ciclo Diesel, utilizados para propósitos de generación eléctrica, mantienen un régimen de revoluciones y carga constantes, lo que permite monitorear y establecer parámetros de operación destinados a determinar el consumo de combustible.
De conformidad con las especificaciones de cada modelo de motor y del contrato de adquisición de las unidades, los parámetros de consumo de combustible están claramente determinados. Durante el comisionamiento de dichas unidades, se certifica los valores de producción de energía y carga máxima, consumo específico de combustible y consumo de aceite lubricante del motor.
En este cuadro se observa las condiciones de consumo específico de combustible determinadas en el contrato de venta del motor de una unidad de generación eléctrica.
Consumo específico de combustible
De acuerdo con datos de un fabricante X, el consumo no debe ser mayor a 8294 KJ/kWh, especificación que equivale a 7861 BTU/kWh operando a un 100% de carga.
Factor de conversión de KJ/Kwh a BTU/Kwh
Para transformar KJ/Kwh a BTU/kWh el factor de conversión es: 0.947.
Protocolo de pruebas en fábrica
De acuerdo con el protocolo de pruebas del motor realizado en fábrica, el resultado de consumo específico de combustible es el que á representado. (Ver Figura 2.)
“An engine is said to be performing well or well-maintained if it can be safely run at the rated RPM at the rated load.”
Parámetros de operación
En el presente párrafo se determina el rango de carga de operación necesario para que las unidades tenga el consumo de combustible eficiente.
De este modo se quiere usar los recursos energéticos disponibles para la generación eléctrica de una forma óptima, de tal manera que cubra la demanda de energía a un costo centrado en la eficiencia y con un grado aceptable de confiabilidad y seguridad.
A continuación se describe un año no determinado de operaciones con motores de combustión internas. Se toma en cuenta la producción de energía y los parámetros de carga del motor.
Se debe indicar además, el consumo de un combustible con un valor calórico de 41000 KJ.
En la figura 3 están representados los porcentajes de carga de las unidades. Los casilleros en verde nos determinan un rango de operación eficiente en cuanto al consumo de combustible. Los casilleros en amarillo determinan un consumo de combustible ligeramente mayor al consumo óptimo. Los casilleros en rojo indican un consumo más elevado que el nivel de eficiencia y economía, lo que significa un mala relación de combustible ingresando al motor.
De todos los factores descritos en los párrafos anteriores, el consumo específico de calor es el mecanismo más adecuado para determinar la relación exacta entre el flujo de combustible
De un total de 48 casilleros, 34 están en verde (71%), 5 en amarillo (11%) y 8 en rojo (17%).
Es muy importante señalar que la condición mecánica de la máquina es fundamental a la hora de determinar eficiencia en el consumo de combustible.
La presencia de equipo de medición de flujo de combustible que ingresa a cada uno de los motores y por consiguiente el retorno de una cantidad hacia la unidad alimentadora de combustible (principio de operación diesel), nos permite tener los datos para cada una de las unidades, pero el consolidado anual de consumo de combustible en relación con el consumo específico de cada motor (datos de fábrica específicos para cada unidad) y las cifras de producción mensual de energía, permiten formular las conclusiones del caso.
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Cuadro con ejemplo de valores de consumo especifico de combustible y consumo especifico de calor para una central térmica a diesel
En el cuadro de la figura 4 tomado del internet, se puede observar que para el caso de 30% de carga (375kW) el consumo específico de combustible es 251 gr/kWh. Para 50% de carga (625kW), el consumo es de 247 gr/kWh. Para 75% de carga (938kW) el consumo específico de combustible es 230 gr/kWh y para 100% de carga (1250 kW) el consumo es de 220 gr/kWh.
En este ejemplo se puede apreciar claramente la relación que existe entre el incremento de la carga y la reducción de los valores de consumo específico de combustible y consumo específico de calor.
Este comportamiento es característico para las unidades de generación eléctrica dotadas de motor de combustión interna diesel.
Curva de consumo de combustible
Por último se debe indicar que el aspecto de la curva de consumos de combustible tiene un aspecto como el mostrado en la figura 5. La razón de que la curva tenga un mínimo situado entre el 75% y 90% de carga directa radica en que en la zona es donde las turbosoplantes tienen el máximo rendimiento. Una vez pasada esa zona, el consumo aumenta casi exponencialmente hasta el consumo en vacío, que suele ser el máximo.
Autor: Martin Ivan Cevallos Gomez
CEO LubriCenter H.A.
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