ventilacion del cuarto del motor.pdf

G U Í A D E A P L I C A C I Ó N E I N S T A L A C I Ó N

VENTILACIÓN DEL CUARTO DEL MOTOR

G3600 • G3500 G3400 • G3300

3.600 • C175 • 3500 C32 • 3412E • 3400 •

3126B C18 • C-16 • C-15 • C15 C13 • C-12 • C11 • C-10

C9 • C-9 • C7

Contenido Ventilación del Cuarto del Motor .................................................... 1

Consideraciones de dimensionamiento ......................................... 2

Aire de enfriamiento .................................................................. 2

Aire de combustión ................................................................... 2

Flujo de aire de ventilación ....................................................... 3

Cálculo del flujo de aire de ventilación requerido ................. 3

Temperatura del cuarto del motor ........................................ 5

Factor de corrección de radiación de calor atmosférica ....... 5

Calor radiante ....................................................................... 6

Ventiladores para sistemas de ventilación..................................... 9

Tipos de ventiladores ................................................................ 9

Ubicación del ventilador ............................................................ 9

Dimensionamiento del ventilador .............................................. 9

Ventiladores de sistemas de escape......................................... 9

Ventiladores con motores de dos velocidades........................ 11

Consideraciones de direccionamiento de flujo ............................ 12

Principios generales de direccionamiento de flujo .................. 12

Aplicaciones de uno y dos motores.................................... 14

Aplicaciones con motores múltiples.................................... 19

Trayectoria de aplicación especial...................................... 22

Sistema expulsor de escape marino de ventilación

automática .......................................................................... 30

Consideraciones adicionales .................................................. 30

Dimensionamiento del radiador .......................................... 30

Dimensionamiento del ventilador del radiador.................... 31

Persianas movibles ............................................................ 31

Equipo de refrigeración ...................................................... 31

Aislamiento de la tubería de escape................................... 32

Pruebas con puertas y ventanas cerradas ......................... 32

Consideraciones de conductos .......................................... 32

Consideraciones en clima frío ................................................. 33

Formación de hielo en el filtro de aire................................. 33

Frío extremo ....................................................................... 34

Control de refuerzo............................................................. 34

Prólogo Esta sección de la Guía de Aplicación e Instalación describe en términos generales la ventilación del cuarto del motor para los motores Caterpillar® que se indican en la cubierta de esta sección. Otros sistemas de motores, componentes y principios se tratan en otras secciones de esta Guía de Aplicación e Instalación. Los datos y la información específica del motor están disponibles en un amplia variedad de fuentes. Consulte la sección ‘Introducción’ de esta guía para obtener referencias adicionales. Los sistemas y los componentes descritos en esta guía pueden no estar disponibles o no aplicar a todos los motores.

La información contenida en esta publicación puede considerarse confidencial. Se recomienda discreción en su distribución. Los materiales y especificaciones están sujetos a cambio sin previo aviso.

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Guía de Aplicación e Instalación Ventilación del Cuarto del Motor

Ventilación del Cuarto del Motor Esta guía describe las consideraciones de ventilación del cuarto del motor que aplican para la instalación, operación y mantenimiento exitosos de los motores, grupos electrógenos, compresores y otras unidades en contenedor de Caterpillar. Los aspectos principales a considerar para el diseño apropiado de un sistema de ventilación del cuarto del motor son el aire de enfriamiento y el aire de combustión. El aire de enfriamiento se refiere al flujo de aire que elimina el calor producido por el motor, el generador, el equipo impulsado y otros componentes del cuarto del motor. El aire de combustión se refiere al aire que el motor requiere para quemar el combustible. El aire de enfriamiento y el de combustión afectan directamente el rendimiento y la vida útil del motor y del grupo electrógeno y debe considerarse en el diseño de un sistema de ventilación del cuarto del motor. También, en el diseño de un sistema de ventilación es importante considerar todo el equipo del cuarto del motor y proporcionar un ambiente cómodo para el personal de servicio y mantenimiento. Algunos equipos impulsados, como un generador en una instalación de motor grande, pueden requerir una fuente de ventilación especial.

CONTENIDO DE LA SECCIÓN Consideraciones de dimensionamiento ....................... 2

• Aire de enfriamiento • Aire de combustión • Flujo de aire de ventilación

Ventiladores de sistemas de ventilación .................................... 7

• Tipos de ventiladores • Ubicación del ventilador • Dimensionamiento del ventilador

Consideraciones de direccionamiento de flujo ........... 9

• Principios generales de de direccionamiento de flujo

Consideraciones adicionales....24 • Dimensionamiento del radiador • Persianas • Equipo de refrigeración • Aislamiento de la tubería de

escape • Conductos

Consideraciones para tiempo frío...................................56

• Formación de hielo en el filtro de aire

• Frío extremo • Control de refuerzo

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Ventilación del Cuarto del Motor Guía de Aplicación e Instalación

Consideraciones de dimensionamiento

Aire de enfriamiento Una parte del combustible consumido por el motor se pierde en forma de radiación térmica que es transferida al aire circundante. Además, el calor emitido debido a ineficiencias del generador y de la tubería de escape puede llegar a ser igual al calor emitido por el motor. Cualquier temperatura elevada resultante en el cuarto del motor puede afectar negativamente el mantenimiento, el personal, el equipo de conmutación y el rendimiento del motor o del grupo electrógeno. El aire de ventilación del cuarto del motor (aire de enfriamiento) tiene dos propósitos básicos:

• Proporcionar un ambiente que permita que el equipo y la maquinaria funcionen apropiadamente para proporcionar una vida útil fiable.

• Proporcionar un ambiente en el que el personal pueda trabajar de manera cómoda y eficaz.

Es importante tener en cuenta que el aire de enfriamiento no solo es necesario para el motor; la conexión de entrada del generador también requiere de aire limpio y frío. La forma más eficaz de enviar aire limpio y frío es proporcionar una fuente de aire de ventilación a nivel del suelo, en la parte trasera del grupo electrógeno. El uso de aislamiento en los tubos de escape, los silenciadores y las tuberías de agua de las camisas reducirá la cantidad de calor emitido por las fuentes auxiliares.

El calor radiado desde los motores y otra maquinaria en el cuarto del motor es absorbida por las superficies del cuarto del motor. Parte del calor se transfiere a la atmósfera o, en las instalaciones marinas, al mar a través del casco de la embarcación. La calor radiado restante debe transferirse al sistema de ventilación. En el diseño del sistema de ventilación del cuarto del motor debe incluirse un sistema para evacuar el aire de ventilación.

Aire de combustión Se hablará con más detalle del aire de combustión en la sección "Sistemas de Admisión de Aire" de la Guía de Aplicación e Instalación. Algunos aspectos del sistema de aire de admisión se analizan en esta guía debido a que tienen un impacto significativo en el diseño del sistema de ventilación del cuarto de motor. En muchas instalaciones, el aire de combustión ingresa desde el exterior al cuarto del motor a través de un sistema de conductos diseñado para mover una gran cantidad de aire con muy poca restricción. Estas instalaciones tienen poco impacto en el diseño de ventilación del cuarto del motor. Sin embargo, otras instalaciones requieren que el aire de combustión sea tomado directamente del cuarto del motor. En estas instalaciones, los requisitos del aire de combustión se convierten en un parámetro significativo del diseño del sistema de ventilación. El consumo aproximado de aire de combustión en un motor diesel es 0,1 m3 de aire/min/kW al freno (2,5 pies3 de aire/min/bhp) producido. Los requisitos

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de aire de combustión específicos para el motor pueden encontrarse usando los recursos mencionados en el prólogo de esta guía.

Flujo de aire de ventilación El flujo de aire de ventilación requerido depende de la temperatura deseada del aire del cuarto del motor, así como de los requisitos de aire de enfriamiento y de combustión indicados anteriormente. Aunque es claro que el flujo de aire total de ventilación del cuarto del motor debe tener en cuenta todo el equipo y la maquinaria, las siguientes secciones proporcionan un medio para calcular el flujo de aire requerido para la operación exitosa de los motores y grupos electrógenos Caterpillar. Cálculo del flujo de aire de ventilación requerido El aire de ventilación requerido para el cuarto del motor con motores y grupos electrógenos Caterpillar puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

H V = D X CP X ∆T + Aire de

combustión X F

Donde: V = Aire de ventilación (m3/min),

(pie³/min) H = Radiación de calor, por

ejemplo, motor, generador, aux. (kW), (Btu/min)

D = Densidad del aire a temperatura del aire de 38°C (100°F). La densidad es igual a 1,099 kg/m3 (0,071 lb/pies3)

CP = Calor específico del aire (0,017 kW x min/kg x °C), (0,24 Btu/LBS/°F)

∆T = Aumento de temperatura permisible del cuarto del motor (°C), (°F)

(NOTA: La temperatura máxima del cuarto del motor es 120°F) F = Factor de direccionamiento de

flujo basado en el tipo de ventilación analizado en la sección "Consideraciones de Direccionamiento de Flujo" de esta guía.

Nota: Si el aire de combustión se suministra al motor a través de un sistema dedicado de conductos, el "aire de combustión" debe omitirse de la fórmula. Ejemplo: El cuarto del motor de un grupo electrógeno 3412 DITA tiene una configuración de direccionamiento de flujo de ventilación Tipo 1 y un conducto dedicado para el aire de combustión. Tiene un valor de radiación de calor de 659 kW (37.478 Btu/min) y un aumento de temperatura permisible del cuarto del motor de 11°C (20°F). Solución: La ventilación estimada del cuarto del motor requerida para esta configuración será:

659 V = 1,099 x 0,017 x 11 + 0 x 1

V = 3.206,61 m3/min

37.478 V = 0,071 x 0,24 x 20 + 0 x 1

V = 109.970,7 pie³/min



La ventilación apropiada depende en gran medida del recorrido del aire de ventilación. Las aplicaciones que involucran factores de carga alta y operación de potencia plena continua requieren de un método riguroso basado en los cálculos clásicos de transferencia de calor, que tienen en cuenta la radiación de calor y el aumento y ajuste de la temperatura permisible del cuarto con un factor de direccionamiento de flujo del aire de ventilación.



Temperatura del cuarto del motor La principal razón para mantener la temperatura del cuarto del motor en un nivel apropiado es proteger a los diferentes componentes de las temperaturas excesivas. Los elementos que requieren aire frío son:

• Los componentes eléctricos y electrónicos

• La entrada del filtro de aire. • El amortiguador de vibración

torsional. • Temperaturas cómodas para el

operador del motor o el personal de servicio.

• El generador u otro equipo impulsado.

Un sistema de ventilación del cuarto del motor diseñado apropiadamente mantendrá la temperatura del aire del cuarto del motor entre 8,5° C y 12,5° C (15° F y 22.5° F) por encima de la temperatura del aire ambiente. Por ejemplo, si la temperatura del cuarto del motor es 24°C (75°F) con el motor apagado, el sistema de ventilación debe mantener la temperatura del cuarto entre 32,5° C (90° F) y 36,5° C (97,5 °F) mientras el motor está en operación. La temperatura máxima del cuarto del motor no debe ser mayor que 49° C (120° F). Si la temperatura del cuarto del motor no puede mantenerse por debajo de 49° C (120° F), el aire del exterior debe enviarse directamente a los filtros de aire del motor. Los límites de temperatura del equipo impulsado también deben tenerse en cuenta. Si la temperatura del cuarto del motor excede 40° C (104° F), debe reducirse la potencia del generador de acuerdo con el programa de reducción

de potencia del generador y el aire frío exterior debe enviarse directamente al sistema de admisión de aire del generador. En sitios más grandes con varios motores, las pautas de aumento de temperatura normales entre 8,5° C y 12,5° C (15°F y 22,5°F) para los cuartos del motor pueden requerir velocidades de aire complicadas o inalcanzables. Para estos sitios más grandes, puede diseñarse un sistema de ventilación que dé prioridad a los cinco elementos presentados anteriormente y que proporcione un flujo de aire desde abajo hacia arriba, similar al mostrado en las Figuras No. 8 y No. 9, para un aumento de temperatura de 17° C (30° F). Factor de corrección de radiación de calor atmosférica Los valores de radiación de calor atmosférica publicados en la TMI se basan en las condiciones de célula ambiente entre 25° C y 29° C. Los cuartos del motor pueden diseñarse en condiciones de temperatura ambiente mucho más alta; por consiguiente, en estos casos puede usarse un factor de corrección para determinar la radiación de calor atmosférica. Los factores de corrección que se definen a continuación se han desarrollado usando los fundamentos de la transferencia de calor y pueden aplicarse a cualquier objeto bajo las mismas condiciones. Hay dos factores de corrección distintos, uno se usa con el escape y los múltiples del turbo húmedos, y el otro se usa con el escape y los múltiples del turbo secos. La



temperatura del revestimiento usado en el cálculo del múltiple seco es de 200° C, valor aproximado del múltiple con envoltura o aislado.

Factor de corrección para el escape y el múltiple del turbo húmedos. WCF = -0,0156 * TER + 1,4505 Donde: WCF = Factor de corrección húmedo TER = Temperatura ambiente del

cuarto del motor (°C) Factor de corrección para el escape y el múltiple del turbo secos. DCF = -0,011* TER +1,3187 Donde: DCF = Factor de corrección seco TER = Temperatura ambiente del

cuarto del motor (°C) Para obtener el valor de radiación de calor atmosférica correcto, multiplique el valor TMI por el valor WCF o DCF. Calor radiante Se requieren los valores de calor radiante para el motor y el equipo impulsado para calcular el flujo de aire de ventilación requerido. Nota: Para grupos electrógenos en contenedor, asegúrese de que haya un flujo de aire adecuado cerca del amortiguador torsional del motor. El exceso de estructuras en los sistemas de tubería y de enfriamiento puede limitar el flujo de aire apropiado cerca del amortiguador torsional. Revise las temperaturas del amortiguador siguiendo las recomendaciones encontradas en el Manual de Servicio de Operación y Mantenimiento. Estos datos están disponibles en la TMI para productos Caterpillar. Se encuentran en la sección "Datos de Rendimiento".



Motor El calor generado por el motor (radiación de calor a la atmósfera) se proporciona, generalmente, con los datos técnicos publicados del motor. Los valores presentados son nominales y se indican las tolerancias. En los cálculos, siempre debe añadirse la tolerancia antes de usar los datos publicados. Generador Para instalaciones de grupos electrógenos, el calor irradiado por el generador puede calcularse usando las siguientes fórmulas.

1 HRG (kW) = P x EFF-1

1 HRG (Btu/min) = P x EFF-1 x 56,9

Donde: HRG = Calor irradiado por el

generador (kW), (Btu/min) P = Salida del generador a

clasificación máxima del motor (ekW)

Eff = % de eficiencia del generador/ 100%

Ejemplo: Un grupo electrógeno auxiliar 3521B de 975 ekW tiene una eficiencia del generador de 92%. La radiación de calor del generador de este grupo electrógeno puede calcularse así: Solución: P = 975 ekW Eficiencia = 92%/100% = 0,92 HRG = 975 x (0,92 – 1) HRG = 84,78 kW HRG = 975 x (0,92 – 1) x 56,9 HRG = 4.824 Btu/min



Nota: Estos datos están disponibles en la TMI para generadores

Caterpillar. Se encuentran en la sección "Datos de Rendimiento".



Ventiladores para sistemas de ventilación Excepto para aplicaciones especiales, la ventilación natural es demasiado fuerte por consideraciones prácticas. Los sistemas de ventilación motorizados (asistidos por ventilador) son los que mejor suministran una cantidad adecuada de aire fresco.

Tipos de ventiladores Generalmente, se usan los siguientes tipos de ventiladores:

• Aspa-Axial • Tubo-Axial • Hélice • Centrífugo

(sopladores de jaula de ardilla) La selección del tipo de ventilador depende generalmente del volumen de aire de ventilación, de los requerimientos de presión y de las limitaciones de espacio del cuarto del motor. Los ventiladores tienen varias características que hacen que se adapten mejor a ciertas aplicaciones.

Ubicación del ventilador Los ventiladores son más eficaces cuando extraen el aire de ventilación desde el cuarto del motor y expulsan el aire caliente a la atmósfera. Sin embargo, los sistemas de ventilación ideales para el cuarto del motor usarán tanto ventiladores de suministro como de escape. Ésto permitirá que el diseñador del sistema tenga el máximo control de la distribución del aire de ventilación. Los motores del ventilador deben instalarse por fuera del flujo directo del aire de ventilación caliente para proporcionar una mayor vida útil del motor. El diseño de los ventiladores

centrífugos (sopladores de jaula de ardilla) es ideal para éste fin, pero algunas veces su tamaño, comparado con los de aspa-axial y tubo-axial, los pone en desventaja.

Dimensionamiento del ventilador El dimensionamiento del ventilador involucra más que la simple selección de un ventilador que entregue el volumen de flujo de aire necesario para cumplir con los requerimientos de aire de enfriamiento y de combustión. El dimensionamiento requiere de una compresión básica de las características de rendimiento del ventilador y de los parámetros de diseño del sistema de ventilación. Al igual que en una bomba centrífuga, un ventilador opera a lo largo de una curva de ventilador específica relacionada con un caudal de volumen del ventilador (m3/min o pies³/min) para el aumento de presión (mm de H2O o pulg de H2O) a un velocidad constante del ventilador. Por tanto, la selección del ventilador no sólo requiere conocer el caudal de volumen, sino también el sistema de distribución de ventilación, para calcular el aumento de presión del sistema. Esta información permite seleccionar el ventilador óptimo a partir de un grupo de curvas o tablas de ventiladores de los fabricantes.

Ventiladores de sistemas de escape Los sistemas de escape de aire de ventilación deben diseñarse para mantener una presión ligeramente



positiva o negativa en el cuarto del motor, dependiendo de la aplicación específica. La presión positiva normalmente no debe exceder 0,050 kPa o (0,2 pulg de H2O). Esta presión positiva proporciona las siguientes ventajas:



• Evita la entrada de polvo y tierra, lo que beneficia especialmente las aplicaciones en las que los motores toman el aire de combustión del cuarto del motor.

• La presión positiva crea un flujo hacia afuera que expulsa el calor y el olor del cuarto del motor.

Algunas aplicaciones, como en aplicaciones marinas donde el cuarto del motor está cerca a las habitaciones, requieren que se mantenga una presión ligeramente negativa en el cuarto del motor. Esta presión negativa normalmente no debe exceder 0,1275 kPa (0,5 pulg de H2O). El exceso de ventilación de escape proporciona las siguientes ventajas:

• Compensa la expansión térmica del aire de entrada.

• Crea un sistema flujo de entrada que confina el calor y el olor en el cuarto del motor.

Ventiladores con motores de dos velocidades La operación en climas muy fríos puede requerir la reducción del flujo de aire de ventilación para evitar condiciones de trabajo de baja temperatura en el cuarto del motor. Ésto puede realizarse fácilmente al proporcionar ventiladores para sistemas de ventilación con motores de dos velocidades (velocidades de 100% y 50% ó 67%).



Consideraciones de direccionamiento de flujo

Principios generales de direccionamiento de flujo El direccionamiento de flujo correcto del aire de ventilación es vital para la operación apropiada de los motores y las unidades en contenedores Caterpillar. Mantener las temperaturas de aire recomendadas en el cuarto del motor es imposible sin el direccionamiento de flujo apropiado del aire de ventilación. Deben considerarse los siguientes principios cuando se diseñe el sistema de ventilación del cuarto del motor:

• Las entradas de aire fresco deben ubicarse lo más lejos posible de las fuentes de calor y lo más prácticas y bajas como sea posible.

• El aire de ventilación debe tomarse del cuarto del motor en el punto más alto posible, preferiblemente directamente sobre el motor.

• Las entradas y salidas de aire de ventilación deben ubicarse de modo que evitan que el aire de escape fluya por las entradas de ventilación (recirculación).

• Las entradas y salidas de aire de ventilación deben ubicarse de modo que eviten cavidades de aire estancado o recirculante, especialmente cerca de la entrada de aire del generador.

• Donde sea posible, los puntos de succión de escape individuales deben ubicarse directamente sobre las fuentes de calor principales. Ésto expulsará el calor antes de que haya posibilidad de que se mezcle con el aire del cuarto del motor y aumente la temperatura promedio. Debe observarse que

esta práctica también requerirá que el aire de suministro de ventilación se distribuya apropiadamente alrededor de las fuentes de calor principales.

• Se deben evitar los conductos de suministro de aire de ventilación que soplan aire frío directamente a los componentes calientes del motor. Ésto mezcla el aire más caliente en el cuarto del motor con el aire frío entrante, aumentando la temperatura promedio del aire del cuarto del motor y deja áreas del cuarto del motor sin ventilación apreciable.

• En instalaciones donde los motores toman el aire de combustión del interior del cuarto del motor, el direccionamiento del flujo debe proporcionar el aire de combustión más frío posible a las entradas del turbocompresor.

• Para aplicaciones marinas y en alta mar, hay posibilidad de que el agua de mar ingrese en el suministro de aire de ventilación. Los sistemas para estas aplicaciones deben diseñarse de modo que eviten que el agua de mar entre en los filtros de admisión de aire e ingrese al turbocompresor. El aire de enfriamiento del generador también debe filtrarse para minimizar la entrada de sal.

Estos principios generales de direccionamiento del flujo, aunque guiados por los mismos principios básicos de la transferencia térmica, variarán con la aplicación específica. Esta sección presenta las consideraciones



básicas relacionadas con aplicaciones de uno y dos motores, aplicaciones de motores múltiples (más de 3) y varias aplicaciones especiales.



Aplicaciones de uno y dos motores Sin duda alguna, las aplicaciones de uno y dos motores son las encontradas más comúnmente, sin importar el mercado del motor. Estas aplicaciones requieren generalmente de cuartos de motor más pequeños, que significan un reto especialmente en relación con el uso de buenas prácticas de direccionamiento del flujo. Los sistemas de ventilación recomendados para estas aplicaciones, presentados en orden de preferencia, son: Tipo 1, Tipo 2, Tipo 3 y Tipo 4. Ventilación Tipo 1 (diseño preferido) Nota: En los cálculos de flujo de aire de ventilación, los sistemas Tipo 1 tienen un Factor de Direccionamiento del Flujo de 1.

El aire exterior es llevado al cuarto del motor a través de un sistema de conductos. Estos conductos deben colocarse entre los motores a nivel del suelo, y el aire de descarga cerca de la parte inferior del motor y el generador, como se muestra en la Figura No. 1. Los ventiladores del aire de escape deben instalarse o canalizarse en el punto más alto del cuarto del motor. Éstos deben estar directamente sobre las fuentes de calor. Este sistema proporciona la mejor ventilación con la menor cantidad requerida de aire. Además, el flujo ascendente de aire alrededor del motor sirve como un protector que minimiza la cantidad de calor liberado en el cuarto del motor. La temperatura del aire en el conducto de aire de escape será mayor que la temperatura del aire en el cuarto del motor.

Ventilación Tipo 1

Figura No. 1



Ventilación Tipo 2 (diseño de patín) Nota: En los cálculos del flujo de aire de ventilación, los sistemas Tipo 2 tiene un Factor de Direccionamiento del Flujo de 1. Un diseño de patín puede preferirse en aplicaciones de campos petrolíferos. De manera similar al sistema Tipo 1, el Tipo 2 toma el aire exterior y lo ingresa al cuarto del motor a través de un sistema de conductos que lo envían entre los motores. Sin embargo, el sistema Tipo 2 envía el flujo de aire por debajo del motor y del generador, de modo que el aire se descarga hacia arriba en los motores y generadores, como se muestra en la Figura No. 2. El método más económico para lograr este diseño es usar una plataforma de servicio. La plataforma se construye alrededor de los motores y sirve como la parte superior del conducto. Ésto requiere que la plataforma de servicio se construya de una plancha sólida antideslizante en lugar de una base perforada o expandida. La salida del conducto será el espacio entre el piso y la base del campo petrolífero. Debe

revisarse permanente esta salida para asegurarse de que la base permanezca limpia y sin restricción de flujo de aire. Los ventiladores del aire de escape deben instalarse o canalizarse en el punto más alto del cuarto del motor. Éstos deben estar directamente sobre las fuentes de calor. Este sistema proporciona la mejor ventilación con la menor cantidad requerida de aire. Además, el flujo ascendente de aire alrededor del motor sirve como un protector que minimiza la cantidad de calor liberado en el cuarto del motor. La temperatura del aire del conducto de aire de escape será mayor que la temperatura del aire del cuarto del motor. Aunque el sistema Tipo 1 proporciona una ventilación eficaz para el motor, no tiene en cuentas las necesidades de ventilación especial del equipo impulsado. Los generadores grandes, configurados con una entrada de aire ubicada en la parte alta del generador, requerirán de una fuente adicional de aire de ventilación.

Ventilación Tipo 2



Ventilación Tipo 3 (diseño alterno) Si no es posible una ventilación Tipo 1 o Tipo 2, una alternativa es la ventilación Tipo 3. Sin embargo, la configuración de la trayectoria requerirá aproximadamente 50% más de flujo de aire que la de Tipo 1. Nota: En los cálculos de flujo de aire de ventilación, los sistemas Tipo 3 tienen un Factor de Direccionamiento del Flujo de 1,5. Como se muestra en la Figura No. 3, el aire exterior es llevado al cuarto del motor usando ventiladores o conductos de admisión grandes. La entrada se ubica lo más alejado posible de las fuentes de calor y se descarga en el cuarto del motor en la parte más baja posible. El aire fluye luego al cuarto del motor desde los puntos de entrada de aire frío hacia las fuentes de calor del motor y del equipo. Las fuentes de calor incluyen el motor, los componentes de escape expuestos, los generadores y

otros dispositivos grandes del equipo.

Figura No. 2

Los ventiladores del aire de escape deben instalarse o canalizarse en el punto más alto del cuarto del motor. Preferiblemente, éstos deben estar directamente sobre las fuentes de calor. El calor del motor se disipará con este sistema, pero una cierta cantidad de calor irradiará y calentará todas las superficies adyacentes del cuarto del motor. Si el aire no se dirige apropiadamente, éste subirá hasta el techo antes de llegar a los motores. Este sistema trabajará sólo donde las entradas de aire circulan el aire entre los motores, en aplicaciones de dos motores. Las entradas de aire ubicadas en el extremo del cuarto del motor proporcionarán una ventilación adecuada sólo para el motor más cerca a la entrada.



Ventilación Tipo 3

Figura No. 3



Ventilación Tipo 4 (diseño menos eficaz) Si no son posibles la ventilación Tipo 1, 2 ó 3, puede usarse el siguiente método; sin embargo, proporciona la ventilación menos eficaz y requiere aproximadamente dos y media veces el flujo de aire de la ventilación Tipo 1. Nota: En los cálculos de flujo de aire de ventilación, los sistemas Tipo 4 tienen un Factor de Direccionamiento del Flujo de 2,5. Como se muestra en la Figura No. 4, el aire exterior es llevado al cuarto del motor usando los ventiladores de suministro y descargado en las entradas de aire del turbocompresor en los motores. Los ventiladores de escape y ventilación deben instalarse o

canalizarse desde las esquinas del cuarto del motor. Este sistema mezcla el aire más caliente del cuarto del motor con el aire frío de entrada, aumentando la temperatura de todo el aire del cuarto del motor. Ésto también interfiere con el flujo de convección natural del aire caliente que sube a los ventiladores de escape. Los cuartos del motor pueden ventilarse de esta forma, pero ésto requiere ventiladores de gran capacidad para sistemas de ventilación. Flujo de aire incorrecto La Figura No. 5 muestra un método incorrecto para ventilar el calor del cuarto del motor. Aunque el conducto de entrada tiene persianas para dirigir el flujo de aire hacia el motor, el calor en aumento calentará el aire frío antes de que llegue al motor.

Ventilación Tipo 4

Figura No. 4



Flujo de aire incorrecto

Figura No. 5

Aplicaciones con motores múltiples Los sistemas de ventilación recomendados para aplicaciones de uno o dos motores también aplican a las aplicaciones con más de dos motores. Sin embargo, hay consideraciones adicionales con más de dos motores. Como se mencionó anteriormente, en las instalaciones con varios motores, si se usan las pautas de aumento de temperatura normal, probablemente resultará un requerimiento de volúmenes extremadamente grandes de aire. Aunque las pautas para estos sitios pueden ser más generosas en relación con el aumento de temperatura permitido, el sistema de ventilación debe diseñarse para proporcionar aire suficientemente frío en las cercanías del motor y el equipo impulsado para cumplir con los requerimientos de ventilación.

Los sitios con varios motores grandes generalmente usarán varios ventiladores de sistema de ventilación. Con frecuencia, estos sitios usan uno o dos ventiladores por cada motor y un ventilador adicional para enviar aire a la entrada del generador o a otro equipo impulsado. Esta práctica permite una configuración muy simple, que requiere poco trabajo de conductos. El uso de varios ventiladores, ya sea para suministro o escape de aire, requerirá configurar el flujo de aire entre los motores, bien sea mediante la ubicación de los ventiladores o de los conductos de distribución. Las Figuras No. 6 y No. 7 son ejemplos de patrones de flujo de aire correcto e incorrecto para sitios con motores múltiples. (Nota: Los extremos del generador estarían en el lado derecho de los diagramas)



Flujo de aire correcto

Figura No. 6

Flujo de aire incorrecto

Figura No. 7



Las Figuras No. 8 y No. 9 son ejemplos del patrón de flujo de aire desde abajo hacia arriba, usado generalmente en aplicaciones de plantas de potencia grandes.

Flujo de aire desde abajo hacia arriba

Figura No. 8

Flujo de aire desde abajo hacia arriba

Figura No. 9



Trayectoria de aplicación especial Radiadores montados en el motor Las aplicaciones con radiadores montados en el motor que usan el aire del cuarto del motor para enfriamiento generalmente proporcionan más flujo de aire del necesario para una ventilación adecuada. Vea la Figura No. 10. El flujo de aire alto combinado con temperaturas ambiente bajas, menores que 21° C (70° F), puede hacer que se condense agua en los componentes expuestos del motor, como las tapas de válvulas. Ésto puede resultar en problemas de lubricación y de mantenimiento. Por tanto, deben tenerse consideraciones especiales de instalación en climas fríos.

Pueden usarse dos métodos para evitar este problema.

• Los radiadores de montaje remoto y los radiadores montados en el motor con conductos especiales no requieren del aire del cuarto del motor para enfriamiento. Vea la Figura No. 11. Una ventaja de un sistema como éste, es que el aire usado para enfriar el radiador no es precalentado por el motor, lo que aumenta la capacidad ambiente (o reduce el tamaño) de la unidad. La desventaja es que deben instalarse ventiladores impulsados por motores para proporcionar la ventilación al motor, lo que aumenta el costo total del sistema.

Configuración de ventilador impulsado por motor

Figura No. 10



Configuración de ventilador impulsado por motor

Figura No. 11

Radiador con persianas controladas termostáticamente

Figura No. 12

• Pueden instalarse persianas controladas termostáticamente para hacer recircular parte del escape del radiador y mantener un flujo de aire tibio al motor. Vea la Figura No. 12. Esta configuración también mantiene un ambiente de trabajo cómodo para el personal de

mantenimiento. Debe tenerse cuidado de que el aire recirculado ingrese corriente arriba del motor y esté bien mezclado cuando llegue al radiador.



En cualquier configuración donde se use un ventilador de radiador para ventilar el cuarto del motor, el vacío creado en el motor no debe exceder 0,1275 kPa (0,5 pulg de H2O). Cualquier restricción por encima de este límite podría reducir el flujo de aire a través del radiador y recalentar el motor. Cortinas para aire Las cortinas para aire, que cubren completamente el grupo electrógeno, proporcionan ventilación sin exponer el cuarto del motor a velocidades altas de aire. Vea la Figura No. 13. El calor radiado es eliminado con aproximadamente la mitad del flujo de aire de un sistema de flujo horizontal.

Cortinas para aire

Figura No. 13

Es importante extender la entrada de la cortina de aire de modo que cubra la longitud completa del grupo electrógeno. Debe tenerse especial cuidado para garantizar un flujo de aire frío y adecuado en la admisión de aire del generador y en el acoplamiento del generador. Las cortinas de aire presentan dificultades en la instalación de conductos cuando se usan radiadores de ventiladores locales.



Módulos de potencia Los módulos de potencia usan generalmente grupos electrógenos diesel enfriados por radiador. Los contenedores del módulo de potencia atrapan la radiación de calor del motor y del generador, y lo envían a través del radiador, disminuyendo las capacidades de enfriamiento de 8° C a 10° C (14° F a 18° F). Incluso con las puertas abiertas, los radiadores puede

reducir las capacidades de enfriamiento de 5° C a 7° C (9° F a 13° F). Consulte la sección "Instalación de Contenedores" de la Guía de Aplicación e Instalación, para las recomendaciones de espaciamiento de los módulos de potencia. Las Figuras No. 14 y No. 15 son ejemplos de módulos de potencia en contenedores típicos Caterpillar.

Módulo de potencia en un contenedor de 40’

Figura No. 14

1. Grupo Motor/Generador Caterpillar 2. Radiador 3. Conmutador 4. Silenciador

5. Separador de agua/combustible 6. Tanque de combustible 7. Conducto de descarga vertical

Módulo de potencia en un contenedor de 40’

Figura No. 15

1. Grupo Motor/Generador Caterpillar 2. Radiador 3. Conmutador

4. Silenciador 5. Separador de agua/combustible 6. Tanque de combustible



7. Pared de separación Contenedores abatibles Se usan contenedores abatibles en aplicaciones que requieren algún grado de protección contra el clima o atenuación del ruido, cuando no hay una construcción estándar disponible para el alojamiento de la unidad. Si el grupo electrógeno en contenedor es enfriado por un radiador montado en el motor, entonces aplican los requisitos del módulo de potencia descritos arriba. Si el grupo electrógeno en contenedor es enfriado por un radiador remoto u otro medio, entonces el contenedor debe tener un sistema de ventilación fijo sujeto a los

mismos requisitos descritos previamente en las aplicaciones con uno y dos motores. La Figura No. 16 muestra un grupo electrógeno diesel típico con un contenedor abatible. Aunque este ejemplo usa ventiladores de escape para la ventilación, el uso de ventiladores de suministro o escape en una aplicación particular estará determinado por la necesidad de mantener ya sea una presión ligeramente positiva o negativa dentro del contenedor.

Ejemplo de contenedor abatible

Figura No. 16



Sistemas de ventilación de plataformas de perforación SCR terrestre Los motores de plataformas de perforación SCR terrestre equipados con radiadores con ventilador soplador o de succión tienen más flujo de aire del requerido para la ventilación recomendada del motor. Siempre y cuando el flujo de aire del radiador no tenga obstrucciones, no se requieren requisitos de ventilación adicional. Las instalaciones de motores de plataformas de perforación terrestre con radiadores remotos o de descarga vertical deben inspeccionarse para determinar si se proporciona la suficiente ventilación al motor. La Figura No. 17 muestra una instalación de plataforma de perforación terrestre donde debe considerarse la ventilación. La ventilación de tiro natural es bloqueada casi completamente por los techos, el alojamiento SCR, el cuarto de herramientas y los radiadores de descarga vertical. La operación en climas cálidos puede resultar en temperaturas inaceptables para el motor y el generador.

Motores de plataformas de perforación terrestre que requieren

ventilación

La Figura No. 18 muestra un cuarto del motor diseñado para proporcionar una combinación de ventilación y canalización de admisión de aire del motor/generador. La ventilación es proporcionada por el aire descargado desde el generador. En clima cálido, hay una válvula de suministro de aire para proporcionar aire del exterior a la entrada de aire de ventilación del generador. El aire descargado del generador sale a través de la puerta de ventilación del techo y de la parte trasera abierta de la base, lo que proporciona ventilación del motor como efecto secundario. En clima frío, hay una válvula de suministro de aire para proporcionar aire de ventilación parcial o total al generador desde el interior del cuarto del motor. Si se añaden puertas en la parte trasera de la base, se debe asegurar de que el contenedor total no quede hermético. Ésto evita la presurización del cuarto del motor (reducción del flujo de aire de ventilación del generador) cuando las puertas están cerradas y hay una válvula de



suministro de aire para proporcionar aire exterior al generador. Un tamaño de conducto de aire de 0,19 m² (2,0 pies²) es adecuado para los motores 3508, 3512 y 3516 en bases

de hasta 12,2 m (40 pies). El conducto a los filtros de aire desde la válvula de suministro de aire puede adaptarse a los tamaños de los adaptadores rectangulares de admisión de los filtros de aire optativos.



Ventilación típica de plataformas de perforación SCR terrestres

Figura No. 18 Diseño de abertura en el casco Debe haber aberturas para que el aire ingrese al cuarto del motor y aberturas para que salga. Debe haber una entrada para el aire frío y una descarga para que salga el aire caliente, en cada lado del casco. Si resulta poco práctico tener dos aberturas separadas por lado, entonces debe evitarse tener una mezcla de aire descargado caliente con el aire frío que ingresa al cuarto del motor. Las características de la abertura a través del casco se muestran en la Figura No. 19. La abertura ‘A’ debe tener un tamaño que mantenga una velocidad de aire menor que 610 m/min (2.000 pies/min). Aire de entrada al cuarto del motor El cuarto del motor debe tener aberturas para la entrada del aire. La abertura del aire de admisión debe ubicarse adelante de la de descarga y, si resulta conveniente, en una elevación menor. El aire puede también

ingresar desde las áreas de alojamiento, como la galera y los camarotes, o directamente a través del casco o de la cubierta. El aire del cuarto del motor que ingresa a través de las áreas de alojamiento puede ser problemático.

Características de las aberturas de ventilación en el casco

Figura No. 19

Si el aire va a ingresar al cuarto del motor desde las áreas de alojamiento,



una buena práctica de diseño incluirá tratamientos de amortiguación de ruido para la(s) abertura(s) que conducen el aire desde las áreas de alojamiento hasta el cuarto del motor. La calefacción y/o el aire acondicionado de las áreas de alojamiento se hará más complicado si los motores dependen de ese aire calentado/enfriado para la combustión. Las entradas de aire al cuarto del motor a través de las áreas de alojamiento simplifica la tarea de asegurar que el aire de entrada al cuarto del motor se mantenga limpio y libre de lluvia o rocío. Aire de salida del cuarto del motor Las aberturas a través del casco o de la cubierta para la descarga del aire de ventilación calentado debe ubicarse hacia la popa y más arriba que todas las aberturas de admisión, para minimizar la recirculación. La abertura de aire de ventilación que descarga el aire de ventilación calentado debe ubicarse hacia la popa y en una elevación mayor que la abertura del aire de admisión, para minimizar la recirculación. Los vientos cruzados y continuos hacen casi imposible eliminar totalmente la recirculación del aire de ventilación. Sistema expulsor de escape marino de ventilación automática Un sistema relativamente simple que usa un escape del motor para ventilar el cuarto del motor puede configurarse en la mayoría de los sistemas de escape secos. Puede instalarse un sistema de conductos alrededor del tubo de escape del motor de forma que el flujo de escape cree un vacío que sirve para enviar el aire

caliente fuera de la parte superior del cuarto del motor. Un sistema expulsor de escape puede hacer fluir una cantidad de aire de ventilación aproximadamente igual al flujo de gas de escape. Este método se ha usado exitosamente en aplicaciones marinas con cuartos de motor pequeños y requisitos mínimos de ventilación, y se analiza con mayor detalle en la sección "Sistemas de Escape" de la Guía de Aplicación e Instalación.

Consideraciones adicionales Dimensionamiento del radiador El área frontal de un núcleo de radiador debe ser lo más grande posible para minimizar la restricción del flujo de aire. La restricción baja en el núcleo del radiador permite el uso de un ventilador más grande de giro más lento. Los radiadores que son casi cuadrados pueden proporcionar un rendimiento más efectivo del ventilador. Estos radiadores pueden instalarse con un mínimo de área de núcleo de pasada. Por regla general, mantenga el espesor del núcleo al mínimo, con un máximo de 11 aletas por 2,54 cm (1,0 pulg). El aumento del número de aletas por cm (pulg) aumenta la cantidad de calor transferido al radiador para una velocidad de aire dada a través del núcleo, pero también aumenta la resistencia al flujo de aire. Aunque el menor costo inicial será el de un espesor de núcleo máximo y máximas aletas por cm (pulg), ésto requerirá un ventilador de mayor potencia con costos de operación



mayores y multas por ruido durante toda la vida útil de la instalación. Además, un radiador con más aletas por cm (pulg) es mucho más susceptible de obstrucción causado por insectos y escombros. Dimensionamiento del ventilador del radiador Como regla general, el ventilador más deseable es uno que tenga el mayor diámetro y que gire a la menor velocidad para entregar el flujo de aire requerido. Ésto también resulta en menor ruido del ventilador y menor potencia del motor requerido para el ventilador. La velocidad de la punta del aspa, aunque tan sólo es uno de los elementos del diseño del ventilador de enfriamiento, es el que puede cambiarse fácilmente eligiendo una relación apropiada de mando del ventilador. Una velocidad de la punta del ventilador de 6.096 cm/seg (12.000 pie/min) es una buena elección para cumplir con los requisitos normativos de ruido y los requisitos de rendimiento del sistema de enfriamiento. La velocidad máxima aceptable de la punta del aspa del ventilador es 7.620 cm/seg (15.000 pie/min) para los ventiladores Caterpillar. Persianas movibles Si se usan persianas movibles, especifique aquellas que se abren de manera precisa. Las persianas neumáticas y las de accionamiento eléctrico son satisfactorias. Vea la Figura No. 20.

Figura No. 20 Operación de las persianas

• No se recomiendan las persianas que se abren por la presión de descarga del ventilador del radiador. La lluvia, el hielo o la nieve pueden dañarlas en poco tiempo, lo que resulta en recalentamiento y paradas del motor.

• No espere para activar las persianas hasta que el motor alcance la temperatura de operación. En una emergencia, el motor se cargará inmediatamente y requerirá flujo de aire pleno. Abra las persianas una vez el motor arranque e instálelas de modo que se abran completamente en caso de una emergencia.

• Los sensores de calor complican innecesariamente el sistema y un funcionamiento deficiente puede reducir el flujo de aire que va al motor, lo que puede causar paradas del motor.

Equipo de refrigeración Cuando se instala equipo de refrigeración en el espacio del cuarto del motor, se debe ubicar de modo que ninguna fuga de refrigerante pueda llegar al flujo de aire de combustión del motor. Los químicos refrigerantes, como el Freon® y el amoníaco, se convierten en ácidos



altamente corrosivos en las cámaras de combustión del motor. Esta corrosión causará daños graves. Resulta apropiado ubicar los compresores de refrigerante cerca del área de escape de aire del cuarto del motor. Aislamiento de la tubería de escape Largos tramos de tubería de escape caliente y sin aislar puede disipar más calor en el cuarto del motor que todas las otras superficies combinadas de la maquinaria. Aísle completamente toda la tubería de escape dentro del área del cuarto del motor. Todas las superficies calientes dentro del cuarto del motor deben aislarse para evitar temperaturas altas del aire. No aísle los turbocompresores del motor. Pruebas con puertas y ventanas cerradas Los sistemas de ventilación deben diseñarse para proporcionar temperaturas de trabajo seguras y un flujo de aire adecuado cuando las ventanas, puertas y otros orificios, normalmente cerrados, se aseguran debido a condiciones de mal tiempo. Pruebe que el sistema de ventilación está bien asegurado para condiciones de mal tiempo. Esta condición reflejará la prueba más severa del sistema de ventilación. Recuerde que una pequeña succión en el cuarto puede aplicar una presión alta en una puerta de entrada o en una ventana. Consideraciones de conductos Diseñe todos los conductos para que soporten el vacío o presión extremos y mantengan aún así las uniones apretadas.

Disponga de orificios de inspección (o áreas que puedan desarmarse fácilmente) para poder extraer objetos extraños. Los orificios de inspección son especialmente importantes en aplicaciones auxiliares.



Consideraciones en clima frío Formación de hielo en el filtro de aire La formación de hielo en el filtro de aire puede presentarse en entornos de aire saturado cuando el punto de condensación del aire ambiente está cerca del punto de congelación. Pequeñas alteraciones en el aire, como cambios de velocidad y de presión en la entrada del filtro de aire, reducen la capacidad del aire de mantener la

humedad. Ésto resulta en la condensación de la humedad y la formación de cristales de hielo. La acumulación de hielo reduce el área del flujo de aire y aumenta la diferencia de presión en el filtro de aire. Finalmente, se alcanza un estado en el que la diferencia de presión permanece constante aunque continúe la acumulación de hielo. Durante estos períodos se presentará pérdida de potencia y mayor consumo de combustible.

Configuración típica del difusor de aire

Figura No. 21



Configuración típica de aire caliente

Figura No. 22

Pueden usarse varias técnicas para evitar la formación de hielo en el filtro de aire. Una solución es calentar ligeramente el aire de admisión. No es necesario calentar el aire por encima del punto de congelamiento. El aire sólo requiere el suficiente calor para estar sobre el punto de condensación. El calor puede suministrarse a la caja del filtro de aire mediante la recirculación de aire caliente del cuarto del motor. La Figura No. 12 muestra cómo puede lograrse ésto para una aplicación enfriada por radiador. La Figura No. 21 muestra una configuración típica de difusor de aire para una aplicación marina y la Figura No. 22 muestra cómo configurar la de aire caliente. Frío extremo El aire calentado del cuarto del motor puede requerirse en aplicaciones con temperatura ambiente muy baja, -25°

C (-13° F), (sólo para propósitos de arranque). Ésto supone que el aire de combustión se toma desde afuera del edificio del motor y el motor está acondicionado previamente con precalentadores para alcanzar temperaturas de metal, agua y aceite de 0°C (32°F). La entrada del aire al cuarto del motor debe realizarse sin la posibilidad de que ingrese suciedad o escombros en el sistema de admisión de aire del motor. Las Figuras No. 12 y No. 22, como se indicó arriba, también aplican aquí. Control de refuerzo Una válvula de control de refuerzo está disponible para la familia de motores diesel 3600 para uso en temperaturas extremadamente bajas, 0° C (32° F). La válvula se usa para limitar la presión del múltiple de admisión de aire durante las



condiciones de temperatura baja del aire y mantener una presión aceptable del cilindro.


ventilacion del cuarto del motor.pdf

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