ventilacion del cuarto del motor.pdf

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

VENTILACIN 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 Ventilacin del Cuarto del Motor .................................................... 1

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

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

Aire de combustin ................................................................... 2

Flujo de aire de ventilacin ....................................................... 3

Clculo del flujo de aire de ventilacin requerido ................. 3

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

Factor de correccin de radiacin de calor atmosfrica ....... 5

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

Ventiladores para sistemas de ventilacin..................................... 9

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

Ubicacin 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 mltiples.................................... 19

Trayectoria de aplicacin especial...................................... 22

Sistema expulsor de escape marino de ventilacin

automtica .......................................................................... 30

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

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

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

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

Equipo de refrigeracin ...................................................... 31

Aislamiento de la tubera de escape................................... 32

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

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

Consideraciones en clima fro ................................................. 33

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

Fro extremo ....................................................................... 34

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

Prlogo Esta seccin de la Gua de Aplicacin e Instalacin describe en trminos generales la ventilacin del cuarto del motor para los motores Caterpillar que se indican en la cubierta de esta seccin. Otros sistemas de motores, componentes y principios se tratan en otras secciones de esta Gua de Aplicacin e Instalacin. Los datos y la informacin especfica del motor estn disponibles en un amplia variedad de fuentes. Consulte la seccin Introduccin de esta gua para obtener referencias adicionales. Los sistemas y los componentes descritos en esta gua pueden no estar disponibles o no aplicar a todos los motores.

La informacin contenida en esta publicacin puede considerarse confidencial. Se recomienda discrecin en su distribucin. Los materiales y especificaciones estn sujetos a cambio sin previo aviso.

CAT, CATERPILLAR, sus respectivos logotipos y el color Caterpillar Yellow, as como la identidad corporativa y de producto utilizadas en la presente, son marcas registradas de Caterpillar y no pueden utilizarse sin autorizacin.

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Gua de Aplicacin e Instalacin Ventilacin del Cuarto del Motor

Ventilacin del Cuarto del Motor Esta gua describe las consideraciones de ventilacin del cuarto del motor que aplican para la instalacin, operacin y mantenimiento exitosos de los motores, grupos electrgenos, compresores y otras unidades en contenedor de Caterpillar. Los aspectos principales a considerar para el diseo apropiado de un sistema de ventilacin del cuarto del motor son el aire de enfriamiento y el aire de combustin. 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 combustin se refiere al aire que el motor requiere para quemar el combustible. El aire de enfriamiento y el de combustin afectan directamente el rendimiento y la vida til del motor y del grupo electrgeno y debe considerarse en el diseo de un sistema de ventilacin del cuarto del motor. Tambin, en el diseo de un sistema de ventilacin es importante considerar todo el equipo del cuarto del motor y proporcionar un ambiente cmodo para el personal de servicio y mantenimiento. Algunos equipos impulsados, como un generador en una instalacin de motor grande, pueden requerir una fuente de ventilacin especial.

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

Aire de enfriamiento Aire de combustin Flujo de aire de ventilacin

Ventiladores de sistemas de ventilacin .................................... 7

Tipos de ventiladores Ubicacin 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 refrigeracin Aislamiento de la tubera de

escape Conductos

Consideraciones para tiempo fro...................................56

Formacin de hielo en el filtro de aire

Fro extremo Control de refuerzo

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Ventilacin del Cuarto del Motor Gua de Aplicacin e Instalacin

Consideraciones de dimensionamiento

Aire de enfriamiento Una parte del combustible consumido por el motor se pierde en forma de radiacin trmica que es transferida al aire circundante. Adems, el calor emitido debido a ineficiencias del generador y de la tubera 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 conmutacin y el rendimiento del motor o del grupo electrgeno. El aire de ventilacin del cuarto del motor (aire de enfriamiento) tiene dos propsitos bsicos:

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

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

Es importante tener en cuenta que el aire de enfriamiento no solo es necesario para el motor; la conexin de entrada del generador tambin requiere de aire limpio y fro. La forma ms eficaz de enviar aire limpio y fro es proporcionar una fuente de aire de ventilacin a nivel del suelo, en la parte trasera del grupo electrgeno. El uso de aislamiento en los tubos de escape, los silenciadores y las tuberas de agua de las camisas reducir 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 atmsfera o, en las instalaciones marinas, al mar a travs del casco de la embarcacin. La calor radiado restante debe transferirse al sistema de ventilacin. En el diseo del sistema de ventilacin del cuarto del motor debe incluirse un sistema para evacuar el aire de ventilacin.

Aire de combustin Se hablar con ms detalle del aire de combustin en la seccin "Sistemas de Admisin de Aire" de la Gua de Aplicacin e Instalacin. Algunos aspectos del sistema de aire de admisin se analizan en esta gua debido a que tienen un impacto significativo en el diseo del sistema de ventilacin del cuarto de motor. En muchas instalaciones, el aire de combustin ingresa desde el exterior al cuarto del motor a travs de un sistema de conductos diseado para mover una gran cantidad de aire con muy poca restriccin. Estas instalaciones tienen poco impacto en el diseo de ventilacin del cuarto del motor. Sin embargo, otras instalaciones requieren que el aire de combustin sea tomado directamente del cuarto del motor. En estas instalaciones, los requisitos del aire de combustin se convierten en un parmetro significativo del diseo del sistema de ventilacin. El consumo aproximado de aire de combustin 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 combustin especficos para el motor pueden encontrarse usando los recursos mencionados en el prlogo de esta gua.

Flujo de aire de ventilacin El flujo de aire de ventilacin requerido depende de la temperatura deseada del aire del cuarto del motor, as como de los requisitos de aire de enfriamiento y de combustin indicados anteriormente. Aunque es claro que el flujo de aire total de ventilacin 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 operacin exitosa de los motores y grupos electrgenos Caterpillar. Clculo del flujo de aire de ventilacin requerido El aire de ventilacin requerido para el cuarto del motor con motores y grupos electrgenos Caterpillar puede calcularse mediante la siguiente frmula:

H V = D X CP X T + Aire de

combustin X F

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

(pie/min) H = Radiacin de calor, por

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

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

CP = Calor especfico 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 mxima del cuarto del motor es 120F) F = Factor de direccionamiento de

flujo basado en el tipo de ventilacin analizado en la seccin "Consideraciones de Direccionamiento de Flujo" de esta gua.

Nota: Si el aire de combustin se suministra al motor a travs de un sistema dedicado de conductos, el "aire de combustin" debe omitirse de la frmula. Ejemplo: El cuarto del motor de un grupo electrgeno 3412 DITA tiene una configuracin de direccionamiento de flujo de ventilacin Tipo 1 y un conducto dedicado para el aire de combustin. Tiene un valor de radiacin de calor de 659 kW (37.478 Btu/min) y un aumento de temperatura permisible del cuarto del motor de 11C (20F). Solucin: La ventilacin estimada del cuarto del motor requerida para esta configuracin ser:

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 pie/min



La ventilacin apropiada depende en gran medida del recorrido del aire de ventilacin. Las aplicaciones que involucran factores de carga alta y operacin de potencia plena continua requieren de un mtodo riguroso basado en los clculos clsicos de transferencia de calor, que tienen en cuenta la radiacin de calor y el aumento y ajuste de la temperatura permisible del cuarto con un factor de direccionamiento de flujo del aire de ventilacin.



Temperatura del cuarto del motor La principal razn 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 fro son:

Los componentes elctricos y electrnicos

La entrada del filtro de aire. El amortiguador de vibracin

torsional. Temperaturas cmodas para el

operador del motor o el personal de servicio.

El generador u otro equipo impulsado.

Un sistema de ventilacin del cuarto del motor diseado apropiadamente mantendr 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 24C (75F) con el motor apagado, el sistema de ventilacin debe mantener la temperatura del cuarto entre 32,5 C (90 F) y 36,5 C (97,5 F) mientras el motor est en operacin. La temperatura mxima 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 lmites de temperatura del equipo impulsado tambin 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 reduccin

de potencia del generador y el aire fro exterior debe enviarse directamente al sistema de admisin de aire del generador. En sitios ms grandes con varios motores, las pautas de aumento de temperatura normales entre 8,5 C y 12,5 C (15F y 22,5F) para los cuartos del motor pueden requerir velocidades de aire complicadas o inalcanzables. Para estos sitios ms grandes, puede disearse un sistema de ventilacin que d 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 correccin de radiacin de calor atmosfrica Los valores de radiacin de calor atmosfrica publicados en la TMI se basan en las condiciones de clula ambiente entre 25 C y 29 C. Los cuartos del motor pueden disearse en condiciones de temperatura ambiente mucho ms alta; por consiguiente, en estos casos puede usarse un factor de correccin para determinar la radiacin de calor atmosfrica. Los factores de correccin que se definen a continuacin 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 correccin distintos, uno se usa con el escape y los mltiples del turbo hmedos, y el otro se usa con el escape y los mltiples del turbo secos. La



temperatura del revestimiento usado en el clculo del mltiple seco es de 200 C, valor aproximado del mltiple con envoltura o aislado.

Factor de correccin para el escape y el mltiple del turbo hmedos. WCF = -0,0156 * TER + 1,4505 Donde: WCF = Factor de correccin hmedo TER = Temperatura ambiente del

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

cuarto del motor (C) Para obtener el valor de radiacin de calor atmosfrica 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 ventilacin requerido. Nota: Para grupos electrgenos en contenedor, asegrese de que haya un flujo de aire adecuado cerca del amortiguador torsional del motor. El exceso de estructuras en los sistemas de tubera 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 Operacin y Mantenimiento. Estos datos estn disponibles en la TMI para productos Caterpillar. Se encuentran en la seccin "Datos de Rendimiento".



Motor El calor generado por el motor (radiacin de calor a la atmsfera) se proporciona, generalmente, con los datos tcnicos publicados del motor. Los valores presentados son nominales y se indican las tolerancias. En los clculos, siempre debe aadirse la tolerancia antes de usar los datos publicados. Generador Para instalaciones de grupos electrgenos, el calor irradiado por el generador puede calcularse usando las siguientes frmulas.

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

clasificacin mxima del motor (ekW)

Eff = % de eficiencia del generador/ 100%

Ejemplo: Un grupo electrgeno auxiliar 3521B de 975 ekW tiene una eficiencia del generador de 92%. La radiacin de calor del generador de este grupo electrgeno puede calcularse as: Solucin: 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 estn disponibles en la TMI para generadores

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



Ventiladores para sistemas de ventilacin Excepto para aplicaciones especiales, la ventilacin natural es demasiado fuerte por consideraciones prcticas. Los sistemas de ventilacin 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 Hlice Centrfugo

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

Ubicacin del ventilador Los ventiladores son ms eficaces cuando extraen el aire de ventilacin desde el cuarto del motor y expulsan el aire caliente a la atmsfera. Sin embargo, los sistemas de ventilacin ideales para el cuarto del motor usarn tanto ventiladores de suministro como de escape. sto permitir que el diseador del sistema tenga el mximo control de la distribucin del aire de ventilacin. Los motores del ventilador deben instalarse por fuera del flujo directo del aire de ventilacin caliente para proporcionar una mayor vida til del motor. El diseo de los ventiladores

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

Dimensionamiento del ventilador El dimensionamiento del ventilador involucra ms que la simple seleccin de un ventilador que entregue el volumen de flujo de aire necesario para cumplir con los requerimientos de aire de enfriamiento y de combustin. El dimensionamiento requiere de una compresin bsica de las caractersticas de rendimiento del ventilador y de los parmetros de diseo del sistema de ventilacin. Al igual que en una bomba centrfuga, un ventilador opera a lo largo de una curva de ventilador especfica relacionada con un caudal de volumen del ventilador (m3/min o pies/min) para el aumento de presin (mm de H2O o pulg de H2O) a un velocidad constante del ventilador. Por tanto, la seleccin del ventilador no slo requiere conocer el caudal de volumen, sino tambin el sistema de distribucin de ventilacin, para calcular el aumento de presin del sistema. Esta informacin permite seleccionar el ventilador ptimo 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 ventilacin deben disearse para mantener una presin ligeramente



positiva o negativa en el cuarto del motor, dependiendo de la aplicacin especfica. La presin positiva normalmente no debe exceder 0,050 kPa o (0,2 pulg de H2O). Esta presin 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 combustin del cuarto del motor.

La presin 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 est cerca a las habitaciones, requieren que se mantenga una presin ligeramente negativa en el cuarto del motor. Esta presin negativa normalmente no debe exceder 0,1275 kPa (0,5 pulg de H2O). El exceso de ventilacin de escape proporciona las siguientes ventajas:

Compensa la expansin trmica 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 operacin en climas muy fros puede requerir la reduccin del flujo de aire de ventilacin para evitar condiciones de trabajo de baja temperatura en el cuarto del motor. sto puede realizarse fcilmente al proporcionar ventiladores para sistemas de ventilacin con motores de dos velocidades (velocidades de 100% y 50% 67%).



Consideraciones de direccionamiento de flujo

Principios generales de direccionamiento de flujo El direccionamiento de flujo correcto del aire de ventilacin es vital para la operacin 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 ventilacin. Deben considerarse los siguientes principios cuando se disee el sistema de ventilacin del cuarto del motor:

Las entradas de aire fresco deben ubicarse lo ms lejos posible de las fuentes de calor y lo ms prcticas y bajas como sea posible.

El aire de ventilacin debe tomarse del cuarto del motor en el punto ms alto posible, preferiblemente directamente sobre el motor.

Las entradas y salidas de aire de ventilacin deben ubicarse de modo que evitan que el aire de escape fluya por las entradas de ventilacin (recirculacin).

Las entradas y salidas de aire de ventilacin 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 succin de escape individuales deben ubicarse directamente sobre las fuentes de calor principales. sto expulsar 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 prctica tambin requerir que el aire de suministro de ventilacin se distribuya apropiadamente alrededor de las fuentes de calor principales.

Se deben evitar los conductos de suministro de aire de ventilacin que soplan aire fro directamente a los componentes calientes del motor. sto mezcla el aire ms caliente en el cuarto del motor con el aire fro entrante, aumentando la temperatura promedio del aire del cuarto del motor y deja reas del cuarto del motor sin ventilacin apreciable.

En instalaciones donde los motores toman el aire de combustin del interior del cuarto del motor, el direccionamiento del flujo debe proporcionar el aire de combustin ms fro 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 ventilacin. Los sistemas para estas aplicaciones deben disearse de modo que eviten que el agua de mar entre en los filtros de admisin de aire e ingrese al turbocompresor. El aire de enfriamiento del generador tambin debe filtrarse para minimizar la entrada de sal.

Estos principios generales de direccionamiento del flujo, aunque guiados por los mismos principios bsicos de la transferencia trmica, variarn con la aplicacin especfica. Esta seccin presenta las consideraciones



bsicas relacionadas con aplicaciones de uno y dos motores, aplicaciones de motores mltiples (ms 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 ms comnmente, sin importar el mercado del motor. Estas aplicaciones requieren generalmente de cuartos de motor ms pequeos, que significan un reto especialmente en relacin con el uso de buenas prcticas de direccionamiento del flujo. Los sistemas de ventilacin recomendados para estas aplicaciones, presentados en orden de preferencia, son: Tipo 1, Tipo 2, Tipo 3 y Tipo 4. Ventilacin Tipo 1 (diseo preferido) Nota: En los clculos de flujo de aire de ventilacin, los sistemas Tipo 1 tienen un Factor de Direccionamiento del Flujo de 1.

El aire exterior es llevado al cuarto del motor a travs 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 ms alto del cuarto del motor. stos deben estar directamente sobre las fuentes de calor. Este sistema proporciona la mejor ventilacin con la menor cantidad requerida de aire. Adems, 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 ser mayor que la temperatura del aire en el cuarto del motor.

Ventilacin Tipo 1

Figura No. 1



Ventilacin Tipo 2 (diseo de patn) Nota: En los clculos del flujo de aire de ventilacin, los sistemas Tipo 2 tiene un Factor de Direccionamiento del Flujo de 1. Un diseo de patn puede preferirse en aplicaciones de campos petrolferos. De manera similar al sistema Tipo 1, el Tipo 2 toma el aire exterior y lo ingresa al cuarto del motor a travs de un sistema de conductos que lo envan entre los motores. Sin embargo, el sistema Tipo 2 enva 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 mtodo ms econmico para lograr este diseo es usar una plataforma de servicio. La plataforma se construye alrededor de los motores y sirve como la parte superior del conducto. sto requiere que la plataforma de servicio se construya de una plancha slida antideslizante en lugar de una base perforada o expandida. La salida del conducto ser el espacio entre el piso y la base del campo petrolfero. Debe

revisarse permanente esta salida para asegurarse de que la base permanezca limpia y sin restriccin de flujo de aire. Los ventiladores del aire de escape deben instalarse o canalizarse en el punto ms alto del cuarto del motor. stos deben estar directamente sobre las fuentes de calor. Este sistema proporciona la mejor ventilacin con la menor cantidad requerida de aire. Adems, 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 ser mayor que la temperatura del aire del cuarto del motor. Aunque el sistema Tipo 1 proporciona una ventilacin eficaz para el motor, no tiene en cuentas las necesidades de ventilacin especial del equipo impulsado. Los generadores grandes, configurados con una entrada de aire ubicada en la parte alta del generador, requerirn de una fuente adicional de aire de ventilacin.

Ventilacin Tipo 2



Ventilacin Tipo 3 (diseo alterno) Si no es posible una ventilacin Tipo 1 o Tipo 2, una alternativa es la ventilacin Tipo 3. Sin embargo, la configuracin de la trayectoria requerir aproximadamente 50% ms de flujo de aire que la de Tipo 1. Nota: En los clculos de flujo de aire de ventilacin, 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 admisin grandes. La entrada se ubica lo ms alejado posible de las fuentes de calor y se descarga en el cuarto del motor en la parte ms baja posible. El aire fluye luego al cuarto del motor desde los puntos de entrada de aire fro 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 ms alto del cuarto del motor. Preferiblemente, stos deben estar directamente sobre las fuentes de calor. El calor del motor se disipar con este sistema, pero una cierta cantidad de calor irradiar y calentar todas las superficies adyacentes del cuarto del motor. Si el aire no se dirige apropiadamente, ste subir hasta el techo antes de llegar a los motores. Este sistema trabajar slo 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 proporcionarn una ventilacin adecuada slo para el motor ms cerca a la entrada.



Ventilacin Tipo 3

Figura No. 3



Ventilacin Tipo 4 (diseo menos eficaz) Si no son posibles la ventilacin Tipo 1, 2 3, puede usarse el siguiente mtodo; sin embargo, proporciona la ventilacin menos eficaz y requiere aproximadamente dos y media veces el flujo de aire de la ventilacin Tipo 1. Nota: En los clculos de flujo de aire de ventilacin, 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 ventilacin deben instalarse o

canalizarse desde las esquinas del cuarto del motor. Este sistema mezcla el aire ms caliente del cuarto del motor con el aire fro de entrada, aumentando la temperatura de todo el aire del cuarto del motor. sto tambin interfiere con el flujo de conveccin natural del aire caliente que sube a los ventiladores de escape. Los cuartos del motor pueden ventilarse de esta forma, pero sto requiere ventiladores de gran capacidad para sistemas de ventilacin. Flujo de aire incorrecto La Figura No. 5 muestra un mtodo 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 calentar el aire fro antes de que llegue al motor.

Ventilacin Tipo 4

Figura No. 4



Flujo de aire incorrecto

Figura No. 5

Aplicaciones con motores mltiples Los sistemas de ventilacin recomendados para aplicaciones de uno o dos motores tambin aplican a las aplicaciones con ms de dos motores. Sin embargo, hay consideraciones adicionales con ms de dos motores. Como se mencion anteriormente, en las instalaciones con varios motores, si se usan las pautas de aumento de temperatura normal, probablemente resultar un requerimiento de volmenes extremadamente grandes de aire. Aunque las pautas para estos sitios pueden ser ms generosas en relacin con el aumento de temperatura permitido, el sistema de ventilacin debe disearse para proporcionar aire suficientemente fro en las cercanas del motor y el equipo impulsado para cumplir con los requerimientos de ventilacin.

Los sitios con varios motores grandes generalmente usarn varios ventiladores de sistema de ventilacin. 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 prctica permite una configuracin muy simple, que requiere poco trabajo de conductos. El uso de varios ventiladores, ya sea para suministro o escape de aire, requerir configurar el flujo de aire entre los motores, bien sea mediante la ubicacin de los ventiladores o de los conductos de distribucin. Las Figuras No. 6 y No. 7 son ejemplos de patrones de flujo de aire correcto e incorrecto para sitios con motores mltiples. (Nota: Los extremos del generador estaran 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 patrn 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 aplicacin 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 ms flujo de aire del necesario para una ventilacin 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 vlvulas. sto puede resultar en problemas de lubricacin y de mantenimiento. Por tanto, deben tenerse consideraciones especiales de instalacin en climas fros.

Pueden usarse dos mtodos 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 ste, es que el aire usado para enfriar el radiador no es precalentado por el motor, lo que aumenta la capacidad ambiente (o reduce el tamao) de la unidad. La desventaja es que deben instalarse ventiladores impulsados por motores para proporcionar la ventilacin al motor, lo que aumenta el costo total del sistema.

Configuracin de ventilador impulsado por motor

Figura No. 10



Configuracin de ventilador impulsado por motor

Figura No. 11

Radiador con persianas controladas termostticamente

Figura No. 12

Pueden instalarse persianas controladas termostticamente para hacer recircular parte del escape del radiador y mantener un flujo de aire tibio al motor. Vea la Figura No. 12. Esta configuracin tambin mantiene un ambiente de trabajo cmodo para el personal de

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



En cualquier configuracin donde se use un ventilador de radiador para ventilar el cuarto del motor, el vaco creado en el motor no debe exceder 0,1275 kPa (0,5 pulg de H2O). Cualquier restriccin por encima de este lmite podra reducir el flujo de aire a travs del radiador y recalentar el motor. Cortinas para aire Las cortinas para aire, que cubren completamente el grupo electrgeno, proporcionan ventilacin 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 electrgeno. Debe tenerse especial cuidado para garantizar un flujo de aire fro y adecuado en la admisin de aire del generador y en el acoplamiento del generador. Las cortinas de aire presentan dificultades en la instalacin de conductos cuando se usan radiadores de ventiladores locales.



Mdulos de potencia Los mdulos de potencia usan generalmente grupos electrgenos diesel enfriados por radiador. Los contenedores del mdulo de potencia atrapan la radiacin de calor del motor y del generador, y lo envan a travs 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 seccin "Instalacin de Contenedores" de la Gua de Aplicacin e Instalacin, para las recomendaciones de espaciamiento de los mdulos de potencia. Las Figuras No. 14 y No. 15 son ejemplos de mdulos de potencia en contenedores tpicos Caterpillar.

Mdulo 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

Mdulo 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 separacin Contenedores abatibles Se usan contenedores abatibles en aplicaciones que requieren algn grado de proteccin contra el clima o atenuacin del ruido, cuando no hay una construccin estndar disponible para el alojamiento de la unidad. Si el grupo electrgeno en contenedor es enfriado por un radiador montado en el motor, entonces aplican los requisitos del mdulo de potencia descritos arriba. Si el grupo electrgeno en contenedor es enfriado por un radiador remoto u otro medio, entonces el contenedor debe tener un sistema de ventilacin fijo sujeto a los

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

Ejemplo de contenedor abatible

Figura No. 16



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

Motores de plataformas de perforacin terrestre que requieren

ventilacin

La Figura No. 18 muestra un cuarto del motor diseado para proporcionar una combinacin de ventilacin y canalizacin de admisin de aire del motor/generador. La ventilacin es proporcionada por el aire descargado desde el generador. En clima clido, hay una vlvula de suministro de aire para proporcionar aire del exterior a la entrada de aire de ventilacin del generador. El aire descargado del generador sale a travs de la puerta de ventilacin del techo y de la parte trasera abierta de la base, lo que proporciona ventilacin del motor como efecto secundario. En clima fro, hay una vlvula de suministro de aire para proporcionar aire de ventilacin parcial o total al generador desde el interior del cuarto del motor. Si se aaden puertas en la parte trasera de la base, se debe asegurar de que el contenedor total no quede hermtico. sto evita la presurizacin del cuarto del motor (reduccin del flujo de aire de ventilacin del generador) cuando las puertas estn cerradas y hay una vlvula de



suministro de aire para proporcionar aire exterior al generador. Un tamao de conducto de aire de 0,19 m (2,0 pies) 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 vlvula de suministro de aire puede adaptarse a los tamaos de los adaptadores rectangulares de admisin de los filtros de aire optativos.



Ventilacin tpica de plataformas de perforacin SCR terrestres

Figura No. 18 Diseo 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 fro y una descarga para que salga el aire caliente, en cada lado del casco. Si resulta poco prctico tener dos aberturas separadas por lado, entonces debe evitarse tener una mezcla de aire descargado caliente con el aire fro que ingresa al cuarto del motor. Las caractersticas de la abertura a travs del casco se muestran en la Figura No. 19. La abertura A debe tener un tamao 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 admisin debe ubicarse adelante de la de descarga y, si resulta conveniente, en una elevacin menor. El aire puede tambin

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

Caractersticas de las aberturas de ventilacin en el casco

Figura No. 19

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



una buena prctica de diseo incluir tratamientos de amortiguacin de ruido para la(s) abertura(s) que conducen el aire desde las reas de alojamiento hasta el cuarto del motor. La calefaccin y/o el aire acondicionado de las reas de alojamiento se har ms complicado si los motores dependen de ese aire calentado/enfriado para la combustin. Las entradas de aire al cuarto del motor a travs de las reas de alojamiento simplifica la tarea de asegurar que el aire de entrada al cuarto del motor se mantenga limpio y libre de lluvia o roco. Aire de salida del cuarto del motor Las aberturas a travs del casco o de la cubierta para la descarga del aire de ventilacin calentado debe ubicarse hacia la popa y ms arriba que todas las aberturas de admisin, para minimizar la recirculacin. La abertura de aire de ventilacin que descarga el aire de ventilacin calentado debe ubicarse hacia la popa y en una elevacin mayor que la abertura del aire de admisin, para minimizar la recirculacin. Los vientos cruzados y continuos hacen casi imposible eliminar totalmente la recirculacin del aire de ventilacin. Sistema expulsor de escape marino de ventilacin automtica Un sistema relativamente simple que usa un escape del motor para ventilar el cuarto del motor puede configurarse en la mayora 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 vaco 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 ventilacin aproximadamente igual al flujo de gas de escape. Este mtodo se ha usado exitosamente en aplicaciones marinas con cuartos de motor pequeos y requisitos mnimos de ventilacin, y se analiza con mayor detalle en la seccin "Sistemas de Escape" de la Gua de Aplicacin e Instalacin.

Consideraciones adicionales Dimensionamiento del radiador El rea frontal de un ncleo de radiador debe ser lo ms grande posible para minimizar la restriccin del flujo de aire. La restriccin baja en el ncleo del radiador permite el uso de un ventilador ms grande de giro ms lento. Los radiadores que son casi cuadrados pueden proporcionar un rendimiento ms efectivo del ventilador. Estos radiadores pueden instalarse con un mnimo de rea de ncleo de pasada. Por regla general, mantenga el espesor del ncleo al mnimo, con un mximo de 11 aletas por 2,54 cm (1,0 pulg). El aumento del nmero de aletas por cm (pulg) aumenta la cantidad de calor transferido al radiador para una velocidad de aire dada a travs del ncleo, pero tambin aumenta la resistencia al flujo de aire. Aunque el menor costo inicial ser el de un espesor de ncleo mximo y mximas aletas por cm (pulg), sto requerir un ventilador de mayor potencia con costos de operacin



mayores y multas por ruido durante toda la vida til de la instalacin. Adems, un radiador con ms aletas por cm (pulg) es mucho ms susceptible de obstruccin causado por insectos y escombros. Dimensionamiento del ventilador del radiador Como regla general, el ventilador ms deseable es uno que tenga el mayor dimetro y que gire a la menor velocidad para entregar el flujo de aire requerido. sto tambin resulta en menor ruido del ventilador y menor potencia del motor requerido para el ventilador. La velocidad de la punta del aspa, aunque tan slo es uno de los elementos del diseo del ventilador de enfriamiento, es el que puede cambiarse fcilmente eligiendo una relacin apropiada de mando del ventilador. Una velocidad de la punta del ventilador de 6.096 cm/seg (12.000 pie/min) es una buena eleccin para cumplir con los requisitos normativos de ruido y los requisitos de rendimiento del sistema de enfriamiento. La velocidad mxima 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 neumticas y las de accionamiento elctrico son satisfactorias. Vea la Figura No. 20.

Figura No. 20 Operacin de las persianas

No se recomiendan las persianas que se abren por la presin de descarga del ventilador del radiador. La lluvia, el hielo o la nieve pueden daarlas 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 operacin. En una emergencia, el motor se cargar inmediatamente y requerir flujo de aire pleno. Abra las persianas una vez el motor arranque e instlelas 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 refrigeracin Cuando se instala equipo de refrigeracin en el espacio del cuarto del motor, se debe ubicar de modo que ninguna fuga de refrigerante pueda llegar al flujo de aire de combustin del motor. Los qumicos refrigerantes, como el Freon y el amonaco, se convierten en cidos



altamente corrosivos en las cmaras de combustin del motor. Esta corrosin causar daos graves. Resulta apropiado ubicar los compresores de refrigerante cerca del rea de escape de aire del cuarto del motor. Aislamiento de la tubera de escape Largos tramos de tubera de escape caliente y sin aislar puede disipar ms calor en el cuarto del motor que todas las otras superficies combinadas de la maquinaria. Asle completamente toda la tubera de escape dentro del rea del cuarto del motor. Todas las superficies calientes dentro del cuarto del motor deben aislarse para evitar temperaturas altas del aire. No asle los turbocompresores del motor. Pruebas con puertas y ventanas cerradas Los sistemas de ventilacin deben disearse 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 ventilacin est bien asegurado para condiciones de mal tiempo. Esta condicin reflejar la prueba ms severa del sistema de ventilacin. Recuerde que una pequea succin en el cuarto puede aplicar una presin alta en una puerta de entrada o en una ventana. Consideraciones de conductos Disee todos los conductos para que soporten el vaco o presin extremos y mantengan an as las uniones apretadas.

Disponga de orificios de inspeccin (o reas que puedan desarmarse fcilmente) para poder extraer objetos extraos. Los orificios de inspeccin son especialmente importantes en aplicaciones auxiliares.



Consideraciones en clima fro Formacin de hielo en el filtro de aire La formacin de hielo en el filtro de aire puede presentarse en entornos de aire saturado cuando el punto de condensacin del aire ambiente est cerca del punto de congelacin. Pequeas alteraciones en el aire, como cambios de velocidad y de presin en la entrada del filtro de aire, reducen la capacidad del aire de mantener la

humedad. sto resulta en la condensacin de la humedad y la formacin de cristales de hielo. La acumulacin de hielo reduce el rea del flujo de aire y aumenta la diferencia de presin en el filtro de aire. Finalmente, se alcanza un estado en el que la diferencia de presin permanece constante aunque contine la acumulacin de hielo. Durante estos perodos se presentar prdida de potencia y mayor consumo de combustible.

Configuracin tpica del difusor de aire

Figura No. 21



Configuracin tpica de aire caliente

Figura No. 22

Pueden usarse varias tcnicas para evitar la formacin de hielo en el filtro de aire. Una solucin es calentar ligeramente el aire de admisin. No es necesario calentar el aire por encima del punto de congelamiento. El aire slo requiere el suficiente calor para estar sobre el punto de condensacin. El calor puede suministrarse a la caja del filtro de aire mediante la recirculacin de aire caliente del cuarto del motor. La Figura No. 12 muestra cmo puede lograrse sto para una aplicacin enfriada por radiador. La Figura No. 21 muestra una configuracin tpica de difusor de aire para una aplicacin marina y la Figura No. 22 muestra cmo configurar la de aire caliente. Fro extremo El aire calentado del cuarto del motor puede requerirse en aplicaciones con temperatura ambiente muy baja, -25

C (-13 F), (slo para propsitos de arranque). sto supone que el aire de combustin se toma desde afuera del edificio del motor y el motor est acondicionado previamente con precalentadores para alcanzar temperaturas de metal, agua y aceite de 0C (32F). La entrada del aire al cuarto del motor debe realizarse sin la posibilidad de que ingrese suciedad o escombros en el sistema de admisin de aire del motor. Las Figuras No. 12 y No. 22, como se indic arriba, tambin aplican aqu. Control de refuerzo Una vlvula de control de refuerzo est disponible para la familia de motores diesel 3600 para uso en temperaturas extremadamente bajas, 0 C (32 F). La vlvula se usa para limitar la presin del mltiple de admisin de aire durante las



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


LSBW4971-01 2007 Caterpillar Impreso en los EE.UU. Todos los derechos reservados.

ContenidoPrlogo Ventilacin del Cuarto del Motor Consideraciones de dimensionamiento Aire de enfriamientoAire de combustinFlujo de aire de ventilacinClculo del flujo de aire de ventilacin requeridoEjemplo:Solucin:

Temperatura del cuarto del motorFactor de correccin de radiacin de calor atmosfrica Calor radiante MotorGenerador Ejemplo:Solucin:

Ventiladores para sistemas de ventilacin Tipos de ventiladoresUbicacin del ventiladorDimensionamiento del ventiladorVentiladores de sistemas de escapeVentiladores con motores de dos velocidades

Consideraciones de direccionamiento de flujo Principios generales de direccionamiento de flujo Aplicaciones de uno y dos motoresVentilacin Tipo 1 (diseo preferido)Ventilacin Tipo 2 (diseo de patn)Ventilacin Tipo 3 (diseo alterno)

Ventilacin Tipo 4 (diseo menos eficaz)Flujo de aire incorrecto

Aplicaciones con motores mltiples

Trayectoria de aplicacin especialRadiadores montados en el motorCortinas para aireContenedores abatiblesSistemas de ventilacin de plataformas de perforacin SCR terrestreDiseo de abertura en el casco Aire de entrada al cuarto del motorAire de salida del cuarto del motor

Sistema expulsor de escape marino de ventilacin automtica

Consideraciones adicionalesDimensionamiento del radiadorDimensionamiento del ventilador del radiadorPersianas moviblesOperacin de las persianas

Equipo de refrigeracinAislamiento de la tubera de escapePruebas con puertas y ventanas cerradas Consideraciones de conductos

Consideraciones en clima froFormacin de hielo en el filtro de aire Fro extremoControl de refuerzo

ventilacion del cuarto del motor.pdf

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