Archivo técnico: El nuevo sensor de presión del cilindro ayuda a optimizar motores grandes

Por Jürg Stadler • 9 febrero 2018

Los métodos optimizados de medición de presión ahorran combustible

La eficiencia de los motores de gran tamaño, como los que se utilizan en embarcaciones comerciales, se puede aumentar con la ayuda de sensores de presión del cilindro que monitorean con precisión el proceso de combustión. Existe una tendencia creciente hacia los motores de gasolina y de combustible dual (diesel y gas) junto con los motores diesel convencionales que ya están en uso. Estos tipos de motores alternativos están destinados a mejorar la compatibilidad ambiental a la vez que reducen el consumo de combustible y las emisiones de CO2. Pero también hay otras consecuencias de su uso: los procesos de combustión son cada vez más complejos y deben controlarse con la ayuda de la medición de la presión del cilindro (CLCC - Closed Loop Combustion Control). El monitoreo de los procesos de combustión identifica posibles formas de optimizar la presión del cilindro. Por ejemplo, un aumento de 1 bar en la presión máxima puede reducir el consumo de combustible en hasta 0,2-0,25 g / kWh.

Durante más de 20 años, la División Marítima y Estacionaria del Grupo Kistler ha ofrecido componentes y sistemas que utilizan la medición de la presión del cilindro como base para la optimización de motores grandes, incluidos los utilizados para la producción de energía. La cartera de soluciones de Kistler abarca desde el diagnóstico regular del motor y la supervisión operativa continua hasta sensores personalizados para sistemas CLCC.

Las principales prioridades en el desarrollo de motores de gran tamaño incluyen reducir el consumo de combustible y controlar los procesos de combustión. Numerosos grandes fabricantes de motores, astilleros, compañías navieras y operadores de centrales eléctricas confían en la experiencia en el control de la combustión que Kistler ha acumulado durante muchos años.

Robusto y altamente preciso

El sensor de presión de cilindro de alto rendimiento Tipo 6635A1 es una nueva adición al portafolio de tecnología de medición especializado de Kistler. Incluso bajo altas cargas térmicas y tensiones inducidas por la vibración, este sensor asegura una adquisición de señal altamente dinámica con una excelente precisión de medición. El nuevo sensor piezoeléctrico de Kistler tiene una serie de características de diseño que lo hacen ideal para su uso en grandes motores de combustión. En el corazón del nuevo sensor se encuentra un desarrollo avanzado del cristal PiezoStar con propiedades excepcionales: por ejemplo, puede usarse a temperaturas de hasta 350 ° C. El tipo 6635A1 también tiene un diafragma patentado en forma de combinar precisión con fuerza. Otro punto a favor: las fuertes fluctuaciones cíclicas de temperatura causadas por el frente de la llama de combustión se optimizan con la simulación FEM (método de elementos finitos), con pruebas y validación posteriores en el sensor. El manguito antimanipulación (también patentado por Kistler) asegura el desacoplamiento mecánico del sensor de la carcasa, por lo que se garantiza una señal de medición estable incluso en caso de presiones más altas que causen la deformación de las culatas. Una tercera característica crítica del diseño es el paso de cerámica que sella herméticamente el elemento de medición.

En lugar de una conexión no positiva, la transmisión de señal requerida en el rango de milivoltios y picoamperios se implementa a través de una unión de sustancia a sustancia, por lo que no hay partes móviles tales como conectores. La combinación de una junta soldada y engarzada ofrece una resistencia excepcional a los golpes, como se ha demostrado claramente en las pruebas a largo plazo. Para llevar a cabo la validación integral del nuevo sensor, Kistler desarrolló una configuración de prueba especial para ensayos de por vida que permite el seguimiento con tiempo de las complejas tensiones en un motor grande. La serie de pruebas demostró que el sensor de presión del cilindro Tipo 6635A1 de nuevo diseño ofrece una excelente durabilidad con características de medición constantes, características que aseguran la estabilidad a largo plazo. Sin embargo, siempre se requieren pruebas de campo con el motor específico en cuestión para una validación concluyente.

Elemento piezoeléctrico altamente sensible

Desde 1998, Kistler ha cultivado sus propios cristales PiezoStar que se procesan en las máquinas CNC de cinco ejes propias de la empresa en Winterthur, Suiza. Estos cristales pertenecen a la familia del calcio-gallogermanate de compuestos similares al cuarzo como la langasita (La3Ga5SiO14) que ofrecen las siguientes características:

La nueva generación de cristales se optimizó específicamente para la medición de la presión del cilindro. Son altamente durables porque su sensibilidad tiene una dependencia muy baja de la temperatura y tienen un alto grado de aislamiento eléctrico.

El autor

Jürg Stadler es Jefe de Engine Marine & Stationary en Kistler.