Medição precisa de carga para otimização do sistema de propulsão de navios

Otimização do motor de navios com o transdutor de torque preciso T40MAR

A otimização do desempenho dos motores de navio usando o sensor de torque T40MAR altamente preciso e confiável da HBM permite economia considerável de combustível e também está de acordo com as demandas cada vez maiores das regulamentações internacionais.

A Convenção Internacional MARPOL sobre a redução gradual da emissão de poluentes faz com que a indústria de motores de navios desenvolva novos motores que possam trabalhar em combinação de vários combustíveis, como os combustíveis marinhos “clássicos” e o Gás Natural Liquefeito (Liquefied Natural Gas), porque com o combustível adicional, os motores bicombustíveis conseguem atingir as leituras de redução da emissão de gases sem nenhum problema. Estes motores que podem ser usar diferentes tipos de combustíveis devem ser capazes de mudar rapidamente de um combustível para o outro e, se possível, com sem nenhuma perda de potência. Além disso, quando o motor é usado no modo LNG, modos críticos de operação (da pressão do cilindro), como batidas, falhas ou sobrecargas (veja fig. 1), devem ser prevenidos de formar confiável.

A variável para garantir isso é a identificação precisa do sinal de carga. Isso aplica-se tanto para a troca entre os combustíveis (combustível marítimo e o GNL) sem nenhuma perda de potência e sempre conduzindo o ponto de operação do motor para seu modo excelente, independente da situação de condução [1]. A entrada de combustível é, portanto, reduzida significativamente e, ao mesmo tempo, é alcançado um aumento acentuado da eficiência (veja fig. 1). Para identificar o sinal de carga, a potência de acionamento P é calculada a partir de uma medição precisa do torque M no motor e a velocidade angular ω, transmitida para a unidade eletrônica central. P = ω*M (1)

Apenas uma precisão de medição suficiente da carga permite controle apropriado destes motores de navios em sua janela operacional excelente [1]. Quanto mais precisa a informação do torque, mais preciso é o controle. O torque pode ser medido direta ou indiretamente.

Como Medir a Carga?

Medição Indireta de Carga

A medição indireta de carga em um eixo no sistema de transmissão implicação na medição dos parâmetros relacionados ao toque e cálculos subsequentes. Estes parâmetros relacionados ao torque são geralmente determinados por:

Medições de deformação na superfície do eixo de entrada. Os strain gages são colados diretamente no eixo para este propósito e, então, conectados a uma ponte de medição. A transmissão tanto da tensão de excitação da ponte de medição e os sinais de medição é sem contato em ambos os casos;
Medição do ângulo de torção do eixo.

Medição Direta de Carga

A medição direta de carga utiliza um transdutor de torque alinhado com parte integrada do eixo de transmissão (veja fig. 2). O transdutor de torque já é calibrado nas instalações do fabricante usando equipamentos de calibração adequados. O transdutor pode ser facilmente instalado, removido, substituído e calibrado.

Ambos os métodos oferecem vantagens, como adaptação de sistemas existentes. Dependendo da qualidade da instalação e dos componentes usados, o valor do torque a ser calculado pode ter uma alta incerteza relativa por conta das tolerâncias (veja tab. 1), o que resulta em uma lata incerteza relativa de medição.

Variáveis de entrada	Indireta: Strain gage	Direta: Sensor de Torque
Módulo de Young	de 2% até 5%	~0%
Gauge factor	~1%	~0%
Geometria do eixo	~1%	~0%
Posição do strain gage	de 1% até 5%	~0%
Impacto T°	de 2% até 5%	~0,1%
Total	de 5% até 7% , não detectável	~0,2% até 0,3%, detectável

Calibração e Rastreabilidade

Além da medição de altos valores de torque, a calibração e a rastreabilidade desta grandeza física estão cada vez mais focadas em garantir a precisão da potência ou eficiência da unidade que são essenciais para atender às rígidas regulamentações ambientais na indústria de motores marítimos [2]. Basicamente, três métodos de calibração são importantes:

Sistemas de alavanca braço-massa: Um torque precisamente definido é gerado quando a força do peso de massas calibradas atua na amostra de ensaio por meio de um braço de alavanca de comprimento conhecido [4];
A segunda técnica de calibração de torque é realizada usando um transdutor de força de referência com um braço de alavanca [3];
O terceiro princípio é um sensor de torque de referência que fornece o valor de referência.

Os sistemas com transdutores de torque de referência podem usar qualquer mecanismo para gerar o torque, que é então medido com o sensor de torque de referência [2] [3].

Equipamento de Calibração de Torque da HBM

De acordo com o método de calibração padrão de referência, este novo equipamento de calibração (veja fig. 3) combina características dos dois métodos a seguir usados para calibração de torque: o sistema de alavanca braço-massa e o método incluindo um transdutor de torque de referência que fornece o torque de referência. Os transdutores de torque T10FH/150kN·m e T10FH/400kN·m modificados foram escolhidos como transdutores de referência. Devido aos dois transdutores precisos de torque, uma incerteza reduzida de medição apenas 0,1% pôde ser atingida. A principal contribuição destes resultados excelentes de incerteza é feita pela cadeia documentada de comparações ininterrupta, rastreando estes transdutores de torque para o transdutor de referência do Padrão Nacional Alemão. A mais alta classificação de um equipamento do Padrão Nacional Alemão pela incerteza de medição com 1.1MN·m, também denominada como “máquina de torque padrão”, localizada no PTB, que é o novo equipamento de calibração de 400kN·m é rastreada, é 0,08%.

Conclusão

O T40MAR é o flange de torque da HBM que foi especialmente desenvolvido e certificado para o uso em sistemas de propulsão de navios. Sua precisão de medição permite o cálculo de sinais de carga com uma precisão de, pelo menos, 10 vezes mais alta do que a exigida pelas regulamentações ambientais atuais da indústria naval.

Referências

[1] K. Weissbrodt, Direct torque measurement on large drives with very small tolerances, Artigo Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (2011) [2] H. Frais, L. Lioba, D. Röske, Development of a New 400KN.m Torque Calibration Machine, Artigo, Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (2015) [3] R. Schicker and G. Wegener, Measuring Torque Correctly. Livro: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH. (2002) [4] Davis, F.A. The 1st UK National Standard Static Torque Calibration Machine-New Design Concepts Lead The way. "Measurement Science Conference" em Anaheim, USA. (2002)

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