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I progettisti di motori a due tempi costruiscono connessioni dati più profonde

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La richiesta di dati da parte dei moderni operatori navali sta portando a miglioramenti nel controllo del motore, nel monitoraggio remoto e nella tecnologia dei sensori

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La richiesta di maggiori funzioni di controllo e l'integrazione di nuovi componenti sono alla base della revisione dell'architettura di controllo di uno dei principali progettisti di motori marini a due tempi. WinGD introdurrà un nuovo sistema di controllo motore con una maggiore potenza di elaborazione a partire dal prossimo anno. WinGD Integrated Control Electronics (WiCE) sostituirà gli attuali sistemi di controllo WECS e UNIC, progettati inizialmente più di 15 anni fa.

Il dott. Wolfgang Östreicher, direttore generale per il controllo e l'automazione, spiega che le elevate esigenze di acquisizione dati e di controllo di un motore moderno hanno fatto sì che gli attuali sistemi di controllo fossero stati pesantemente caricati. Un moderno motore a doppio carburante, ad esempio, richiede il monitoraggio e il controllo dell'iniezione di carburante liquido, lubrificazione, ammissione di gas, pre-iniezione e rilevamento di NOx, con ulteriori richieste se il post-trattamento di NOx viene utilizzato con il funzionamento diesel.

"È possibile aggiungere nuovi moduli man mano che sono necessari più componenti, ma poi la comunicazione tra i moduli diventa il collo di bottiglia", dice.

La crescente digitalizzazione del trasporto marittimo e la prospettiva di dover integrare altre fonti di energia ibrida dovrebbero solo aumentare l'onere per i sistemi di controllo dei motori. WiCE affronterà questi problemi aggiungendo un modulo di comunicazione dedicato, incluso un firewall, attraverso il quale il sistema può collegarsi ai sistemi di diagnostica e ricevere aggiornamenti software. Il sistema bus, che consente la comunicazione tra i moduli, riceverà un sostanziale aggiornamento rispetto ai sistemi di controllo esistenti.

"La crescente digitalizzazione del trasporto marittimo e la prospettiva di dover integrare altre fonti di energia ibrida dovrebbero aumentare l'onere sui sistemi di controllo dei motori"

Il sistema è completamente modulare sia a livello software (sistema e applicazioni) che hardware. Sarà preparato per futuri aggiornamenti e ogni componente sarà verificato e convalidato separatamente. Questo significa che quando si aggiungono nuovi moduli, solo quel modulo e le prestazioni del sistema dovranno essere convalidati, piuttosto che riconvalidare tutti gli altri moduli.

L'equipaggio che utilizza il motore di bordo non dovrebbe notare una differenza tra la nuova interfaccia WiCE e la precedente architettura WECS o UNIC, ad eccezione di un design più moderno. WinGD si aspetta che l'equipaggio che ha familiarità con i motori a due tempi sia in grado di utilizzare i comandi dopo un periodo di addestramento di cinque giorni.

Combustione a circuito chiuso

Anche lo specialista tedesco del monitoraggio dei cilindri Imes ha ridisegnato i suoi prodotti alla luce dei moderni sviluppi dei motori. Ha sviluppato un nuovo e robusto sensore di pressione del cilindro specifico per le esigenze di dati molto precisi e affidabili dei motori più recenti, in particolare quelli che utilizzano il controllo della combustione a circuito chiuso. Questa metodologia di controllo permette ai motori di funzionare con elevata efficienza anche quando funzionano con gas di diversa qualità.

A causa delle maggiori pressioni effettive medie indicate sui motori a gas, i sensori di pressione dei cilindri sono soggetti a condizioni operative e ambientali più estreme. Il nuovo sensore, con membrana frontale e filettatura M10 o M14, è stato sviluppato per resistere a queste condizioni e soddisfare la richiesta di precisione con una deriva di calibrazione minima.

Il sensore trasmette la pressione attraverso una molla di misura. Sulla superficie di misura, che fa parte della molla di misura, si creano aree con uguale resistenza alla trazione e alla compressione. Poiché la superficie di misura è soggetta a deformazioni, su di essa viene applicato un ponte di resistenza in film sottile ad alta temperatura. A seconda della quantità di deformazione, viene misurato un segnale di tensione proporzionale alla variazione di pressione.

La molla di misura è resistente ad una combustione anomala con aumenti di pressione estremamente elevati fino a 1000 bar/ms e raggiunge un'elevata precisione termodinamica per il controllo del motore. È progettato per più di un trilione di cicli di carico. Una ceramica resistente alle alte temperature per temperature fino a 400°C costituisce la base per i collegamenti elettrici del sensore, mentre il collegamento elettrico può resistere a temperature superiori a 350°C.

Le valutazioni su un motore di prova monocilindrico e il confronto con un sensore piezoelettrico raffreddato ad acqua ne hanno confermato la precisione. Il sensore è stato testato con successo anche su motori di navi a doppio carburante. Dal marzo 2017 sono stati installati sul supporto svedese Bit Viking, che è azionato da motori Wärtsilä 50DF a sei cilindri, a partire dal marzo 2017. I sensori sono stati testati anche sul motore bicilindrico a 18 cilindri a doppio carburante di una chiatta caraibica. Imes presenterà i risultati di queste prove e una descrizione del suo lavoro di sviluppo al Congresso CIMAC di giugno.

Per sfruttare queste crescenti capacità di monitorare e controllare accuratamente i motori, è necessaria anche una nuova infrastruttura digitale. MAN CEON sarà la piattaforma attraverso la quale vengono forniti tutti i futuri servizi digitali di MAN Energy Solutions e si prevede che offrirà una gamma crescente di servizi remoti a pagamento. Da quest'anno sarà standard per tutti i nuovi motori, turbine e compressori MAN e già da quest'anno fornisce un servizio di monitoraggio remoto e ottimizzazione lanciato recentemente dalla divisione post-vendita MAN PrimeServ.

Per Hansson afferma che la piattaforma è stata progettata per monitorare in parallelo diverse migliaia di installazioni dei clienti, con una capacità di elaborazione dati che "supera quella di molte delle principali piattaforme di social-media".

Dice: "Tutte le nostre macchine sono dotate di centinaia di sensori che trasmettono costantemente i dati. MAN CEON consente la raccolta, l'archiviazione e la valutazione efficiente di questi volumi di dati. Stiamo monitorando fino al livello di piccoli sottocomponenti, proprio come con un 'gemello digitale', con dati ad alta risoluzione disponibili su richiesta"

Meno di 100 imbarcazioni con motori MAN a due tempi hanno avuto la diagnostica remota attraverso un tunnel VPN sicuro per un decennio. Questi saranno migrati a MAN CEON. Anche i motori a quattro tempi sono stati monitorati da PrimeServ per oltre un decennio.

"MAN CEON si basa su questo, fornendo l'accesso ai dati in tempo quasi reale per consentire una consulenza proattiva e fornendo ai team dei clienti l'accesso agli stessi strumenti di monitoraggio e analisi utilizzati dai nostri team MAN PrimeServ", afferma Hansson.

Quest'ultimo commento è toccante. È stato affermato che le aziende spesso perseguono la digitalizzazione senza un senso di direzione. Dare agli armatori lo stesso livello e l'immediatezza della conoscenza dei motori dei tecnici dell'assistenza è un obiettivo degno di nota che avrà un impatto duraturo sull'efficienza delle spedizioni.