lunedì 6 febbraio 2023 · 0 min read
Motori a biogas ed ottimizzazione dei processi
Per semplificare le loro attività quotidiane, in Power UP GmbH, una società che tratta servizi per motori a gas, è stata implementata una delle soluzioni Dewesoft. Power UP offre componenti per motori a gas sviluppati e progettati con l'obiettivo di migliorare la durata dei pezzi di ricambio, nonché le prestazioni e l'efficienza complessiva del motore.
La soluzione Dewesoft Combustion Engine Analyzer ed il supporto del protocollo di comunicazione Modbus hanno fornito le funzionalità e connettività ricercate.
Power UP è una società di ingegneria energetica specializzata in prodotti e soluzioni high-tech per motori a gas con clienti in oltre 40 paesi nel mondo. Power UP fornisce componenti per motori a gas appositamente progettati con soluzioni custom. Questo servizio è finalizzato a prolungare la durata dei pezzi di ricambio e migliorare le prestazioni e l'efficienza del motore. I clienti beneficiano così di costi di manutenzione ridotti ma migliori efficienza ed affidabilità.
I principali sottocomponenti distribuiti da Power UP come testate, bielle, pre-camere, manicotti delle candele sono prodotti dalla divisione Power UP Manufacturing. Ottimizzando le tecnologie esistenti e sviluppando nuovi concetti, Power UP massimizza la generazione di potenza sempre rispettando le rigide linee guida sulle emissioni.
L'azienda offre anche servizi di consulenza per soluzioni di generatori a gas utilizzando approcci alternativi ed efficienti, ingegneria ed elaborazione soluzioni diverse per ogni applicazione e mercato, in grado di soddisfare le aspettative specifiche dei singoli clienti.
Gli ingegneri in Power UP si impegnano costantemente per prolungare la durata dei pezzi di ricambio e per ridurre i costi di manutenzione di ogni installazione. Un team qualificato di vendita e supporto conosce e ben comprende tutte le necessità delle applicazioni che vedono coinvolta la generazione con motori a gas. Qualunque sia l'applicazione c'è l'esperienza per fornire la miglior soluzione commerciale e tecnica.
Descrizione dell'applicazione
La generazione di energia con motori a gas sarà sempre più presente in futuro vista l'affidabilità e sostenibilità che la contraddistingue.
Tali motori possono essere alimentati da gas provenienti da discariche o rifiuti industriali, biogas o gas naturale senza perciò bruciare carburante eliminando le emissioni ad esso associate.
Protagonista di questa applicazione è un motore/generatore J312 Jenbacher 12-cilindri a biogas, costruito nel quartier generale di GE INNIO in Jenbach, Austria. E' impiegato in una fattoria per la produzione di corrente elettrica e calore. L'unità J312 - che misura 4.7 x 1.8 x 2.3 metri - è in grado di produrre una potenza elettrica di 579 kW/480V/60Hz ed acqua calda per 2454 MBTU/h (720 kWh a 90°C).
I motori a gas Jenbacher coprono una gamma di potenza da 200 kW a 10 MW e funzionano sia con gas naturale che con svariati altri gas. Forniscono energia elettrica, calore e raffreddamento per molteplici applicazioni commerciali ed industriali. Sono già stati consegnati più di 52.000 motori a gas Jenbacher in oltre 100 paesi nel mondo.
L'unità in questione è stata modificata da Power UP GmbH. Al posto della testata OEM con 2 valvole per cilindro è stata utilizzata una Power UP EVE con 4 valvole per cilindro, incrementando l'efficienza del 2.5%. Il sistema raggiunge una generazione di 550 kW.
Era poi richiesto di avere in sito un sistema di acquisizione ed analisi in grado di fornire visualizzazione immediata dello stato della macchina per ridurne al minimo il fermo e la conseguente perdita econoimca.
La soluzione Dewesoft Combustion Analyzer
Con il sistema Dewesoft Combustion Engine Analyzer – che coniuga il software DewesoftX data acquisition ed un modulo DAQ SIRIUS data acquisition - in pochi minuti si possono registrare, analizzare e visualizzare tutti i dati della macchina.
La semplicità di misura di un sistema composto da SIRIUS DAQ e Software DewesoftX
Setup di misura
Il setup in uso persso Power UP GmbH si compone di:
SIRIUSi-8xSTG+ measurement instrument
3x DSI-CHG-50 DSI adapters
3 x AVL sensori di pressione tipo GH14D con vite M5
1 x partitore di tensione per l'iniezione
1 x sensore angolare installato sull'albero motore con 164 impulsi al giro e riferimento zero angolare collegato ad un SIRIUS SuperCounter® input
Software Dewesoft X3 per acquisizione ed analisi
Combustion Engine Analyzer plug-in per le analisi di combustione (Base + Advanced):
Calcoli in real-time
Configurazione cilindri modificabile
Knocking
Filtraggio
Modbus Master Plugin TCP/IPSupervisione del sistema da remoto con VNC client
I sistemi di analisi della combustione SIRIUSi vengono utilizzati per la ricerca, lo sviluppo e l'ottimizzazione dei motori e persino per lo sviluppo e il collaudo dei componenti, quali sistemi di accensione, sistemi di scarico e valvole. Il sistema si compone di un acquisitore isolato SIRIUSi DAQ e del software Dewesoft X data acquisition package per la misura ed analsi con lìinterfaccia guidata anche per le misure dell'analsi di combustione.
Spiegazione dell'isolamento galvanico del sistema DAQ isolato SIRIUS
Il sistema supporta analisi temporali ma anche il ricampionmaneto nel dominio dell'angolo utilizzando i più sofisticati algoritmi per matematiche on line e off line inclusi tutti i parametri termodinamici. Il plug-in Combustion Engine Analyzer può essere completamente integrato in un banco prova già presente in sito e con questo scambiare dati con protocolli come CAN e CAN FD, XCP, Ethernet, … I risultati possono essere poi pubblicati in vari formati.
In aggiunta alle analisi di combustione, il sistema può essere espanso per misure di altre grandezze come rumore o vibrazioni ed essere ulteriormente arricchito di segnali come video sincroni o dati GPS.
I sensori di pressione sono usati per misurare la pressione nella camera di scoppio. A seconda del modello specifico di sensore si potrà procedere al collegamento diretto al modulo SIRIUSi oppure provvedere ad un condizionamnto esterno preventivo. Sarà poi necessario, in aggiunta, un sensore angolare per ottenere i risultati nel dominio dell'angolo.
La prova
Per questo setup si è scelto di usare una frequenza di campionamento pari a 200kS/s. Tre dei 12 cilindri sono stati strumentati con un sensore di pressione. In canali addizionali sono state lette anche le tensioni dell'iniezione, per poter essere poi osservate e confrontate con le curve di pressione nel dominio dell'angolo. Il cliente è si è sorpreso dell'elevata risoluzione angolare fino a 0,025 gradi e della facilità d'integrazione con la Power UP (Engine Control Unit) grazie al supporto del protocollo Modbus TCP interface.
L'unità di generazione a biogas è piuttosto rumorosa dunque il cliente ha deciso di controllare il sistema da remoto con una sessione VNC Client da una stanza di controllo preposta.
Analisi dei risultati
Con la soluzione Dewesoft, https://www.powerup.at/about/ GmbH a potuto ottimizzare i parametri del motore così aggiornato in tutto il suo range operativo.
Conclusioni
Vista la moltitudine di prove e configurazioni che deve affrotare il cliente, si è scelto un modulo SIRIUS con ingressi universali STG che possono essere convertiti con l'utilizzo di adattatori smart DSI, e di tutti i plug-in software Dewesoft X (Siemens S7, OPC UA, …) utili per garantire l'interconnessione di tutti i sistemi presenti.
L'isolamento galvanico è garanzia di sicurezza e ottimo rapporto segnale/rumore anche nelle condizioni ambientali più critiche.
La semplicità e flessibilità del sistema di acquisizione Dewesoft DAQ permette a Power UP di concentrarsi solo sul suo core businness, l'ottimizzazione dei parametri delle loro macchine.
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