Análisis de metodologías de modelado de motores diésel marinos para su diagnosis y mantenimiento basado en condiciones

Abstract

La presente tesis doctoral analiza las diferentes estrategias de modelado de motores diésel marinos existentes en el marco de su diagnosis y mantenimiento basado en condiciones. Concretamente, tras una fase preliminar en la que se analizan y prueban experimentalmente el modelo termodinámico y el modelo de redes neuronales artificiales en un motor diésel de un cilindro, se concluye que ambos muestran niveles de error relativamente bajos pero que el modelo termodinámico requiere tiempos de cálculo notablemente mayores. Partiendo de esta base, consecutivamente se ha modelado un motor diésel marino de 6 cilindros empleando las redes neuronales artificiales. En este motor, se ha analizado el nivel de precisión de las redes neuronales para cualquier condición del motor dentro de su mapa de funcionamiento completo (considerando el efecto de factores externos como la meteorología o corrientes) para calcular 35 parámetros de funcionamiento y emisiones simultáneamente. Entre los resultados, las redes neuronales han mostrado errores por debajo del 8,5% para todos los parámetroscalculados a excepción de las emisiones de CO y NO2 que debido a sus bajas concentraciones en este tipo de motores han mostrado errores mayores. Se ha demostrado pues, el potencial de este tipo de metodología para mostrar la imagen completa del estado de un motor marino para cualquier punto dentro de su mapa de funcionamiento y con tiempos de cálculo admisibles para procesos de modelado en tiempo real (0,109 segundos). Por último, se ha analizado la actividad de un motor diésel de 9 cilindros a bordo de un buque atunero operativo durante los años 2020 y 2021, procesando hasta 5.181 horas de funcionamiento sin ningún fallo. Por consiguiente, se han calculado los valores límite de las desviaciones que puedan sufrir 57 parámetros diferentes del motor dentro de su funcionamiento correcto, con objeto de proveer una referencia útil para establecer límites de desviaciones representativas de fallos en futuros trabajos de investigación en el campo de la diagnosis y el mantenimiento basado en condiciones de los motores diésel marinos.