El motor de un gran buque de carga suele ser un diésel de dos tiempos y baja velocidad que gira aproximadamente a 60–130 rpm y está acoplado directamente al eje de la hélice, mientras que los ferris, cruceros, remolcadores y buques de apoyo a operaciones mar adentro utilizan principalmente motores diésel de cuatro tiempos y velocidad media o alta que accionan la propulsión mediante una caja reductora o generadores. Los motores de dos tiempos destacan por su eficiencia de combustible y sencillez a potencias muy elevadas; los de cuatro tiempos, por su tamaño compacto, densidad de potencia y flexibilidad.
Puntos clave
- Los motores diésel marinos se agrupan por velocidad: baja velocidad (normalmente por debajo de unas 300 rpm, casi siempre de dos tiempos), velocidad media (aproximadamente 300–1000 rpm) y alta velocidad (por encima de unas 1000 rpm); los dos últimos suelen ser de cuatro tiempos.
- Un motor diésel de dos tiempos realiza una combustión en cada revolución; uno de cuatro tiempos, cada dos revoluciones.
- Los grandes motores marinos de dos tiempos tienen un diseño de cruceta con barrido uniflujo y pueden alcanzar un consumo específico de combustible al freno de alrededor de 170 g/kWh, con una eficiencia térmica cercana al 50 por ciento.
- El RTA96-C de dos tiempos y 14 cilindros se cita ampliamente como el mayor motor alternativo, con una potencia nominal de unos 80000 kW y un peso superior a 2300 toneladas.
- Los cruceros suelen utilizar propulsión diésel-eléctrica: varios motores de velocidad media accionan generadores que alimentan motores eléctricos de propulsión o propulsores en góndola.
- Desde 2020, las normas de la IMO en virtud del Anexo VI de MARPOL limitan el azufre del combustible al 0.50 por ciento a nivel mundial y al 0.10 por ciento en las zonas de control de emisiones, lo que impulsa a los buques a utilizar combustible con bajo contenido de azufre, depuradores de gases o LNG.
¿Qué tipo de motor utiliza la mayoría de los buques?
La mayoría de los buques comerciales utilizan motores diésel, elegidos por su eficiencia térmica, flexibilidad de combustible y fiabilidad. El tamaño y la velocidad del motor dependen del tipo de buque y de cómo se transmite la potencia.
| Clase de motor | Velocidad habitual | Ciclo | Rango de potencia habitual | Dónde se utiliza |
|---|---|---|---|---|
| Baja velocidad | ~60–130 rpm (unidades grandes) | Dos tiempos, con cruceta | Desde varios MW hasta unos 80 MW | Portacontenedores, graneleros, petroleros |
| Media velocidad | ~300–1000 rpm | Cuatro tiempos, de pistón troncal | ~0.5–20 MW por motor | Ferris, cruceros, buques de apoyo a operaciones mar adentro, grandes remolcadores, grupos electrógenos de buques |
| Alta velocidad | Por encima de ~1000 rpm | Cuatro tiempos | Hasta unos pocos MW | Embarcaciones de trabajo, patrulleras, ferris rápidos, pequeños remolcadores, grupos electrógenos auxiliares |
Las definiciones de los rangos de velocidad varían según las fuentes y los fabricantes de motores, por lo que sus límites deben considerarse aproximados. Todos los grandes buques también llevan motores auxiliares, normalmente grupos electrógenos de cuatro tiempos y velocidad media o alta, para suministrar energía eléctrica en el mar y en puerto.
¿Cómo funciona un motor diésel de dos tiempos?
Un motor diésel de dos tiempos completa la admisión, compresión, expansión y escape en una revolución del cigüeñal, por lo que cada cilindro realiza una combustión cada vez que el pistón alcanza la parte superior. Las grandes versiones marinas utilizan un sistema de aire de barrido alimentado por un turbocompresor en lugar de carreras separadas de admisión y escape.
- Carrera de expansión — el combustible se inyecta cerca del punto muerto superior en aire comprimido a alta temperatura, se inflama e impulsa el pistón hacia abajo.
- Escape — cerca del final inferior de la carrera, se abre una válvula de escape accionada hidráulicamente en la culata y disminuye la presión.
- Barrido — el pistón descubre las lumbreras de la camisa del cilindro y el aire a presión procedente del turbocompresor y del colector de aire de barrido asciende por el cilindro, expulsando los gases de escape a través de la válvula. Este flujo en una sola dirección se denomina barrido uniflujo.
- Compresión — las lumbreras se cierran, la válvula de escape se cierra y el pistón ascendente comprime el aire fresco para el siguiente ciclo.
Como realizan una combustión en cada revolución y giran lentamente, los motores de dos tiempos y baja velocidad pueden acoplarse directamente a una gran hélice de paso fijo sin caja reductora. La mayoría son directamente reversibles: para dar marcha atrás, el motor se detiene y se vuelve a arrancar en sentido contrario.
¿Por qué los grandes motores de buques tienen un diseño de cruceta?
En un motor de cruceta, el vástago del pistón se conecta a una cruceta que se desliza por unas guías, y la biela une la cruceta al cigüeñal. Esto evita que las cargas laterales actúen sobre la camisa del cilindro y separa los cilindros del cárter, de modo que el aceite lubricante de los cilindros y el aceite del sistema pueden optimizarse por separado. La desventaja es la altura: los motores de cruceta son mucho más altos que los motores de pistón troncal de potencia similar.
¿En qué se diferencia un motor diésel marino de cuatro tiempos?
Un motor diésel de cuatro tiempos utiliza carreras separadas de admisión, compresión, expansión y escape, por lo que cada cilindro realiza una combustión cada dos revoluciones. Las válvulas de la culata controlan el intercambio de gases y el pistón se conecta directamente a la biela (un diseño de pistón troncal).
Los motores marinos de cuatro tiempos giran más rápido, por lo que producen más potencia en relación con su tamaño y peso. Esto los convierte en la elección natural cuando la altura y la longitud de la sala de máquinas son limitadas, como en ferris, buques de suministro a instalaciones mar adentro y remolcadores. Debido a su mayor velocidad, normalmente accionan la hélice mediante una caja reductora, a menudo con una hélice de paso controlable, o accionan generadores en una planta diésel-eléctrica.
| Característica | Dos tiempos de baja velocidad | Cuatro tiempos de velocidad media/alta |
|---|---|---|
| Frecuencia de combustión | Cada revolución | Cada dos revoluciones |
| Conexión a la hélice | Accionamiento directo, sin caja reductora | Caja reductora o propulsión diésel-eléctrica |
| Tamaño por kW | Grande y pesado | Compacto |
| Eficiencia de combustible | La más alta entre los motores marinos | Alta, ligeramente inferior a igual potencia |
| Intercambio de gases | Lumbreras en la camisa y válvula de escape | Válvulas de admisión y escape |
| Redundancia | Generalmente un solo motor principal | Es habitual utilizar varios motores |
| Buques habituales | Buques de carga de navegación oceánica | Ferris, cruceros, remolcadores, buques de apoyo a operaciones mar adentro |
¿Qué motores propulsan los buques de carga, portacontenedores y cruceros?
Los buques de carga y portacontenedores casi siempre llevan un único motor de dos tiempos y baja velocidad porque navegan a velocidad constante durante semanas y el combustible es su mayor costo operativo. Los cruceros suelen llevar varios motores de cuatro tiempos y velocidad media en una configuración diésel-eléctrica.
- Motor de portacontenedores — un único gran motor de dos tiempos, a menudo de 8–12 cilindros en los buques más grandes, que acciona una gran hélice de paso fijo. Los mayores portacontenedores han utilizado motores de la clase RTA96-C, cuya versión de 14 cilindros tiene un diámetro de cilindro de 960 mm, una carrera de 2500 mm y una potencia nominal de unos 80000 kW.
- Granelero y petrolero — motores similares de dos tiempos y baja velocidad, generalmente con menor diámetro de cilindro y menos cilindros.
- Motor de crucero — normalmente entre cuatro y seis motores de velocidad media que alimentan una red eléctrica común. Los motores eléctricos accionan ejes o propulsores azimutales en góndola, y el número de motores en funcionamiento se ajusta a la carga para mejorar la eficiencia, mientras que la energía para los servicios de alojamiento procede de la misma planta.
- Ferris y buques de apoyo a operaciones mar adentro — motores de cuatro tiempos y velocidad media o alta con cajas reductoras, a veces en configuraciones diésel-eléctricas o híbridas.
Los ferris más pequeños y los buques costeros utilizan motores de alta velocidad con potencias de cientos a unos pocos miles de kW. Por ejemplo, el SC33W1000CA2 se ofrece con una caja reductora integrada en el rango de 680–1100 hp, el tipo de motor utilizado en el proyecto de propulsión de un ferri de pasajeros.
¿Qué combustibles utilizan los motores de los buques y qué ocurre con el LNG?
Los grandes motores de dos tiempos se diseñaron para quemar fueloil pesado, y muchos siguen haciéndolo con depuradores de gases de escape, mientras que otros utilizan fueloil de muy bajo contenido de azufre o gasóleo marino para cumplir los límites de azufre del Anexo VI de MARPOL. Los buques alimentados con LNG utilizan motores de combustible dual que pueden alternar entre gas y combustible líquido.
Los motores de dos tiempos y combustible dual se basan en dos conceptos principales: la inyección de gas a alta presión, que quema el gas según el ciclo diésel, y la admisión de gas a baja presión, que quema una mezcla previa según el ciclo Otto con una pequeña inyección piloto de combustible líquido. El LNG reduce casi por completo los óxidos de azufre y las partículas, y disminuye el CO2, aunque deben controlarse las emisiones de metano sin quemar. Los fabricantes también ofrecen motores capaces de funcionar con metanol y están desarrollando diseños alimentados con amoníaco a medida que el transporte marítimo avanza hacia los objetivos de gases de efecto invernadero de la IMO.
Las emisiones de óxidos de nitrógeno se regulan mediante los límites Tier de la IMO. El Tier III, aplicable en las zonas designadas de control de emisiones de NOx a los buques construidos después de las fechas correspondientes, suele exigir reducción catalítica selectiva o recirculación de gases de escape durante el funcionamiento con diésel.
¿Qué significa esto para quienes compran motores de propulsión marina más pequeños?
Para la mayoría de las embarcaciones de menor tamaño que los buques de carga oceánicos, la elección real está entre motores de cuatro tiempos de velocidad media y alta, combinados con una caja reductora marina. Los motores más lentos y grandes suelen durar más bajo carga continua; los motores más rápidos ahorran peso y espacio.
- Los remolcadores, las dragas y las embarcaciones de trabajo pesado suelen combinar motores de la clase de 1000 kW, como el motor principal CW6250ZLC-1N o el V12 12M33C1000-15, con cajas reductoras para servicio pesado.
- Los barcos pesqueros y las embarcaciones de trabajo costero suelen utilizar motores de alta velocidad de 100–400 kW, como se explica en nuestra guía de compra de motores diésel marinos.
- Los grupos electrógenos auxiliares de cualquier buque se rigen por las clasificaciones de potencia de ISO 8528, mientras que las potencias nominales de los motores de propulsión marina suelen basarse en las condiciones de referencia de ISO 3046 y en las definiciones de servicio del fabricante.
MARS suministra motores de propulsión marina y cajas reductoras de estas clases y puede probar el motor antes del despacho con un informe escrito y un video. Para comparar opciones para una embarcación, envíe los datos de la embarcación y del servicio previsto.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el motor de buque más grande del mundo?
El motor diésel de dos tiempos RTA96-C de 14 cilindros se cita ampliamente como el mayor motor alternativo, con una potencia nominal de unos 80000 kW (alrededor de 107000 hp) y un peso superior a 2300 toneladas. Las generaciones más recientes de motores de los principales licenciantes tienen potencias comparables.
¿Por qué los buques utilizan motores de dos tiempos?
Los motores de dos tiempos y baja velocidad son los motores de mayor eficiencia de combustible disponibles a potencias muy altas, y giran lo suficientemente despacio como para accionar directamente una gran hélice sin caja reductora. En los buques que navegan a velocidad constante durante viajes largos, esto ahorra combustible y reduce la complejidad.
¿A qué velocidad gira el motor de un buque?
Los grandes motores marinos de dos tiempos suelen funcionar aproximadamente a 60–130 rpm a potencia nominal. Los motores de cuatro tiempos y velocidad media funcionan aproximadamente a 300–1000 rpm, y los de alta velocidad, por encima de unas 1000 rpm.
¿Qué motor utiliza un crucero?
La mayoría de los cruceros modernos utilizan plantas diésel-eléctricas con varios motores de cuatro tiempos y velocidad media que accionan generadores, y motores eléctricos o propulsores en góndola que accionan las hélices. Algunos cruceros más recientes funcionan con LNG y motores de combustible dual.
¿Los motores de los buques son diésel?
La mayoría sí. Los motores diésel y de combustible dual propulsan la gran mayoría de la flota mercante mundial, mientras que las turbinas de gas, las turbinas de vapor y los sistemas eléctricos con baterías solo se utilizan en aplicaciones específicas.
