jueves, 27 de octubre de 2011

Formación de Hollín en Motores Diesel

¿Qué es el hollín?

Los Motores Diesel transforman la energía química contenida en el combustible en fuerza mecánica. El combustible es inyectado bajo presión al cilindro del motor, donde se mezcla con aire y produce la combustión.
El hollín está constituido principalmente de carbón y ocurre como resultado del quemado incompleto de combustible dentro del cilindro.

Después de la contaminación por tierra, no hay nada peor para el motor que la producción de partículas sólidas en la combustión. Las que quedan en el motor contaminan el aceite y las que salen por el escape contaminan el aire.

La formación de hollín puede ser causada por:
1. Inyectores gastados o mal regulados. Mala pulverización del combustible.
2. Excesivo funcionamiento del motor a bajas RPM.
3. Sobrecarga del motor.
4. Incorrecta proporción de aire/combustible.
5. Exceso de caudal en la bomba de inyección.
6. Operación del motor a baja temperatura.
7. Baja compresión dentro del cilindro -Aros gastados.
8. Filtro de aire tapado.
Los efectos del hollín sobre el motor
Aunque la mayoría de hollín y otros sub-productos salen a través del sistema de escape del motor, un porcentaje es absorbido por el lubricante del motor.

El problema principal para los motores es que el hollín acumulado es abrasivo y su presencia entre dos superficies deslizantes, puede actuar como papel de lija y producir un desgaste abrasivo.

Otro resultado del hollín acumulado en el aceite son los altos niveles de viscosidad. Un aceite de mayor viscosidad tendrá más baja bombeabilidad y posiblemente dejará el motor con menor lubricación. Esto es particularmente peligroso durante los arranques en tiempo frío cuando el flujo de aceite se reduce por la baja temperatura del ambiente y el motor es el más vulnerable a la falla de bombeo del aceite.
El hollín es hasta 98% carbón, empezando con partículas de 0.03 micrones.
Aunque todos los lubricantes de motor diesel modernos tienen aditivos conocidos como dispersantes, que tratan de mantenerlas separadas, cuando el nivel de hollín consume el dispersante del aceite, las partículas se aglomeran (aumento de la viscosidad) y forman lodo reduciendo el flujo de circulación del aceite, colmando  el filtro y causando la abertura de la válvula de alivio de presión del mismo, liberando toda la suciedad retenida.

El lodo también se acumula en toda la superficie del motor, llena las ranuras de los aros atascándolos con lodo y carbón (aros pegados), evitando el libre movimiento del aro dentro del cilindro y la opción de una falla seria del motor.

Acumulado en la corona de los pistones y la culata, reduce la transferencia de calor al aceite y al aire.

Después de analizar los efectos del Hollín, nos damos cuenta de la importancia de evitar su formación en nuestro motor.

El desgaste gradual de los componentes del motor afecta grandemente la eficiencia del motor y puede disminuir la entrega de potencia.

Sobre el tema, te puede interesar:


jueves, 13 de octubre de 2011

El concepto de “Motor sin Humo”

El humo visible a la salida de la chimenea en los barcos se ha convertido, en la última década,  en un tema muy importante entre los constructores de grandes motores diesel.

Debido al cumplimiento de las reglamentaciones de la IMO sobre bajas emisiones de gases de escape o como una condición comercial por menores consumos de combustible, costos de mantenimiento y para el confort de los pasajeros en los cruceros y barcos de pasaje, el tema ocupa un lugar principal en la industria naval.

Las actuales  tecnologías, como la de inyección de combustible conocida como Common Rail, el precalentamiento del aire de carga con calor residual, tubocompresores de alto rendimiento a carga parcial, cámaras de combustión optimizadas para reducir los humos y la alta presión de inyección, permite disponer de motores “sin humo” visible a cargas por encima del 25%, tanto en motores de velocidad media de 4 Tiempos, como en motores lentos de 2 Tiempos.
Para evitar el humo con cargas menores es necesario evitar que las gotas formadas al inyectar el combustible dentro de la cámara de combustión entren en contacto con las superficies metálicas.
Esto puede lograrse con gotas de combustible pequeñas, retardo de encendido breve, alto exceso de aire y mucho espacio entre la tobera de inyección y la cavidad del pistón.

En estos temas se ha trabajado intensamente y se ha comprobado que el tamaño de las gotas de combustible, es el que tiene mayor potencial para mejorar.

En los sistemas de inyección mecánica, la presión de inyección es función de la velocidad y de la carga del motor, lo que hace que, a baja carga disminuye la presión de inyección, aumentando el tamaño de las gotas de combustible, chocando éstas sobre las superficies metálicas dentro de la cámara de combustión.
El uso del sistema Common Rail permite mantener alta presión de inyección y por lo tanto, la formación de pequeñas gotas a régimen de velocidad muy lento.
Los sistemas de inyección con control electrónico permiten elegir los parámetros óptimos de funcionamiento del motor, como el tiempo de inyección o la presión de inyección, independientemente de la velocidad del motor. Con esto logramos menor consumo de combustible, emisiones más bajas de NOx, posibilidad de arrancar el motor sin humo visible y menores costos de mantenimiento. 
Desde que las emisiones de NOx en los motores diesel se convirtieron en objeto de atención, los valores han descendido de manera constante.

viernes, 7 de octubre de 2011

Uso de Biocombustibles en Motores Navales

¿Qué se entiende por biocombustibles?

Existe una gran variedad de productos orgánicos que se clasifican como biocombustibles; los principales son bioalcohol, etanol y biodiesel y son producidos por transformación de la biomasa.

El biodiesel se obtiene por la transesterificación de triglicéridos (aceite). El proceso de transesterificación consiste en combinar el aceite (normalmente aceite vegetal) con un alcohol ligero, normalmente metanol, y deja como residuo glicerina, que puede ser aprovechada por la industria de cosmética, entre otras.

¿Solución Alternativa o Panacea?

El motor Diesel es probablemente la fuente de energía más eficiente del momento, sin embargo, para su funcionamiento, en la actualidad utiliza mayoritariamente combustibles fósiles. El elevado costo de éstos y su impacto negativo en el medio ambiente de los gases, producto de su combustión, han llevado a realizar grandes esfuerzos para desarrollar fuentes de energía renovables.

Los gases de escape contienen los típicos productos de combustión como dióxido de carbono CO2, hidrógeno, oxígeno, vapor de agua, a su vez monóxido de carbono, compuestos orgánicos volátiles (VOCs), alcalenos, hidrocarbonos aromáticos, aromáticos poli cíclicos (PAHs), y óxidos de sulfuro (SOx ), compuestos resultantes de una combustión incompleta. Las emisiones de hidrocarburos (HC) y de óxidos nitrosos (NOx) contribuyen a la formación de smog, y de material particulado.

La reducción de los gases responsables de la contaminación de la atmósfera  es el principal desafío medioambiental que afrontamos hoy. La sustitución parcial de los combustibles usados en la actualidad por biocombustibles puede lograr un balance de emisiones mucho más favorable.

La mayor parte del crecimiento en la utilización de biocombustibles está siendo estimulada por la legislación medio ambiental.
En la Unión Europea, por su compromiso con el Protocolo de Kyoto y la necesidad de reducir las emisiones de estos gases, se estableció que a partir del año 2010, el 5,75% de los combustibles de transporte de los Estados Miembros tendrá que proceder de fuentes renovables, aumentando al 20% para el 2020. 

¿Puede utilizarse Biodiesel en cualquier motor diesel?
Se puede utilizar en cualquier motor diesel, generalmente sin necesidad de realizar modificaciones al motor. Su performance es comparable al diesel, con contenido similar de BTU y un cetano más alto. Ofrece lubricidad excelente y emisiones más bajas comparadas al diesel del petróleo.

B5 es una mezcla de cinco por ciento biodiesel y 95 por ciento de diesel de petróleo. Una mezcla de 20 por ciento de biodiesel con 80 por ciento de diesel de petróleo se conoce como B20 y se considera la mejor mezcla para el uso normal en los motores diesel convencionales, por las mejoras de la calidad del aire.

 
¿El Biodiesel necesita instalaciones especiales para su almacenamiento?
En general, los procedimientos estándares para el almacenamiento y la manipulación del diesel de petróleo se pueden utilizar para el biodiesel.

El Biodiesel sufre de un problema llamado oxidación si permanece almacenado por períodos de más de seis meses. Esto significa que el combustible oxidará lentamente en un cierto plazo, a menos que un aditivo antioxidante se mezcle al combustible para prevenir que suceda dicho proceso.

 
Conclusiones
El uso del biodiesel en un motor diesel convencional da como resultado la reducción substancial de hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono y partículas de materia en comparación con las emisiones del combustible diesel. Además, las emisiones de óxidos y sulfatos (mayores componentes de la lluvia ácida) del biodiesel son esencialmente nulas comparadas con el diesel.

Una última reflexión
Hasta aquí hemos hablado de cuestiones técnicas sobre las ventajas de su utilización, pero existen otros temas que deberíamos tener en cuenta.

Muchas de las materias utilizadas para la producción de biocombustibles son utilizadas también como alimentos, y la pregunta inevitable es: ¿La tierra se debe usar prioritariamente para proporcionar combustible o para alimentar a la población?

Otro tema son los casos de deforestación para utilizar la tierra, para producir materias primas, para la obtención de biocombustibles.

La destrucción de bosques para producir aceite de palma, por ejemplo, supone que éstos deben quemarse previamente. Entre 1985 y 2000, Indonesia eliminó 4 millones de hectáreas de bosque tropical en Sumatra y Borneo para plantar palma y tiene proyecto de transformar 16,5 millones de hectáreas adicionales con un objetivo similar. También en Brasil (con la soja) o Malasia (palma) sucede algo parecido.

Se prevé que el consumo global de biocombustibles sea de 1,8 millones de barriles en el 2012; esto hace que los precios del maíz, azúcar, soja, trigo y aceite de palma aumenten y que repercutan en la alimentación de la población directa o indirectamente, al aumentar el gasto en los piensos para animales.

Debemos tener en cuenta producirlo y consumirlo de manera sostenible, prevenir impactos adversos en el índice de precios de los alimentos a escala mundial y asegurar que su producción no exija más energía de la que ellos mismos proporcionan.