domingo, 27 de abril de 2014

El Combustible utilizado en Motores Diesel

Un Motor Diesel necesita combustible limpio para que funcione de manera eficaz y reduzca al mínimo los costos de mantenimiento. Un gran número de posibles averías provienen del sistema de alimentación de combustible.

Las características del combustible que debemos tener en cuenta son:


Al recibir el combustible diesel, nadie sabe si está contaminado, pero una vez que el diesel contaminado ingresa al sistema de combustible, es muy difícil eliminarlo.
 
El combustible diesel es un combustible orgánico y proporciona las condiciones ideales para la alimentación y el desarrollo de hongos, levaduras y bacterias microscópicos ya que contiene:

  • Agua disuelta para que germinen
  • Carbono para que se alimenten
  • Oxígeno y azufre para que respiren
  • Oligoelementos para crezcan y se propaguen
Una vez que el agua ingresa en el sistema de combustible diesel crea la oportunidad para una invasión de microorganismos. Los microbios atacan en la interfaz de combustible/agua, donde proliferan y se multiplican.
 
Si está sufriendo alguno de estos problemas, está sufriendo contaminación en sus tanques o depósitos de gasoil.

  • Obstrucción de los sistemas de drenaje, se taponan los filtros
  • Disminución en el rendimiento y la estabilización del gasoil
  • Corrosión de las partes metálicas de los tanques de gasoil
  • Aparición de filamentos gelatinosos en el combustible que producen obstrucción de los filtros de gasoil


Las bacterias que se encuentran en el aire y en la humedad, o las que están presentes durante el llenado de los tanques se depositan, latentes, en las fisuras diminutas del caucho, el metal y el revestimiento de poliuretano de los tanques y los sistemas de combustible. 
 
Luego, ante la presencia de agua y cuando el ambiente alcanza el nivel de temperatura adecuado, comienzan a reproducirse en la interfaz de combustible/agua. Son microscópicas y pueden desarrollarse hasta formar un manto de bacterias, visibles de inmediato a simple vista. 
 
Hongos, Levaduras y Baterías
 
Cada especie tiene sus características propias:
 
Hongos: Los hongos, como se conocen comúnmente, dependen de los hidrocarbonos del combustible como fuente de alimentación y del oxigeno del agua, que casi siempre está presente en los tanques de combustible, para sus necesidades respiratorias.
 
Su apariencia es gris/negro, como sedimento fangoso y crecen como filamentos ramificados, denominados hyphae, de unos pocos micrones de diámetro, y forman un manto de tejido micelial espeso y duro en interfaces de combustible/agua.
 
Estas bacterias están presentes en todos los combustibles y pueden causar corrosión o oxidación por sus subproductos acídicos.
 
Levaduras: prefieren ambientes ácidicos. Brotan en la célula madre de la que finalmente se separan. Tardan varias horas en reproducirse.

Bacterias:
  • forman mantos espesos rápidamente.
  • se alimentan de la energía potencial del combustible y reducen el poder calorífico y las propiedades lubricantes.
  • excretan ácidos y gomas en todo el sistema, como sustancias de residuo.
  • reducen los sulfatos a sulfuros, lo que crea un ambiente acídico.
Utilizan hidrocarburos y se reproducen en forma asexuada, por fisión binaria; a medida que se alimentan, crecen en tamaño hasta separarse en dos células. De esta forma los microbios se duplican en cantidad cada veinte minutos.



Bacterias reductoras del sulfato (BRS): Son un grupo específico de bacterias que utilizan carbono simple, en lugar de hidrocarburos, y necesitan de la actividad de un consorcio microbiano
 
Las bacterias aerobias (en presencia de oxígeno) o anaerobias (sin oxígeno) tienen un efecto combinado. Las bacterias aerobias (sulfato como agente oxidante) crean una película para consumir primero el oxígeno. Esto permite la proliferación de las bacterias anaerobias (sulfato como agente reductor).
 
Se adhieren al acero como una película y comienzan con su tarea. Obtienen los nutrientes de su entorno y se multiplican. Son particularmente difíciles de tratar y generan un producto derivado residual con un fuerte olor a azufre, similar al de los huevos en mal estado (sulfuro de hidrógeno). 
 
Bacterias reductoras del hierro: Contribuyen también a la corrosión, ya que se alimentan del acero, y transforman la ferrita en un óxido mediante una reacción química.  
 
Las ventajas de utilizar combustible limpio para alimentar nuestro motor se pueden enumerar en:

  • Minimizamos la obstrucción de los filtros y los circuitos de combustible.
  • Protegemos los inyectores y las bombas ante posibles restricciones de flujo.
  • Protegemos el motor ante la corrosión bacteriana; las bacterias BRS se posan como una película sobre las piezas de acero y se alimentan de él, desgastando el al árbol de levas, las camisas de los cilindros, los aros y los cojinetes.
  • Corrosión de las gomas de los circuitos, las bombas y los inyectores.
 

miércoles, 16 de abril de 2014

Reducción de Emisiones Contaminantes en Motores Diesel Marinos (II)

Fuente Delphi

Los óxidos de nitrógenos (NOx)

Los NOx se producen por la oxidación del nitrógeno del aire. Esta reacción sólo se produce a muy alta temperatura cuando el exceso de aire es importante.

Para limitar las emisiones de óxidos de nitrógeno, se utiliza un dispositivo que permite enviar hacia la admisión una parte de los gases de escape para limitar la cantidad de aire fresco admitido en el motor. Este dispositivo llamado EGR del inglés "Exhaust Gas Recirculation" permite controlar la cantidad de gas de escape enviado hacia la admisión.
Exhaust Gas Recirculation
Si esta cantidad es demasiado baja, la eficacia del sistema no es optimizada. En caso contrario, se constata un aumento de los humos, de los hollines y de las inestabilidades del motor debidas a la falta de aire fresco.

La reducción de las emisiones de óxidos de nitrógeno puede hacerse también mediante un postratamiento de los gases de escape en un catalizador. El principio consiste en reducir las moléculas de NOx formadas durante la combustión para obtener moléculas de oxígenos por un lado y moléculas de nitrógeno por otro. 

Las partículas PM

Los humos y los hollines pueden ser el resultado:

1) De una mezcla demasiado rica. La falta de aire no permite una combustión completa y favorece la formación de partículas.

2) De una mala pulverización del carburante en la cámara de combustión. 

Cuanto más importante es el tamaño de las gotitas, mayor es el tiempo necesario para su vaporización. Si este plazo se vuelve demasiado importante, la parte central de la gotita no tendrá tiempo de vaporizarse. 

Bajo el efecto de la altísima temperatura que reina en la cámara de combustión, las moléculas de carburante no vaporizadas sufren un cracking. Este fenómeno físico produce compuestos carbonosos muy duros que constituyen los hollines y otras partículas características de los motores diesel.

Los hidrocarburos no quemados (HC)

Los HC resultan de una falta de oxígeno local (mal reparto del carburante) o de una inyección del carburante en zonas frías de la cámara de combustión (típicamente cuando el carburante empapa las paredes).

La cámara de combustión toroideal y los nuevos sistemas de admisión (swirl) combinadas con la inyección directa permiten obtener:

1) Un tipo de turbulencias muy elevado que garantiza un muy buen reparto del carburante en la cámara de combustión. Se evita así la formación de las zonas ricas donde nacen los residuos no quemados.

2) Una cámara de combustión compacta cuyas paredes son suficientemente cálidas para evitar la formación de residuos no quemados.

El monóxido de carbono CO

Su presencia en los gases de escape resulta de la oxidación incompleta del carbono contenido en el combustible.

Esta oxidación incompleta es la consecuencia de una combustión que se desarrolla global o localmente en mezcla rica. El motor diesel funciona con un exceso de aire importante; las emisiones de CO quedan pues reducidas.

Es posible reducirlas más eliminando las zonas ricas de la cámara de combustión. Para ello, es necesario optimizar la aerodinámica interna de la cámara de combustión para generar un tipo de turbulencias muy elevado.

Mejorando la combustión en Motores Diesel. Reducción del consumo de combustible

La reducción del consumo se obtiene mejorando el control de la combustión, es decir, adaptando el coeficiente de aire, el caudal inyectado, el avance y la presión de inyección en función de las necesidades del motor en toda la banda de funcionamiento. 

En relación a los sistemas de inyección convencionales, el sistema Common Rail aporta una flexibilidad de utilización que permite ajustar con precisión el caudal inyectado, el avance, el grado de introducción y la presión de inyección en función de las necesidades del motor para todas las condiciones de funcionamiento.


Diferentes sistemas Delphi
 

Tipos de Inyector

Te puede interesar: 
Reducción de Emisiones Contaminantes en Motores Diesel Marinos (I) 
http://inyecciondieselnaval.blogspot.com.ar/2013/05/reduccion-de-emisiones-contaminantes-en.html

viernes, 11 de abril de 2014

Inyectores unitarios de control electrónico y accionamiento hidráulico (HEUI) en motores Caterpillar

HEUI, Inyectores unitarios de control eléctrico en motores Caterpillar
El sistema de control electrónico está diseñado integralmente en el sistema de combustible y en los sistemas de admisión de aire y de escape del motor, permitiendo controlar mejor la sincronización y la relación de combustible/aire en comparación con los motores mecánicos convencionales.
 
El avance de la sincronización se logra mediante un control preciso de la sincronización de los inyectores unitarios. Las rpm del motor se controlan ajustando la duración de la inyección.
 
Se dispone de una rueda especial de impulsos que proporciona información al Módulo de Control Electrónico (ECM) para detectar la posición del cilindro y la velocidad del motor.
 
El módulo de control electrónico (ECM) activa los solenoides de los inyectores unitarios para comenzar la inyección de combustible. 
 
La sincronización de la inyección se logra controlando precisamente el tiempo de disparo del inyector. Las rpm del motor se controlan ajustando la duración de la inyección. Además, el módulo de control del motor desenergiza los solenoides del inyector unitario para detener la inyección de combustible.
 
Los 4 componentes básicos trabajan juntos para obtener precisión, confiabilidad y un mantenimiento simplificado del sistema de combustible HEUI.

Inyectores unitarios (HEUI) en motores Caterpillar
Descargue el Manual de Caterpillar en el siguiente link:
http://www.maquinasdebarcos.com/Caterpillar-HEUI-Controles-de-Motor-3408E-3412.pdf

jueves, 3 de abril de 2014

La importancia de la Inyección de Combustible en la disminución de gases contaminantes de Motores Diesel Marinos

La inyección de combustible ha tomado una importancia cada vez más significativa y junto con la electrónica y los sistemas de control de carga del motor, permite reducir simultáneamente las emisiones de gases de escape contaminantes a la atmosfera y reducir sustancialmente los consumos de combustible, permitiendo el desarrollo de motores de óptimas características.

Desde el comienzo del año 2000, cuando IMO (International Maritime Organization) definió a nivel mundial los límites de emisiones de óxidos de nitrógeno para motores marinos, la optimización de tales motores para conseguir niveles mínimos de contaminantes ha llegado a ser un objetivo primordial. 

La Organización Marítima Internacional (IMO) y la Unión Europea (EU), también han establecido límites para disminuir el contenido de azufre en los combustibles pesados empleados en los motores marinos. 

Por ello el Anexo VI del convenio Marpol 73/78 de la IMO, que a partir de mayo del año 2006 se hizo efectivo, establece que el límite de contenido de azufre en el combustible aceptado globalmente es del 4,5% y para ciertas áreas tales como el Mar Báltico y Mar del Norte (SECAS) el contenido permitido de azufre es de 1,5 %, buscando atenuar así la formación de SOx “óxidos sulfurosos”.

Cuando el combustible diesel con azufre se consume en la cámara de combustión de un motor, se forman óxidos de azufre que reaccionan con el vapor de agua para formar el ácido sulfúrico. Al igual que el sulfuro de hidrógeno, si estos vapores de ácidos se condensan, atacan químicamente las superficies de metal de las guías de válvula, de las camisas de los cilindros y pueden afectar a los cojinetes.

Por ejemplo, cuando la temperatura de las camisas de los cilindros sea inferior a la temperatura de rociado del ácido sulfúrico, y el aceite de lubricación no tenga suficiente reserva de alcalinidad (Número de Base) para neutralizar el ácido, las camisas se pueden desgastar diez veces más rápido.

Cuando se producen daños debido a la presencia de azufre en el combustible, habrá pocos cambios en la potencia del motor. Pero, con frecuencia, el desgaste corrosivo traerá consigo un consumo excesivo de aceite y escape de gases, causando la reconstrucción prematura del motor.

Las reglamentaciones mencionadas anteriormente han obligado a las casas constructoras de motores marinos a desarrollar diseños que permitan cumplir con la legislación y a la vez mantener el empleo de combustibles de bajo costo.

Sistema de Inyección commonrail

El último desarrollo para la inyección de combustible en un Motor Diesel es el conocido como Common Rail. Su principal característica es que no dispone de una bomba inyectora distribuidora, sino que la presión (que alcanza valores muy elevados, pudiendo llegar a ser de aproximadamente 1.400 bar) se genera en una bomba sin ningún tipo de sincronismo con el cigüeñal. La sincronización de los inyectores se logra por medios electrónicos (captadores, sondas, actuadores, etc.).

El conducto común, (common rail) es una tubería de la que parte una ramificación para cada inyector. La principal ventaja de este sistema es que la presión con que trabaja es casi independiente de las RPM del motor y de su carga; es decir, que aunque el motor gire despacio, es posible inyectar el gasoil a una presión muy alta y casi constante durante todo el proceso de inyección.

Este sistema ofrece una serie de ventajas con respecto a los sistemas de alimentación tradicionales, que se traduce en una mayor potencia específica, un menor consumo y menor emisión de gases contaminantes; además, los motores resultan menos ruidosos.

Al no haber un sistema mecánico que rija cuándo se debe inyectar el combustible, se puede elegir libremente cuándo inyectar, incluso realizar varias inyecciones en un mismo ciclo.

En los sistemas más avanzados hay hasta 5 inyecciones en vez de sólo la pre-inyección y la principal.

El calculador de inyección incorpora los siguientes parámetros:

- régimen motor
- temperatura del agua
- temperatura del aire
- temperatura del combustible
- presión del combustible
- presión atmosférica
- posición del acelerador
Y realiza las funciones siguientes:
- determinar la duración de inyección a partir de la presión de combustible
- gobernar, una pre-inyección y la inyección principal
- gobernar el caudal de combustible inyectado
El sistema de control electrónico asegura que el tiempo que dura la inyección, su comienzo y su final (lo que se llama en términos técnicos el timing) sea calculado con precisión de microsegundos para cada punto de la curva de potencia del motor. 
Precisión en la producción
La característica común de todos los componentes del sistema de inyección de combustible es el grado de precisión con el que deben ser producidos. 
Presiones de combustible, que durante muchos años fueron incontrolables e inalcanzables, son ahora fáciles de obtener. 
Otro factor que hay que tener en cuenta son los enormes esfuerzos mecánicos a que están sujetos los inyectores. Son fabricados con unas tolerancias extremadamente pequeñas, que requieren precisiones de milésimas de milímetro.
Uno de los componentes más interesantes de un inyector, desde el punto de vista tecnológico, es la aguja del mismo. Para que sea capaz de absorber hidráulicamente las fuerzas laterales con ayuda del combustible, se mecanizan ranuras microscópicas helicoidales en el eje de la aguja. 
El combustible fluye a lo largo de estas ranuras a alta presión, moviéndose así en espiral alrededor de la aguja del inyector de forma que la acción de la menor fricción de la aguja asegure un grado alto de fiabilidad operativa.
Otra parte importante de los inyectores son las toberas de inyección y se puede ver todo lo relacionado con ellas AQUI