Optimizar la operación de maquinaria a diésel moderna
— Tomado de la revista PGE Petróleo y Gas No. 16 – Marzo 2018
Desde que en el año 1990 entró al mercado internacional la nueva tecnología de motores diésel conocida como “common rail”, los países en vías de desarrollo nos enfrentamos cada vez a más dificultades para operar los nuevos motores diésel. Hasta ese año se había trabajado con orificios de inyectores de 50 micras y presión de inyección de combustible de 5000 psi, a partir de ese momento se redujo el diámetro de los orificios de los inyectores a 35 micras y se duplicó la presión de inyección del combustible a 10.000 psi. En el año 1997 se redujo el diámetro de los orificios al rango de 2 a 5 micras y la presión de inyección se duplicó a 20.000 psi. Para el año 2011 se redujo los orificios al rango de 1 a 2 micras y la presión se incrementó a 36.000 psi.
SE HAN DADO ESTOS CAMBIOS TAN BRUSCOS EN LA TECNOLOGÍA DE LOS MOTORES A DIÉSEL POR DOS OBJETIVOS CLAVE
1. Disminuir la contaminación atmosférica
2. Disminuir del consumo de combustible
Contaminación Atmosférica
En el año 1992 entraron en vigencia las normas EURO que están orientadas a disminuir al mínimo
posible la contaminación del aire. Desde entonces ya se han aprobado 7 versiones de las normas mencionadas. Para tomar solo un parámetro bajo control en estas normas veamos lo que ocurre con la emisión de partículas a la atmósfera. En la norma EURO 1 aprobada en 1992, el particulado máximo permitido en los camiones y buses era de 0,612 gramos/Kwhr; en la norma EURO 4 vigente desde el año 2005, el mismo parámetro de particulado se redujo a 0,02 gramos/Kwhr, y en la norma EURO 6 aprobada en 2013 se redujo a 0,01 gramos/Kwhr.
Como es lógico para poder cumplir estas normas tienen que ir de la mano el diseño del motor con el nivel de limpieza del diésel, por tal motivo los fabricantes de inyectores y bombas de inyección de motores diésel desde que está vigente la norma EURO 5 recomiendan que el diésel debe tener un nivel de limpieza IS0 13/10/5 o mejor. Para comprender estos códigos ISO de limpieza ver la tabla adjunta en el gráfico 1 y las imágenes del gráfico 2.
DOS EJEMPLOS DE NIVELES DE LIMPIEZA SEGÚN ISO 4406
Nivel de limpieza ISO 22/21/18
22: Significa que en 1 ml de fluido existen de 20.000 a 40.000 partículas de 4 micras o mayores a 4 micras.
21: En el mismo ml de fluido existen además, de 10.000 a 20.000 partículas de 6 micras o mayores a 6 micras.
18: Adicionalmente en el mismo ml de fluido existen de 1.300 a 2.500 partículas de 14 micras o mayores a 14 micras.
Nivel de limpieza ISO 13/10/5
13: De 40 a 80 partículas de 4 micras o mayores a 4 micras por ml.
10: De 5 a 10 partículas de 6 micras o mayores a 6 micras por ml.
5: De 0,16 a 0,32 partículas de 14 micras o mayores a 14 micras por ml.
Para dar cumplimiento al requerimiento de limpieza del diésel, la solución más viable es que la estación de servicio pública o privada instale un sistema de micro-filtrado del diésel como el que se indica en el gráfico 3, con el fin de que el diésel ingrese al motor del equipo con un nivel de limpieza mínimo de ISO 14/13/11, lo cual sí es posible utilizando filtros de alta eficiencia como son los de relación beta 2000. El filtro del motor deberá estar calculado para que lleve el nivel de limpieza a ISO 13/10/5 o mejor.
Tabla de códigos de limpieza ISO 4406 : 1999
En maquinaria de construcción y maquinaria agrícola desde hace algunos años existen fabricantes que instalan 2 filtros de diésel en serie en el equipo, con lo cual es posible trabajar con niveles de limpieza un poco menos exigentes a la salida del surtidor tal como ISO 16/14/12. Es muy importante tener presente que entre más limpio sea el combustible, la duración de inyectores y bombas de inyección será mayor y habrán menos posibilidades que se presente el problema de dilución del lubricante en combustible por defectuosa atomización del combustible originada por el combustible sucio.
Disminuir el consumo de Combustible
La única forma de disminuir el consumo de combustible es optimizando de manera significativa la combustión y esto a su vez se logra mejorando la atomización. Entre mejor atomizado está el combustible, éste se quemará mejor y se desperdiciará menos. Cuando la atomización no es correcta uno de los fenómenos más frecuentes que se presenta es la dilución del lubricante en combustible, porque un pequeño porcentaje del combustible gotea en forma líquida (sin atomizarse) y se mezcla con el lubricante. Este fenómeno se conoce en inglés como “fuel dilution” y es altamente negativo para la duración del motor por cuanto conlleva la automática pérdida de viscosidad del lubricante y puede en corto tiempo requerir su cambio. Si el usuario no detecta el problema continuará trabajando con aceite fuera de especificación y la vida útil del equipo comenzará a disminuir aceleradamente.
La contraparte de la buena atomización es que ésta requiere altas presiones de inyección del combustible y orificios de los inyectores cada vez más pequeños. Esto por supuesto obliga a trabajar con diésel extremadamente limpio. Sin embargo, existen los equipos para poder conseguirlo. Si los países industrializados ya lo hacen, también podemos hacerlo en América Latina. El resultado: ahorro en mantenimiento y operación de maquinaria, aire que respiramos más limpio.
EFECTOS EN LA MAQUINARIA POR PRESENCIA DE PARTÍCULAS EN EL COMBUSTIBLE
La presencia de partículas en el combustible ocasionará efectos inmediatos a corto y mediano plazo, dependiendo del nivel de limpieza ISO con que se trabaje. Este tema ya ha sido investigado con pruebas de campo por compañías como Bosch, Caterpillar, etc. Por supuesto que la gran mayoría de motores diésel que se fabrican desde hace más de 20 años, corresponden a la tecnología common rail. Lo menos que puede hacer una empresa que quiere ahorrar dinero en operación y mantenimiento de maquinaria diésel, es monitorear el nivel de limpieza del combustible con el cual trabaja.
Para el efecto debe utilizarse un contador de partículas óptico que reporte los resultados con ISO 4406, versión 1.999. Cuando no se posea el equipo contador de partículas, se puede correr la prueba conocida como patch test que determina el nivel de limpieza aproximado comparando una imagen digital obtenida en campo con imágenes de muestras de combustible que han sido medidas con el equipo de laboratorio.