必赢体育

Existen tres estrategias principales que se pueden aprovechar para reducir las emisiones de los motores di茅sel. En primer lugar, existe la opci贸n de seleccionar uno de los combustibles con bajas emisiones de carbono que est谩n abri茅ndose paso en el mercado. Desde el aceite vegetal hidrotratado (HVO) hasta el biodi茅sel, estos en realidad no reducen las emisiones de los tubos de escape, pero s铆 ofrecen reducciones de CO2 debido a la proporci贸n de carbono que se elimina de la atm贸sfera al cultivar la biomasa, que en 煤ltima instancia se convierte en el producto combustible final.

La segunda opci贸n es mejorar los sistemas de postratamiento de emisiones (EATS). Desde la inyecci贸n de fluido de escape de urea/di茅sel (comercializado ampliamente como AdBlue), que descompone las emisiones nocivas en nitr贸geno y agua, hasta los sistemas de captura de part铆culas/quema regenerativa, el hardware con un rendimiento mejorado puede reducir la producci贸n total de emisiones, lo que ayuda a cumplir con las estrictas regulaciones.

En tercer lugar, hay cambios en el propio motor. Desde la electrificaci贸n de los componentes, que reducen la carga del motor y el consumo de combustible, hasta mejores estrategias de inyecci贸n de combustible y sistemas de gesti贸n del motor mejorados, estas actualizaciones pueden generar emisiones reducidas, a veces con la ventaja adicional de una mayor econom铆a de combustible y un mayor tiempo de funcionamiento o disponibilidad de la m谩quina.

Combustible bajo en carbono

Tal es el potencial de reducci贸n de emisiones de los combustibles con bajo contenido de carbono o sin emisiones de carbono que el HVO fue seleccionado por la revista hermana Power Progress International como su creador de noticias del a帽o 2023. Estos combustibles "alternativos" van desde combustibles l铆quidos hasta productos gaseosos como el biometano.

Sin embargo, es el HVO, a veces denominado di茅sel verde o renovable, el que tiene el mayor potencial para reducir las emisiones finales.

El fabricante de motores Cummins describe el HVO como "un combustible similar al di茅sel que se puede producir sin recursos f贸siles mediante el procesamiento de l铆pidos residuales renovables". El combustible paraf铆nico resultante libera CO2 cuando se quema, pero puede ofrecer una reducci贸n general del 90% en las emisiones debido al di贸xido de carbono absorbido de la atm贸sfera al cultivar la biomasa de origen. El combustible tambi茅n produce niveles m谩s bajos de NOx y part铆culas.

Al igual que otros fabricantes de equipos originales, Kohler ha aprobado todos los motores para HVO, incluido este motor di茅sel.

Si bien el HVO puede parecer una alternativa relativamente nueva, ya en 2008 Neste Oils y SAE International publicaron un informe t茅cnico que comparaba el rendimiento del HVO puro con el de una mezcla de 30 % HVO y 70 % di茅sel y combustible di茅sel sin azufre EN 590. La conclusi贸n fue que, utilizando tiempos de inyecci贸n predeterminados, el combustible 100 % HVO ofrec铆a una emisi贸n de NOx un 6 % menor y un 35 % menos de humo (l茅ase: "part铆culas") en comparaci贸n con el di茅sel solo.

Sin embargo, tambi茅n hay desventajas. Un informe del contratista Balfour Beatty se帽al贸 que hab铆a "problemas graves" con el HVO que deb铆an abordarse, destacando problemas con la trazabilidad en los m茅todos de abastecimiento, transporte y producci贸n, todo lo cual podr铆a afectar las afirmaciones de reducci贸n de carbono.

Si bien la producci贸n de HVO est谩 aumentando (se prev茅 que la producci贸n total alcance los diez millones de toneladas en toda Europa en 2030), es probable que a煤n no sea suficiente para reemplazar por completo al di茅sel f贸sil. La disponibilidad se ver谩 agravada a煤n m谩s por los cuellos de botella en la red de distribuci贸n.

Sistemas de postratamiento

A mediados de 2023, Eminox, un desarrollador y fabricante de sistemas de postratamiento de emisiones (EATS), public贸 un informe t茅cnico que analiza c贸mo la introducci贸n de las regulaciones de emisiones Euro 7/Etapa 6 podr铆a afectar a varias industrias y sus objetivos de carbono neto cero.

Para dise帽ar EATS que cumpla con estas regulaciones, la empresa utiliza una "caja de herramientas de reducci贸n de emisiones" que incluye una variedad de tecnolog铆as de mezcla y dosificaci贸n, todas las cuales caen bajo el paraguas de la reducci贸n catal铆tica selectiva (SCR).

Anthony Greatwood, gerente global de productos de Eminox, dijo que el cumplimiento de la norma Euro 7 para motores de carretera y Stage 6 para motores fuera de carretera se lograr铆a abordando dos 谩reas clave: emisiones de arranque en fr铆o y control de part铆culas.

Carcasa de acero inoxidable para uno de los sistemas EATS m谩s grandes de Eminox

Ruedas impulsoras de la unidad turbo listas para el ensamblaje final en Cummins

En cuanto a los arranques en fr铆o, actualmente se est谩n investigando dos soluciones principales: una dosis doble de fluido de escape di茅sel que se introduce en el flujo de escape, junto con un catalizador calentado el茅ctricamente para mejorar el rendimiento antes de que aumente la temperatura del motor.

Sin embargo, la instalaci贸n de estos sistemas a posteriori presenta problemas. Es necesario examinar el espacio disponible a bordo del veh铆culo para saber si es posible acomodar el hardware relacionado, adem谩s de tener en cuenta el peso. Adem谩s, si se a帽aden sistemas de postratamiento sin calcular el impacto en el motor, la contrapresi贸n y el aumento de la carga podr铆an acabar empeorando las cosas.

"Cuanto m谩s postratamiento y m谩s restricciones se aplican a un motor, m谩s se pierde eficiencia. Se generan cargas adicionales en el motor para crear la potencia necesaria para controlar las emisiones", afirm贸 Greatwood.

Explica que la mejor soluci贸n ser铆a contar con un especialista en postratamiento que participe desde el primer d铆a del desarrollo del motor. Esto ayudar铆a a dise帽ar el sistema m谩s eficiente y reducir铆a los compromisos en cuanto a reducci贸n de emisiones o potencia.

Esto sugiere la idea de que una actualizaci贸n de un sistema de postratamiento existente podr铆a ser dif铆cil de desarrollar y costosa de implementar; cuestiones que deben equilibrarse con el costo de reemplazar el equipo con hardware nuevo.

Hardware del motor

Junto con los combustibles bajos en carbono y las estrategias de postratamiento, otra v铆a para lograr reducciones de emisiones en los motores di茅sel es mejorar el rendimiento del hardware relacionado y el software que gestiona la unidad de control del motor.

En t茅rminos b谩sicos, un turbocompresor canaliza los gases de escape del motor presurizados hacia la c谩mara de combusti贸n. Este aumento del volumen de aire permite inyectar proporcionalmente m谩s combustible en la c谩mara, con el consiguiente aumento de la potencia del motor. Si bien las primeras unidades turbo sufr铆an problemas de retardo, las unidades turbo modernas ofrecen una potencia uniforme, lo que mejora la entrega de impulso y reduce las emisiones.

Cummins es el 煤nico fabricante de motores que desarrolla y fabrica sus propias unidades turbo. Comercializadas bajo la marca Holset, las unidades turbo est谩n dise帽adas para aplicaciones de servicio liviano, mediano y pesado, y muchos productos cuentan con adaptaciones espec铆ficas necesarias para mejorar el rendimiento.

Las 煤ltimas versiones ofrecen un amplio rango de flujo que permite una mayor presi贸n de refuerzo a velocidades del motor m谩s bajas, mientras que la tecnolog铆a VG admite la entrega de recirculaci贸n de gases de escape de ruta corta para mejorar la eficiencia del combustible y reducir los niveles de NOx.

Cummins tambi茅n produce unidades turbo con v谩lvula de descarga. La v谩lvula de descarga controla la cantidad y el momento de liberaci贸n del exceso de gases de escape mediante configuraciones controladas neum谩tica o electr贸nicamente. La tecnolog铆a de v谩lvula de descarga puede evitar que el turbo acelere demasiado y reducir el exceso de potencia del motor. Se dice que esta caracter铆stica ofrece un aumento del 3 % en la eficiencia y es compatible con varios sistemas de postratamiento.

El biodi茅sel funciona mejor que los combustibles f贸siles en condiciones de fr铆o

"El objetivo es reducir las emisiones de CO2 en los motores di茅sel y de pila de combustible de hidr贸geno. Llevamos trabajando en ello unos dos a帽os y queremos acelerar esa tecnolog铆a", afirm贸 Brett Fathauer, director ejecutivo de Investigaci贸n e Ingenier铆a de Cummins Turbo Technology.

鈥淓stamos estudiando tecnolog铆a de tratamiento del aire, incluidos compresores, turbinas, mejoras de eficiencia, junto con actualizaciones de m谩quinas el茅ctricas y desarrollos aplicables a sistemas de propulsi贸n h铆bridos y de pilas de combustible鈥�.

Utilizando la din谩mica de fluidos computacional para comprender la din谩mica f铆sica, las unidades turbo de pr贸xima generaci贸n est谩n configuradas para aprovechar la energ铆a "pulsada" y las interfaces de cubierta redise帽adas, respectivamente, destinadas a optimizar la interacci贸n entre el flujo de aire y las turbinas y dirigir eficientemente el flujo hacia la c谩mara de combusti贸n para brindar niveles de potencia optimizados.

Inyecci贸n de combustible

En otras partes del motor, el sistema de inyecci贸n de combustible ofrece un mayor potencial para la reducci贸n de emisiones. El sistema de inyecci贸n common-rail CRSN de Bosch ha sido dise帽ado para su uso en maquinaria de construcci贸n y aplicaciones industriales fuera de carretera. Destinado a motores de hasta ocho cilindros, una cilindrada de entre cuatro y 17 litros y una potencia de hasta 1000 kW, la tecnolog铆a CRSN puede ofrecer presiones de suministro de combustible escalables.

Las v谩lvulas solenoides CRIN son fundamentales para el rendimiento del sistema CRSN. Al funcionar a una presi贸n de hasta 2500 bares, las v谩lvulas de alta presi贸n pueden atomizar el combustible en gotitas microsc贸picas. Esto promueve una combusti贸n m谩s limpia, lo que se traduce en menores emisiones de CO2, menor cantidad de part铆culas y un mejor consumo de combustible. Utilizando la informaci贸n de la ECU, el sistema CRSN permite que los inyectores suministren solo el combustible necesario para adaptarse a la carga/situaci贸n operativa.

Soluciones de arranque en fr铆o

Vale la pena completar esta cobertura de las tecnolog铆as destinadas a reducir las emisiones de los motores di茅sel con detalles sobre lo que ahora se considera una de las principales causas de contaminaci贸n del motor: los arranques en fr铆o. Un informe t茅cnico publicado por la Escuela de Ingenier铆a Mec谩nica de la Universidad de Nantong en China en 2023 analiz贸 los problemas de ra铆z relacionados con los arranques en fr铆o y las estrategias para intentar reducir las emisiones relacionadas.

Seg煤n el material, la combusti贸n incompleta es inevitable cuando la temperatura del aire y la temperatura del motor son bajas. B谩sicamente, la atomizaci贸n del combustible es considerablemente m谩s dif铆cil en condiciones de fr铆o, lo que da como resultado una combusti贸n incompleta. Los aumentos de las emisiones tambi茅n se atribuyen a la fricci贸n entre los componentes del motor, y el desgaste relacionado contribuye a los aumentos de todos los tipos de contaminantes. Los datos citados en el informe indicaron que las emisiones de NOx de los motores di茅sel de servicio pesado en condiciones de arranque en fr铆o podr铆an aumentar entre un 40% y un 90%.

El art铆culo se帽ala que el biodi茅sel puede reducir significativamente las emisiones de CO2 en el arranque en fr铆o, aunque la alta concentraci贸n de ox铆geno en el combustible produce pocos cambios en los niveles de NOx e hidrocarburos. Dicho esto, la producci贸n de estos y otros contaminantes disminuye mucho m谩s r谩pidamente si se utiliza biodi茅sel en lugar de combustible f贸sil.

Se informa que agregar etanol al biodi茅sel reduce los niveles de NOx y de hidrocarburos, pero el bajo valor de cetano del etanol puede generar aumentos en la producci贸n de di贸xido de carbono.

La mejor manera de reducir las emisiones de los motores di茅sel durante los arranques en fr铆o es calentar el conjunto. En los motores peque帽os y medianos, las buj铆as incandescentes se utilizan como dispositivo auxiliar para mejorar el rendimiento del arranque en fr铆o. Su uso puede reducir la emisi贸n de CO2, NOx e hidrocarburos, con solo un ligero aumento de las part铆culas.

En resumen, los autores del informe concluyeron que se requerir铆a una combinaci贸n de biodi茅sel, sistema de postratamiento, inyecci贸n de combustible optimizada y calentamiento de la admisi贸n para lograr las m谩ximas reducciones de emisiones de un motor di茅sel en condiciones de baja temperatura.

Si bien existe una soluci贸n, ser铆a necesario que todos estos elementos estuvieran disponibles o instalados para lograr los beneficios potenciales.

Soluci贸n energ茅tica a prueba de futuro

En septiembre de 2023, Perkins Engines realiz贸 el lanzamiento de prensa en el Reino Unido de su nuevo motor de la Serie 2600. El motor de 13 litros (tambi茅n conocido como 2606), que se mostr贸 por primera vez en la ConExpo a principios de a帽o, est谩 dise帽ado para ofrecer la potencia de un modelo de 15 o 18 litros, pero ocupa menos espacio y tiene menos emisiones.

El motor produce entre 340 y 515 kW y es aproximadamente un 20 % m谩s ligero que un motor equivalente de mayor tama帽o. Adem谩s, el motor ofrece cifras de ahorro de combustible de tan solo 185 g/kWh y tambi茅n admite combustibles de reemplazo como HVO y biodi茅sel para reducir dr谩sticamente la huella de carbono relacionada.

Si bien el motor cumple con todas las regulaciones de emisiones actuales, ha sido dise帽ado para adaptarse a configuraciones que admitir谩n ajustes para lograr el cumplimiento de todos los est谩ndares futuros en los EE. UU. y la UE.