A finales del 2007 CAT/Mak puso en el mercado el motor MaK M 43 C LEE con tecnología para cumplir con las normas de bajas emisiones IMO II, que entrarán en vigencia a partir de 2011.
Actualmente, el sistema también se aplica en el modelo M 32 C LEE, dando como resultado, fiabilidad superior en operación con combustible pesado, la mejor eficacia de combustible en su clase y extraordinaria durabilidad.
En el 2000, Caterpillar Motoren identificó tres niveles de emisiones para el producto marino MaK con el fin de cumplir las normas de emisiones a corto y medio plazo.
Estos niveles incluyen un motor básico que cumple la norma IMO y satisface los requisitos MARPOL 73/78, Anexo VI; un motor que cumple la norma IMO con emisiones de humo invisibles; y un Motor de Emisiones Bajas (LEE) que cumple con la gama esperada de emisiones de NOx de IMO II y también emite humo invisible.
Cómo disminuir las emisiones de NOx
El requisito clave para emisiones bajas en NOx es un aumento de la relación de compresión del motor básico.
Hace diez años, una relación de compresión de 11 a 12 era el estándar. Para IMO I, la relación de compresión se aumentó a 14 ó 15, y para IMO II se necesitarán relaciones de 17.
Otro pilar del concepto LEE MaK es el Ciclo de Miller, es decir, el cierre temprano o retardado de la válvula de admisión para obtener una combustión más fría.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Miller
La aplicación del efecto Miller es una de las pocas medidas que se pueden aplicar en un motor de combustión interna para reducir simultáneamente las emisiones de NOx y el consumo de combustible.
Si la salida del motor y la presión de sobrealimentación son constantes, se reduce el llenado de los cilindros y la presión y temperatura permanecen más bajas durante todo el proceso.
Para cumplir con la IMO I sólo se utilizaba un efecto Miller pequeño de 5%. Sin embargo, para IMO II se requiere un efecto Miller de 20%.
Éste es un gran reto para el turbocompresor, ya que es necesaria una presión de sobrealimentación considerablemente más alta para mantener los valores actuales de la Presión Media Efectiva (BMEP).
Combinando la mayor relación de compresión y el efecto Miller, las emisiones de NOx pueden reducirse alrededor del 30% sin sacrificar la eficacia del motor (BSCF).
Sin embargo, un motor LEE simple tendría una toma deficiente de la carga en vacío y emisiones de hollín visibles con carga parcial. Por eso, el concepto LEE MaK usa un "árbol de levas flexible" que permite bajas emisiones de NOx, excelente toma de la carga y hollín invisible en todas las cargas.
La Tecnología de Árbol del Levas Flexible (FCT)
Esta tecnología permite la variación del sistema de combustible y del sistema de aire en operación de carga parcial. Con el avance del inicio de la inyección de combustible y el aumento de la presión de inyección, se mejora la combustión y las emisiones de hollín se reducen en 50%.
El cambio de sincronización de la válvula desactiva el Ciclo de Miller y contribuye a reducir otro 25% las emisiones de hollín. En general, el FCT de MaK reduce las emisiones de hollín en carga parcial en un 75% mientras mejora el rendimiento del motor en operación transitoria.
El sistema esencialmente consta de un tren de válvulas inferior modificado, una unidad de ajuste neumático y un Controlador Lógico Programable (PLC).
El sistema FCT es una solución mecánica robusta, basado en un eje de palanca de levantador excéntrico que automáticamente afecta tanto la sincronización de inyección, como la presión y la sincronización de válvulas. La carga del motor necesaria para activar la palanca puede determinarse en forma flexible según las necesidades del operador de la embarcación.
De cualquier modo, se elimina el humo visible mientras las normas IMO se cumplen en todas las cargas.
Para convertir en motores de baja emisiones los motores ya instalados
Lo importante de estos sistemas es que no sólo se aplican a motores de nueva construcción, sino que permiten ser instalados en motores que están siendo utilizados y se los quiere convertir para que produzcan bajas emisiones.
Todos los motores marinos existentes de las series MaK M 20 C, M 25 C, M 32 C y M 43 C pueden convertirse al estándar LEE MaK por sólo un costo aproximado de entre el 15% y el 25% del costo de un motor nuevo que cumple la norma IMO II.
La modernización al estándar LEE MaK es rápida y fácil, después de completas simulaciones y desarrollo de prototipos de la tecnología LEE MaK en 2001-2003, y tras algunos ajustes y mejoras finales, Caterpillar Motoren, junto con Caterpillar Marine Power Systems, puso a prueba su tecnología especial.
En colaboración con Furetank Rederi AB de Donsö (Suecia), la instalación del MaK 7 M 43 C en el buque cisterna para productos químicos "Fure West" se convirtió al estándar LEE en octubre de 2007 y desde entonces ha tenido el rendimiento esperado.
Para los motores MaK M 32 C, la modernización a la norma LEE se ha convertido en una opción, tardando unos cuatro días en modificar las bielas, los segmentos del árbol de levas y los trenes de válvulas inferiores para que cumplan los requisitos avanzados de LEE.
Primero, se monta un espaciador de biela para alargar la biela del eje dividido, reduciendo así el volumen de la combustión y aumentando la relación de compresión. Como resultado, el anillo antidesgaste también debe reemplazarse por una versión más corta.
En un segundo paso, los segmentos del árbol de levas se reemplazan con versiones FCT modificadas, permitiendo una variación dependiente de la carga del sistema de aire y combustible.
Los trenes de válvula inferiores, las bombas de inyección y los inyectores se tienen que cambiar según corresponda. Además, el turbocompresor debe reconstruirse para permitir una mayor presión de carga mediante el reemplazo del difusor y del anillo de la boquilla.
Una prueba final en el mar confirma la calidad de la modernización y permite la aprobación necesaria de las Sociedades Marinas de Clasificación (MCS).
Ventajas del sistema con relación del cuidado del medio ambiente
Otras de las ventajas por las empresas operadoras de embarcaciones que cumplen con las normas de bajas emisiones IMO II futuras es aumentar su reputación para operaciones de negocios marinos que disminuyen los riesgos para el medio ambiente.
Además, los niveles de emisiones obtenidos por LEE MaK hacen posible que las compañías de embarcaciones obtengan certificaciones ambientales especiales con Sociedades de Clasificación Marina, tales como DNV Clean Design, GL Green Passport, LR Character N o el Blauer Engel del gobierno alemán.
Estas certificaciones ambientales no sólo añaden reputación al propietario de las embarcaciones, sino que también reducen los costos de derecho de puerto en algunas partes del mundo.
Conclusiones
Con emisiones de NOx de más de 30% por debajo de las regulaciones IMO actuales, y emisiones de hollín reducidas menores que 0,5 FSN (Número de filtro de humo) en la gama completa de carga, la tecnología LEE de MaK claramente merece el nombre de motor de bajas emisiones.
El reto para CAT/MaK es, en el futuro, el diseño y desarrollo de tecnología apropiada para adaptarse satisfactoriamente a las normas IMO III potencialmente más exigentes.
Fuente CAT/MaK
Actualmente, el sistema también se aplica en el modelo M 32 C LEE, dando como resultado, fiabilidad superior en operación con combustible pesado, la mejor eficacia de combustible en su clase y extraordinaria durabilidad.
En el 2000, Caterpillar Motoren identificó tres niveles de emisiones para el producto marino MaK con el fin de cumplir las normas de emisiones a corto y medio plazo.
Estos niveles incluyen un motor básico que cumple la norma IMO y satisface los requisitos MARPOL 73/78, Anexo VI; un motor que cumple la norma IMO con emisiones de humo invisibles; y un Motor de Emisiones Bajas (LEE) que cumple con la gama esperada de emisiones de NOx de IMO II y también emite humo invisible.
Cómo disminuir las emisiones de NOx
El requisito clave para emisiones bajas en NOx es un aumento de la relación de compresión del motor básico.
Hace diez años, una relación de compresión de 11 a 12 era el estándar. Para IMO I, la relación de compresión se aumentó a 14 ó 15, y para IMO II se necesitarán relaciones de 17.
Otro pilar del concepto LEE MaK es el Ciclo de Miller, es decir, el cierre temprano o retardado de la válvula de admisión para obtener una combustión más fría.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Miller
La aplicación del efecto Miller es una de las pocas medidas que se pueden aplicar en un motor de combustión interna para reducir simultáneamente las emisiones de NOx y el consumo de combustible.
Si la salida del motor y la presión de sobrealimentación son constantes, se reduce el llenado de los cilindros y la presión y temperatura permanecen más bajas durante todo el proceso.
Para cumplir con la IMO I sólo se utilizaba un efecto Miller pequeño de 5%. Sin embargo, para IMO II se requiere un efecto Miller de 20%.
Éste es un gran reto para el turbocompresor, ya que es necesaria una presión de sobrealimentación considerablemente más alta para mantener los valores actuales de la Presión Media Efectiva (BMEP).
Combinando la mayor relación de compresión y el efecto Miller, las emisiones de NOx pueden reducirse alrededor del 30% sin sacrificar la eficacia del motor (BSCF).
Sin embargo, un motor LEE simple tendría una toma deficiente de la carga en vacío y emisiones de hollín visibles con carga parcial. Por eso, el concepto LEE MaK usa un "árbol de levas flexible" que permite bajas emisiones de NOx, excelente toma de la carga y hollín invisible en todas las cargas.
La Tecnología de Árbol del Levas Flexible (FCT)
Esta tecnología permite la variación del sistema de combustible y del sistema de aire en operación de carga parcial. Con el avance del inicio de la inyección de combustible y el aumento de la presión de inyección, se mejora la combustión y las emisiones de hollín se reducen en 50%.
El cambio de sincronización de la válvula desactiva el Ciclo de Miller y contribuye a reducir otro 25% las emisiones de hollín. En general, el FCT de MaK reduce las emisiones de hollín en carga parcial en un 75% mientras mejora el rendimiento del motor en operación transitoria.
El sistema esencialmente consta de un tren de válvulas inferior modificado, una unidad de ajuste neumático y un Controlador Lógico Programable (PLC).
El sistema FCT es una solución mecánica robusta, basado en un eje de palanca de levantador excéntrico que automáticamente afecta tanto la sincronización de inyección, como la presión y la sincronización de válvulas. La carga del motor necesaria para activar la palanca puede determinarse en forma flexible según las necesidades del operador de la embarcación.
De cualquier modo, se elimina el humo visible mientras las normas IMO se cumplen en todas las cargas.
Para convertir en motores de baja emisiones los motores ya instalados
Lo importante de estos sistemas es que no sólo se aplican a motores de nueva construcción, sino que permiten ser instalados en motores que están siendo utilizados y se los quiere convertir para que produzcan bajas emisiones.
Todos los motores marinos existentes de las series MaK M 20 C, M 25 C, M 32 C y M 43 C pueden convertirse al estándar LEE MaK por sólo un costo aproximado de entre el 15% y el 25% del costo de un motor nuevo que cumple la norma IMO II.
La modernización al estándar LEE MaK es rápida y fácil, después de completas simulaciones y desarrollo de prototipos de la tecnología LEE MaK en 2001-2003, y tras algunos ajustes y mejoras finales, Caterpillar Motoren, junto con Caterpillar Marine Power Systems, puso a prueba su tecnología especial.
En colaboración con Furetank Rederi AB de Donsö (Suecia), la instalación del MaK 7 M 43 C en el buque cisterna para productos químicos "Fure West" se convirtió al estándar LEE en octubre de 2007 y desde entonces ha tenido el rendimiento esperado.
Para los motores MaK M 32 C, la modernización a la norma LEE se ha convertido en una opción, tardando unos cuatro días en modificar las bielas, los segmentos del árbol de levas y los trenes de válvulas inferiores para que cumplan los requisitos avanzados de LEE.
Primero, se monta un espaciador de biela para alargar la biela del eje dividido, reduciendo así el volumen de la combustión y aumentando la relación de compresión. Como resultado, el anillo antidesgaste también debe reemplazarse por una versión más corta.
En un segundo paso, los segmentos del árbol de levas se reemplazan con versiones FCT modificadas, permitiendo una variación dependiente de la carga del sistema de aire y combustible.
Los trenes de válvula inferiores, las bombas de inyección y los inyectores se tienen que cambiar según corresponda. Además, el turbocompresor debe reconstruirse para permitir una mayor presión de carga mediante el reemplazo del difusor y del anillo de la boquilla.
Una prueba final en el mar confirma la calidad de la modernización y permite la aprobación necesaria de las Sociedades Marinas de Clasificación (MCS).
Ventajas del sistema con relación del cuidado del medio ambiente
Otras de las ventajas por las empresas operadoras de embarcaciones que cumplen con las normas de bajas emisiones IMO II futuras es aumentar su reputación para operaciones de negocios marinos que disminuyen los riesgos para el medio ambiente.
Además, los niveles de emisiones obtenidos por LEE MaK hacen posible que las compañías de embarcaciones obtengan certificaciones ambientales especiales con Sociedades de Clasificación Marina, tales como DNV Clean Design, GL Green Passport, LR Character N o el Blauer Engel del gobierno alemán.
Estas certificaciones ambientales no sólo añaden reputación al propietario de las embarcaciones, sino que también reducen los costos de derecho de puerto en algunas partes del mundo.
Conclusiones
Con emisiones de NOx de más de 30% por debajo de las regulaciones IMO actuales, y emisiones de hollín reducidas menores que 0,5 FSN (Número de filtro de humo) en la gama completa de carga, la tecnología LEE de MaK claramente merece el nombre de motor de bajas emisiones.
El reto para CAT/MaK es, en el futuro, el diseño y desarrollo de tecnología apropiada para adaptarse satisfactoriamente a las normas IMO III potencialmente más exigentes.
Fuente CAT/MaK
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