En el post anterior comentaba, que para resolver el tema de las emisiones de los motores diesel marinos, los fabricantes de los mismos han estado desarrollando un número de soluciones posibles, pero que todas ellas se pueden clasificar en estrategias internas o externas.
El post se refería, dentro de las estrategias internas, a las Estrategias basadas en el proceso de inyección de combustible, en los próximos post trataré de explicar las modificaciones que se efectúan en los diferentes sistemas que intervienen en el proceso de introducción del comburente (aire) en el interior del cilindro (tumble, swirl, squish band, “timing” de válvulas y sobrealimentación) con el objetivo de aumentar el rendimiento del motor y disminuir las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera.
En este caso, las alternativas que parecen más adecuadas son las siguientes:
a) El diseño de los colectores de admisión, la cámara de combustión y la corona del pistón.
b) Modificar la relación de compresión efectiva del motor mediante la modificación del ángulo de cierre de la válvula de admisión.
Esta estrategia es la base del ciclo Miller.
c) Incrementar la presión de sobrealimentación.
Los numerosos estudios realizados sobre cada una de estas alternativas han demostrado que generalmente las estrategias internas que reducen las emisiones de NOx incrementan las de partículas y viceversa.
Este problema es conocido en el ámbito de la investigación en motores como el dilema Diesel.
El requisito clave para emisiones bajas en NOx es un aumento de la relación de compresión del motor. Hace años, una relación de compresión de 11 a 12 era el estándar.
Para cumplir con las normas IMO Tier I, la relación de compresión se aumentó a 14 ó 15, y para IMO Tier II fue necesario relaciones de compresión de 17.
Para cumplir con las reglamentaciones de IMO Tier I sólo se utilizaba un efecto Miller pequeño de 5%. Sin embargo, IMO Tier II requiere un efecto Miller de 20%.
Éste es un gran reto para el turbocompresor, el cual tiene que proporcionar presiones muy altas de sobrealimentación para mantener los valores actuales de la Presión Media Efectiva.
El diseño de los colectores de admisión, la cámara de combustión y la corona del pistón
Tumble, Swirl y Squish
Las medidas incluyen mejoras de la geometría de la corona del pistón y reducción de la formación de vórtices a la entrada de la cámara de combustión.
Un mayor grado de turbulencia se puede alcanzar con el movimiento en el gas a medida que este se introduce a través de las válvulas por medio de un diseño adecuado de los colectores de admisión y de la cámara de combustión. El efecto que se pretende conseguir es optimizar el aprovechamiento del oxígeno contenido en el gas atrapado en el cilindro.
Las investigaciones confirman que la generación de movimiento en dirección axial paralela al eje del cilindro (tumble) y en dirección tangencial (swirl) durante la carrera de admisión, favorece posteriormente el fenómeno de propagación de la llama tras la carrera de compresión.
En el caso de motores Diesel, es mucho más relevante el movimiento de swirl que el movimiento de tumble.
Squish es el espacio libre existente entre la cabeza del pistón cuando se encuentra en su PMS y la pared inferior de la culata.
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