Motores Diesel. IMO II a la vista. Los desarrollos de MAN para reducir las emisiones de NOx.

Se trata de modificar las características básicas del motor como inyección de combustible, turbocompresión, regulación, timing de válvulas, etc., con el objeto de reducir las emisiones a la atmósfera.

Man Diesel, dentro de su programa I+D, ha conseguido alcanzar una elevada densidad de potencia y una considerable reducción de consumo de combustible y de las emisiones de NOx en los gases de escape, en el diseño de su último motor de cuatro tiempos.

La clave: la aplicación de “métodos primarios” de reducción de emisiones.

Esto consiste en modificar las características básicas del motor (inyección de combustible, turbocompresión, regulación, timing de válvulas, etc.)

Su variación influye en el proceso de combustión y, por lo tanto, en el rendimiento, consumo de combustible y producción de emisiones nocivas de los gases de combustión. Al actuar sobre partes integrantes del motor, no implica ni trabajo extra para el operador ni uso de equipos adicionales u otros consumibles.

Todas las legislaciones sobre reducción de emisiones prestan especial atención a los óxidos de nitrógeno (NOx) formados, en más del 90%, por las elevadas temperaturas que se alcanzan durante la combustión.

El objetivo de Man Diesel es, a través de los métodos primarios, eliminar estas zonas en la cámara de combustión sin incurrir en penalizaciones por elevado consumo de combustible y, si es posible, mejorar la eficiencia del combustible.

En estos últimos años, la adopción de métodos primarios que combinan una temperatura de combustión menor, temperaturas más homogéneas en la cámara de combustión y el enfriamiento del aire de combustión que entra en el cilindro, ha permitido a Man Diesel el desarrollo de motores con emisiones de NOx progresivamente menores.

Para mejorar la mezcla del aire-combustible, las medidas incluyen mejora de la geometría de la corona del pistón, reducción de la formación de vórtices a la entrada de la cámara de combustión, aumento de los ratios de compresión y presiones de inyección, así como mejora del pulverizado del inyector.

Las medidas para reducir las temperaturas de combustión incluyen una revisión del “timing” de la inyección, mejora del enfriamiento del aire de carga y combinación del “timing” de válvulas en ciclo Miller revisado, alta eficiencia y alta presión de turbocompresión.

Según explica la compañía, los puntos clave para lograr estas reducciones de NOx, a las que se unen una mayor potencia y un menor consumo de combustible, han sido las mejoras en la interacción de diversas medidas gracias a un control electrónico avanzado y una mayor intensificación del Ciclo Miller, que ha sido posible con la introducción de la turbosoplante en dos etapas, proporcionando relaciones de presión de hasta 7:1.

El Ciclo Miller supone el cierre temprano de la válvula de admisión haciendo que el aire que entra en el cilindro se dilate y se enfríe y consecuentemente se reduzcan las temperaturas punta durante la combustión.

Sin embargo, un tiempo de admisión más corto podría conducir a que entrase menos aire de combustión en el cilindro, resultando menor potencia y par motor.

Para contrarrestar este efecto, la presión más elevada de la turbsoplante asegura que una cantidad de aire igual, o incluso mayor en el caso del nuevo paquete tecnológico Man Diesel, puede entrar en el cilindro en el menor tiempo disponible.

Durante las pruebas con Ciclo Miller intensivo en condiciones de plena carga y presiones de la turbosoplante de 6.5 hasta 7, Man Diesel ha obtenido reducciones del NOx de más del 30%, reducciones en el consumo de combustible de hasta el 8% y un aumento del 15% en el rendimiento de potencia específica.

Con objetivo de cubrir un amplio abanico de aplicaciones, MAN Diesel está desarrollando dos versiones del ciclo Miller basadas en diferentes paquetes tecnológicos.

Una versión con “timing” fijo de válvulas, turbosoplante de área variable de dos etapas e inyección de combustible tradicional que cubrirá las aplicaciones de generación de energía de carga base o continua.

Y otra versión del ciclo Miller para demandas variables de carga y “timing” de válvulas también variable según la carga, para aquellos consumidores que demanden un elevado rango de potencias, como por ejemplo, aplicaciones de suministro de energía en acerías, generación de energía en centrales diésel y/o propulsión marina; y en las que las presiones del aire son variables y a menudo muy elevadas.

Todo ello se complementa con un sistema de turbocompresión en dos etapas, el sistema “common rail” y un “timing” variable en la inyección de combustible.

Fuente MAN.

Grados de Viscosidad ISO

A través de los años, los usuarios de lubricantes han tratado de designar los grados de viscosidad de los lubricantes empleados en manufactura. Existen grados SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices) para aceites de engranes y de motor (de combustión), grados AGMA (Sociedad Americana de Fabricantes de Engranes) para aceites de engranes, SUS (Segundos Saybolt Universal), cSt (viscosidad cinemática en centistokes), y viscosidad absoluta.

Para confundirnos más, pueden aplicarse dos mediciones de temperatura para la mayoría de ellos, sin mencionar que la viscosidad debe presentarse ya sea a 40°C (104°F) o a 100°C (212°F).

Aun cuando todas estas designaciones han cumplido con propósitos útiles en uno u otro grado, la mayoría de los profesionales de la lubricación se basan y emplean un método como base para la selección de productos.

Para quien es nuevo en el campo de la lubricación, el número de opciones puede parecer confuso, particularmente si el proveedor del lubricante no asocia uno de los sistemas de viscosidad prominentes a la etiqueta del producto.

Para complicar las cosas, los diseñadores de la maquinaria deben definir la viscosidad del lubricante de tal forma que el usuario del equipo comprenda claramente lo que necesita sin tener que solicitar ayuda externa.

Esto indica la necesidad de una designación de viscosidad universalmente aceptada - una que pueda ser empleada por los profesionales de la lubricación, proveedores de lubricante e ingenieros diseñadores de la maquinaria simultáneamente con mínima confusión.

En 1975, la Organización Internacional para la Estandarización (ISO, por sus siglas en inglés), al unísono con la Sociedad Americana para Pruebas de Materiales (ASTM), la Sociedad de Tribólogos e Ingenieros de Lubricación (STLE), el Instituto de Estándares Británicos (BSI) y el Instituto Alemán para la Normatividad (DIN) resolvieron establecer una propuesta que ayude a minimizar la confusión. Esta propuesta se conoce como Grado de Viscosidad de la Organización Internacional de Estandarización, abreviado como ISO VG.

No precisa tener mucho tiempo en este campo para escuchar a alguien decir que la viscosidad es la propiedad física más importante de un fluido al determinar los requerimientos de lubricación. Así que, ¿qué es la viscosidad?

La viscosidad es la medida de la resistencia de un aceite a fluir (esfuerzo de corte) bajo ciertas condiciones. Para simplificar, la viscosidad del aceite representa la medida por la cual el aceite tiende a permanecer en su sitio cuando es empujado (cortado) al mover los componentes mecánicos.

Piense en un esquiador que se desliza sobre el agua. El agua tiene una viscosidad mediad en centistokes de 1. Esta está al fondo de la escala cSt. Podemos ver cuánta agua desplaza un esquiador profesional mientras se desplaza en su trayectoria. Si el esquiador estuviera esquiando en un lago de aceite de engranes SAE 90/ISO 220 y todas las condiciones fueran exactamente iguales, entonces la cantidad de agua salpicada sería considerablemente menor debido a que el fluido resiste a la fuerza de corte del esquí en un grado mucho más alto.

Existen dos puntos de vista de la resistencia a fluir en los cuales están interesados los diseñadores de maquinaria. Uno es la medida de cómo se comporta un fluido ante la presión, como es el caso de una línea hidráulica presurizada. Esta propiedad es llamada viscosidad absoluta (también conocida como viscosidad dinámica) y se mide en centipoises (cP9. La otra consideración es cómo se comporta el fluido ante las fuerzas de la gravedad.

Estos son llamados centistokes, de los cuales ya hablamos. Los dos están relacionados con la densidad relativa del fluido. Para determinar el centipoise de un fluido es necesario multiplicar la viscosidad del fluido por la densidad relativa del fluido, o medirla directamente empleando un viscosímetro. Para los profesionales de la lubricación industrial, el centistoke es la medida que ocupará mayormente nuestra atención.

Por otra parte, al medir la viscosidad en aceites usados, probablemente la peor manera sería hacerlo en unidades absolutas. La medición en centistokes puede distorsionarse debido a que la densidad relativa cambia con la edad, generalmente incrementándola. Es posible que usted exceda los límites de viscosidad absoluta para una máquina, aún cuando la viscosidad cinemática le indique que está bien.

Así que, la viscosidad es la medida de la resistencia de un flujo a fluir.El agua tiene una baja viscosidad de 1cSt y la miel tiene una alta viscosidad, digamos 1,000 cSt. Si una máquina tiene una carga elevada entonces el diseñador de la máquina utilizará un lubricante que se resista a ser desplazado, que podría ser tan pesado como la miel.

Si la máquina opera con alta velocidad, el diseñador de la máquina especificará un lubricante que pueda hacerse a un lado, y regresar inmediatamente. Generalmente, las máquinas tendrán uno u otro; algunas veces los dos al mismo tiempo.

Las viscosidades se definen o asignan utilizando un dispositivo de laboratorio llamado viscosímetro. Para los aceites lubricantes, los viscosímetros tienden a operar más bien por gravedad que por presión. Piense en un viscosímetro cinemático como un largo tubo de vidrio que retiene un cierto volumen de aceite. La medición de la viscosidad del fluido es la cantidad de tiempo que tarda en fluir un volumen determinado de fluido a través del tubo bajo condiciones muy específicas.

Dado que las condiciones son repetibles, ahora es posible medir la cantidad de tiempo que le toma al fluido para fluir a través del tubo, y esta debe ser casi igual cada vez. Esto es similar a la cantidad de tiempo que le toma a un volumen específico de fluido a una temperatura especificada para pasar a través de un embudo. Conforme el fluido se vuelve más espeso – en función del incremento de su resistencia a fluir – entonces le toma progresivamente más tiempo para fluir a través del tubo (embudo).

El agua pasa en un segundo. La misma cantidad de miel tardaría 1000 segundos (hipotéticamente).

Sabemos que si incrementamos y disminuimos la temperatura de un fluido, con frecuencia existe un cambio correlacionado de su resistencia a fluir. El fluido se vuelve más espeso a bajas temperaturas y se adelgaza a altas temperaturas.

Dadas todas esas variables y detalles, varias organizaciones decidieron encontrar una forma de identificar los aceites lubricantes de tal manera que los miembros de dichas organizaciones tuvieran una manera simple y uniforme para comunicarla, educar y finalmente proteger sus intereses.

El propósito del sistema ISO de clasificación de grados de viscosidad es establecer un método para medir la viscosidad para que los proveedores de lubricantes, diseñadores de equipo y los usuarios tengan una base común (estandarizada) para la designación o selección de lubricantes industriales líquidos.

Se analizaron a conciencia diferentes planteamientos antes de que el Comité Técnico de ISO (TC23) concluyera una propuesta lógica y fácil de usar. Hubo que tener en mente algunos importantes criterios desde el inicio, tales como:

· Referenciar los lubricantes a temperatura nominal para sistemas industriales
· Emplear un patrón se ajuste a incertidumbre impuesta por las tolerancias dimensionales de manufactura
· Utilizar un patrón que tenga sensibilidad o repetitividad hacia arriba y abajo de la escala
· Usar un patrón que emplee un reducido número de grados de viscosidad, fácilmente manejable.

La temperatura de referencia para la clasificación debería ser razonablemente cercana al promedio de la experiencia de uso industrial. También debería relacionarse estrechamente a otras temperaturas seleccionadas empleadas para definir propiedades tales como el Índice de Viscosidad (IV), el cual puede ayudar a definir un lubricante.

Un estudio de las temperaturas posibles indicó que 40°C (104°F) era apropiada para las clasificaciones de lubricantes industriales, así como para la definición de las propiedades de los lubricantes. La clasificación de viscosidad ISO consecuentemente está basada en la viscosidad cinemática a 40°C (104°F).

Para que la clasificación pudiera utilizarse en los cálculos de diseño de ingeniería en los que la viscosidad cinemática era sólo uno de los parámetros, fue necesario que el rango de los grados de viscosidad (rango de tolerancia) no excediera de 10 por ciento por arriba y abajo del valor nominal.

Esto representaría un grado de incertidumbre en los cálculos, similar al impuesto por las tolerancias dimensionales de manufactura. Esta limitación, a la par con el requerimiento de que el número de grados de viscosidad no fuera muy extenso, condujo a la adopción de un sistema con separaciones entre los grados de viscosidad.

Esta clasificación define 20 grados de viscosidad en el rango de 2 a 3200 milímetros cuadrados por segundo (1 mm2/s es igual a 1cSt) a 40°C (104°F). Para líquidos base petróleo, esto cubre aproximadamente el rango entre el queroseno y el aceite de cilindros.

Cada grado de viscosidad se designa por el número entero más cercano al punto medio de su viscosidad cinemática en mm2/s a 40°C (104°F), y se permite un rango de +/- 10 por ciento de este valor. En la Tabla 1 se enlistan los 20 grados de viscosidad y los límites apropiados de cada uno.

Tabla 1 - Clasificación de Viscosidad ISO

La clasificación está basada en el principio de que el punto medio (nominal) de la viscosidad cinemática de cada grado de viscosidad debe ser aproximadamente 50 por ciento más grande que el predecesor.

La división de cada década en seis medidas logarítmicas iguales que provee un sistema tal que permite un progresión uniforme de década a década. La serie logarítmica se ha redondeado por razones de simplicidad. Aun así, la máxima desviación para el punto medio de viscosidad de la serie logarítmica es de 2.2 por ciento.

La Tabla 2 reúne los métodos de medición de viscosidad más populares en una sola tabla. Si los profesionales se identifican más con una medida en particular pero quieren ver el rango de viscosidad correspondiente en otra medida, todo lo que tienen que hacer es trazar una línea recta desde la viscosidad de su elección y ver su correlación con los otros tipos de medidas.

Tabla 2 - Clasificación comparativa de viscosidad

Si bien es cierto que algunos grados de viscosidad quedarán fuera en tanto que las compañías adoptan la designación ISO, no es necesario que los usuarios de esos productos dejen de utilizarlos.

Además, no existe intención de ofrecer una definición de calidad de los lubricantes en esta escala. El hecho de que un producto tenga asociado un número ISO VG no tiene nada que ver con sus características de desempeño.

La designación ISO ha estado en proceso de desarrollo desde 1975. El comunicado más reciente se publicó en 1992 (ISO 3448), con una adición en 1993, y contiene 20 gradientes. Esta cubre casi cada tipo de aplicación que los profesionales de la lubricación esperarían encontrar. La comunidad de fabricantes de lubricantes ha aceptado los gradientes recomendados por ISO y ha dedicado apreciable esfuerzo para incluir en esta propuesta sus productos nuevos y viejos.

Es poco probable que todos los que aprendimos sobre los lubricantes de parte de nuestros mentores bajo el toldo de un auto abandonemos el sistema de gradientes SAE. No tenemos que hacerlo. Al menos para los aceites automotrices, esperamos continuar viendo el uso de los valores 10- 20- 30- 40- 50. Es probable, sin embargo, que en el mundo de la lubricación industrial haya más dependencia de ISO en el futuro.

Noria Corporation

Este artículo se publicó originalmente en la revista Machinery Lubrication, ejemplar de julio 2001, bajo el título "ISO Viscosity Grades". Traducción: Roberto Trujillo, Noria Latín América

Registro de buques (Tercera Bandera)

El último barco puesto en servicio por BALEARIA, “Passió Per Formentera” con bandera de Malta me hizo reflexionar sobre por qué los armadores eligen este tipo de registros.

Los costes de los buques suelen clasificarse en los siguientes componentes:

- De capital: amortización contable + costes financieros
- Técnicos: mantenimiento + reparaciones + pertrechos + lubricantes.
- Seguros: casco y máquinas + p&i
- Laborales: salarios + Seg. Social + viajes + vituallas
- Combustible
- Tasas y servicios portuarios
- Impuestos

Una vez que se ha adquirido y financiado un buque determinado, la mayor parte de estos componentes resultan prácticamente fijados por elementos externos al naviero y fuera de su control.

Es el caso de los costes de capital, del combustible y las tasas y servicios portuarios.

En los costes técnicos y de seguros, existe algún posible margen de ahorro, pero en realidad muy pequeño para cualquier armador profesional y responsable.

Aunque haya quien pretenda identificar automáticamente registros abiertos con buques subestándar, lo cierto es que no resulta rentable escatimar en estos ítems; por una parte por su gran incidencia en la conservación del buque y, por otra, la cada vez mayor severidad de los controles de Port State Control. En todo caso, el importe de las mismas no viene determinado por la bandera, sino principalmente por el estilo o política de operación del armador.

Sin embargo, hay dos componentes de los costes de explotación de un buque en los que tiene una incidencia fundamental el marco jurídico al que se encuentra sometido y, por tanto, la bandera que determina el mismo: los fiscales y los laborales.

Dentro de los costes fiscales hay que incluir tanto el impuesto de sociedades, como los que gravan la renta de los tripulantes y las cotizaciones a la Seguridad Social.

La norma general en los registros abiertos es la siguiente:

- No existe un impuesto de sociedades que grave los beneficios empresariales.
En su lugar, la empresa naviera abona una tasa fija, que depende únicamente del tonelaje de arqueo de los buques que opera. Este régimen especial de tributación, conocido como tonnage tax, ha comenzado a ser establecido en algunos países desarrollados sólo a partir de 1997 (con la excepción de Grecia, que disponía de un sistema similar desde hacía muchos años).

- No existe fiscalidad sobre la renta de los tripulantes extranjeros no residentes y no es obligatoria la inscripción de los trabajadores en el sistema de Seguridad Social del país de bandera, aceptándose la cobertura médica y de accidentes mediante un seguro privado.

Por su parte, los costes laborales vienen determinados por una serie de factores:

- Número de tripulantes: Para un buque dado, viene condicionado, entre otros factores, por la aplicación de un régimen de 2 ó 3 guardias. Tanto el Convenio 180 de la OIT como el STCW de la OMI, permiten un régimen de 2 guardias, mientras que algunos países (como España, por ejemplo) siguen exigiendo en todos los casos navegar a 3 guardias. Sólo por este aspecto, a un buque puede
requerírsele hasta 3 tripulantes más, lo que supone alrededor de un 15% adicional de coste laboral.

- Régimen de vacaciones: Es un elemento de enorme importancia, por la necesidad de relevos, incluyendo los viajes, lo que motiva que la plantilla necesaria sea superior al cuadro operativo del buque en un factor multiplicador que es del orden de 1,7 o superior en los registros tradicionales de los países desarrollados, mientras que baja a 1,15 ó 1,20 en los registros abiertos, en los que se aplica con generalidad el contrato por campañas. Dicho de otra forma, sólo por este concepto, los costes laborales bajo los registros tradicionales resultan alrededor de un 45% superiores a los de los registros abiertos.

- Nivel de salarios: Viene determinado principalmente por el nivel de vida imperante en el país de nacionalidad o de residencia del trabajador y, desde el punto de vista jurídico, por las normas aplicables sobre salarios mínimos y por los convenios colectivos o acuerdos similares que resulten de aplicación (por ejemplo, condiciones ITF).

- Nacionalidad: Suelen existir ciertos requerimientos relativos a la nacionalidad del capitán y, a veces, de un cierto porcentaje de oficiales u otros tripulantes, pero, en general, se conceden derogaciones, de forma que es posible emplear tripulantes de cualquier nacionalidad.

Desde el punto de vista de las normas técnicas, los países que ofrecen los principales registros abiertos han ratificado los principales convenios internacionales de la OMI (SOLAS, MARPOL, STCW, etc.) pero no suelen tener normas nacionales en exceso de las mismas.

El control de su cumplimiento se delega, en la inmensa mayoría de los casos, en las Sociedades de Clasificación, de modo que normalmente se evita la duplicidad de inspecciones que con frecuencia se ven obligados a sufrir los buques en los registros tradicionales. La consecuencia es que el nivel de mantenimiento y cumplimiento de las normas de seguridad depende en gran medida de la profesionalidad del armador y de su Sociedad de Clasificación.

Aunque, como se ha indicado anteriormente, un armador responsable no debe esperar obtener una economía sensible bajo los registros abiertos en la partida de mantenimiento y reparaciones, lo cierto es que sí se obtiene en general una flexibilidad de operación sensiblemente mayor.

El valor económico que supone el conjunto de estas ventajas en los costes fiscales y laborales y la mayor flexibilidad en la aplicación de las normas técnicas es muy difícil de cuantificar en términos precisos pues depende de muchos factores.

El mejor ejemplo es la comparación del impuesto de sociedades tradicional (un porcentaje de los beneficios), frente a la tasa fija por tonelaje (tonnage tax). Es evidente que si la empresa no genera beneficios de explotación, es preferible el primero, y viceversa.

No obstante, en términos tanto económicos como de flexibilidad de operación, es indudable que las ventajas de los registros abiertos son muy importantes.

Fuente ANAVE Manuel Carlier de Lavalle
Director General – Asociación de Navieros Españoles (ANAVE)
Profesor Titular de Explotación del Buque – Universidad Politécnica de Madrid