Características de los aditivos del Combustible Diesel

En su formulación se incluyen:

Estabilizantes: Retardan el envejecimiento y degradación normales del combustible Diesel y evitan el aumento de sedimentos por incremento del tamaño de las partículas pequeñas en suspensión.

Anti emulsionantes: Aceleran la velocidad de decantación del agua, para eliminarla más fácilmente.

Dispersantes: Provocan la separación uniforme de las partículas ya existentes de

asfaltenos, carbones y demás sólidos que contiene el Diesel, minimizando la formación de lodos.

Mejoradores de índice de cetano: El índice de cetano es una medida de la calidad de ignición del combustible diesel, no una medida de la calidad del propio combustible. Los mejoradores del índice de cetano facilitan la ignición más rápida y uniforme del combustible. Previenen la combustión prematura y la excesiva tasa de aumento de la presión en el ciclo de combustión.

Los combustibles con mayor índice de cetano tienen retrasos de ignición menores que los combustibles con menores índices de cetano. Los combustibles con mayor índice de cetano dejan más tiempo para que se complete su proceso de combustión. Por lo tanto, los motores diesel de mayor velocidad funcionan con más efectividad con combustibles de mayor índice de cetano.

Inhibidores de corrosión: Protegen las partes metálicas de los circuitos de combustible.

La corrosión es un proceso electroquímico que puede afectar a prácticamente cualquier material. En la molécula del diésel hay muchos átomos de oxígeno, pero además hay otros tipos de corrosión que no requieren del O2 para tener lugar.

La cámara, las toberas y algunas otras piezas del sistema de alimentación están en permanente contacto con el combustible.

Detergentes: Reducen la formación de depósitos carbonosos y la pérdida de caudal en los inyectores, manteniendo una óptima pulverización.

Producen el efecto de limpieza en la cámara y la tobera, pero se trata siempre de una reacción química lenta, sin erosión mecánica sobre los depósitos.

Mejoradores del punto de turbidez: Los mejoradores del punto de turbidez reducen la temperatura a la cual se observa la primera precipitación de parafina.

Tensioactivos: Disminuyen la tensión superficial del combustible y consiguen mejor pulverización, básica para conseguir una buena combustión.

Mejoradores de lubricidad: Los combustibles diesel con bajo contenido en azufre se han convertido en una necesidad medioambiental, debido a las emisiones de los motores diesel. Pero la reducción del contenido de azufre y sustancias aromáticas de los combustibles diesel ha dado lugar a problemas de lubricidad.

Los combustibles diesel con bajo contenido de azufre hacen que aumente el desgaste de todo tipo de equipos. Los mejoradores de lubricidad permiten restaurar el nivel requerido de lubricidad, creando una fina película sobre las superficies metálicas, lo que evita el contacto directo de metal contra metal.

Ventajas por el uso de aditivos en el combustible diesel

Ahorro de combustible (media del 2,4 % al 3,1 %). El aditivo al eliminar la carbonilla y residuos provoca que la combustión sea óptima siendo la combustión más eficiente disminuyendo así el consumo, los humos y gases contaminantes.

Ahorro en mantenimiento (mayor TBO y menor consumo de válvulas).

Mayor vida media de piezas y equipos.

Menor formación de lodos y menores gastos de tratamiento (disminución del 50 al 70 %).

Menores paros de limpieza de turbocompresores (reducción a la mitad).

CEPSA: nuevo combustible de uso marítimo (Diésel Marino 'B')

Pensando en la nueva normativa del Convenio Marpol que se aplicará en las zonas de Emisión Controlada de Azufre (ECAs) en el Norte de Europa, Estados Unidos y Canadá, a partir del próximo 1 de enero de 2015, a todos los barcos que naveguen por estas zonas Cepsa (petrolera Española) ha presentado recientemente un nuevo combustible de uso marítimo denominado DMB 0,1% (Diésel Marino 'B').

La petrolera ha logrado adaptar los recursos de los que dispone actualmente en las refinerías, en concreto una corriente ya existente, para poder producir el DMB 0,1%.

Este avance permite poner en valor el compromiso que Cepsa mantiene con el entorno y que lleva a la compañía a mantenerse a la cabeza de I+D+i, anticipándose a las exigencias legales y medioambientales.

Su formulación proporciona una adecuada protección del sistema de alimentación y de los inyectores, manteniendo las prestaciones de la maquinaria y alargando su vida útil.

El objetivo de la empresa petrolera es tener el nuevo diésel marino del tipo B disponible en sus principales puertos de suministro a partir de diciembre de este mismo año.

Cabe reseñar que el nuevo producto se configura como una clara alternativa al gas natural licuado (GNL) por el menor precio de la transformación que requieren los buques. Muchos armadores han apostado por los denominados Scrubbers o catalizadores, cuya función es reducir los residuos de la combustión de fuel más pesado (a partir de un 0,5 de contenido en azufre).

Conceptos sobre combustión en motores diesel

La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor.

La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxígeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente más habitual.
La composición cuando el aire es seco, se establece en las siguientes proporciones en volumen:

                Oxigeno 20.99 %

                Nitrógeno 78.03 %

                Argón y otros gases raros  0.94 %

                Bióxido de carbono 0.03 %

                Hidrógeno 0.01 %

Es importante destacar que el combustible no reacciona con el nitrógeno. Por lo tanto el nitrógeno del aire pasará íntegramente a los productos de combustión sin reaccionar.

Para una combustión perfecta del oxígeno con el carbono, hidrógeno, azufre, nitrógeno y demás compuestos del combustible se necesita:

Por cada átomo de carbono dos átomos de oxígeno, formando el gas anhídrido carbónico (CO₂); también se puede combinar un átomo de carbono con uno de oxígeno formando el gas monóxido de carbono (CO). Este gas debe evitarse porque la combustión del carbono en forma de CO propicia la emisión de los gases de efecto invernadero.

El hidrógeno se combina siempre en proporción de un átomo con dos de oxígeno formando el H₂O.

El azufre se combina en proporción de un átomo con dos de oxígeno formando el gas anhídrido sulfuroso (SO₂); este gas es perjudicial porque al enfriarse los productos de la combustión, el agua precedente de la combustión del hidrógeno se condensa y reacciona con el SO₂ formando ácido sulfúrico (H₂SO₄), el cual es sumamente corrosivo.

El nitrógeno necesita por cada átomo dos átomos de oxígeno, formando el dióxido de nitrógeno y otros compuestos nitrogenados.

En general podemos decir que de acuerdo a como se produzcan las reacciones de combustión, estas pueden ser:

Combustión completa: 

Ocurre cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta el máximo grado posible de oxidación. En este caso no habrá presencia de sustancias combustibles en los productos o humos de la reacción. 

Combustión incompleta:

Se produce cuando no se alcanza el grado máximo de oxidación y hay presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de la reacción.

La combustión incompleta del motor diesel lleva a aumentos del monóxido de carbono (CO), hidrocarburos no quemados (HC), partículas de hollín, y otros productos de la combustión incompleta que se apreciarán como humo negro que sale del sistema de escape.

Combustión estequiométrica o teórica: 

La reacción de combustión de una molécula de combustible requiere de varias moléculas de oxígeno, en función del número de carbonos e hidrógenos de que esté compuesta.

A la proporción de 14.7 gramos de aire por cada gramo de combustible, se la llama combustión estequiométrica. En este tipo de combustión no hay presencia de oxígeno en los humos, debido a que este se ha empleado íntegramente en la reacción. 

Una palabra misteriosa: Lambda

Se llama λ (lambda) al cociente entre la masa de aire y la masa de combustible de una mezcla.

Una lambda de 14.7 indica que la mezcla es estequiométrica o teórica, o sea, que hay justo el aire necesario para quemar el combustible que hay. Cuando se consigue, decimos que el 'factor Lambda' es igual a 1.

Se llama lambda relativa (λ_R) al cociente entre la lambda y la lambda estequiométrica.

Sonda Lambda: Es un sensor que se instala en el colector de escape del motor y que mide la concentración de oxígeno en el escape.

La labor de la sonda Lambda es fundamental en el buen funcionamiento del motor y para que las emisiones no se disparen. Para conseguirlo, tras medir la cantidad de oxígeno en los gases de escape, envía una señal eléctrica que corrige constantemente la composición de la mezcla aire-combustible y lograr así que sea cercana a la estequiométrica.

Combustión con exceso de aire:

Es la reacción que se produce con una cantidad de aire superior al mínimo necesario.

Una lambda mayor que 1 indica que la mezcla es pobre, con exceso de aire.

Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no producir sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión es típica la presencia de oxígeno en los gases de combustión.

Combustión con defecto de aire:

Es la reacción que se produce con una menor cantidad de aire que el mínimo necesario. 

Una lambda menor que 1 indica que la mezcla es rica, con exceso de combustible.

Por último,  se deberá tener en cuenta qué es necesario para que la reacción se produzca, es decir, qué condiciones se deben cumplir para que en el seno de una mezcla de aire y combustible se produzca el inicio de la combustión.           

El Combustible utilizado en Motores Diesel

Un Motor Diesel necesita combustible limpio para que funcione de manera eficaz y reduzca al mínimo los costos de mantenimiento. Un gran número de posibles averías provienen del sistema de alimentación de combustible.

Las características del combustible que debemos tener en cuenta son:





Al recibir el combustible diesel, nadie sabe si está contaminado, pero una vez que el diesel contaminado ingresa al sistema de combustible, es muy difícil eliminarlo.

 

El combustible diesel es un combustible orgánico y proporciona las condiciones ideales para la alimentación y el desarrollo de hongos, levaduras y bacterias microscópicos ya que contiene:

• Agua disuelta para que germinen
• Carbono para que se alimenten
• Oxígeno y azufre para que respiren
• Oligoelementos para crezcan y se propaguen

Una vez que el agua ingresa en el sistema de combustible diesel crea la oportunidad para una invasión de microorganismos. Los microbios atacan en la interfaz de combustible/agua, donde proliferan y se multiplican.

 

Si está sufriendo alguno de estos problemas, está sufriendo contaminación en sus tanques o depósitos de gasoil.

• Obstrucción de los sistemas de drenaje, se taponan los filtros
• Disminución en el rendimiento y la estabilización del gasoil
• Corrosión de las partes metálicas de los tanques de gasoil
• Aparición de filamentos gelatinosos en el combustible que producen obstrucción de los filtros de gasoil

Las bacterias que se encuentran en el aire y en la humedad, o las que están presentes durante el llenado de los tanques se depositan, latentes, en las fisuras diminutas del caucho, el metal y el revestimiento de poliuretano de los tanques y los sistemas de combustible. 

 

Luego, ante la presencia de agua y cuando el ambiente alcanza el nivel de temperatura adecuado, comienzan a reproducirse en la interfaz de combustible/agua. Son microscópicas y pueden desarrollarse hasta formar un manto de bacterias, visibles de inmediato a simple vista. 

 

Hongos, Levaduras y Baterías

 

Cada especie tiene sus características propias:

 

Hongos: Los hongos, como se conocen comúnmente, dependen de los hidrocarbonos del combustible como fuente de alimentación y del oxigeno del agua, que casi siempre está presente en los tanques de combustible, para sus necesidades respiratorias.

 

Su apariencia es gris/negro, como sedimento fangoso y crecen como filamentos ramificados, denominados hyphae, de unos pocos micrones de diámetro, y forman un manto de tejido micelial espeso y duro en interfaces de combustible/agua.

 

Estas bacterias están presentes en todos los combustibles y pueden causar corrosión o oxidación por sus subproductos acídicos.

 

Levaduras: prefieren ambientes ácidicos. Brotan en la célula madre de la que finalmente se separan. Tardan varias horas en reproducirse.

Bacterias:

• forman mantos espesos rápidamente.
• se alimentan de la energía potencial del combustible y reducen el poder calorífico y las propiedades lubricantes.
• excretan ácidos y gomas en todo el sistema, como sustancias de residuo.
• reducen los sulfatos a sulfuros, lo que crea un ambiente acídico.

Utilizan hidrocarburos y se reproducen en forma asexuada, por fisión binaria; a medida que se alimentan, crecen en tamaño hasta separarse en dos células. De esta forma los microbios se duplican en cantidad cada veinte minutos.

Bacterias reductoras del sulfato (BRS): Son un grupo específico de bacterias que utilizan carbono simple, en lugar de hidrocarburos, y necesitan de la actividad de un consorcio microbiano. 

 

Las bacterias aerobias (en presencia de oxígeno) o anaerobias (sin oxígeno) tienen un efecto combinado. Las bacterias aerobias (sulfato como agente oxidante) crean una película para consumir primero el oxígeno. Esto permite la proliferación de las bacterias anaerobias (sulfato como agente reductor).

 

Se adhieren al acero como una película y comienzan con su tarea. Obtienen los nutrientes de su entorno y se multiplican. Son particularmente difíciles de tratar y generan un producto derivado residual con un fuerte olor a azufre, similar al de los huevos en mal estado (sulfuro de hidrógeno). 

 

Bacterias reductoras del hierro: Contribuyen también a la corrosión, ya que se alimentan del acero, y transforman la ferrita en un óxido mediante una reacción química.  

 

Las ventajas de utilizar combustible limpio para alimentar nuestro motor se pueden enumerar en:

• Minimizamos la obstrucción de los filtros y los circuitos de combustible.
• Protegemos los inyectores y las bombas ante posibles restricciones de flujo.
• Protegemos el motor ante la corrosión bacteriana; las bacterias BRS se posan como una película sobre las piezas de acero y se alimentan de él, desgastando el al árbol de levas, las camisas de los cilindros, los aros y los cojinetes.
• Corrosión de las gomas de los circuitos, las bombas y los inyectores.

 

Reducción de Emisiones Contaminantes en Motores Diesel Marinos (II)

Fuente Delphi

Los óxidos de nitrógenos (NOx)

Los NOx se producen por la oxidación del nitrógeno del aire. Esta reacción sólo se produce a muy alta temperatura cuando el exceso de aire es importante.

Para limitar las emisiones de óxidos de nitrógeno, se utiliza un dispositivo que permite enviar hacia la admisión una parte de los gases de escape para limitar la cantidad de aire fresco admitido en el motor. Este dispositivo llamado EGR del inglés "Exhaust Gas Recirculation" permite controlar la cantidad de gas de escape enviado hacia la admisión.

Si esta cantidad es demasiado baja, la eficacia del sistema no es optimizada. En caso contrario, se constata un aumento de los humos, de los hollines y de las inestabilidades del motor debidas a la falta de aire fresco.

La reducción de las emisiones de óxidos de nitrógeno puede hacerse también mediante un postratamiento de los gases de escape en un catalizador. El principio consiste en reducir las moléculas de NOx formadas durante la combustión para obtener moléculas de oxígenos por un lado y moléculas de nitrógeno por otro. 

Las partículas PM

Los humos y los hollines pueden ser el resultado:

1) De una mezcla demasiado rica. La falta de aire no permite una combustión completa y favorece la formación de partículas.

2) De una mala pulverización del carburante en la cámara de combustión. 

Cuanto más importante es el tamaño de las gotitas, mayor es el tiempo necesario para su vaporización. Si este plazo se vuelve demasiado importante, la parte central de la gotita no tendrá tiempo de vaporizarse. 

Bajo el efecto de la altísima temperatura que reina en la cámara de combustión, las moléculas de carburante no vaporizadas sufren un cracking. Este fenómeno físico produce compuestos carbonosos muy duros que constituyen los hollines y otras partículas características de los motores diesel.

Los hidrocarburos no quemados (HC)

Los HC resultan de una falta de oxígeno local (mal reparto del carburante) o de una inyección del carburante en zonas frías de la cámara de combustión (típicamente cuando el carburante empapa las paredes).

La cámara de combustión toroideal y los nuevos sistemas de admisión (swirl) combinadas con la inyección directa permiten obtener:

1) Un tipo de turbulencias muy elevado que garantiza un muy buen reparto del carburante en la cámara de combustión. Se evita así la formación de las zonas ricas donde nacen los residuos no quemados.

2) Una cámara de combustión compacta cuyas paredes son suficientemente cálidas para evitar la formación de residuos no quemados.

El monóxido de carbono CO

Su presencia en los gases de escape resulta de la oxidación incompleta del carbono contenido en el combustible.

Esta oxidación incompleta es la consecuencia de una combustión que se desarrolla global o localmente en mezcla rica. El motor diesel funciona con un exceso de aire importante; las emisiones de CO quedan pues reducidas.

Es posible reducirlas más eliminando las zonas ricas de la cámara de combustión. Para ello, es necesario optimizar la aerodinámica interna de la cámara de combustión para generar un tipo de turbulencias muy elevado.

Mejorando la combustión en Motores Diesel. Reducción del consumo de combustible

La reducción del consumo se obtiene mejorando el control de la combustión, es decir, adaptando el coeficiente de aire, el caudal inyectado, el avance y la presión de inyección en función de las necesidades del motor en toda la banda de funcionamiento. 

En relación a los sistemas de inyección convencionales, el sistema Common Rail aporta una flexibilidad de utilización que permite ajustar con precisión el caudal inyectado, el avance, el grado de introducción y la presión de inyección en función de las necesidades del motor para todas las condiciones de funcionamiento.

 

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