Reducción de emisiones
Todos los motores diésel emiten gases nocivos. Ya en 1994, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de EE. UU. comenzó a establecer límites legales para las particulas (partículas microscópicas de carbono) y para el óxido de nitrógeno (que genera ozono troposférico). La EPA introdujo su normativa de emisiones Tier 1. Y Europa siguió su ejemplo (Fase1). Luego vino la Tier 2. Ahora estamos en la Tier 3 de la EPA para motores diésel de hasta 600 kW/800 CV y en la Tier 4 de la EPA para aquellos de más de 600 kW/800 CV. La Tier 3 entró en vigor en 2013-14; todos los motores vendidos desde entonces deben cumplir con la Tier 3. Los motores vendidos en EE. UU. y Europa entre 2004 y 2008 hasta 2013-14 cumplirán con la Tier 2. Antes de eso, la Tier 1 entró en vigor entre 1996 y 2000.
En Europa existe ahora la Fase 5 y, para las embarcaciones de recreo la Directiva sobre Embarcaciones de Recreo (RCD2); además, tenemos los niveles II y III de la Organización Marítima Internacional (OMI). ¡Todo esto puede resultar confuso! En la práctica, las distintas normas son muy similares. Los motores diésel de recreo más nuevos de menos de 600 kW/800 CV cumplirán con la Tier 3 de la EPA, y los de más potencia, con la Tier 4 de la EPA.
Los motores Tier 2 siguen exportándose al Tercer Mundo. Debido a que los requisitos de emisiones son menos estrictos, puede resultar tentador comprar uno de estos motores e importarlo a Estados Unidos o Europa. ¡Esto es ilegal!
La legislación sobre emisiones es lo que se conoce como «impulso tecnológico» o regulación forzosa de tecnología. Se establece un objetivo de reducción de emisiones que los fabricantes de motores no pueden cumplir en el momento en que se fija dicho objetivo. Se fija un plazo para su cumplimiento. En cada nivel sucesivo de la normativa Tier, los fabricantes de motores han desarrollado la tecnología necesaria para poder cumplir con la nueva norma en el momento en que entrara en vigor. La principal forma de lograrlo ha sido aumentando las presiones de inyección de combustible junto con la sofisticación de los procesos de inyección, lo que ha dado lugar a un grado de control de la combustión mucho mayor del que era posible en el pasado con los sistemas de inyección de combustible convencionales.
Volkswagen ‘dieselgate’
Lamentablemente, algunas de las medidas adoptadas para reducir las emisiones, como la recirculación de los gases de escape(EGR en inglés), reducen la eficiencia; existe una disyuntiva entre la reducción de emisiones y la eficiencia. Debido a esta disyuntiva, a pesar de la sofisticación del sistema common rail (CR)(CR) y otras tecnologías que analizaremos en breve, la eficiencia en el consumo de combustible no ha mejorado, en general, mucho más allá de los niveles observados en la década de 1970, antes de que existiera ninguna legislación sobre emisiones. En cambio, hemos reducido drásticamente las emisiones.
Este dilema entre emisiones y eficiencia es lo que fundamenta al conocido escándalo del «dieselgate» de Volkswagen (VW). VW incorporó un software que permitía a la unidad de control electrónico (ECU) del motor detectar cuándo un vehículo se encontraba en una cámara de pruebas de emisiones, momento en el que la ECU pasaba a un modo de cumplimiento de las normas de emisiones. Tan pronto como el coche salía de la cámara de pruebas, la ECU volvía al modo de eficiencia. En el modo de eficiencia, las emisiones solían ser muchas veces superiores a los límites de emisiones (según se informa, hasta cuarenta veces). ¡VW se vio en apuros cuando unos estudiantes universitarios intentaron averiguar cómo VW podía alcanzar niveles de eficiencia más altos que otros fabricantes de automóviles sin dejar de cumplir con los límites de emisiones!
Activistas medioambientales alemanes protestan contra Volkswagen (Photo: Jörg Farys/BUND)
Otro factor que contribuye a la reducción de las emisiones es la capacidad de mantener estas altas presiones de inyección y un control preciso de la inyección incluso a bajas revoluciones y con cargas reducidas. Esto tiene el efecto secundario beneficioso de minimizar la formación de carbonilla. Estas nuevas tecnologías tienen importantes implicaciones para el mantenimiento y la resolución de averías, que trataremos en la próxima lección.
Tecnologías relacionadas con las emisiones
Antes de profundizar en los sistemas de inyección a alta presión, debemos tener en cuenta otras tecnologías que se encuentran en muchos motores de la norma Tier 3, especialmente en el sector del automóvil y el transporte por carretera, y que probablemente estén presentes en algunas de nuestras embarcaciones. Nos referimos a los turbocompresores de geometría variable y de varias etapas. Se trata de equipos sofisticados que solo deben tocar los profesionales.
Un turbocompresor de geometría variable (TGV)
Contamos con filtros de partículas diésel (FAP-Filtro Anti-Partículas), que son el equivalente diésel al convertidor catalítico de un motor de gasolina. Por suerte, no son muy habituales, ya que ¡no les sienta bien el ambiente salino! Debería buscar un motor que cumpla con la normativa de emisiones sin un FAP.
Un filtro anti-partículas diesel (FAP)
Contamos con un sistema de recirculación de gases de escape (EGR). El óxido de nitrógeno es producto de las altas temperaturas en los cilindros, que suelen darse sobre todo cuando el motor está sometido a cargas elevadas. Un sistema EGR recircula los gases de escape, que por definición tienen un contenido bajo en oxígeno, de vuelta a la admisión de aire del motor. Esto reduce la cantidad de oxígeno disponible para la combustión, lo que disminuye el combustible que se puede quemar y la potencia que se puede desarrollar, y esto a su vez reduce la temperatura del cilindro.
Los sistemas EGR son más habituales en los motores diésel de automóviles y camiones que en los pequeños motores diésel marinos. Si lo encontramos, es otro componente que tampoco tocaremos. Sin embargo, es probable que un sistema EGR cuente con un intercambiador de calor refrigerado por agua de mar del circuito de recirculación y, de ser así, debemos localizarlo, ya que el intercambiador de calor requiere cierto mantenimiento.
Sistema de recirculación de gases de escape (EGR) con un intercambiador de calor independiente, el enfriador del EGR
Los motores diésel marinos de mayor cilindrada (y muchos motores diésel de automoción) utilizan la reducción catalítica selectiva (SCR) para minimizar la formación de óxidos de nitrógeno. Esto se consigue inyectando un líquido (urea) en el flujo de gases de escape que, junto con un catalizador, descompone los óxidos de nitrógeno en nitrógeno y agua. Aquellos de ustedes que tengan motores diésel de automoción con un depósito independiente para el líquido de escape diésel (DEF), que suele ser de color azul (una marca líder es AdBlue), tienen un sistema SCR.
No existe una infraestructura de suministro marítimo de DEF, y los sistemas SCR requieren un mantenimiento adicional considerable. Afortunadamente, aunque suelen ser obligatorios para cumplir con la normativa de emisiones Tier 4 (motores de más de 600 kW/800 CV), no son necesarios para los motores diésel marinos de las normas Tier 1, 2 o 3. Se trata de otro sistema que conviene evitar en la medida de lo posible.