Por muy limpio que parezca, el gasóleo que recibimos en un surtidor contiene miles de partículas microscópicas que pueden estropear el sistema de inyección. Esto ocurre con todos los suministros de combustible, en cualquier lugar. Este combustible debe limpiarse antes de llegar a la bomba de inyección.
Básicamente, la responsabilidad de limpiar el suministro de combustible recae sobre nosotros, los propietarios de embarcaciones. Si el combustible no está limpio y el motor se daña, es nuestro problema, no el de los proveedores de combustible. Y la garantía de un motor nuevo quedará anulada.
La primera línea de defensa, como vimos en la última lección, consiste en asegurarse de que el depósito de combustible esté limpio y en establecer prácticas de repostaje que garanticen que solo se introduzca en el depósito combustible visiblemente limpio y transparente (translúcido). Es necesario contar con un sistema de muestreo del depósito de combustible para extraer periódicamente una muestra de combustible del fondo del depósito. Si hay algún indicio de contaminación, hay que seguir extrayendo combustible del fondo del depósito hasta que salga visiblemente limpio y transparente.
A partir de ahí, todos los motores diésel marinos requieren una filtración de combustible de al menos dos etapas, con un filtro primario diseñado para separar el agua atrapada en el combustible diésel y retener los contaminantes de mayor tamaño, y un filtro secundario diseñado para eliminar todas las demás partículas de tamaño igual o superior a varias micras que puedan dañar el sistema de inyección de combustible.
Los filtros de combustible están disponibles en una gran variedad de configuraciones y grados de filtración. En las próximas lecciones analizaremos la importancia de estos factores para determinar cuál es el más adecuado para cada motor. Profundizaremos en este tema para que se haga una idea de lo importante que es, pero, de hecho, puede saltarse los detalles y pasar directamente a las lecciones sobre el mantenimiento de los filtros, comprando únicamente los filtros de combustible del fabricante del motor o recomendados por él. Debemos dar por hecho que los filtros suministrados por el fabricante cuentan con las propiedades de filtración adecuadas.
Partículas dañinas
Mientras que la presión en los sistemas de inyección convencionales rara vez supera los 5.000 psi (350 bar), no es raro encontrar 30.000 psi (2.000 bar) en los motores common rail de alta presión (HPCR), llegando algunos a alcanzar los 40.000 psi (2.700 bar). Este tipo de presiones requieren tamaños de orificios, holguras y tolerancias de mecanizado de entre 1 y 3 micras, siendo una micra la millonésima parte de un metro (0,000039 pulgadas; una micra también se representa como 1 µm). Las válvulas electrónicas de los inyectores funcionan hasta setenta veces por segundo con movimientos de tan solo 30 µm. Para poner esto en perspectiva, un cabello humano mide alrededor de 80 micras, y el ojo humano puede detectar objetos de hasta unas 40 micras.
El principal laboratorio de Estados Unidos dedicado a realizar ensayos independientes de emisiones de motores y otras pruebas es el Southwest Research Institute (SwRI), con sede en San Antonio, Texas. Recurren a él la mayoría de los principales fabricantes de motores y la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA).
En el año 2000, el SwRI llevó a cabo exhaustivas pruebas con diésel de ultrabajo contenido en azufre (ULSD) para determinar los tamaños de partículas más perjudiciales en sistemas de inyección de combustible de presión relativamente baja (convencionales). Las partículas en el rango de 0-5 µm tuvieron, como mucho, un impacto moderado. Las de 4-8 µm, 5-10 µm y 10-20 µm tuvieron un impacto drástico. Se determinó que las partículas de más de 6-7 µm deben filtrarse, de ahí que los filtros secundarios de la mayoría de los sistemas de inyección convencionales tengan una clasificación de 7 µm o menos.
En 2011 se repitieron pruebas similares con sistemas de inyección HPCR que funcionaban a unos 25.000 psi (1.700 bar). La prueba inicial se realizó con polvo de 0,8-2,5 µm. Esto tuvo un impacto mínimo. Una segunda serie de pruebas con polvo de 2-6 µm provocó daños importantes en los inyectores. Y una tercera serie de pruebas con polvo de 1,5-3,5 µm provocó daños considerables. Se concluyó que las partículas en el rango de 2-3 µm son potencialmente las más dañinas.
El SwRI descubrió que las partículas duras que quedan atrapadas entre las superficies de la válvula inyectora del HPCR cuando ésta se cierra provocan hendiduras microscópicas en las superficies metálicas. Con el paso del tiempo, a medida que se producen más hendiduras, estas comienzan a unirse entre sí, creando una vía por la que puede fluir el combustible. Una vez que el combustible fluye, dadas las presiones extraordinariamente altas que se dan en estos sistemas, el fluido —y cualquier partícula arrastrada por él— actúa como un cortador de chorro de agua, marcando rápidamente una ranura en las superficies de asiento de la válvula.
Contaje de partículas
Existen diversas pruebas para determinar cuántas partículas de un tamaño determinado atraviesan los filtros de combustible hasta llegar a los sistemas de inyección y a los inyectores. Como veremos, ninguna de estas pruebas refleja situaciones reales, pero, no obstante, definen un mecanismo para establecer objetivos de reducción de partículas y especificaciones de los filtros. En la norma ISO 4406 (ASTM D7619) se establece un proceso para clasificar los tamaños y volúmenes de las partículas. Se indica el número de partículas encontradas en un mililitro (1 ml, lo que equivale aproximadamente a una quinta parte de una cucharita) de fluido para tres grupos de tamaños diferentes: mayores de 4 µm, mayores de 6 µm y mayores de 14 µm.
La norma ISO 4406 cuenta tres tamaños diferentes de partículas en 1 ml de combustible (aproximadamente 1/5 de una cucharita).
El ensayo se realiza con una muestra de 100 ml (es decir, 100 veces el volumen de referencia de 1 ml). El recuento se muestra en una escala logarítmica. Esto significa que un aumento de un punto representa una duplicación del número de partículas. Supongamos que tenemos una clasificación ISO de 9. El número de partículas es 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 (es decir, 2 multiplicado por sí mismo 9 veces). Esto da un total de 512. Si dividimos 512 entre 100 (para pasar de la muestra de ensayo de 100 ml al tamaño de informe de 1 ml), obtenemos 5,12. Esto se redondea a 5. Por lo tanto, una clasificación ISO de 9 equivale a un conteo de partículas de hasta 5 partículas por ml de un cierto tamaño.
Cada aumento de tan solo un punto en el índice ISO duplica el recuento de partículas con respecto al índice anterior; un aumento de dos puntos en el índice supone un aumento de cuatro veces en el recuento de partículas; un aumento de tres puntos en el índice, un aumento de ocho veces en el recuento de partículas; y así sucesivamente. Pequeños aumentos en el índice ISO representan aumentos importantes en los niveles de contaminación.
Las clasificaciones se muestran como tres números separados por una barra. El primero es el recuento de partículas de 4 µm y superiores, el segundo el de 6 µm y superiores, y el tercero el de 14 µm y superiores. Por lo tanto, el recuento de 4 µm incluye los recuentos de 6 y 14 µm, y el recuento de 6 µm incluye el de 14 µm.
La tabla de códigos ISO 4406 que hemos incluido indica el número mínimo y máximo de partículas por mililitro para el rango de índices ISO aplicables al combustible diésel y a los filtros de combustible diésel. No hemos incluido la tabla ISO completa.
Carta mundial de combustibles (WWFC)
Ya en 1998, los fabricantes de sistemas de inyección de combustible reconocieron que las dos normas clave que regulaban la calidad del combustible —la ASTM D975 en EE. UU. y la EN 590 en Europa— resultaban insuficientes para los sistemas de inyección de alta presión que estaban surgiendo. La Carta Mundial de Combustibles (WWFC) se elaboró con el fin de definir unos estándares mínimos de calidad del combustible diésel, incluido su nivel de limpieza. Esta última se definió en términos de la norma ISO 4406 y se especificó como 18/16/13. La WWFC se ha revisado seis veces desde 1998, siendo la última versión la Edición 6, publicada en 2019, pero la definición de los niveles máximos permitidos de partículas en el suministro de combustible se ha mantenido igual.
Si observamos la Tabla 1, vemos que el objetivo WWFC de 18/16/13 equivale a entre 1.300 y 2.500 partículas por ml en el rango de 4 µm, de 320 a 640 partículas en el rango de 6 µm y de 40 a 80 partículas por encima de 14 µm.
Aunque el combustible que sale de fábrica cumpla con la norma ISO 18/16/13, la acumulación de residuos en la cadena de suministro suele provocar niveles de contaminación en los surtidores de combustible de hasta ISO 22/19/16. Debido al carácter logarítmico del sistema de numeración ISO, esto supone un aumento de casi diez veces en los niveles de contaminación con respecto a los límites de la WWFC. Un estudio (citado por Fleetguard, el desarrollador de sistemas de filtración para los motores Cummins) «reveló que más del 50 % del combustible a nivel mundial no cumple la norma de limpieza de combustible ISO 4406 18/16/13».
IEn cualquier caso, 18/16/13 no es lo suficientemente limpio para los sistemas de inyección convencionales y ni mucho menos para los sistemas de inyección de combustible HPCR. En lo que respecta a los sistemas de inyección convencionales no es raro encontrar recomendaciones de 16/13/8, e incluso de 12/9/6 para equipos con pocas horas de servicio que se utilizan de forma intermitente (prácticamente todos los motores de embarcaciones de recreo). Esto tiene como objetivo minimizar la presencia de contaminantes en el sistema de combustible cuando el motor está al ralentí o apagado. 12/9/6 equivale a entre 20 y 40 partículas en el rango de 4 µm, de 2,5 a 5 partículas en el rango de 6 µm y de 0,32 a 0,64 partículas por encima de 14 µm. Esto supone una reducción de casi cien veces los niveles objetivo de la WWFC y de mil veces los niveles habituales de contaminación en los depósitos. Es un obstáculo difícil de superar.
El objetivo 12/9/6 es un punto de partida para los sistemas HPCR. Algunos proveedores de sistemas de inyección de combustible exigen ahora niveles de limpieza de ISO 11/8/3. Esto supone reducir a la mitad, una vez más, los contaminantes permitidos con respecto a la norma ISO 12/9/6; es decir, una reducción de dos mil veces con respecto a la norma ISO 22/19/16.
Nosotros, como propietarios de embarcaciones, tenemos la responsabilidad de garantizar estos niveles de limpieza. No es necesario que recuerde todos los números que hemos dado en esta lección. ¡Solo tiene que entender el mensaje sobre la necesidad de ser muy meticuloso con la limpieza del combustible y el mantenimiento de los filtros! Ahora profundizaremos en cómo garantizar los niveles de limpieza necesarios.