Ahora tenemos aire en los cilindros para la combustión. ¿Qué ocurre en el lado del escape?
Cualquier restricción en el lado del escape afecta al flujo de aire y gases a través del motor, al igual que lo haría una restricción en el lado de admisión, con repercusiones negativas en el rendimiento y, tal vez, consecuencias perjudiciales. En las embarcaciones, especialmente en los veleros y en las embarcaciones con generadores, existen numerosos problemas relacionados con la formación de carbonilla.
Este codo de escape presenta una corrosión muy avanzada
La causa principal es el funcionamiento prolongado a bajas cargas (el ciclo de trabajo típico de un generador marino o de un motor de propulsión cuando se usa para cargar las baterías estando fondeados), y/o el funcionamiento durante breves periodos de tiempo sin que el motor haya alcanzado la temperatura óptima (el ciclo de trabajo típico de un velero que utiliza el motor únicamente para entrar y salir de un amarre, o para echar y recoger el ancla).
Para el funcionamiento prolongado a baja carga, Yanmar recomienda, cada dos horas aproximadamente, poner el motor en punto muerto y acelerar a fondo cinco veces para eliminar los residuos de carbonilla. No conocemos a nadie que lo haga y nosotros tampoco lo hemos hecho. ¡Hay mejores formas de tratar con las acumulaciones de carbonilla!
Las consecuencias negativas del funcionamiento a baja carga y/o de corta duración son mucho más pronunciadas en los sistemas de inyección convencionales (véase esta lección) que en los sistemas HPCR. Esto se debe a que, en el sistema de inyección convencional, no existe el mismo control preciso sobre los procesos de inyección de combustible que en los sistemas HPCR. Además, dado que la bomba de inyección convencional es accionada por una correa, cadena o engranaje conectado al cigüeñal, cuanto más lento funciona el motor, más lento gira el eje de transmisión de la bomba, más lento se mueven los pistones de la bomba y más tiempo hay para que se produzcan pérdidas de presión en el sistema de alta presión.
Una presión reducida en el inyector da lugar a una inyección menos eficaz, lo que aumenta la probabilidad de que se produzca una combustión deficiente y, por consiguiente, una formación excesiva de carbonilla a partir del combustible parcialmente quemado. Dado que el motor aún no se ha calentado por completo, se genera humedad, lo que da lugar a la formación de un lodo de carbonilla dañino que se adhiere a las válvulas de escape y a los conductos de escape. Posteriormente, este lodo se endurece y se convierte en una costra dura de carbonilla.
Este motor de velero tiene 700 horas de funcionamiento...
...y ya hay que recuperarlo por completo.
La acumulación de carbonilla en el lado de escape de los generadores de a bordo se conoce a menudo como apilamiento húmedo «wet stacking». Muchos proveedores de generadores la citan como la principal causa de averías en los generadores de las embarcaciones de recreo. La solución, por supuesto, consiste en encontrar la forma de hacer funcionar el generador con cargas lo suficientemente altas y durante periodos de tiempo lo suficientemente largos como para evitar esta situación. Abordamos este tema en la lección sobre diagnóstico de humos y en nuestro curso de Electricidad Marina Avanzada. Por lo general, una carga de entre el 30 % y el 70 % de la potencia nominal del generador evitará el «wet stacking» y optimizará la vida útil del generador.
En el caso de un motor de propulsión con inyección convencional, es necesario encontrar una forma de evitar tanto los periodos de funcionamiento cortos, durante los cuales el motor nunca llega a calentarse por completo, como los periodos prolongados de funcionamiento a baja carga, especialmente cuando se recargan baterías de plomo-ácido mientras el barco está fondeado. Una vez más, en nuestro módulo de Sistemas de Energía Optimizados describimos las formas de lograrlo.
Turbocompresores
La acumulación de carbonilla en la turbina de escape puede afectar gravemente al rendimiento de un turbocompresor. Y luego está la válvula de descarga. Se trata de un dispositivo de derivación situado en el lado del escape de la mayoría de los turbocompresores. Se abre gracias a la presión generada en el lado de admisión del motor: la presión de sobrealimentación. Cuando está abierta, la válvula de descarga desvía los gases de escape de la turbina, reduciendo su velocidad. Sin la válvula de descarga, la presión en el lado de admisión puede alcanzar niveles lo suficientemente altos como para dañar el motor.
Si la presión de sobrealimentación en el lado de admisión supera un límite preestablecido, un actuador empuja una varilla para abrir la válvula de descarga. Cuando la presión desciende, un resorte cierra la válvula de descarga. Una válvula de descarga obstruida por carbonilla que no funcione correctamente afectará al rendimiento del motor y, si se queda atascada en posición cerrada, puede provocar daños. Si se puede acceder a la varilla de la válvula de descarga, debería ser posible moverla al menos un poco, aunque esto requerirá un esfuerzo considerable (hay un resorte bastante fuerte en el sistema).
Nigel revisando la turbina de escape de su turbocompresor tras 1.000 horas de funcionamiento.
Tiene algo de carbonilla, pero no presenta costras. Este turbocompresor cuenta con una válvula de descarga (en el lado izquierdo) que se activa cuando la presión del aire de admisión (presión de sobrealimentación) alcanza un determinado nivel.
Si se consigue un acceso que permita ver la turbina de escape (por ejemplo, al sustituir un codo de inyección de agua del escape), se deben inspeccionar la turbina y el sistema de la válvula de descarga. Puede haber una fina capa de ceniza o de carbonilla aterciopelada, pero no debe haber acumulación. Las palas de la turbina no deben presentar signos visibles de daños, y las puntas deben ajustarse perfectamente a la carcasa circundante. Si la turbina se puede girar con un dedo, o introduciendo algo relativamente blando como un palito de helado, debe girar libremente.
Si hay óxido, lo más probable es que haya entrado agua salada en el turbocompresor procedente del sistema de escape húmedo. Quizás se deba simplemente a la condensación tras apagar el motor o durante un periodo prolongado de inactividad. Es necesario revisar la geometría de todo el sistema de escape (véase esta lección).
Lado de admisión de un turbocompresor con la válvula de presión de sobrealimentación (arriba a la derecha), que acciona la palanca de la válvula de descarga
Desmontando la carcasa del turbocompresor por el lado del escape para acceder a la turbina de escape. No debería ser necesario realizar este desmontaje, ni intentarlo.
Una vez más, si el turbocompresor necesita revisión, debe acudir a un mecánico profesional con experiencia en su marca de motor. Sin embargo, algo que sí puede hacer es comprobar el juego radial y el juego axial.
El juego radial es el movimiento de lado a lado y de arriba abajo de la turbina del compresor cuando se aplica presión con los dedos en estas direcciones, y el juego axial es el movimiento hacia dentro y hacia fuera (a lo largo de la línea del eje entre la turbina del compresor y la turbina de escape). Básicamente, el juego debería ser casi nulo. Estamos hablando de una o dos milésimas de pulgada. Si hay un juego significativo, es necesario reacondicionar el turbocompresor.
Carbonilla en el resto del sistema de escape
Tanto si lleva turbocompresor como si no, si un motor genera carbonilla, esta puede obstruir todo el sistema de escape, formando una capa o costra de carbonilla en los conectores o racores, los codos y los tubos flexibles.
Sistema de escape con una acumulación significativa de carbonilla...
...incluida la rueda del turbocompresor.
(Esta foto y las anteriores: cortesía de Steve Knight)
Un lugar relativamente fácil donde buscar depósitos de carbonilla en la mayoría de las embarcaciones es el punto de unión de la manguera de escape con el codo de inyección de agua, así como las conexiones de entrada y salida del silenciador o colector de agua del escape (siempre que las mangueras se puedan desmontar sin demasiada dificultad). Si hay algún tipo de costra de carbonilla, significa que el motor está funcionando de forma perjudicial. En este caso, también habrá depósitos de carbonilla en los pistones, las válvulas y el turbocompresor, si lo hay.
Lugares en los que hay que comprobar si hay posibles depósitos de carbonilla
No hay una forma fácil de eliminar esta carbonilla. Si, por lo demás, el motor funciona correctamente, no es necesario desmontarlo para reacondicionarlo, pero debería buscar la manera de modificar sus hábitos de uso para mejorar el ciclo de trabajo del motor y evitar que se acumule más carbonilla.
Cualquier cantidad de carbonilla en el escape provoca fricción con los gases de escape, lo que contribuye a generar contrapresión en el sistema de escape. La contrapresión afecta al rendimiento del motor, especialmente a plena potencia (WOT). Ya tenemos algunos problemas de contrapresión en nuestras embarcaciones porque utilizamos los gases de escape para empujar el agua de refrigeración del sistema de agua de mar fuera de la embarcación. ¡No necesitamos más contrapresión! Por lo tanto, además de cambiar sus prácticas de funcionamiento, renueve todas las mangueras de escape. Recuerde que este es el único lugar de una embarcación donde se requieren abrazaderas dobles en todas las conexiones, con un ancho mínimo de banda de la abrazadera de 13 mm (1/2”) (consulte esta lección).
El ABYC exige que «todos los accesorios, uniones, abrazaderas y soportes de un sistema de escape deben ser accesibles para su inspección y reparación». Además, «se debe proporcionar un sistema de escape y una salida independientes para cada instalación de motor y de generador» (es decir, no se pueden conectar los escapes de varios motores a una salida común) y «las descargas adicionales, distintas del agua de refrigeración, no deben compartir el conducto de gases de escape». Todas estas medidas están diseñadas para evitar la fuga de monóxido de carbono.
Se ha retirado la manguera de escape de un silenciador o colector de agua del escape para comprobar si hay residuos de carbonilla. Solo hay una ligera mancha de carbonilla, pero no hay ningún tipo de costra.
Echando un vistazo a la manguera de escape de Nigel con una linterna tras 1.500 horas. ¡Sin residuos de carbonilla!
Resumen
Los requisitos más importantes para que el sistema de aire de un motor diésel funcione correctamente tienen poco que ver con el mantenimiento. Se trata de garantizar un suministro adecuado de aire limpio, fresco y seco, y de hacer funcionar el motor a una carga lo suficientemente alta como para minimizar la formación de carbonilla.
El mantenimiento suele ser sencillo y fácil de realizar. Para la mayoría de nosotros, se reduce a limpiar o cambiar periódicamente el filtro de aire y, tal vez, el filtro coalescente y la válvula de control de vacío correspondiente. También puede ser necesario limpiar el turbocompresor, pero normalmente basta con rociar periódicamente un limpiador para turbocompresores en la entrada de aire (tras retirar los filtros) mientras el motor está en marcha.
Siempre que el motor esté correctamente instalado y se opere correctamente, esto no supone mucho trabajo.
A continuación, veremos la conexión del motor a la hélice.