Nuevas tendencias en motores marinos y lubricacion

Nuevas tendencias en motores marinos y lubricación.
Las nuevas tecnologías aplicadas a los motores marinos de ultima generación,
destinadas a aumentar la eficiencia de los mismos y a tener un mejor control de sus
emisiones, generan un desafío para los lubricantes destinados a su protección.
En los últimos años la preocupación por controlar la contaminación que producen los
motores diesel, ha ido en aumento. En función de ello la Organización Marítima
Internacional (IMO) y la Unión Europea (EU), han establecido limites para disminuir el
contenido de azufre en los combustibles pesados empleados en los motores marinos.
Por ello el Anexo VI del convenio Marpol 73/78 de la IMO, que a partir de mayo del año
2006 se hizo efectivo, establece que el limite de contenido de azufre en el combustible
aceptado globalmente es del 4,5% y para ciertas áreas tales como el Mar Báltico y Mar
del Norte (SECAS) el contenido permitido de azufre es de 1,5 %, buscando atenuar así la
formación de SOx “óxidos sulfurosos”
Esto ha obligado a las casas constructoras de motores marinos a desarollar diseños que
permitan cumplir con la legislación y a la vez mantener el empleo de combustibles de
bajo costo.
La mayoría de estas innovaciones han sido planteadas para motores de 2 Tiempos lentos,
pero rápidamente han sido trasladadas a motores semirrapidos de 4 Tiempos.
Entre las tecnologías empleadas se encuentra el “common rail”, que permite mantener al
sistema de inyección independiente de la condición de funcionamiento del motor a través
de un colector común que contiene al combustible a muy elevadas presiones (cientos de
Kg/cm2). Si bien esta tecnología es conocida desde hace décadas (los antiguos motores
Doxford J de pistones opuestos tenían common rail) su funcionamiento era a través de
elementos mecánicos, mientras que en la actualidad los sistemas electrónicos permiten un
control total del inicio y final de la inyección, lo que ayuda a operar con menores
temperaturas de gases en la cámara de combustión y así reducir los NOx “óxidos
nitrosos”.
Otra mejora ha sido el empleo del aro antipulido (antipolishing ring) o aro de limpieza
del pistón. Este anillo se aloja en la camisa y permite el removido de depósitos de la
cabeza del pistón con el movimiento de cada carrera, ya que dispone de un diámetro
levemente mayor al del pistón. Esto acontece en la fase inicial de formación de los
depósitos lo que evita el endurecimiento de estos. Así se evita el exceso de los residuos
carbonosos en la cabeza de pistón, que pueden constituir una suerte de “esponja” que
afecta la película lubricante de la pared del cilindro.
También los turboalimentadores han contribuido al control de emisión de particulado a
través de diseños con toberas variables y compresión en etapas, que permiten mejores
llenados del cilindro en condiciones de carga variable del motor.
Recientemente se ha ensayado la formación de emulsiones agua – combustible, ya que
por ej. un 1% de agua reduce los NOx a su vez en un 1%. Aquí vemos como se puede
favorecer la aparición de un mecanismo de desgaste corrosivo por la formación de ácido
sulfúrico (combinando azufre y agua como residuos de combustión) lo que torna vital
para el motor tener un adecuado TBN es decir una balanceada reserva alcalina de aditivos
detergentes – dispersantes.
Otro fenómeno que se puede encontrar en motores semi-rápidos de 4 Tiempos es la
aparición de lacas en la pared del cilindro. Las lacas constituyen depósitos color ámbar a
marrón oscuro que suavizan la terminación superficial conocida como “bruñido”que
permite una distribución uniforme de la película lubricante en la pared de la camisa (ver
foto). Estas lacas “atenúan” el bruñido aumentando el consumo de aceite lubricante.
Entre otros factores que favorecen la aparición de este fenómeno se tiene:
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Alta fluctuación de carga en la operación del motor
Alta presión media efectiva
Uso de combustibles con bajo azufre.
Una de las teorías del mecanismo de formación de las lacas durante estas condiciones,
puede sintetizarse así; ante las variaciones de carga en el motor, puede verse afectada la
pulverización del combustible, se produce el craqueo térmico del mismo y así muy
pequeñas gotas de este toman contacto con la pared del cilindro, se produce a partir de
allí y en forma brusca la evaporación de fracciones livianas y su posterior
endurecimiento. Esto se combina con el lubricante presente en la pared del cilindro, y se
deberán tener en cuenta otros procesos como el de oxidación por elevada temperatura.
Para evitar la formación de lacas se necesita un lubricante bien balanceado en sus aditivos
y un adecuado mantenimiento del sistema de inyección.
Por ultimo se han variado las condiciones de refrigeración de las camisas elevando la
temperatura de operación en su superficie de modo de atenuar el ataque por efecto de los
ácidos generados durante la combustión. Se busca tener el ácido mas concentrado y que
de esta manera sea menos agresivo, esto se logra manteniendo la temperatura del cilindro
por encima de la del punto de rocío correspondiente a la presión en el interior de la
camisa. Esta forma de operar el motor permite extender la duración de la reserva alcalina
o TBN (numero de Base total ) del lubricante. Es importante señalar que se debe
controlar el enfriamiento del aire de barrido ya que en caso de ser este excesivo producirá
el ingreso de humedad en el cilindro y con ello dilución de los ácidos y posteriormente la
aparición de un desgaste corrosivo o bien de un ataque ácido. Es por todas estas variables
que se vuelve imprescindible la selección de un aceite de motor que con un adecuado
TBN permita dar una correcta protección ante todas las condiciones de marcha del motor.
Para estas nuevas tecnologías en los motores marinos, Shell dispone la familia de
productos Shell Gadinia y Shell Sirius X, con una formulacion adecuada para las severas
condiciones de trabajo que los motores encuentran operando en el mar.
Foto: Bruñido en cilindro obtenida con videoscopio de Servicios Técnicos Shell
Foto: Cilindro con Lacas