Lograr la máxima eficiencia en la tecnología diésel

La mayoría de las empresas de construcción ahora están buscando cómo pueden reducir sus huellas de CO2. Hay una variedad de rutas para lograr ese objetivo, con soluciones adaptadas a una función empresarial determinada. En toda la oficina principal, una cultura de uso reducido de energía puede ayudar a reducir el consumo de energía. En los lugares de trabajo, cambiar a equipos que utilizan energía con bajo contenido de CO2 puede reducir las emisiones nocivas y, a menudo, reducir la contaminación acústica.

Con el advenimiento de los sistemas de propulsión electrificados listos para el mercado, la combustión interna alimentada por gas e incluso los accionamientos eléctricos de celda de combustible, ¿dónde deja el impulso para las reducciones de CO2 a la energía diésel? Con el intenso enfoque de los medios en las nuevas tecnologías, podría pensar que los motores diésel aparecerán pronto en un museo cercano, donde los visitantes podrán maravillarse con la tecnología histórica que una vez apoyó a la industria de la construcción mundial.

Si bien cambiar a máquinas que usan nueva potencia es bueno para las relaciones públicas y la atmósfera, tiene un precio. Se requiere una inversión de capital considerable para reemplazar las máquinas más antiguas con aquellas que utilizan energía eléctrica y de combustible de gas. Tal movimiento también puede requerir un cambio en las prácticas de trabajo con respecto a la operación y el abastecimiento de combustible, lo que posiblemente resulte en una pérdida de tiempo de actividad de la máquina y aún más gastos.

Nada de esto es muy atractivo para las empresas que ya operan en un entorno de mayor costo y menor margen. Entonces, ¿cuál es la alternativa? Bueno, mientras buscábamos paquetes de baterías mejores y más grandes, la tecnología diésel ha hecho mejoras reales. Con ciclos de combustión más limpios, la introducción de combustibles bajos en carbono y hardware de tratamiento de emisiones avanzado, el diesel nunca ha sido más limpio. Los últimos motores diésel para carretera son tan limpios que los estándares Euro 7 propuestos hacen que los fabricantes de camiones se centren en reducir el polvo de los frenos y las partículas de los neumáticos en lugar de las emisiones del motor.

Experiencia de los fabricantes de diésel

Perkins Engines ha producido alrededor de 22 millones de motores diésel desde su fundación en 1932. Desde su primera fábrica, ubicada en Peterborough, Reino Unido, la empresa se ha expandido a una red de ubicaciones de fabricación en varios países del mundo, incluidos EE. UU., China, Brasil e India.

El fabricante ofrece una amplia gama de tamaños de motores industriales; La fabricación generalmente se divide entre motores pequeños y medianos (0,5 a 7,1 litros ) y motores grandes (7,2 a 18 litros ). En todo el mundo, un motor Perkins sale de una línea de producción cada 15 segundos.

Stand de Perkins durante Bauma 2022.

En Bauma Munich de este año, Perkins presentó sus primeros paquetes de baterías para uso en maquinaria pesada. Pero aunque el mercado actual requiere que los OEM ofrezcan una gama completa de soluciones de energía, la empresa sigue siendo un proveedor líder de motores diésel y desarrollador de tecnologías destinadas a mejorar el rendimiento de los motores diésel.

Con más de 20 años en Perkins, Paul Muller, gerente de ventas técnicas, está bien posicionado para responder cuando se le pregunta sobre los beneficios de los motores diesel modernos.

“El diesel es increíblemente denso en energía”, explica. “Es una forma muy buena de mover energía de A a B. Las baterías pueden ser un desafío cuando se trata de obtener la misma densidad de energía en las máquinas. Los paquetes deben poder hacer el trabajo de un día, o debe haber una infraestructura de recarga.

“Hay una serie de aplicaciones que serán más difíciles de trasladar a fuentes de energía alternativas; eso no significa que no seremos capaces de hacer eso en el futuro, pero todavía hay algunas aplicaciones importantes en las que el diésel tiene sentido”.

Las máquinas más pequeñas y livianas son ideales para un cambio a energía eléctrica, pero Muller dice que en los casos en que la infraestructura no está disponible, particularmente cuando la creación de infraestructura es el proyecto en cuestión, es necesario llevar energía a esa ubicación y el diésel lo ha hecho y continuará. ser, una excelente manera de llevar energía a donde se necesita.

“Los motores de combustión de encendido por compresión son una forma bastante eficiente de convertir una forma de energía en otra. Puede usar combustibles bajos en carbono, aceites vegetales hidrotratados (HVO), diésel sintético con mayores niveles de biocombustibles para reducir el impacto del carbono. Pero los motores diésel de hoy en día, en particular cuando se analizan los NOx y las partículas, son increíblemente limpios en comparación con el lugar en el que se encontraban”.

Muller afirma que, desde que se establecieron las regulaciones por primera vez, los niveles de emisión de estos contaminantes de los motores diésel se han reducido en aproximadamente un 95 %.

Eso no quiere decir que Perkins esté ignorando otras soluciones; la compañía continúa investigando las tecnologías de energía a medida que surgen. Muller afirma que elegir uno sobre otro no es beneficioso, pero todas las soluciones tecnológicas pueden y serán más eficientes con el tiempo.

“Seguimos mejorando todas nuestras soluciones al mismo tiempo, analizando las máquinas y las aplicaciones en las que se utilizan. Es aceptable utilizar hasta un 20 % de biocombustible con nuestra gama actual de motores y hemos descubierto que utilizar diésel sintético o HVO puede marcar una gran diferencia si están disponibles. Pero el mensaje sobre los motores diesel es que si le preocupa su carbono, puede hacer algo al respecto ahora”.

Diésel: ¿es la opción predeterminada?

Otro importante fabricante de motores para el mercado fuera de carretera es Cummins.

Steve Nendick, director comunicaciones de marketing de Cummins (Foto: Cummins)

Steve Nendick , director de comunicaciones de marketing de Global and European Off-Highway, Cummins, dice que los motores diésel seguirán siendo la opción predeterminada para la mayoría de las máquinas debido a su flexibilidad, junto con la falta de infraestructura para respaldar el suministro de electricidad y los proveedores de hidrógeno.

“Un Cummins B6.7 puede alimentar maquinaria en una amplia banda de potencia de 150 a 320 hp”, dice. “Un fabricante [de máquinas] puede adaptar una instalación común y rentable a una variedad de necesidades de energía. Para la energía alternativa, debido al costo y al impacto del tamaño/espacio de la tecnología, debe ser específica para cumplir exactamente con el ciclo de trabajo de la máquina”.

Agrega que la gama Cummins Performance Series de motores que cumplen con la Etapa 5 ya puede satisfacer los ciclos de trabajo de varias demandas de maquinaria de construcción, mientras genera casi cero emisiones de partículas y NOx.

La reducción del tamaño del motor es importante para respaldar esas reducciones. “La serie Performance puede reemplazar motores de mayor cilindrada sin afectar la productividad”, agrega Nendick. “Ofrece una instalación de menor costo y una operación más eficiente, con menos combustible y menores emisiones de CO2. Los costos de servicio también se reducen, ya que se necesita menos aceite y filtros”.

Volvo Penta ha introducido una serie de máquinas que utilizan energía eléctrica y de combustible gaseoso, pero la empresa

sigue siendo un importante fabricante de motores diesel. Como se indica en su material de marketing, el bajo peso, el bajo consumo de combustible y la potencia confiable aún hacen que el diesel sea ideal para numerosas aplicaciones de máquinas y equipos.

Morgan Blomgren, director de estrategia y desarrollo comercial de Volvo Penta, dice que la ubicuidad del diésel en las aplicaciones industriales ha generado la necesidad de mejorar la eficiencia y el rendimiento. Pero la disponibilidad limitada de tipos de combustible ‘nuevos’ y la infraestructura relacionada también continúan respaldando la combustión por compresión.

El Cummins B6.7 Performance Series ha reemplazado a motores de mayor tamaño. (Foto: Cummins)

“La disponibilidad de combustible diesel sigue siendo, hasta cierto punto, la principal atracción; pero algunas inversiones heredadas sustanciales en ciertas industrias y negocios podrían dificultar simplemente cambiar los sistemas existentes”, señala.

Esto se refleja en el número de máquinas de ‘nueva potencia’ que aparecen en los lugares de trabajo. “Hasta ahora, el cambio a combustibles alternativos y energía eléctrica en el segmento de la construcción ha sido limitado”, dice Blomgren. “Sin embargo, hay señales en mercados como China, por ejemplo, de que se está recuperando. Es probable que veamos un cambio mayor en los próximos años”.

Volvo Penta se ha comprometido a lograr emisiones netas cero en la cadena de valor para 2040. Blomgren afirma que esto se verá respaldado por cambios más amplios en el sector de la construcción. “Nuestras líneas de transmisión eléctricas para aplicaciones de construcción cumplen con las normas más estrictas sobre emisiones y ruido en entornos urbanizados”.

Alta eficiencia en tecnología diésel

Weichai Group de China anunció que había logrado una calificación de eficiencia térmica de frenado (BTE) del 52,28 % para un motor diésel comercial. Los hallazgos fueron certificados por la autoridad de pruebas TÜV Nord. Este no fue el primer registro de este tipo para la empresa; en septiembre de 2020, Weichai reveló que había logrado una calificación BTE de 50,23% y en enero de 2022, se alcanzó una cifra de 51,09%.

“Hay una serie de rutas para alcanzar este nivel de eficiencia”, dice Muller. “En Perkins, estamos buscando diferentes aceites para ayudar a reducir la fricción. Lograr un equilibrio favorable entre protección y lubricación es fundamental y los aceites para motores diésel han avanzado a medida que se han desarrollado los motores. También observamos los paquetes de anillos y la combustión, utilizando dinámica de fluidos computacional avanzada para determinar los patrones de rociado [inyección] más efectivos y obtener la máxima energía con el mínimo combustible”.

Más allá de las mejoras en el motor, señala que trabajar con los clientes en proyectos de integración ayuda a aumentar la eficiencia. Elementos como el calentamiento de la máquina para ayudar a reducir la fricción y mejorar la economía de combustible en el arranque. La compañía también está revisando la hibridación , junto con la electrificación de los componentes periféricos para reducir la carga del motor. “Hemos visto aplicaciones pasar de un ventilador accionado por motor a un ventilador accionado eléctricamente. Seguíamos usando el motor para producir electricidad, pero las ganancias de eficiencia fueron realmente buenas”, dice Muller.

Siobhan Scott, gerente de marketing de Perkins, agrega que será la investigación de áreas separadas en todo el motor lo que brindará una mejor eficiencia. “No hay nada en un motor diesel que cambie dramáticamente, proporcione un gran cambio. Se trata de observar áreas específicas y, en conjunto, esas victorias individuales se sumarán a grandes mejoras”.

“Estamos buscando maneras de hacer que cada gota de combustible diesel cuente”, dice Muller. “Creemos que el diésel seguirá existiendo por un tiempo, por lo que buscaremos aumentar esa eficiencia cada vez más”.

Cumplir con las regulaciones del motor

Paul Muller, gerente técnico de ventas de Perkins.

Según Muller, el aumento de la cilindrada del motor no genera un aumento proporcional de las emisiones, con la excepción de los motores producidos para aplicaciones que no requieren cumplir objetivos específicos. Dicho esto, advierte que los productos que fabrica Perkins se encuentran dentro de la banda de motores más regulada. “Las regulaciones por kilovatio de un motor de 500kW son las mismas que las de un motor de 60kW”.

Si bien el desplazamiento no está directamente relacionado con las emisiones, la potencia del motor es mucho más crítica. “A lo largo de los años, hemos impulsado la reducción del tamaño del motor para aumentar la densidad de potencia”, dice. “Donde un motor grande producirá mayores emisiones es cuando se utiliza un motor demasiado grande para la aplicación. Trabajamos con los clientes para comprender realmente su aplicación, estudiando los datos para ayudarlos a elegir la potencia y el tamaño de motor correctos. Un motor del tamaño adecuado que funcione cerca de la parte superior de sus capacidades será un motor más limpio, un motor más feliz”.

Esencialmente, la velocidad y el factor de carga son fundamentales para la eficiencia del motor y la reducción de las emisiones. En estos casos, un motor funcionará a las temperaturas correctas, mientras que el refrigerante tendrá las tasas de flujo correctas. Todo lo cual se suma a un motor que funciona en su punto óptimo.

“Solíamos ver eso mucho, una aplicación en la que se usaba un motor de 18 litros para entregar 100kW de potencia. Hemos tenido proyectos en los que redujimos el tamaño de los motores de 13 a 7 litros. Los turbocompresores que usamos con nuestros motores de 4.4 y 7.1 litros nos han permitido reemplazar modelos más grandes e ineficientes con una versión que es mucho más densa en potencia y terminan siendo mucho más limpias”.

La entrega de par también puede desempeñar un papel en la selección del motor. Las curvas de salida de torque de los motores dentro y fuera de la carretera pueden ser dramáticamente diferentes. Muller dice que aquí es donde un motor en carretera adaptado para uso fuera de carretera puede tener problemas. Pero como especialista en motores fuera de carretera, los sistemas de aire, combustible y combustión que se usan en los motores Perkins ayudan a entregar el par requerido, al mismo tiempo que reducen las emisiones relacionadas.

Junto con la selección optimizada del motor, la reducción de las emisiones es un caso de mejora continua de la tecnología. “Hemos hecho algunos avances increíbles, pero continuaremos presionando y encontrando maneras de reducir las emisiones [diésel]”, dice Muller. “Intentaremos hacer que los motores sean más eficientes para que usen menos combustible y haremos que funcionen con tantos combustibles como sea posible. El objetivo es optimizar, mientras continuamos en el viaje para reducir el carbono”.

Nuevo presidente de la junta directiva de Kohler David Kohler La junta directiva de Kohler eligió al presidente y director ejecutivo David Kohler para el cargo adicional de presidente de la junta directiva, luego del fallecimiento del presidente ejecutivo Herbert V. Kohler, Jr. David Kohler presidirá la Junta Directiva y el Comité Ejecutivo, además de su papel como Director Ejecutivo, que incluirá la responsabilidad total de los tres grupos comerciales de Kohler Co. y todas las funciones empresariales. David ha estado en Kohler Co. durante más de 31 años y fue elegido para el cargo de presidente y director ejecutivo en 2015, y anteriormente se desempeñó como presidente y director de operaciones desde 2009. Es la cuarta generación de líderes de la familia Kohler desde el inicio de la empresa en 1873. y solo la novena persona en dirigir la empresa en los últimos 149 años.

Impulsado por hidrógeno El motor WG3800-H2 de Kubota. (Foto: Kubota) Impulsado por un motor de hidrógeno industrial iniciado por Kubota Corporation, Denyo ha comenzado el desarrollo de un generador alimentado por hidrógeno. Como parte de las iniciativas de la compañía para producir carbono neutralidad en sus motores, Kubota ha estado investigando motores para máquinas industriales que tengan una mayor eficiencia de combustible y que sean capaces de utilizar combustibles libres de carbono como hidrógeno, bio y sintético. El motor de hidrógeno industrial Kubota de 3,8 L para uso fuera de carretera elimina las emisiones de dióxido de carbono mediante el uso de hidrógeno. El desarrollo está progresando dentro del sector de alto volumen de generadores portátiles de Denyo mediante el uso de un generador diésel de 45 kVA como base y tiene como objetivo lanzar pronto al mercado un generador dedicado alimentado con hidrógeno. Un generador portátil de pila de combustible produce energía eléctrica a través de una reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno. Un generador de combustión mixta de hidrógeno utiliza tecnologías para limitar las emisiones de dióxido de carbono mediante la combustión de hidrógeno en combinación con otros combustibles, como el diésel y el gas ciudad.