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miércoles, 25 de agosto de 2021

COMPARACION DE COMBUSTIBLES DEL FUTURO PARA MOTORES MARINOS

En la actualidad estamos viviendo un momento de gran especulación acerca de cuál será el camino a seguir por la industria naval para la elección del combustible del futuro para la propulsión naval. Entre los posibles combustibles sustitutos para el HFO (Heavy Fuel Oil) se barajan utilizar los siguientes: Amoniaco (NH3), Methanol (CH3OH), LPG (Liquified Petrol Gas), LNG (Liquefied natural gas) e Hidrógeno (H2).

Actualmente, más del 90% de los buques son movidos por motores diésel. El principal combustible de motores marinos es el HFO (fuel-oil pesado), que se venden en diferentes densidades cuyo precio es más barato cuanto más alta es su densidad. Este combustible presenta el inconveniente de que contiene una cantidad importante de sustancias contaminantes tales como azufre, cenizas, asfaltenos, etc, lo cual provoca que los buques emitan cantidades importantes de óxidos de azufre (SOx) y partículas. Además, los buques también emiten cantidades importantes de óxidos de nitrógeno (NOx) y dióxido de carbono (CO2).

Los óxidos de azufre son los principales gases causantes de la lluvia ácida. Los óxidos de nitrógeno también contribuyen a la lluvia ácida y, además, destruyen la capa de ozono. Respecto a las partículas, son muy dañinas en los vegetales y en los animales y humanos pueden provocar serios problemas pulmonares e incluso llegar a causar cáncer. El dióxido de carbono no se considera un gas tóxico, pero también es muy importante reducirlo puesto que repercute en el calentamiento global del planeta.


 

NORMATIVA ACTUAL
Los principales gases contaminantes producidos por los combustibles actuales, compuestos principalmente por HFO; son los óxidos de azufre (SOx) y óxidos de nitrógeno (NOx), además de la materia particulada (PM) y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH).

Los principales gases de efecto invernadero (GEI) son, sobre todo, el dióxido de carbono (CO2) así como el metano (CH4), los compuestos orgánicos volátiles (COV), etc.

Estas emisiones en el transporte marítimo por la Organización Marítima Internacional, están reguladas por el Anexo VI - Convenio MARPOL.

Las Emisiones de SOx: se regulan mediante un límite al contenido de azufre (%) de los combustibles marinos. Hay un límite general (actualmente 3,5%) y otro más estricto (0,1%) en las Zonas de Control de Emisiones (SECAS). Adicionalmente, por medio de una Directiva comunitaria, en todos los puertos de la Unión Europea, desde 2010 el límite es igual que en las SECAS (0,1%).

Las Emisiones de NOx: se regulan mediante tres niveles de emisiones (I, II y III). El nivel III es aplicable únicamente a buques nuevos y en las zonas designadas como «de control de emisiones de óxidos de nitrógeno» (NECAS).

Desde el 1 de enero de 2013 los buques nuevos deben cumplir un valor máximo del Índice de Eficiencia Energética de Proyecto (EEDI), que se va endureciendo progresivamente con el tiempo: EEDI = CO2 emitido / (tonelada • milla transportada). Todos los buques deben llevar a bordo un Plan de Gestión de la Eficiencia Energética (SEEMP), con las medidas que aplica para reducir el consumo de combustible y, por tanto, las emisiones de Gas Efecto Invernadero.

Según establece el Anexo VI del Convenio MARPOL, el 1 de enero de 2020, el límite máximo general de contenido de azufre en los combustibles marinos ha pasado en todo el mundo del 3,5% al 0,5% (es decir, se reducirá en un 86%).

Para facilitar el control del cumplimiento, desde el 1 de marzo de 2020 queda prohibido llevar a bordo combustible no reglamentario a no ser que el buque disponga de depuradores de SOx (scrubbers). Se estima que esta nueva norma va a costar al sector naviero unos 60.000 millones de dólares cada año.


En abril de 2018, la OMI (IMO en inglés) adoptó unos objetivos muy ambiciosos de reducción de las emisiones de GEI (Gases Efecto Invernadero) respecto de 2008: un 40% por tonelada y milla transportada en 2030 y un 50% en términos absolutos en 2050.


Estos objetivos se aplicarán al conjunto de la flota mundial, tanto a buques nuevos como existentes. La OMI ha iniciado ya los debates sobre las medidas a aplicar para conseguir alcanzar esos objetivos de reducción. 



COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS
Los combustibles alternativos que se estudian en la actualidad son todos ellos bajos en carbono. Esto permite reducir las emisiones contaminantes y las emisiones de Gases Efecto Invernadero. Entre las alternativas que se están estudiando en la actualidad, se incluyen las siguientes:

  • LNG: Liquefied natural gas, en español GNL. Su componente principal es el metano, cuya fórmula es CH4. Es inodoro, incoloro y no tóxico. A presión atmosférica está en estado líquido a -162º C. Inflamable si entra en contacto con aire a concentraciones de 5 a 15%.
  • LPG: Liquified Petrol Gas, en español GLP. Es una mezcla de propano y butano. Su fórmula es C3H8 + C4H10. A presión atmosférica está en estado líquido a -42,4º C.
  • METANOL: Su fórmula es CH3OH.  Conocido también como alcohol metílico, es el alcohol más sencillo. A temperatura ambiente se presenta como un líquido ligero (de baja densidad), incoloro, inflamable y tóxico que se emplea como anticongelante, disolvente y combustible. El metanol es interesante porque el bio-metanol y el e-metanol se pueden producir a partir de una amplia variedad de biomasas y materias primas de energía renovable, y se pueden mezclar con metanol elaborado a partir de combustibles fósiles.
  • Amoniaco: Su fórmula es NH3. Es un gas incoloro con un característico olor repulsivo, altamente tóxico. Inflamable en mezclas de combustible con aire a concentraciones del 15 a 25 %. A presión atmosférica está en estado líquido a -33º C.
  • Hidrógeno: Su fórmula es H2. Es un gas inflamable, incoloro, inodoro e insoluble en agua. Es muy caro de producir, puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis, pero resulta un método mucho más caro que la obtención a partir del gas natural. El gas hidrógeno es altamente inflamable y se quema en concentraciones de 4 % o más H2 en el aire. A presión atmosférica está en estado líquido a -253º C.

 La tabla siguiente compara los diferentes combustibles alternativos respecto al HFO:

En la tabla se incluyen también las baterias, las cuales como se observa en la tabla tiene el inconveniente de su baja capacidad para almacenar energía. Una batería de 1 Kg almacenaría solamente 0,29 MJ (290 KJ), mientras que 1 Kg de HFO almacena 40,5 MJ (40.500 KJ). 

El Índice de Eficiencia Energética de Proyecto (EEDI) se ve reducido por medio de combustibles alternativos bajos en carbono, tales como el Amoniaco, LNG, LPG y el Metanol, que en la actualidad son serios candidatos para convertirse en el combustible del futuro.

 


ENLACES:

 

ARTÍCULOS CIENTÍFICOS:

 

AUTOR: Carlos Rodríguez Vidal (Maquinista Naval y profesor en Technical Courses)

 

viernes, 13 de agosto de 2021

Yamaha V8 XTO Offshore (2018)

El motor fueraborda Yamaha V8 XTO Offshore se ha diseñado para llevar la imagen de marca de Yamaha a un nivel superior, gracias a una gran potencia y empuje, resistencia y fiabilidad, una integración de sistemas y control preciso.


El Motor fueraborda Yamaha V8 XTO Offshore, cuenta con un motor de 8 cilindros en V, de 5,6 litros de cilindrada que genera un empuje y un par motor muy elevados, gracias a sus 425 CV de potencia.

Características técnicas:

Modelo:

V8 XTO Offshore

Tipo:

Fueraborda 4 T.

Cilindros:

V8 a 60º

Distribución:

DOHC con VCT, 32 válvulas

Diámetro x carrera:

96 x 96 mm

Cilindrada:

5.559 cm³

Potencia al Eje:

425 Hp a 5.500 rpm

Rango rpm máximas:

5.000 - 6.000 rpm

Alimentación combustible:

Inyección directa Electrónica

Peso:

432 Kg

El V8 XTO Offshore es el primer motor a cuatro tiempos del sector con inyección de alta presión de combustible directamente en la cámara de combustión, lo que mejora significativamente la atomización del combustible y aumenta la eficacia del consumo.


El sistema de inyección directa cuenta con cinco bombas de combustible que generan una presión de inyección de hasta 200 bares. El sistema trifásico de presión de combustible tiene dos bombas de combustible independientes. Estas se activan, a niveles específicos e individuales de las r.p.m., dentro del depósito de separación de vapor (VST). El sistema garantiza un caudal y una descarga de combustible de alta precisión incluso a máximas revoluciones.

El motor de Yamaha también ofrece una relación de compresión de 12,2:1. El sistema de escape In-Bank Exhaust proporciona a los gases una ruta directa hacia la unidad inferior y los expulsa a través del centro del cubo de la hélice, lo que mejora el flujo del agua. El V8 XTO Offshore cuenta con una exclusiva bomba de agua bifásica y bomba de aceite de cámara doble. La bomba de agua dispone de un gran propulsor de goma para alta presión, además de contar con un propulsor de acero de extraordinaria resistencia.

Además de una caja de engranajes reforzados y de gran tamaño, de un soporte náutico robusto y de soportes de motor altamente resistentes, el V8 XTO también cuenta con camisas de cilindros con tecnología de fusión de plasma, logrando durabilidad y un motor más compacto. La superficie microtexturizada es un 60 por ciento más dura que el acero y mucho más ligera. La menor fricción superficial también ayuda a maximizar el ahorro de combustible.

Los árboles de levas dobles de cada banco de cilindros están conectados a través de una cadena de tensión automática, bañada en aceite para una distribución de válvulas precisa y una larga vida útil. Los elevadores de válvulas recubiertos de carbono también aumentan la duración y proporcionan una conexión silenciosa y precisa para una distribución uniforme.

Otra característica del V8 XTO Offshore es su sistema de dirección eléctrica completamente integrado, el primero de su clase en fuerabordas. No tiene líneas hidráulicas ni varillaje, con lo que responde de forma más rápida y suave que los sistemas de dirección convencionales. Ofrece un montaje más limpio y una zona de sentina más ordenada.

Las nuevas hélices especiales V8 XTO Offshore se han diseñado para complementar el extraordinario par motor del Yamaha, produciendo más empuje en avance y en marcha atrás, con diámetros de 16 a 17 pulgadas. Las palas permiten desplazar las embarcaciones más grandes con menos esfuerzo y más control.

Gracias al nuevo sistema de alivio de gases de escape, las hélices tienen la ventaja de atacar aguas limpias al navegar marcha atrás, lo que proporciona un empuje atrás hasta tres veces superior que con los motores F350 de Yamaha. Esto se traduce en mayor maniobrabilidad y las maniobras de amarre más sencillas y controladas.
 
Finalmente, con el V8 XTO Offshore no es necesario poner en seco la embarcación para realizar un mantenimiento, pues gracias al sistema de intercambio de lubricante de la caja de engranajes, esta operación se puede hacer sin tener que sacar la embarcación del agua. El motor también tiene una gran capacidad de recarga eléctrica, con una potencia (bruta) total de hasta 90 amperios.
 
En resumen, el motor fueraborda Yamaha V8 XTO Offshore ha sido diseñado para dar la potencia necesaria para mover las embarcaciones de alta mar más grandes y pesadas, junto a embarcaciones neumáticas semirrígidas de lujo, se necesitan cajas de engranaje robustas y cabezales motorizados más potentes combinados para impulsar hélices de gran tamaño.


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