EGR Y TRACTOR, ¿ENEMIGOS?

¿POR QUÉ EL EGR EN UN MOTOR DIÉSEL?

Desde que entró en vigor la normativa de gases contaminantes, y desde que se llegó a los límites que marcan las normas Euro 3 y Euro 4, la mayoría de los vehículos diésel incorporan el sistema, independientemente de los sistemas de alimentación: bomba en línea, bomba rotativa, common rail…

En la combustión del motor se producen unos contaminantes que según la normativa y en la proporción que marca la misma, no pueden superar los límites establecidos.

Hay contaminantes como hidrocarburos (HC), o el monóxido de carbono (CO), o de las partículas (PM) que pueden ser eliminadas con un catalizador de oxidación (DOC) y un filtro de partículas diésel (DPF) Sin embargo hay otro contaminante, el NOx, que los dispositivos anteriores no eliminan; se hace necesario tratarlo antes de que llegue al escape.

Normativa: La UE ha emitido unos reglamentos para limitar las emisiones contaminantes de los motores. Estos límites se ven con términos como ‘Euro’, ‘Stage’, ‘Etapa’, ‘Fase’, ‘Tier’ y de unos números.

En Europa, se utilizan los términos “Euro” o “Stage”. El término Euro seguido de número arábigo se debe usar en el caso de vehículos de carretera. En el caso de vehículos extraviarios se debe usar el término Stage (Fase o Etapa) y le sigue un número romano.

En EEUU y otros países que usan la normativa EPA se utiliza el término “Tier” seguido de número romano.

¿PARA QUÉ SIRVE LA VÁLVULA EGR EN MI TRACTOR?

Cuando vas al taller y tu mecánico te dice “EGR” o incluso “DPF” (o “FAP” según servicios técnicos) te entra “flojera en las piernas”. Y es que la EGR se ha ganado “la popularidad” entre los tractores “modernos” de asociarse a “dolores de cabeza” vía facturas.

La válvula EGR (Exhaust Gas Recirculation y que en español es Recirculación de Gases de Escape) se coloca como dispositivo anticontaminación; esta válvula se encarga de introducir todo o parte de los gases de escape de nuevo en el motor. La EGR se sitúa entre el colector de escape y el de admisión. Un componente electrónico decide, según unos parámetros establecidos, cuanto y cuando se abre.

Válvula EGR

DPF: Son filtros de partículas que actúan reteniendo material particulado (PM). El material filtrante es de tipo cerámico poroso. Al colocar un filtro en el escape, el motor pierde potencia. Se autoregenera sometiéndose a temperaturas de unos 500 ºC mediante inyección complementaria de combustible en el filtro y un quemador. Aún así hay partículas que no se queman por lo que los DPF tienen una vida determinada.

Para activarse el sistema EGR y en qué proporción, se deben conocer una serie de entradas (datos) que procesará la centralita electrónica ECU: régimen motor; caudal de combustible inyectado; caudal de aire aspirado; temperatura gases de escape; presión atmosférica.

En las fases actuales de emisiones contaminantes, el sistema del EGR por si solo no podría responder a los límites contaminantes impuestos, así que es habitual encontrar el sistema complementado con otros dispositivos como son la adicción de urea (AdBlue) o las trampas de NOx.

DOC: Se colocan por delante y normalmente unido, al DPF. Son filtros para la oxidación catalítica mediante materiales que actúan sobre los hidrocarburos no quemados y el CO y los transforma, mediante oxidación, en anhídrido carbónico y agua El Filtro DOC va por delante y normalmente unido al DPF.

Ventajas: Exclusivamente la ya comentada disminución de la emisión de los óxidos de nitrógeno NOx

Inconvenientes: Como el lector ya ha entendido, el propio concepto, el sistema EGR es un sistema "sucio" pues se plantea un problema básico de motor: los gases de escape “calientes” y “sucios” vuelven a entrar en el motor.

Efectivamente la alta temperatura de los gases de escape eleva la temperatura del aire de admisión; eso ocasiona que baje la densidad del aire de admisión. Menos volumen de aire significa menos oxígeno, lo cual implica menos potencia. Además, la mayor dificultad de “encontrar oxígeno” conlleva un alargamiento de la combustión y que provoca aumentar la producción de partículas (PM) por lo que los motores con EGR, como ya se ha comentado, suelen también incorporar DOC y DPF.

Válvula EGR cerrada por acumulación de carbonilla

Además, la presencia y generación de residuos en la combustión del gasóleo acarreará el incremento de potenciales averías: acumulación de carbonilla, hollín, que podrían obturar los conductos.

TIPOS DE VÁLVULAS EGR

Grosso modo se podrían clasificar en mecánicas (neumáticas) y eléctricas.

Válvula EGR mecánica: Fueron las primeras en aparecer, son del tipo neumático. Disponen de un muelle que se encarga de empujar una membrana que abre o cierra el paso de gases según la presión que recibe desde una electroválvula que está controlada por la electrónica del motor.

A partir de este diseño básico pues se inicia una serie de mejoras o “complejidades” como pueden ser los termopares para mejorar el control por temperatura, o potenciómetros para conseguir que la válvula abra más o menos…

Válvula EGR electrónica: Son actualmente las más populares. Al ir aumentando el control sobre la válvula se ha hecho necesario recurrir a la válvula electrónica; ya no funciona con bombas de vacío si no por sensores y gestión electrónica: velocidad, temperatura, carga.

Válvula EGR refrigerada: No es que sea un tipo nuevo de válvula, solamente es un paso más que se puede provocar por la necesidad de refrigerar el sistema con la idea de refrigerar los gases de escape y conseguir que entren más fríos en el nuevo ciclo. Para ello se coloca un radiador que refrigera los gases de escape. Con esto se consigue que entren más gases (ocupan menos volumen) al motor y se generan menos NOx

¿POR QUÉ DA TANTOS PROBLEMAS?

Proporcionalmente el mayor porcentaje de averías en la EGR se produce por la acumulación de hollín en sus conductos, provocando obturaciones.

La EGR sólo permite el by-pass admisión-escape en determinadas condiciones. Por ejemplo, cuando el motor se encuentra trabajando en cargas parciales, sin grandes exigencias, o en fase de calentamiento; mientras que, a plena carga, la válvula está cerrada puesto que la presión en el colector de admisión es mayor que la del escape, y si se abriese el aire limpio tendería a escapar y no entraría en el motor.

Cortes esquemáticos de válvulas EGR neumática y eléctrica

Pero a bajas revoluciones, como normalmente trabaja nuestro tractor (sobre 1600-1700 rev/min) la EGR permanece abierta, y los gases producto de la combustión del diésel, con sus partículas sólidas o carbonilla, pasan y, como si del colesterol se tratase, se van depositando hasta obstruir el paso y la centralita empezará a comunicar fallos.

Es cuando se empezarán a notar ahogo en el motor (falta de potencia) e incluso aumento del consumo. También es habitual que al atascarse la válvula EGR se quede abierta, provocando que los gases de escape entren en los cilindros y se produzca una combustión ineficiente por falta de oxígeno.

El conductor notará problemas de arranque; un ralentí irregular; pérdida de potencia; mayor consumo de combustible y, de llevarlo, aviso de la centralita.

¿QUÉ PUEDO HACER PARA INTENTAR TENER LOS MENOS PROBLEMAS POSIBLES?

Los hábitos de conducción del tractor influyen mucho en el comportamiento de la EGR.

Evitando la avería: Se deben evitar los típicos “acelerones” desde bajas revoluciones; en realidad hacerlo es una pésima práctica; es una acción con la que se genera mucho humo negro, partículas sólidas que al final terminan afectando a la válvula EGR. También se deben evitar ahogar el motor usando marchas demasiado largas para la labor desempeñada o realizar una conducción en la zona más baja del cuentavueltas.

Con ambas prácticas lo que se consigue es una mala combustión del gasóleo que se termina adhiriendo a las paredes de la válvula EGR.

Intercambiador calor de EGR

Por otra parte, el mantenimiento adecuado nos hará prolongar la vida de la válvula EGR. Lo ideal es proceder a desmontarla, limpiándola a conciencia (con cepillo y paciencia) En algunos modelos de tractores el desmontaje de la válvula es sencillo, pero en otros casos no lo es y se deberá recurrir a un taller.

Es importante y está en nuestras manos, utilizar el aceite adecuado, así como el nivel de aceite, cárter motor, correcto. Usando aceites no recomendados, o nivel muy elevado puede provocar que el aire de aspiración sea muy “aceitoso” y aumentar el riesgo de atascar la válvula EGR.

Anular la EGR es ilegal (y pueden pillarte en la ITV)

Anular la válvula es una de las prácticas más conocida y extendida en talleres, internet... y en las barras del bar. Una de las razones más esgrimidas para justificar su anulación es que la recirculación de gases obliga al motor a limitar su rendimiento (es como si tú vas a correr y te pones un pañuelo en la boca…) ya que introduce aire “pobre” en el cilindro.

La anulación se puede hacer o bien de manera electrónica, reprogramando la centralita para que siempre permanezca cerrada (se debe contar con el equipo especializado) o de forma más “sencilla” y mecánica, mediante una chapita que cierra el by-pass.

A pesar de lo dicho, se debe hacer constar que cualquiera de estas acciones es ilegal ya que supone una modificación que altera las emisiones homologadas.

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  By: Catalán Mogorrón, H.

POTENCIA A LA CARTA, ¿CHOLLO ECONÓMICO O IRRESPONSABILIDAD?

Reseteando centralita del Adblue SCR en tractor Fendt

POTENCIA A LA CARTA O CASI

Tradicionalmente se ha podido, y se ha hecho, modificar la entrega de potencia de un motor mediante el gasóleo inyectado por la bomba, así que los “caballos” estaban a “giro de destornillador”. Había, y hay, muchos más “trucos”: jugando con la presión de soplado del turbo, cambiando el turbocompresor, y los más “arriesgados” de modificar cotas para cambiar la relación de compresión; pero, evidentemente, el “juego” con la bomba era el más “limpio”.

Pero, si de limpieza hablamos, a día de hoy el proceso es aún más sencillo y “limpio”; basta conectar un ordenador a la centralita de gestión del motor para modificar el mapa motor.

Misma serie, diferentes modelos con diferente potencia: Así es, la idea siempre es la misma. Los fabricantes sacan series de sus tractores compuesta por varios modelos, que, en la mayor parte de las ocasiones, tienen exactamente el mismo “cuerpo” y simplemente varía, a igualdad de especificación, la potencia entregada por el motor. Así que, si una serie tiene 4 modelos (ver tabla 1 donde se han colocado ejemplos de la serie T4 de New Holland y la 5R de John Deere, aunque, ojo, nadie se lleve a engaño porque se podría poner ejemplos de todos los fabricantes) pero con diferencia de potencia, entre el mayor y el más pequeño de 30 o 35 CV significa que a un precio medio de 500 €/CV se puede ahorrar unos 15000 € con tan solo elegir el modelo más pequeño de la serie 

Tabla 1

Esto es así porque existe una máxima del “mundo tractoril”: los tractores se fabrican en kilogramos pero se vende en caballos. Es decir, al fabricante lo que le cuesta “son los kg”, pero lo que vende “son CV”.

Por supuesto, y aquí quiero puntualizarlo, hay que verificar que efectivamente es el mismo motor, porque dentro del mismo bloque puede que no sean los mismos inyectores, o el mismo tipo de turbo-intercooler...

¿QUÉ ES EL “TUNEADO” DEL MOTOR?

El “tuneado” de motor, o chiptuning, es una optimización de la unidad de control del motor, ECU, con el fin de aumentar la potencia entregada por el motor.

¿Cómo?: Lo que hacen los “tuneadores” es ajustar los mapas de motor para proporcionar una respuesta con una mejor y mayor entrega de potencia. Las cifras de las que hablan dependen de quien las anuncie, también, lógicamente, del motor de partida. Pero se pueden situar en un incremento del 20 al 25 % tanto en potencia como en par motor.

Lo de modificar el "mapa motor" es al software (programa) como aumentar la presión de inyección del combustible o bien el tiempo de inyección o ambas cosas es al hardware (el motor) En cualquier caso es un "tuneado" no invasivo del motor; es decir, no se afecta físicamente al motor.

En automoción lo habitual es que el cliente se acerque por las instalaciones del “tuneador” pero en tractores, son los programadores los que se acercan a donde está el tractor. Para ello, el técnico conecta su ordenador, tablet o soporte informático a la toma de diagnosis del tractor.

Dos procedimientos: Uno por el cual se instala algún componente electrónico adicional, y otro, que no se añade ningún hardware al sistema, solo software.

Cuando no se instala hardware se llama "reprogramación". En este caso se reprograma la memoria Eprom de la ECU.

Cuando se instala hardware, una centralita externa, es al que de verdad se le debería llamar "chiptuning" y que es la que modifica la ECU original del fabricante afectando normalmente a la presión de inyección

¿Quién?

Con solo teclear en internet se obtienen multitud de ofertas para reprogramar la centralita.

Hagamos una prueba, teclea “engine power tuning” (acabo de encontrar 281.000.000 resultados) o si lo prefieres en español “reprogramación de centralita motor” (407.000 resultados) …

¿Más potencia, menos consumo?

Del destornillador a la tablet: Las cosas han cambiado, desde que la potencia se obtenía, en motores regulados mecánicamente, con un destornillador, hasta ahora con acciones de software sobre la centralita de control electrónica.

¿Aumento de potencia con reducción de consumo?: Cuesta creerlo, pero tiene su explicación y es que las reducciones de consumo no se consiguen a máxima potencia; en ciertos puntos intermedios de la curva motor, se modifican parámetros como la presión de soplado del turbo y así poder bajar el régimen de giro (las revoluciones)

COMO SE PUEDE ACTUAR

Recuérdese que se trata de reprogramación de software; es decir no hay ninguna acción invasiva en el motor, ninguna acción en el “hardware”.

Las siguientes son las acciones habituales en la reprogramación:

Relación aire-combustible o relación estequiométrica: El primer paso para conseguir “más potencia” con el “mismo motor” está en alterar en la cámara de combustión la relación de la mezcla aire/combustible (relación estequiométrica) En principio el motor más potente “gastará” más pues hay que enriquecerle en combustible aunque esto es muy general y en ocasiones se consigue alterando la fase de inyección de combustible dando más velocidad en “el frente de llama” un instante antes de saltar la explosión, pero con cuidado para evitar “detonaciones” y “picados”.

En la actualidad hay que tener en cuenta la Unidad Electrónica de Control (ECU) que cuenta con una serie de sensores.

La ECU dispone de unos “mapas” motor que es una “cartografía” de inyección que introduce el fabricante tras muchos meses de ensayos. Las señales de los sensores (temperatura del refrigerante, del aire de admisión, de las revoluciones, de la posición del pedal…) y el “mapa” motor decide cuanto combustible dosificar.

La ECU recibe información de multitud de sensores y actuar en función de la información que le proporcionan y es capaz de actuar incluso con la variación de presión barométrica

Curvas de motor antes y después

Inyectores: Es uno de los componentes que más van a influir. se puede actuar con el número de pulsos que a la postre significa el tiempo de apertura (echando combustible) del inyector o incluso subiendo la presión de inyección en el common rail.

Si se necesita inyectar más combustible, con el mismo inyector entonces se debe aumentar el tiempo de inyección, es decir se comenzará a inyectar antes de que la válvula de admisión haya abierto y se finaliza más tarde incluso cuando la válvula de escape haya cerrado y de esta forma ya se tiene el colector de admisión “cargado” para el próximo ciclo.

Presión del turbo: El segundo parámetro es actuar sobre la presión de soplado del turbocompresor. El turbo lo que hace es aumentar el rendimiento volumétrico o lo que es lo mismo meter más aire-combustible que lo que cubica cada cilindro.

Por supuesto no se puede incrementar la presión del turbo todo lo que se desea porque eso incluye reducir la vida y la fiabilidad del motor, pero en órdenes de 1,2-1,5 no se perderán demasiados “tornillos” por el camino (en motores de competición se llega a aumentar hasta 4 veces la presión de soplado) En turbos de motores agrícolas donde mejor se nota el incremento de potencia es en la zona alta de revoluciones.

En motores con válvula de descarga, wastegate, la presión de tarado de la válvula, y por lo tanto el margen superior de soplado del turbo. De esta forma se modifica para que abra más tarde o lo que es lo mismo el turbo está soplando más tiempo en altas revoluciones. Con esto se suben bastantes caballos en la zona alta de la curva de potencia. La ECU lo que hace es actuar sobre un solenoide.

Combustión: En la etapa de combustión lo que se busca es sacar el máximo potencial a la mezcla aire-gasóleo que ya se dispone. La ECU tiene en memoria los mapas de combustión y escoge de su base de datos el mapa más lógico en función de las necesidades (mínimo consumo, máxima potencia, extrapotencia…)

UN CHOLLO ECONÓMICO

Siguiendo con el ejemplo de la tabla 1, y admitiendo el “coste del caballo” de la tabla 2 (para seguir con los dos ejemplos elegidos de John Deere y New Holland) resulta que el cliente que se decide por un 5090 R en vez del 5125 R (a igualdad de especificación restante: neumáticos, cabina, caudales…) se ahorra unos 17.300 €. Y el cliente que opta por el T4.80 LP en vez del T4.110 LP se ahorra unos 14.700 €

Tabla 2

Mientras que el coste del incremento de potencia suele estar entre 700 y 1000 €, y es ¡para toda la vida! Parece un chollo ¿no? Mi opinión es que no se "altere el lector" y escuche todas las partes, pros y contras.

¿Y LEGALMENTE?

Desde el punto de vista legal las normas europeas hablan de una re-homologación del motor cuando se excede en unos límites la potencia oficialmente ensayada. Por supuesto, prácticamente nadie hará una re-homologación. Además, como la velocidad máxima del tractor no se altera ni otros parámetros como la carga máxima admisible pues todos “hacen la vista gorda”.

En cuanto a las ITV´s... El agricultor debe saber que su tractor queda fuera del “paraguas” del fabricante y que en el futuro podría tener problemas en las inspecciones sobre todo en aquellos tractores que se les anula el EGR…

Seguro de accidentes, garantía: Otro tema es la compañía aseguradora porque seguro que si tu compañía se entera que hay una alteración de potencia y tienes un accidente estará deseando decir que tu póliza ha quedado anulada porque el tractor o está en las condiciones de su ficha técnica…

Lo mismo puede pasar con el periodo de garantía que proporciona el fabricante, por eso se recomienda no alterar nada durante el periodo de vigencia de la garantía.

Tractor durante ensayo en banco oficial EMA

Si lo haces, recuerda comprobar el resultado: Lo importante es comprobar el resultado y para eso solo sirve que se haga una prueba antes y después.

Por supuesto para hacer la prueba se tiene que contar con un freno dinamométrico que es capaz de obtener la potencia al eje de la tdf del tractor.

Estos frenos proporcionan tres medidas, par, potencia y consumo específico.

Ojo con la interpretación de los datos, pues es posible que o bien la potencia no sea la que se ha dicho, sea menor, o bien, el consumo específico se suba mucho con lo cual los “caballos ganados son glotones”.

OPINIONES A FAVOR Y EN CONTRA

A favor

Conozco de primera mano de que hay talleres, incluso oficiales de marcas “premium”, que “pregonan” la reprogramación.

En realidad, nada nuevo. ¿A cuántos de los lectores les ha ocurrido que el propio taller oficial le ha “descapado” el tema de la velocidad máxima del tractor para sortear los límites en España y poder tener la caja a 50 km/h?

También a favor están las propias empresas que se dedican a la reprogramación. En España las más conocidas quizá sean Agrotecnocar (Mairena, Sevilla) que actúan en toda la península y para casi todas las marcas. DimSport del grupo Holdim Srl. Trins Ecopower (mismo grupo que TDD y Maspotente)

En contra

Tractor conectado al freno dinamométrico mientras
se mide entrega de potencia en campo

Hace ya tiempo que me dirigí a los principales fabricantes de tractores para que me aportasen su posición oficial ante el fenómeno del “tuneado” del motor. Algunos contestaron y otros no.

Como resulta que desde la respuesta ha pasado ya tiempo, y como quiera que es este un tema “espinoso”, prefiero no poner las contribuciones de las empresas con el nombre y solamente la opinión de las mismas.

Lo habitual es que desde los fabricantes no se autorice a realizar ninguna alteración del mapa motor sin la autorización o supervisión de su Servicio de Asistencia Técnica (SAT) a la par que admiten que cualquier modificación realizada por la concesión sin autorización del equipo de SAT, o por cuenta y riesgo del cliente, eximirían de cualquier responsabilidad ante cualquier avería derivado de ello.

Además, se desautoriza la reprogramación porque modificar el diseño y propiedades de una máquina por parte de terceros, que, con toda seguridad, desconocen los límites de los materiales que componen no solo el motor, sino la máquina.

La siguiente negativa es por el hecho de cumplir con las normativas de emisiones.

¿Y yo qué opino? Mi opinión y que no ha cambiado a lo largo de estos años donde tanto se habla de reprogramación, es que los ingenieros "motoristas" saben bastante más de sus motores que cualquier empresa que viene "a regalar caballos". Yo, en mi tractor no lo haría. Sin embargo, hay situaciones que se ve claramente que es muy posible cambiar el mapa motor de una determinada unidad de potencia, en este caso, si quieres hacerlo, ponte en manos de profesionales y que te demuestren la mejora con ensayos pre y pos. 

FUENTES CONSULTADAS

Webgrafía

• Tuneado de motores, el "chiptuning"
• http://www.agrotecnocar.com/
• www.powersystem.fr/ES/
• www.chipboost.com/tractor/index.html
• www.digitalmotor.it
• www.innovativediesel.com

 By: Catalán Mogorrón, H.

PISTONES, Y MOTORES, FABRICADOS CON IMPRESORAS 3D

Pistón 3D con canales de refrigeración

IMPRESIÓN DE METAL

La técnica para la impresión de metal se conoce por su acrónimo inglés, DMLM (Direct Metal Laser Melting o Fusión Directa del Metal por Láser) aunque hay muchas variantes como DMLS (Sinterización Directa de Metal Láser) o EBM (Fusión por Haz de Electrones) o SLS (Sinterización Selectiva por Láser)

El proceso, al igual que las impresoras 3D convencionales que trabajan con plásticos termoestables, también se produce por fusión, pero en este caso lo que se funde es polvo metálico. El calor necesario es generado por un láser. Una boquilla suministradora va depositando finas capas de polvo de metal y un láser transfiere el calor al polvo que se acaba fundiendo. El polvo metálico suele ser de titanio, cromo-cobalto, aleaciones basadas en níquel, aluminio, acero y acero inoxidable, bronce y también metales preciosos.

También existen modelos en los cuales se utilizan sopletes de plasma para fundir el material metálico de alimentación.

Son impresoras con enorme precisión y un buen acabado superficial por lo que se usan en matricería. Lo normal es que el láser se monte en un brazo que en algunas impresoras tiene 4 ejes y en otras 5. Tantos grados de libertad permiten una impresión imposible por otros métodos y es por lo que se usa mucho en aeronáutica y defensa. También es el método ideal para reparar piezas desgastadas ya que se requiere un sistema de apoyo que suele ser la pieza a reparar.

PISTONES LIGEROS Y RESISTENTES

En entradas anteriores analicé la posibilidad de fabricar algunas piezas concretas de un tractor con impresión 3D, (https://www.masquemaquina.com/2019/03/se-puede-fabricar-un-tractor-con.html y https://www.masquemaquina.com/2019/04/se-puede-fabricar-un-tractor-con.html )

El análisis de hoy es más concreto y se refiere a la fabricación de motores y especialmente los pistones con impresoras 3D

Fabricación por adicción

La ventaja de la impresión en 3D es que es una fabricación por adicción, es decir que se van superponiendo material y por lo tanto se pueden crear piezas con formas que no se podría hacer de otra forma, como serían las técnicas de sustracción, o sería enormemente costoso.

Pistón 3D con estructura celosía

Para entender el proceso, imagínese que se desea fabricar un pistón con estructura, celosía, de nido de abeja. Este tipo de estructura es enormemente resistente, pero a pesar de que eso se sabe y es patente, no es nada fácil realizarlo; y eso es así porque hasta ahora la fabricación se debía hacer mediante técnicas de fabricación “tradicionales” como el mecanizado o la fundición o incluso la inyección. Sistemas que no permiten realizar algunas formas.

Con la impresión 3D se pueden resolver todos los problemas que se encuentran en la fabricación por “sustracción” (mecanizado)

La ventaja de disponer de un pitón con forma de celosía de nido de abeja es enorme, puesto que se disminuye mucho el material para su fabricación, y eso significa que el pistón tendrá menos inercia en su movimiento alternativo dentro del cilindro y además, sin perder nada de su resistencia.

Inercias y velocidad lineal: imagine el lector un pistón subiendo y bajando constantemente, a 2000 revoluciones por minuto, con unas velocidades lineales de 10 a 14 m/s con enormes presiones y altas temperaturas… (recuérdese que por cada vuelta que da el cigüeñal, el pistón debe recorre dos veces la distancia de la carrera del motor)

Pistón 3D

Pistón y bulón fabricados impresión 3D

Los pistones convencionales están fundidos o forjados de aluminio o acero. El proceso de fabricación implica que los pistones sean “sólidos” o con los “vaciados” justos que las técnicas de fundición permiten.

Con la impresión 3D las premisas de fabricación cambian totalmente. La fabricación por “adicción” implica que se pueden fabricar componentes con menos material. Por ejemplo, la fabricación de un pistón en celosía es posible con técnicas aditivas.

Un pistón en celosía implica menos material, y eso a su vez, implica, además del ahorro de material y de la reducción de inercia ya comentada, es que se permite una mejor refrigeración de la cabeza del pistón, reduciendo las áreas críticas de este elemento sometido a tan altas cargas, presión y temperatura. En un pistón impreso en 3D, se puede integrar el refuerzo estructural exactamente donde se necesita, resistiendo las altas temperaturas y presiones de la forma más efectiva y mejorando la estabilidad dimensional.

Además, con la reducción de masa también se favorece el enfriamiento en componentes asociados como las bielas, contrapesos del cigüeñal, rodamientos, y en general a todo el motor, como por ejemplo la reducción de fricciones que a la postre determinan la vida útil del motor.

TAMBIÉN PARA PRUEBAS Y ENSAYOS DE PROTOTIPOS

La impresión 3D muestra un enorme potencial en la realización de prototipos. Por ejemplo, en la elaboración de un pistón para el desarrollo de un motor, mediante moldeado convencional, puede llevar fácilmente 3 meses y eso siendo optimista. Con la impresión 3D, un pistón se puede fabricar y mecanizar en menos de una semana y así poder realizar una prueba de combustión dentro de ese motor prototipo.

Reducir el tiempo significa reducir la inversión, pero también es que es mucho más sencillo el proceso por el que un equipo de diseño de motores puede ajustar todos los parámetros: diámetro orificio bulón unión con la biela, relaciones de compresión, flujo de aceite de refrigeración, número de segmentos…

Otras oportunidades de la impresión 3D

Vídeo fabricación impresión 3D metal

Y es que el número de componentes fabricados por impresión 3D es tan amplio como piezas lleve el motor: bulones, culatas e incluso el bloque motor, culatas, turbo…

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 By: Catalán Mogorrón, H.

LA INQUINA AL DIESEL Y SU FUTURO EN LAS MÁQUINAS AGRÍCOLAS

Valtra Biogas

¿SE MERECE EL DIESEL LA PERSECUCIÓN A LA QUE SE LE SOMETE?

¿Se merece el motor diésel el castigo, vía impuestos, que tanto desde la UE como desde EEUU se le está sometiendo?

Se le acusa de “contaminante” y de ahí la subida impositiva que solo gracias a los precios "relativamente bajos" del crudo no ahogan más a los castigados usuarios en general y agricultores en particular.

Lo más patético del caso es comprobar como algunos políticos, incultos en estas lides, realizan sus desafortunadas declaraciones, sin la más mínima noción de tecnología en motores, ni base científica que les ampare. Desgraciadamente ocurre así cada día, ahora por la preocupación por la salud de sus conciudadanos y su tasa de ingesta de carne, ahora por la contaminación que producen las vacas, ahora por los humos de los diésel... 

Particularmente, veo el 2015 como el comienzo de la última gran ofensiva contra el motor diésel. El hito lo marcó el escándalo de Volkswagen, allá en EEUU, el denominado dieselgate. Aquel escándalo hizo que los norteamericanos “montaron en cólera” castigando al diésel; los europeos, con menos personalidad que una veleta, les seguimos.

Pero la tormenta pasó y ahora es el momento en el que los técnicos deben hablar. Algunas Administraciones parecen entrar en razón escuchando a sus ingenieros; otros, que nos toca muy cerca, siguen hablando del “sexo de los ángeles”.

Los vecinos franceses y también alemanes parecen que se han decidido por dejar hablar a los técnicos. Por ejemplo, el Bundestag alemán, en mayo 2019, ya se refiere a lo absurdo y sin sentido que sería prohibir motores diésel E6, E5 e incluso E4 con emisiones menores a 270 mg NOx/km. Otro ejemplo a citar es el francés que está estudiando dar la máxima calificación ambiental a los motores diésel E5 y E6.

¡Ojo!: En un estudio publicado en abril del 2019 por el Institute Centre for Economic Studies, CESifo GmbH, se recoge que un Tesla Clase 3 es más contaminante que un moderno diésel Euro 6. Para el estudio se realizó una comparativa según el mix energético alemán y el análisis de las emisiones de CO2 en toda la vida útil de ambos coches.

Desnudando al moderno motor diésel

Quien hoy califique a un moderno motor diésel de “sucio”, ruidoso o lento, es que es un ignorante o un malvado mentiroso.

Hoy un motor diésel sigue siendo robusto, ideal para las aplicaciones en las que se le usa y que, sin perder esa característica, ha ido evolucionando desde la inyección indirecta a la electrónica y el common rail, desde la aspiración atmosférica hasta la turboalimentación y sus variantes, y todo ello aderezado con inyectores multipunto o la alteración de mapas motor desde el puesto de conducción. Una realidad que ha conseguido que apenas se reconozcan aquellos motores diésel “sucios”, lentos, ruidosos. Pero es que además se han unido las mejoras en los sistemas de postratamiento de gases de escape como la reducción catalítica selectiva (SCR), filtros de partículas (DPF), recirculación de gases de escape (EGR), catalizadores de oxidación (DOC)…

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Novedades en motores, reinventando el motor diésel (Parte I)

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Catalizador y filtro de partículas, sobrecoste necesario

John Deere, Tier IV y SCR

Objetivo, reducción de emisiones contaminantes

A mi vecino le han robado el catalizador

Motores que limpian el aire de las ciudades

No es ciencia ficción; hoy un motor cumpliendo la Euro 6, e incluso la Euro 5, puede actuar como aspirador de partículas (PM) en ciudades muy contaminadas. Los filtros de partículas (DPF) son capaces de reducir el nivel emitido por debajo del valor medio atmosférico en ciudades contaminadas como es el caso de algunas ciudades muy contaminadas como son aquellas que siguen usando el carbón como principal fuente energética para la generación de electricidad y calefacción.

Introducción de las sucesivas etapas de gases contaminantes en Agricultura:

Tier 1 (1996): introducción en el sector agrícola de las emisiones de gases contaminantes

Tier 2 (2002): reducción de partículas (PM) y óxidos de nitrógeno (NOx)

Tier 3 (2006): mayores requerimientos de control para los NOx

Tier 4A (2011): reducción más drástica de PM y NOx

Tier 4B (2014): controles más exhaustivos de las emisiones de NOx

Tier V (2019): enfoque tanto en la cantidad como en el volumen de partículas

Fendt e-100 eléctrico

DIÉSEL Y AGRICULTURA: HAY QUE LEER ALGO MÁS QUE LOS “TITULARES”

Las regulaciones de emisiones no son la única amenaza para el motor diésel, pero la realidad de hoy es que el robusto motor diésel es inherente a la actividad agrícola y, quede bien como titular o no, hoy aún no existen alternativas al gasóleo en la agricultura.

El error de legislar mirando los “votos”

La sociedad actual tiene a centrarse en “titulares” y no en el “núcleo de la noticia” y aunque es cierto que se está experimentando con combustibles como metano, hidrógeno, gas natural, electricidad… no pueden verse estos intentos, con la tecnología actual, como alternativas reales. Se investiga y se avanza, pero de momento los intentos solo son el camino que hay que recorrer para ver la viabilidad de los mismos.

Impacto de las emisiones: No conviene perder el factor de escala. Según Greenpeace España solo el 13 % de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) son achacables al transporte de mercancías. La FAO baja ese porcentaje al 10 %.

En cuanto a las emisiones de la actividad agrícola, su suma total en Europa es de 470 M de toneladas de CO2 sobre un total de 5000, y ¡solo sería achacable a los motores agrícolas menos del 1% del montante total!

Exceso de impuestos al gasóleo

La UE está castigando, vía impuestos, sobremanera al gasóleo, ¿por qué? Pienso que puede ser por la enorme necesidad de dinero que tienen las “agigantadas” Administraciones y también por un mal entendimiento de la “moda” de la acusación al motor diésel de contaminante, me refiero al “postureo” político para justificar una preocupación medioambiental. Asombra escuchar a políticos sin la más mínima noción de tecnología en motores, ni base científica que les ampare, hablar como si estuviesen defendiendo su propia tesis doctoral.

Evolución precios gasóleo A mayo 2020-julio 2021.
¡Un 27 % en 14 meses!
(Elaboración propia con datos Ministerio Transportes)

En varios países europeos, incluyendo a España, durante los últimos años se han ido reduciendo los impuestos de matriculación de los vehículos con motor diésel debido a sus menores emisiones de CO2; pero este hecho ha cambiado en los últimos 2-3 años y su gravamen se ha incrementado por encima de los que usan gasolina. Una forma de “recaudar más” a la par que subes a la “moda de la demonización” del diésel. Para más “bochorno” europeo es que la moda ni tan siquiera es original de nosotros si no que se ha copiado la “moda norteamericana”.

El resultado y lo preocupante es que la Administración se erige en juez acerca de cuál es la alternativa ganadora sin considerar que el futuro energético es totalmente incierto.

Por si alguien se lleva a engaño, afirmo que se debe invertir en reducir emisiones, pero con conocimiento de causa. La sensación que tengo, es que nuestros “gobernantes”, sin un aparente sustento tecnológico, marcan directrices hacia el vehículo eléctrico. ¿Realmente saben lo que eso significa? A ver si dentro de 25 o 30 años se descubre que el camino elegido no era tan “verde” como parecía.

Otros usuarios del gasóleo

No solo en la agricultura se usa el “diésel”, pero mientras que veo que se cuestiona el uso del gasóleo, y se “excomulga” a sus usuarios, en transporte pesado, autocares, tractores… no veo que se cuestione su uso en los grandes barcos.

Así que a veces esta paranoia da risa. Quien critica la compra de un motor diésel para un coche o un tractor debería saber la importancia del gasóleo en la flota mercante.

Transport&Environment: Un estudio publicado por esta agencia aclara que, por ejemplo, un buque carguero portacontenedores, de los que recorren constantemente nuestros mares y abastecen nuestros supermercados, quema 10000 toneladas de combustible en un viaje de ida y vuelta entre Asía y Europa. Pero es que hay 10000 buques cruzando los mares y océanos cada día… El resultado es que los 50 buques más grandes de la marina mercante mundial contaminan tanto como los 800 millones de automóviles del planeta… O que solamente los cruceros del Mediterráneo contaminan más, en términos de óxidos de azufre que todo el parque automovilístico europeo…¿Y si hablamos de flota pesquera, flota de guerra y de aviones?

Motor barco (Foto Man Diesel)

ELECTRICIDAD E HIBRIDACIÓN COMO ALTERNATIVA

Hay proyectos muy loables de estos tractores ya trabajando en aplicaciones concretas, municipales y/o ganaderas. Pero estos proyectos no significa que el camino esté ya marcado. Es cierto que los fabricantes han iniciado un rápido desarrollo de los vehículos híbridos y eléctricos pero se debe avanzar mucho en encontrar tecnología de baterías eficientes.

La “alternativa eléctrica” queda bien como titular pero no se debe estar ciego ante las contrapartidas.

De momento, la electricidad, solo es un “vector energético”; esto significa que una batería no es una fuente de energía si no un acumulador de energía.

Para valorar a un “vector energético” hay que analizar todo el ciclo, de principio a fin; o lo que es lo mismo, se debe considerar la emisión de CO2 producido en la fabricación de baterías y de motores eléctricos.

Antes de mandar ir en una dirección se deben explicar algunas cuestiones como: ¿Cuál es el camino para el reciclaje de las baterías? O ¿cuáles son las emisiones electromagnéticas de las baterías en situación de recarga? O ¿Cuál es el coste “energético”, huella de carbono, de fabricar un vehículo eléctrico? O peor aún, ¿se adivina que ocurrirá con el uso de los materiales “nuevos” del planeta, hay suficiente materia prima como se requiere, litio, cobalto, níquel… y que provienen, en gran medida, de países con derechos laborales a años luz de los preconizados por el mundo occidental? (Foto 6)

Disposición de Volvo Fe hybrid engine

De Cobalto: En la fabricación de un coche eléctrico (¡no digamos en un tractor eléctrico) se necesitan de 5 a 6 kg de cobalto para la fabricación del ánodo de las baterías de ión litio, que en gran medida proviene de la República Democrática del Congo con grandes tasas de trabajo infantil e inseguridad en el trabajo

A ver si al final la fabricación de una batería o su propio reciclaje se convierte en un auténtico desastre ecológico. Y ojo, donde recargamos el vehículo eléctrico, porque no queremos “centrales nucleares” pero quizá solo estamos promocionando el consumo eléctrico de las grandes empresas de generación y distribución de electricidad y que en gran medida proviene de fuentes “tan contaminantes” como la nuclear.

En resumen, que se debe analizar todo el ciclo de vida de un vehículo para pronunciarse si el vehículo eléctrico es o no menos contaminante que el térmico. Los legisladores se deberían dejar asesorar por expertos antes de ordenar ir a los fabricantes en una dirección. La legislación en base a “contextos emocionales” es un desastre probado, los experimentos en casa y con gaseosa.

Grupo electrógeno diésel para recargar vehículos eléctricos...

Ojo con los datos: Algunas fuentes como la Agencia de Medio Ambiente y Control de la Energía, ADEME, aseguran que la fabricación de baterías es tan contaminante que, en tasa de producción de CO2, un vehículo eléctrico deberá recorrer entre 60000 y 100000 km para empezar a ser menos productor de CO2 que un coche térmico; pero con el agravante de que un eléctrico emite todo el CO2 en “el primer kilómetro” de su vida.

CONCLUYENDO

Es cierto que en un motor térmico, la eficiencia energética (relación entre la energía contenida en el combustible y la energía mecánica ofrecida) no es superior al 25 % pues existen importantes pérdidas por el calor generado en la combustión.

También es cierto que en un motor eléctrico el rendimiento energético (relación entre la energía eléctrica absorbida y la energía mecánica ofrecida) los datos son superiores al 90 % pero ojo porque estos datos, una vez más, pueden ser engañosos y de nuevo hay que analizar la diferencia en todo su conjunto. Solo si somos capaces de ir incrementando las fuentes de energías renovables se puede afirmar que la electricidad produce sensiblemente menos CO2.

Y si la subida del gasóleo asusta, la de la electricidad,
en plena temporada de riegos, es una película de terror.

El motor de combustión interna en general y el diésel en particular, deben seguir desarrollándose. Una línea está claramente en la investigación de catalizadores y por supuesto que otra línea será la de incrementar los componentes de “hibridación”, electrificando el tractor para mover motores eléctricos de aperos, turbos para eliminar el retardo de respuesta, compresores de aire acondicionado… En verdad un mundo apasionante.

 By: Catalán Mogorrón, H.