La contaminación causa daños al sistema de inyección – Parte III

Marcos Thadeu Lobo

Ingeniero Mecánico Egresado de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). Actualmente trabaja como Consultor Asociado en QU4TTUOR CONSULTORIA.

Sistema de inyección

1.5 – CONTAMINACIÓN

Daños al sistema de inyección

Los contaminantes presentes en el combustible (aceite, diesel de carretera BS500 / BS10; OCA1; aceite diesel marino DMA / DMB; OCM 120/180/380, etc.) pueden ser tan abrasivos como los materiales utilizados en el mecanizado de piezas durante el proceso de fabricación. Por lo tanto, es extremadamente importante eliminar la mayor cantidad posible de material particulado sólido abrasivo antes de que dañen los componentes críticos del sistema de inyección.

Figuras 1/2  – Material particulado sólido abrasivo

El material sólido particulado presente en el combustible provoca un desgaste prematuro de las unidades de inyección, disminuyendo su vida útil, reduciendo el rendimiento del sistema de inyección y, en consecuencia, del motor de combustión interna Ciclo Diesel 4T y puede llegar incluso a provocar un atascamiento repentino de las unidades de inyección.

Figuras 3/4 – La presencia de partículas sólidas acorta la vida útil del sistema de inyección de combustible y reduce el rendimiento del motor.

El material particulado sólido abrasivo con dimensiones entre 5 micrones y 10 micrones puede dañar las unidades de inyección al romper la película fluida de combustible que lubrica sus partes móviles y eventualmente rayar los émbolos de las válvulas, las agujas de las boquillas, el cuerpo de la boquilla y el cuerpo del inyector, causando el contacto de metal con metal. que ocurra y la unidad de inyección se bloquee. Las pocas partículas sólidas abrasivas presentes en el combustible pueden dañar rápidamente las unidades de inyección.

Figuras 5/6 – Combustible contaminado con material particulado sólido abrasivo: desgaste prematuro de los componentes móviles de las unidades de inyección.

El control de la contaminación del combustible ha cobrado importancia con miras a maximizar la vida útil de los sistemas de inyección de combustible. Los sistemas de inyección de combustible que equipan los modernos motores diésel de 4T de combustión interna superan incluso las presiones de inyección de 30.000 psi para obtener mayor potencia, reducir el consumo de combustible y reducir las emisiones contaminantes. Para que se logren estas presiones de inyección, se requieren tolerancias dimensionales de menos de 5 micrones en las partes del sistema de inyección de combustible.

Figuras 7/8 – Tolerancias dimensionales inferiores a 5 micrones.

Las presiones de inyección y las tolerancias dimensionales mencionadas anteriormente hacen que los sistemas de inyección de combustible sean mucho más sensibles al desgaste y la abrasión.

1. Boquillas de la unidad de inyección: el material particulado sólido abrasivo se mueve rápidamente en los sistemas de alta presión de inyección, lo que causa daños y erosión en los orificios de inyección, lo que resulta en una atomización incompleta y una sobrealimentación de combustible, lo que compromete el rendimiento del motor de combustión interna Diesel Cycle 4T y el consumo de combustible. La materia particulada sólida abrasiva y el agua pueden provocar arranques más difíciles de los equipos móviles y un aumento de las emisiones de contaminantes. Las partículas sólidas abrasivas más grandes pueden incluso obstruir los orificios de inyección.

Figuras 9/10 – Los orificios de inyección erosionados provocan una atomización incompleta.

2. Émbolos de válvula, agujas de la boquilla, cuerpo de la boquilla, cuerpo de la boquilla: El material particulado sólido abrasivo puede causar desgaste entre el pistón de la válvula y el cuerpo de la boquilla y entre la aguja de la boquilla y el cuerpo de la boquilla.

Figuras 11/12 – Daño a las superficies metálicas causado por contaminantes.

También pueden producirse arañazos en las superficies metálicas, con el consiguiente contacto de metal con metal y el eventual bloqueo de la unidad de inyección.

3. Válvulas de control: válvulas de daños por agua y material particulado sólido abrasivo que controlan la presión del combustible al erosionar las superficies metálicas de los componentes de la válvula en movimiento relativo. Este tipo de falla conduce a fugas y eventual pérdida de potencia en el motor de combustión interna Diesel 4T Cycle.

Figuras 13/14 – Los contaminantes dañan las válvulas de control.

El material particulado sólido abrasivo con una dimensión promedio de 5 micrones puede dañar los sistemas de inyección de combustible (1 micrón es una millonésima parte de un metro).

Figuras 15/16 – Comparación: cabello humano x material particulado sólido.

A modo de comparación, podemos decir que el diámetro promedio de 1 cabello humano es de 80 micrones y que la holgura promedio en las unidades de inyección de combustible modernas de los motores de combustión interna de 4T Cycle Diesel es de 4 micrones, lo que facilita la comprensión de cómo pequeñas cantidades de Las partículas sólidas abrasivas y el agua presentes en el combustible pueden causar daños graves.

Como principales fuentes de contaminación del combustible utilizado en los motores de combustión interna, se pueden mencionar los Ciclo Diesel 4T:

1. Los contaminantes (por ejemplo, partículas sólidas abrasivas, agua) pueden entrar en el combustible durante la manipulación y el transporte. Los proveedores confiables que dispensan combustible después de una filtración eficiente y el monitoreo periódico de la calidad del combustible a través de pruebas apropiadas pueden garantizar una calidad constante del combustible utilizado.

Figuras 17/18 – La contaminación puede ocurrir durante la manipulación y el transporte.

2. El material particulado sólido en el aire se puede inhalar en el tanque de combustible a través del tubo de ventilación.

Figuras 19/20 – Tubos de ventilación: filtros para retener partículas.

Si el filtro desecante y para la retención de material particulado sólido abrasivo no está instalado en el tubo de ventilación, el combustible dentro del tanque de almacenamiento a granel puede estar contaminado por el movimiento de contracción natural del volumen de combustible con la caída de la temperatura ambiente (ingestión), especialmente si la estación de servicio se encuentra en un ambiente húmedo y con mucho polvo en suspensión.

Figuras 21/22 – Ambientes polvorientos y húmedos: necesidad de filtros en los tubos de ventilación de los tanques de almacenamiento de combustible.

3. El material particulado sólido abrasivo puede contaminar el combustible durante el mantenimiento, la operación y el abastecimiento de combustible del equipo móvil si no se tiene cuidado.

Figura 23- El abastecimiento de combustible mediante conexiones selladas de conexión rápida evita la contaminación del combustible por partículas sólidas abrasivas.

El Código de Contaminación de Partículas Sólidas ISO 4406: 2021 (Potencia de Fluidos Hidráulicos – Fluidos – Método para Codificar el Nivel de Contaminación por Partículas Sólidas) se refiere al número de partículas de material sólido contenidas en una muestra de 01 ml de acuerdo con 03 diferentes Número de Clase ( R):

1. El primer número de clase (R4) se refiere al número de partículas de material sólido de más de 4 micrones.
2. El segundo número de clase (R6) se refiere al número de partículas de material sólido de más de 6 micrones.
3. El tercer número de clase (R14) se refiere al número de partículas de material sólido superior a 14 micrones.

Figura 24 – Código de contaminación de partículas sólidas ISO 4406:2021

Por ejemplo: Nivel de limpieza general 21/19/16 de acuerdo con el Código de contaminación por partículas sólidas ISO 4406: 2021 (Energía de fluido hidráulico – Fluidos – Método para codificar el nivel de contaminación por partículas sólidas) significa que en 01 ml de muestra de combustible hay presente:

1. Número de clase R4 (21): entre 10000 y 20000 partículas sólidas> 4 micrones
2. Número de clase R6 (19): entre 2500 y 5000 partículas sólidas> 6 micrones
3. Número de clase R14 (16): entre 320 y 640 partículas sólidas> 14 micronesn

Figura 25 – Nivel de limpieza general 21/19/16 (ISO 4406: 2021)

La elevación del número de clase 01 (R) significa que la cantidad de partículas de esa dimensión (4 micrones, 6 micrones, 14 micrones) se duplicará.

Figuras 26/27 – Contaminación del combustible por partículas sólidas.

Los componentes con holguras dimensionales extremadamente reducidas que componen los modernos sistemas de inyección de combustible presentes en los motores de combustión interna de Ciclo 4T Diésel demandan combustibles con un excelente Nivel General de Limpieza para los cuales filtros de combustible a bordo seleccionados específicamente para la aplicación y con un poro medio medio filtrante de tamaño suficiente capaz de eliminar más del 99,9% del material particulado sólido abrasivo de 2 micrones (Relación Beta = 1000) y agua.

Figuras 28/29 – Los sistemas de inyección de combustible modernos exigen filtros de combustible “integrados” específicos.

Los filtros de combustible incorporados con un tamaño específico para los sistemas de inyección modernos proporcionarán las siguientes diferencias a los motores de combustión interna diésel de ciclo 4T:

1. Máximo rendimiento y economía de combustible.
2. Reducción de la acción abrasiva causada por material particulado sólido abrasivo y reducción de la acción corrosiva causada por la contaminación del agua en unidades de inyección y bomba de alta presión.
3. Menor necesidad de ajustes en el sistema de inyección.
4. Menor emisión de contaminantes (partículas sólidas; NOx; HC).
5. Arranques más fáciles y mayor disponibilidad operativa de maquinaria.