¿EN QUÉ SE DIFERENCIAN LOS TURBOCOMPRESORES DE GAS NATURAL DE LOS DE LOS MOTORES DE DIÉSEL?

Hace una década, los turbocompresores para motores de gas natural y diésel no eran muy diferentes. Sin embargo, las nuevas regulaciones de emisiones han impulsado el desarrollo de turbocompresores diseñados específicamente para motores de gas natural. Estos turbocompresores están adaptados a condiciones de combustión estequiométrica, donde la mezcla de oxígeno y combustible está equilibrada con precisión. Este equilibrio garantiza una combustión eficiente, sin dejar combustible sin quemar ni exceso de oxígeno.

Los turbocompresores desarrollados para los motores de gas natural modernos, tienen componentes únicos como un puerto de descarga doble, actuadores más grandes y una carcasa de material hecha de materiales compuestos que pueden soportar las temperaturas más altas que requiere una quemadura estequiométrica.

Cummins lleva décadas desarrollando soluciones innovadoras para motores de diésel y gas natural. Este artículo explora cómo se utilizan las diferentes tecnologías de turbocompresores para los vehículos de gas natural y cómo han evolucionado para satisfacer los desafíos y demandas de una industria del transporte que busca soluciones más sostenibles.

Diferencias clave entre turbocompresores para motores de gas natural y diésel
Los turbocompresores para motores de gas natural son distintos de los utilizados en los motores de diésel debido a las demandas únicas de la combustión de gas natural, como temperaturas de funcionamiento más altas y distintas relaciones aire-combustible. A diferencia de los motores diésel, que funcionan con una combustión pobre y una mayor relación aire-combustible, los motores de gas natural requieren una quemadura estequiométrica. Esto significa que la mezcla de oxígeno y combustible se equilibra con precisión (proporción aire-combustible 1:1) para una combustión eficiente, asegurando que no quede combustible sin quemar o exceso de oxígeno. En consecuencia, los motores de gas natural requieren turbocompresores más pequeños ya que se necesita menos aire para la combustión estequiométrica en comparación con la combustión más pobre en los motores diesel. Por ejemplo, un motor diesel podría necesitar un turbo HE500, pero un motor de gas natural podría usar un HE300 o HE400 debido a sus menores requisitos de aire.

Lograr esta combustión eficiente ha llevado a modificaciones significativas en muchos componentes del sistema, incluida la incorporación de un puerto de descarga doble para manejar la alta capacidad de derivación necesaria para los turbocompresores de gas natural. Este puerto regula el flujo de escape, controla la presión y evita el sobreimpulso.

Las temperaturas y presiones intensas de los motores de gas natural también influyen en el diseño del turbocompresor. Mientras que los motores de diésel priorizan la eficiencia de los turbocompresores, los de gas natural se centran en lograr el caudal másico requerido y cumplir con las demandas de recirculación de gases de escape (EGR). Como resultado, los turbocompresores para motores de gas natural se construyen con materiales de alta temperatura, particularmente en la etapa de turbina, para resistir la fatiga térmica.

Estos turbocompresores también requieren carcasas de rodamientos refrigeradas por agua para manejar las temperaturas elevadas, lo que requiere tuberías y conexiones adicionales para mantener el flujo de refrigerante.

Materiales de la carcasa: Cummins emplea materiales avanzados en la construcción de turbocompresores para soportar las altas temperaturas de la combustión estequiométrica en los motores de gas natural. Estos materiales incluyen grafito y acero inoxidable para la carcasa de la turbina, así como aleaciones de mayor calidad como Chrome-Moly, que contiene cromo y molibdeno. Estos materiales permiten que los turbocompresores soporten temperaturas de entrada de la turbina superiores a 760 ° C, superando con creces las temperaturas de funcionamiento de los turbocompresores de motores diesel, que generalmente permanecen por debajo de 700 ° C.

Actuadores: Los turbocompresores para motores de gas natural utilizan actuadores más grandes en comparación con los de los motores de diésel. Un turbocompresor de gas natural utiliza un actuador T4, que mide 4 pulgadas cuadradas, mientras que un turbocompresor de motor diesel solo requiere un actuador T2, un componente de 2 pulgadas cuadradas. Este aumento en el tamaño del actuador es esencial para administrar las capacidades de derivación más altas y las demandas de temperatura de los motores de gas natural.

Modificaciones de motores diesel: Si bien los motores de gas natural comparten muchos componentes con sus homólogos diésel, se han realizado modificaciones clave en los turbocompresores para adaptarse al uso de combustible gaseoso. Estos cambios abordan las temperaturas más altas y las diferentes características de flujo exclusivas del gas natural, lo que garantiza un rendimiento y una durabilidad óptimos.

La evolución del turbocompresor de gas natural
Hace una década, los turbos de gas natural y diésel eran casi idénticos, pero las estrictas regulaciones de emisiones como las normas Euro 6 y EPA han impulsado cambios significativos, incluido el cambio a la combustión estequiométrica, que aumentó las temperaturas de operación y creó la necesidad de nuevas configuraciones de turbocompresores.

Al cambiar a la combustión estequiométrica, Cummins pudo reducir la necesidad de sistemas de postratamiento como los catalizadores de oxidación diésel (DOC) o los sistemas de disminución catalítica selectiva (SCR), que finalmente redujeron el costo de los motores y turbos.

Como líder en innovación y tecnología de turbocompresores, Cummins se compromete a trabajar con los clientes para proporcionar las soluciones adecuadas para sus aplicaciones. Dado que el gas natural es un factor fundamental en la descarbonización del transporte comercial, Cummins continúa optimizando el diseño de los motores de gas natural, mejorando la economía de los sistemas de motor a la vez que cumple con los estrictos estándares de emisiones y haciendo del gas natural una alternativa competitiva al diésel en muchas aplicaciones.