Los sistemas de postratamiento se han convertido en un componente integral de los motores hoy en día debido a la aplicación de normativas sobre emisiones cada vez más estrictas. "En la última década, los sistemas de postratamiento utilizados por nuestros clientes OEM globales se han vuelto cada vez más complejos y más densamente empaquetados", dice el Dr. Korneel De Rudder, Director de Desarrollo para Europa en Donaldson Co. Inc.
Esta mayor complejidad es necesaria para cumplir las normas de emisiones, cada vez más estrictas, que se aplican en Estados Unidos, Europa y otras partes del mundo, afirma. "Como resultado, hay más catalizadores y sensores incorporados en un tamaño de paquete determinado", explica De Rudder. "En el caso de muchas máquinas todo terreno, como el espacio bajo el capó es limitado, tenemos que ser creativos para encajar estos nuevos componentes en las máquinas, y los componentes tienen que estar más empaquetados".
Para solucionar esto, De Rudder dice que Donaldson se ha centrado en el desarrollo de componentes y sistemas que permiten un menor volumen "muerto" dentro del sistema de postratamiento. "Con los sistemas de la generación anterior, el volumen 'muerto' se utilizaba a menudo para aumentar el tiempo de permanencia del DEF (líquido de escape diésel; también llamado AdBlue), lo que mejoraba su descomposición y mezcla en los gases de escape", afirma. "Los sistemas modernos tienen menos espacio para el volumen "muerto", lo que se traduce en un menor tiempo de permanencia e impulsa la necesidad de mejorar el rendimiento del mezclador. En Donaldson, hemos desarrollado una completa gama de sistemas de mezcla de DEF/AdBlue compactos y avanzados, diseñados específicamente para lograr una mezcla eficaz en espacios reducidos".
La combinación de las funciones de SCR y DPF en un único sustrato SCR sobre filtro (SCRoF) es cada vez más común en la industria como un medio para cumplir con los desafíos de empaquetado del sistema, dice Gary Simons, Director de Ingeniería, América del Norte para Donaldson Co. Inc. "Debido a que los sustratos SCRoF tienen una mayor porosidad que los DPF y los SCR, son más frágiles. Su conservación en latas requiere una gestión cuidadosa de las fuerzas de instalación y de las presiones de sujeción de la estera del sustrato".
A medida que los paquetes de sistemas de postratamiento son cada vez más grandes y complejos, De Rudder también señala que tienden a tener más superficie. Esta mayor superficie externa puede provocar problemas de rechazo del calor. El aislamiento adecuado será más crítico y los diseños que ya se han implementado tendrán que ser más refinados.
La mezcla de DEF/AdBlue también es un aspecto importante de los sistemas de postratamiento, dice De Rudder. "Es habitual que los requisitos de uniformidad del amoníaco (NH3) deban superar el 0,990 para cumplir las normas de emisión. Este nivel de rendimiento se espera con poca o ninguna cristalización de DEF/AdBlue".
Esta cristalización es un desafío recurrente en muchos sistemas de postratamiento, dice. Aunque es posible que se produzca cierta cristalización, el objetivo de todos los fabricantes de equipos es minimizar su aparición y su impacto. De Rudder afirma que el sector se esfuerza actualmente por definir una especificación para realizar pruebas de cristalización consistentes. Sin embargo, Donaldson ha desarrollado su propio ciclo de pruebas para medir la cristalización y así poder aplicar soluciones de mezclado adecuadas para minimizar su aparición.
"Dado que es más probable que se generen cristalizaciones/depósitos durante ciclos de trabajo exigentes, en Donaldson solemos recomendar que los mezcladores se diseñen de modo que permitan un funcionamiento eficaz incluso durante los ciclos de trabajo exigentes, en vez de un sistema no optimizado que dará lugar a un mayor riesgo de depósitos", dice De Rudder.
La nueva normativa conlleva nuevas necesidades de diseño
Aunque actualmente no hay ninguna nueva normativa sobre emisiones para los equipos fuera de la carretera en Estados Unidos y Europa, la Junta de Recursos del Aire de California (CARB) ha propuesto una posible normativa Nivel 5. Además, dado que muchos países quieren reducir las emisiones de todas las industrias, es posible que en el futuro haya normas más estrictas.
Aunque la propuesta de regulación de emisiones CARB Nivel 5 aún no ha sido aceptada formalmente, De Rudder y Simons de Donaldson dicen que los cambios que podrían incluirse en la norma final probablemente afectarán a los diseños de los sistemas de postratamiento. Se espera que la normativa incluya reducciones de NOx, material particulado (PM) y dióxido de carbono (CO2), así como aumentos de los límites de vida útil/garantía y pruebas de ciclos de trabajo más fríos. "La reducción de los contaminantes criterio y del CO2 impulsará un cambio en la estrategia de emisiones", afirman. "Los sistemas de inyección dual DEF/AdBlue son posibles, así como un acoplamiento más estrecho del sistema de postratamiento al motor".
Además, De Rudder y Simons afirman que existe un creciente consenso en la industria de que el uso de la EGR será necesario para cumplir la próxima generación de límites de emisiones. "Esto significa que los motores calibrados para un nivel muy alto de NOx bruto y PM bajo serán menos frecuentes", explican. "Esto llevará a reducir la carga de los mezcladores de DEF/Adblue, lo que traerá otras compensaciones/desafíos como la necesidad de una mayor regeneración de los DPF".
"Los motores todo terreno actuales tienden a confiar en la regeneración pasiva del DPF con una regeneración activa fuera de línea cuando es necesario, mientras que muchos motores de carretera pueden tener regeneraciones activas durante el funcionamiento normal con un impacto mínimo para el usuario", añaden De Rudder y Simons.
Continúan diciendo que la mayor cantidad de PM en bruto que resulta de la reintroducción de la EGR aumentará la necesidad de una regeneración activa más frecuente. Esto requerirá probablemente que los fabricantes de equipos originales desarrollen estrategias de regeneración similares a las utilizadas en los motores de carretera.
Dr. Korneel De Rudder, Director de Desarrollo, Europa
Serán necesarios desarrollos tecnológicos adicionales
"Durante los últimos 15 años, la normativa mundial sobre emisiones ha evolucionado rápidamente", afirma De Rudder. "Como la industria se precipitó de una legislación a otra, esto puede haber llevado a un exceso de ingeniería, con poco tiempo dedicado a la optimización de costos y productos".
Sin embargo, ahora se da más tiempo entre las normativas de emisiones, lo que permite a la industria optimizar los sistemas de postratamiento y armonizar entre las distintas plataformas, afirma. Los fabricantes de equipos originales también han podido centrar sus esfuerzos de diseño en la optimización de los productos y la funcionalidad en lugar de cumplir con los estrictos plazos de la normativa sobre emisiones, lo que también ha beneficiado a la industria y probablemente seguirá siendo así en el futuro.
Además, muchos en la industria ven la fusión de las normas para vehículos de pasajeros y las para vehículos pesados en carretera en el nivel EURO 7/VII. "Si esto ocurre, y cuando ocurra, habrá que preguntarse cómo se pueden armonizar las normas fuera de carretera de próxima Etapa/Nivel con los límites de la EURO VII en carretera", dice De Rudder y Simons.
En general, serán necesarios nuevos desarrollos tecnológicos para los diseños de los sistemas de postratamiento, ya sea para cumplir los requisitos de los clientes o las futuras normativas sobre emisiones.
"También esperamos ver cambios significativos en el lado de baja potencia del mercado", concluye De Rudder. "Específicamente, la electrificación desempeñará un papel importante al sustituir algunos motores diésel y la hibridación de motores y máquinas permitirá disponer de electricidad de alta potencia durante la fase de calentamiento de los gases de escape", lo que ayudará al rendimiento del sistema de postratamiento.
