Motori diesel nautici a prova di futuro con le migliori scelte di tenuta
Con oltre il 90% del commercio globale gestito via mare, la spedizione tramite nave è un importante campo di battaglia nella riduzione delle emissioni nocive. Il Tier III è l’ultimo standard per le emissioni relativo alle emissioni di NOx dai motori diesel nautici. Si prevede l’entrata in vigore del Tier IV nel 2020, e i produttori di motori sono già alla ricerca di componenti di tenuta per avere motori a prova di futuro per il prossimo decennio.
Diamo uno sguardo ad alcune delle sfide fondamentali affrontate dagli operatori dei motori diesel rispetto allo standard Tier III, e vediamo come la scelta corretta dei materiali di tenuta possa fornire soluzioni più performanti.
NOx e tenuta nei motori più recenti
Quella del carburante pulito è una sfida fondamentale per la tenuta dei motori più recenti. Più il carburante è pulito, più è chimicamente aggressivo per le guarnizioni in elastomero. Le proprietà del materiale di tenuta sono fondamentali. Il potenziale risparmio sui costi è notevole. I costi tipici del bacino di carenaggio per la manutenzione di un motore nautico possono superare i €100.000 al giorno, e dato che sostituire le guarnizioni all’interno di un sistema di iniezione del carburante richiede all'incirca 10 giorni, una guarnizione inaffidabile si rivela antieconomica. Una scelta corretta del materiale di tenuta può garantire un periodo di tempo più lungo tra operazioni di manutenzione programmata.
Inoltre, motori più nuovi tendono a funzionare a temperature elevate più a lungo. L’esposizione a lungo termine a temperature medie può portare a un aumento del tasso di degradazione durante la vita utile della guarnizione. La tecnologia di tenuta necessaria si orienterà generalmente verso materiali di tenuta altamente fluorurati, come gli FFKM.
NOx e tenuta nei motori meno recenti
I motori diesel meno recenti potrebbero necessitare di ulteriori interventi per risultare conformi ai requisiti del Tier III e dell’imminente Tier IV, che potenzialmente implicano l’installazione o il montaggio successivo di aggiornamenti del sistema.
1. Motori LNG a bassa pressione
I motori nautici in grado di funzionare con gas naturali liquefatti a bassa pressione (LNG) funzionano con un rapporto combustibile/aria relativamente elevato, con una carica premiscelata di aria e combustibile incendiata dal combustibile pilota. Questi motori LNG a bassa pressione producono emissioni di NOx già al di sotto dei limiti imposti da Tier III.
Con motori di questo tipo, la capacità del materiale di tenuta di resistere alle basse temperature costituisce un problema. Un ingegnere esperto nella tenuta può fornire consigli sulla scelta ottimale della guarnizione per applicazioni, che richiedano prestazioni affidabili in ambienti termicamente e chimicamente aggressivi.
2. Riduzione catalitica selettiva (SCR)
La riduzione catalitica selettiva comporta l’iniezione di ammoniaca o di urea nel gas di scarico, prima del passaggio attraverso un’unità catalizzatrice ad alta temperatura. Questi additivi reagiscono ai NOx presenti nei gas di scarico, riducendo i NOx a un innocuo N2. Utilizzando la tecnologia SCR modificata, i motori più vecchi possono ridurre le emissioni anche del 90%.
La caduta di pressione attraverso l’unità SCR richiede un turbocompressore altamente efficiente per il sistema. Oltre alla reazione che consente il passaggio da NOx a N2, possibile solamente tra 300°C e 400°C, le guarnizioni in questi sistemi devono dimostrare elevata resistenza termica.
3. Umidificazione dell'aria di lavaggio
Dopo essere passata attraverso turbocompressori e compressori, la temperatura dell’aria è elevata. È possibile aggiungere acqua di mare per saturare l'aria e abbassare la temperatura. I livelli di umidità ottimali vengono mantenuti tenendo le temperature dell’aria di lavaggio tra 60°C e 70°C, con previste riduzioni dei NOx intorno al 60%.
L’alta umidità ha il potenziale di invertire la vulcanizzazione di alcune guarnizioni di tecnologie meno recenti. In ambienti così difficili, i terpolimeri appositamente progettati offrono una soluzione di tenuta più affidabile.
4. Ricircolo dei gas di scarico (EGR)
Rimettendo in circolo i gas di scarico attraverso un gorgogliatore a valle del turbocompressore, gli operatori dei motori possono ridurre le emissioni di NOx dal 50% al 60%. Tuttavia, l’acqua di pulizia può diventare altamente corrosiva per i materiali di tenuta, dopo un uso prolungato.
I materiali in perfluoroelastomero altamente sviluppati, come il Perlast®, hanno dimostrato una resistenza agli agenti chimici quasi universale sul campo.
5. Ciclo Miller
Nei motori a quattro tempi, l’espansione e il raffreddamento dell'aria di aspirazione hanno l'effetto di diminuire la produzione di NOx, in particolare quando combinati con l’iniezione diretta di acqua (DWI) o con emulsioni di acqua e carburante. La riduzione dei NOx con il metodo del ciclo Miller richiederà due turbocompressori.
In due gruppi turbocompressori, le guarnizioni elastomeriche devono fare fronte a un notevole accumulo di calore. Utilizzando le emulsioni di acqua e carburante, il sistema di tenuta dovrà gestire una banda variegata di sostanze chimiche. Gli FFKM funzionano bene contro l’aggressione chimica e termica.
6. CSNOx
In questo metodo, il processo di lavaggio utilizza l’elettrolisi e l’acqua di mare per convertire CO2 atmosferico, SOx e NOx in substrati innocui per uno smaltimento sicuro. Di manutenzione ridotta e compatta, l’unità CSNOx è una soluzione ben nota per tagliare le emissioni.
Alcune tecnologie di tenuta più vecchie tendono a gonfiarsi in presenza di alte concentrazioni di CO2. Per un sistema di tenuta che duri più a lungo, vi sono scelte di materiali con minori probabilità di deterioramento per rigonfiamento chimico.
Le decisioni prese rispetto a eventuali modifiche del motore possono ridurre notevolmente le emissioni di NOx e SOx, ma gli operatori devono essere a conoscenza dell'effetto sui componenti di tenuta. La consulenza di uno specialista esperto in materia di tenuta può assicurare che le risorse implicate nel garantire la conformità al Tier III non siano rese vane dall’errata scelta del materiale delle guarnizioni e che, una volta scelto il materiale, le guarnizioni ottimizzate siano dimensionate e montate correttamente per fornire efficienza al motore, con affidabilità a lungo termine e costi di proprietà ridotti.
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