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Bobcatalog 2011

AIRE MÁS LIMPIO PARA TODOS

Emisiones y tier 4

Una cosa es clara – el aire que respiramos es cada vez más limpio gracias a los años de las labores hechas por los fabricantes de motores y equipos, estimulados por las agencias ambientales y por la Ley del Aire Limpio.

Un breve recuento de la Ley del Aire Limpio

Desde mediados del siglo 20, el gobierno de los Estados Unidos de América y otros gobiernos alrededor del mundo han trabajado para limpiar el aire. Esta tarea comenzó en los Estados Unidos en 1955 cuando el Congreso de ese país aprobó la Ley para el Control de la Contaminación del Aire. En efecto, esta fue la primera vez que el gobierno estadounidense señaló formalmente que la contaminación del aire era un problema nacional y la identificó como un riesgo para el bienestar y la salud pública. Asimismo, estableció el comienzo para financiar métodos de investigación con el fin de mejorar la calidad del aire.

Dieciocho años después, el Congreso de los Estados Unidos aprobó la Ley del Aire Limpio de 1963, una ley que fijó las normativas para las emisiones de fuentes estacionarias contaminantes (por ejemplo, plantas de energía y acerías). En 1965, una enmienda de la Ley del Aire Limpio, conocida como la Ley de Control de Gases Contaminantes de Vehículos Motorizados, estableció las primeras normativas para los automóviles, comenzando con los modelos de 1968.

Creación de la Agencia de Protección Ambiental (EPA)

Otro gran hito para un medio ambiente más limpio fue la creación de la Agencia de Protección Ambiental (Environmental Protection Agency), conocida también como la EPA. Esta creación se llevó a cabo en 1970 durante la enmienda de la Ley del Aire Limpio (Clean Air Act). La EPA se creó, en parte, para impulsar el cumplimiento de las normativas estipuladas por la Ley del Aire Limpio enmendada. La nueva versión de esta Ley fijó otros estándares en los Estados Unidos respecto de la calidad del aire ambiente y estándares de desempeño de “fuentes nuevas” que regulaban estrictamente las emisiones de una fuente nueva (por ejemplo, automóviles, fábricas) que ingresaban a un área.

Asimismo, apartes de la enmienda de la Ley del Aire Limpios eran normativas nuevas para las emisiones de gases peligrosos de vehículos motorizados, incluyendo monóxido de carbono, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno, plomo y material particulado. Estas emisiones aún son una gran preocupación hoy y representan una gran parte de las normativas de emisiones, tales como la Tier 4 Provisional y Tier 4 Final, requeridas para el futuro.

Para combatir las emisiones peligrosas de vehículos motorizados, la industria fabricante de automóviles incorporó el convertidor catalítico de los gases de automóviles. Su debut fue en 1975 como un método para reducir las emisiones de los gases de los automóviles y pronto se convirtió en parte del sistema de escape de un vehículo.

La enmienda de 1977

La siguiente actualización significativa de la Ley del Aire Limpio se realizó en 1977, incluyendo la creación de la Revisión de Fuentes Nuevas (New Source Review) que ayudó a las instalaciones más viejas (plantas de energía, plantas de manufactura, etc.) previamente suscritas a la Ley del Aire Limpio, a llevar a cabo pruebas ambientales e instalar controles de contaminación durante sus expansiones. La enmienda de 1977 además, por primera vez, fijó las normativas para el contenido de plomo en la gasolina usada en vehículos, tales como automóviles y camiones livianos.

La siguiente enmienda sobresaliente de la Ley del Aire Limpio sucedió en 1990 ya que enfatizó la prohibición del uso de gasolina con plomo a partir de 1995. Esta enmienda abordó los temas de la lluvia ácida, el agotamiento de la capa de ozono y contaminantes tóxicos del aire. Además, creó un programa a lo largo de los Estados Unidos conocidos como “comercio de emisiones”. Esta labor se hizo para animar a las empresas a minimizar la contaminación del aire dándoles incentivos por cumplir con las normativas de la calidad del aire. Las empresas pueden comprar créditos de emisiones para emitir volúmenes específicos de contaminación del aire – o permisos de comercio con otras empresas – pero no pueden superar un límite.

La enmienda de 1990

Poco después de las enmiendas hechas en 1990 de la Ley del Aire Limpio, se anunciaron nuevas normativas de emisiones para carros y camiones livianos. Se trató de un sistema de dos etapas (tier) que comenzó en 1994 y finalizó en el 2010. A su vez, los camiones de trabajo pesado y buses también tuvieron que acatar los nuevos requerimientos de emisiones. La Tier Final para carros, camiones livianos, camiones de trabajo pesado y buses se puede comparar con las normativas Tier 4 para los equipos fuera de carretera. Los equipos de construcción fueron la última categoría que cumplió los controles de calidad del aire y ahora, los equipos fuera de carretera están entrando en las fases finales de las normativas de emisiones de la EPA para eliminar cualquier contaminante peligroso.

Parte 2: Normativas de la EPA Para Equipos Fuera de Carretera

Comprender exactamente cómo las normativas de emisiones de la EPA ejercen un impacto en los equipos fuera de carretera – tales como los productos Bobcat – puede ser una tarea difícil y es un reto aún mayor determinar qué hacen lo fabricantes – incluyendo Bobcat – en sus equipos para cumplir con las normativas de la EPA. El resto de este artículo intenta, a un alto nivel, explicar las implicaciones de las normativas de la EPA para las emisiones de los equipos fuera de carretera y las tecnologías disponibles que ayudan a las empresas como Bobcat a cumplir con las normativas Tier 4 provisional y Tier 5 Final.

Beneficios para la salud

Ante todo, un aire más limpio es bueno para todos. Esto puede sonar como algo que tiene sentido común, pero investigaciones demuestran que se han visto mejoras increíbles de la salud, especialmente de las vías respiratorias, debido a los cambios de las normativas de aire limpio. Estudios demuestran que los esfuerzos de la EPA han reducido los contaminantes del aire, particularmente los dos peores: material particulado (MP) y óxidos de nitrógeno (NOx). Para finales del 2010, la EPA estima que las emisiones de NOx se reducirán cerca de un millón de toneladas al año. Esta cifra es equivalente a retirar 35 millones de carros de pasajeros de las carreteras. Mejor aún, para el año 2030, la EPA estima que el aire más limpio previene, por año, 12.000 muertes prematuras, 8.900 hospitalizaciones, y 1 millón de días laborales perdidos.

De manera que los beneficios para la salud son positivos, pero ¿qué ha hecho exactamente la EPA desde que las primeras normativas de equipos diesel fuera de carretera tomaron vigencia en el año 1995? La meta principal de la EPA era crear un programa en los Estados Unidos de América para reducir las emisiones dañinas de los motores diesel fuera de carretera. Para lograrlo, la EPA instó a los fabricantes de equipos a implementar controles en los motores y combustibles para eliminar o minimizar los niveles de MP o NOx que escapa del motor diesel.

Miremos cada una de las cinco etapas (Tier) desde que cobraron vigencia: Tier 1

Tier 1 fue el primer conjunto de normativas de emisiones adoptado y regulado por la EPA para los motores diesel fuera de carreta nuevos. La meta de la Tier 1 era reducir un 30 por ciento las emisiones NOx de estos motores. El espacio de tiempo para el equipo Bobcat fue entre los años 1998 y 2004, dependiendo de la potencia del motor. Para Bobcat, cumplir con los requisitos de la Tier 1 significó realizar algunas modificaciones sencillas en el sistema de combustión del motor, cambiando el modo como el combustible diesel se quemaba en los cilindros del motor.

Tier 2

En el 2004, el siguiente paso en la creación de normativas para los motores diesel fuera de carretera entró en vigencia. La meta de estas normativas era reducir las emisiones de NOx, MP e hidrocarburos. La Tier 2 duró entre el 2004 y el 2007. De nuevo, Bobcat cumplió estos requisitos. Las normativas de la Tier 2 se alcanzaron en algunas máquinas Bobcat incorporando el diseño de una inyección de combustible directa (conocida como la inyección directa). Otros métodos fueron implementados para ayudar a cumplir con los requisitos de la Tier 2. La inyección directa fue útil para mejorar la eficiencia del combustible y reducir los costos de operación para algunos propietarios de equipos Bobcat. Es más, la inyección directa mejoró el rechazo al calor del motor del sistema de enfriamiento de la máquina y por consiguiente, algunos motores operan a temperaturas más frescas para mejorar su vida útil.

Nota: esto no se aplicó a cada máquina Bobcat.

Tier 3

En el 2008, las normativas de la Tier 3 de la EPA entraron en vigencia. Estas normativas de emisiones solo se aplicaban a los equipos Bobcat con motores con más de 75 caballos de fuerza. Aquellos equipos Bobcat con motores de menor potencia saltaron de la Tier 2 a la Tier 4 Provisional o Tier 4 Final. La meta de la Tier 3 abordó de nuevo las emisiones de NOx, reduciéndolas aproximadamente un 37 por ciento comparado con la Tier 2. Para que las máquinas entre 75 y 100 caballos de fuerzas cumplieran las normativas de la Tier 3, Bobcat implementó un proceso de recirculación de gas de escape enfriado (CEGR, por sus siglas en inglés). Otros componentes fueron agregados para que Bobcat cumpliera con las normativas.

Tier 4 Provisional y Tier 4 Final

Estos son los pasos finales que la EPA implementó para reducir las emisiones de los motores diesel fuera de carretera. Los plazos para cumplir estas normativas varían ante todo entre las etapas en este punto ya que comenzaron en el 2008 y seguirán hasta el 2015 cuando las normativas de la Tier 4 Final se completen.

La buena noticia es que muchas máquinas Bobcat ya cumplen con la Tier 4 Provisional (25-75 hp) o la Tier 4 Final (menos de 25 hp). Este es el caso de las máquinas Bobcat con motores que tienen menos de 75 caballos de fuerza porque las normativas de las emisiones eran menos exigentes. Estas máquinas tienen reducciones de material particulado del 50 por ciento y cumplen con los requisitos de usar combustible diesel de bajo y ultra bajo contenido de sulfuro. Las máquinas Bobcat con motores diesel con una potencia entre 75 y 100 no cumplen con la Tier 4 Provisional sino hasta el año 2012 y con la Tier 4 Final hasta el año 2015.

PARTE 3: Tecnologías de la Tier 4 Provisional y la Tier 4

Ahora que conocemos la historia de las normativas de emisiones de gases de la EPA, es hora de revisar las tecnologías disponibles para que los fabricantes cumplan el iT4/T4. Esta es una lista extensa de las tecnologías disponibles, a alto nivel, y no necesariamente el modo como los equipos Bobcat lograrán cumplir con la iT4/T4.

Los fabricantes de motores señalaron que el sistema de inyección de combustible es prioritario para cumplir con los niveles de emisiones iT4/T4 de motores diesel fuera de carretera. Los sistemas de inyección afectan el consumo de combustible, fuerza de torsión o torque, ruido y niveles de emisión de los motores diesel.

Sistema de combustible HPCR

El sistema de inyección de combustible es una pieza importante en el desarrollo de los motores diesel de operación limpia. El HPCR (sistema de inyección Common Rail o conducto común de alta presión) es un diseño avanzado de inyección que regula la presión del combustible y los tiempos de inyección, y HPCE regula cómo y cuándo se inyecta el combustible en el motor. Primero, toma el combustible y aplica grandes cantidades de presión en él (entre 22.000 y 34.000 psi). El conducto almacena el combustible de alta presión y lo entrega a los inyectores.

Presión de combustible

  • La bomba aplica una presión extrema en el combustible (entre 22.000 y 34.000 psi).
  • El riel almacena el combustible presurizado.
  • Los inyectores entregan el combustible al motor.

Tiempo de inyección

Los inyectores de unidad electrónica controlan el inyector con precisión y permiten múltiples inyecciones de combustible durante cada ciclo de combustión.

Beneficios del HPCR

La presión extrema transforma el combustible en una niebla sumamente fina a medida que abandona los inyectores. La niebla de combustible hace combustión (se quema) más completa.

  1. Menores costos de operación: cuando el combustible hace una combustión más completa, la necesidad de colocar el motor en marcha es menos frecuente. El resultado es un menor consumo de combustible.
  2. Escape más limpio: cuando el combustible hace una combustión más completa, queda menos en el escape luego de la combustión. El resultado es un escape más limpio. Cuando el combustible se inyecta varias veces durante cada ciclo de combustión, el ciclo dura más para crear más energía y reducir la presión pico de los cilindros del motor.
  3. Mejor desempeño: crear más energía durante la combustión resulta en una mayor producción de torque del motor.
  4. Mayor confort para el operador: una menor presión pico de los cilindros del motor reduce los niveles de ruido del motor.

Sistemas de Postratamiento

La buena noticia para los fabricantes de motores fuera de carretera es que los fabricantes de carros y camiones de trabajo pesado cumplieron las normativas en años anteriores y desarrollaron tecnologías que han sido probadas en los motores fuera de carretera. Estos sistemas de postratamiento toman el escape del motor diesel creado por el motor y lo limpian aún más usando uno o una combinación de lo siguiente:

  • Oxidación catalítica
  • Calor
  • Filtración
  • Fluido de escape diesel

Estos dispositivos de postratamiento usan la filtración, calor y oxidación catalítica para reducir las emisiones del escape del motor diesel. Generalmente se combinan en una sola caja, y juntos reducen muchas emisiones, pero más importante aún, reducen el material particulado.

Sistemas DOC/DPF

Catalizadores de oxidación de diesel (DOC)

El escape del motor es transformado por el DOC pare reducir el material particulado. El DOC es un catalizador especial que reacciona con el escape del motor al contacto. La reacción transforma las emisiones del material particulado en el escape en sustancias que no hacen daño, tales como agua y dióxido de carbono. Ver la Figura 1.

Filtro de partículas diesel (DPF)

El escape del motor es filtrado por el DPF para reducir el material particulado. El DFP es un sistema de filtración especial con una “pared de cerámica” que separa aún más el material particulado del escape del motor. Ver la Figura 2.

Regeneración del DFP

Para mantener el DPF limpio y funcionando eficientemente, la alta temperatura del escape se usa para quemar el material particulado acumulado del DPF. Este proceso de limpieza se conoce como “regeneración”. Ver la Figura 3.

Catalizador de reducción selectiva (SCR)

El SCR transforma el escape del motor para reducir los óxidos de nitrógeno (NOx). El SCR usa un líquido a base de amoníaco y agua llamado fluido de escape de diesel (DEF). Al combinar el escape con el DEF, hace que reaccione con un catalizador SCR. Esta reacción convierte el NOx dañino en un nitrógeno que no es dañino y vapor de agua. Ver la Figura 4.