Avances técnicos en motores lentos navales para el empleo de combustibles alternativos

Abstract

[Resumen] El uso de combustibles de menor impacto medioambiental es una de las herramientas para reducir las emisiones de diferentes contaminantes como los óxidos de azufre o los gases de efecto invernadero. Dadas las particularidades de estos combustibles, serán tratados de manera diferente en los sistemas que incluyan su uso y por ello vale la pena profundizar en el estudio de las tecnologías implicadas. En este trabajo de fin de grado se hace un pequeño repaso sobre la evolución de los motores en la industria naval, la contaminación producida por los combustibles de origen fósil, las normativas anticontaminación, los combustibles alternativos y las técnicas de uso actual en motores que consumen combustibles convencionales de origen fósil. Además, se revisarán técnicas de suministro e inyección desarrolladas por las empresas fabricantes de motores de dos tiempos lentos navales para el uso de combustibles alternativos como el gas natural, etano, metanol, etanol y los gases licuados del petróleo. Estas técnicas engloban diferentes conceptos como la inyección de combustible gaseoso en motores de ciclo Diesel y ciclo Otto, o la inyección de gases licuados en motores de ciclo Diesel a través de los inyectores-bomba desarrollados para ese cometido. También se especifican las diferentes operaciones básicas que realizan los sistemas en la preparación del combustible y en términos de seguridad. Como cierre del trabajo, se presentan distintas técnicas en desarrollo por los fabricantes de motores, como por ejemplo el uso de mezclas de diferentes combustibles como es el caso de la inyección estratificada, los inyectores flexibles para el uso de diferentes combustibles sin necesidad de diferentes inyectores, o los motores en desarrollo para el uso de amoniaco o hidrógeno.

[Abstract] The use of fuels with lower environmental impact is one of the methods to reduce emissions of different pollutants such as sulfur oxides or greenhouse gases. Given the particularities of these fuels, they will be treated differently in the systems that include their use and for this reason it is worthwhile to study the technologies involved in depth. In this final degree thesis we will review the evolution of engines in the shipbuilding industry, the pollution produced by fossil fuels, anti-pollution regulations, alternative fuels and the techniques currently used in engines that consume conventional fossil fuels. In addition, supply and injection techniques developed by naval two-stroke engine manufacturers for the use of alternative fuels such as natural gas, ethane, methanol, ethanol and liquefied petroleum gases will be reviewed. These technologies include different concepts such as the injection of gas fuel in Diesel and Otto cycle engines, or the injection of liquefied gases in Diesel cycle engines through the pump injectors developed for this purpose. The different basic operations performed by the systems in fuel preparation and in terms of safety are also specified. To close the thesis, different techniques under development by engine manufacturers are presented, such as the use of mixtures of different fuels as in the case of stratified injection, flexible injectors for the use of different fuels without the need for different injectors, or engines under development for the use of ammonia or hydrogen.

[Resumo] O uso de combustibles de menor impacto medioambiental é una das ferramentas para reducir as emisións de diferentes contaminantes como os óxidos de xofre ou os gases de efecto invernadoiro. Dadas as particularidades destes combustibles, serán tratados de maneira diferente nos sistemas que inclúan o seu uso, e por iso paga a pena afondar no uso das tecnoloxías implicadas. Neste traballo de fin de grao faise unha pequena revisión sobre a evolución dos motores na industria naval, a contaminación producida polos combustibles de orixe fósil, as normativas anticontaminación, os combustibles alternativos e as técnicas de uso actual en motores que consumen combustibles convencionais de orixe fósil. Ademáis, revisaranse as técnicas de suministro e inxección desenvolvidas polas empresas fabricantes de motores lentos de dous tempos navais para o uso de combustibles alternativos como o gas natural, etano, metanol, etanol e os gases licuados do petróleo. Estas técnicas engloban diferentes conceptos como a inxección de combustible gaseoso en motores do ciclo Diesel e ciclo Otto, ou a inxección de gases licuados en motores de ciclo Diesel a través dos inxectores bomba desenvolvidos para ese cometido. Tamén se especifican as diferentes operacións básicas que realizan os sistemas na preparación do combustible e mais en termos de seguridade. Como peche do traballo, preséntanse distintas técnicas en desenvolvemento polos fabricantes de motores, como por exemplo o uso de misturas de diferentes combustibles como é o caso da inxección estratificada, os inxectores flexibles para o uso de diferentes combustibles sen a necesidade de diferentes inxectores, ou os motores en desenvolvemento para o uso de amoniaco ou hidróxeno.