El fabricante de motores usa sus populares modelos Tier 2 de gran desplazamiento como plataforma de lanzamiento para integrar nueva tecnología para un mejor rendimiento en la era Tier 4

Por Russell A. Carter, Editor General

En el mundo de los diesel con mucho caballos de fuerza usados en minería, los fabricantes de motores rara vez promueven avances técnicos significativos en términos de un concepto “menos es más,” pero ese es el punto crucial del mensaje entregado por la unidad de negocios MTU de Tognum AG en un evento de presentación de Motores Mineros Tier 4 sostenido en las instalaciones de la compañía en Aiken, South Carolina, EEUU.

El programa de MTU para desarrollar diesels de EPA Tier 4 (Tier 4) de gran desplazamiento comenzó el 2004, y el resultado, de acuerdo a sus ingenieros y ejecutivos, es una nueva línea de modelos que ofrecen pleno cumplimiento de reducción de emisiones sin necesidad de un post tratamiento del escape. Ese logro, dijo MTU, significa que los OEM de equipos mineros y los clientes que cambian motores tienen menos de qué preocuparse—no sólo no hay necesidad de filtros para particulado extra, estanques de urea ni otros equipos auxiliares para ayudar a sus motores de muchos caballos de fuerza a alcanzar los últimos estándares Tier 4, los nuevos motores mineros de hecho tienen una superficie ocupada espacial que es sólo marginalmente diferente a la de sus predecesores Tier 2.

Además, hay mucho “mas” construido en los modelos Tier 4 Final, de acuerdo a MTU, como en más caballos de fuerza, mayor economía de combustible e incluso un mayor grado de seguridad contra-incendio debido a nuevas características de protección térmica incluidas en las nuevas versiones.

Temor a la Norma Tier
El calendario regulatorio para lograr el cumplimiento T4 Provisional y Final en motores de 750 hp (560 kW) o más se ha conocido por años, y los OEM de motores han buscado permanentemente sugerencias de sus clientes sobre problemas de diseño relacionados a T4, pero aún así, muchos usuarios finales aún no están seguros de qué esperar al momento de considerar seriamente cambiarse a motores T4, dijo el Dr. Ingo Wintruff, vice presidente de ingeniería aplicada de MTU.

Sin embargo, años de experiencia desarrollando y mejorando diferentes tecnologías de motores permiten a MTU tener un alto grado de confianza en su solución T4 Final, dijo Wintruff. “Aunque los clientes tienen permiso de estar nerviosos [acerca de los problemas de Tiers], los fabricantes de motores no pueden estar inseguros acerca de la tecnología que han escogido”, remarcó, agregando que MTU ha empleado dos elementos importantes de su solución Tier 4—recirculación enfriada de gases de escape (EGR) e inyección de combustible de riel común de alta presión—en diferentes versiones industriales y de rieles de sus motores desde el 2004 y 1996, respectivamente. De hecho, MTU está usando su sistema de inyección de combustible de tercera generación en los motores mineros T4, de acuerdo a Wintruff.

Los motores de la nueva Serie 4000 de MTU se basan en gran medida en la plataforma Tier 2 que fue introducida el 2006, dijo Scott Woodruff, director de ventas mineras mundiales, pero el diseño T4 incorpora varias nuevas tecnologías que apuntan a lograr mejoramientos en el rendimiento. “El motor Tier 4 Serie 4000 muestra un mejoramiento en el consumo de combustible por sobre el motor Tier 2, y de hecho tiene una tasa de uso de combustible similar a la de nuestro motor Tier 1,” dijo, en gran parte debido a un nuevo diseño de sistema de combustión que usa temporización de válvula de ciclo Miller, mayor presión máxima del cilindro, y un nuevo control electrónico de motor ADEC, junto con EGR enfriada e inyección de riel común a alta presión.

Además de un menor consumo de combustible comparado con los motores T2 serie 4000, MTU también dijo que la versión T4 tiene mayor potencia, entrega una respuesta rápida a los cambios en la carga del motor, muestra excelente rendimiento a gran altitud, y mejor rendimiento a altas temperaturas ambientales. Gran parte de este mejoramiento se debe al nuevo sistema de turbocarga regulado de dos etapas del motor, que tiene interenfriamiento de aire de carga. El sistema incluye dos turbos de baja presión alimentando a un turbo simple de alta presión, con aire de carga de baja presión enfriado antes de alcanzar el turbo de segunda etapa, y el aire de carga a alta presión enfriado nuevamente antes de alcanzar el distribuidor de admisión.

El sistema de inyección de combustible de los motores T4 es la más reciente modificación a un sistema que fue presentado con los motores Tier 1 Serie 4000 Tier en 1996. Brindando una presión de inyección de hasta 1.400 bar, el sistema de primera generación dio paso a la versión T2 el 2006, con hasta 1.800 bar. El sistema de hoy en día, de acuerdo a MTU, ofrece hasta 2.500 bar para una utilización más eficiente del combustible y menor ruido en la combustión.

La familia de motores T4 Serie 4000 constará de 20V4000 de 20 cilindros, 16V4000 de 16 cilindros, 12V4000 de 12 cilindros, y un modelo nuevo—el 8V4000 de 8 cilindros, un motor de desplazamiento de 38 litros de 1.085–1.600 hp y punta al segmento de equipos de perforación de voladura/excavadoras hidráulicas.

Programado para su introducción al mercado en el 2015, los modelos T4 Serie 4000 representan el resultado final de un programa de diseño, desarrollo, calificación y testeo que comenzó el 2004 con el pre-testeo de nuevas tecnologías claves que eventualmente serían incorporadas a la línea de motores T4. MTU comenzó la evaluación en banco de prueba del diseño del motor T4 el 2009 y la calificación en terreno en el 2011.

Las pruebas en terreno del motor minero T4 comenzaron en Junio del 2012 en una mina de oro de Nevada—un lugar escogido por sus altas temperaturas ambientales y por su factor de carga de motor por sobre el promedio. De acuerdo a la compañía, su 12V4000 de 12 cilindros y 2.500 hp ha sido instalado en un camión minero con capacidad para 320 toneladas que normalmente es impulsado por un diesel de 16 cilindros. MTU dijo que escogió el lugar deliberadamente, con sus exigentes condiciones operacionales y ambientales, para probar la confiabilidad de los componentes del T4 Serie 4000 antes de su introducción al mercado.

Siguiendo el Sendero
Los motores T4 Serie 2000 de MTU han seguido un sendero de desarrollo parecido al de su símil de la Serie 4000. La línea T 1 fue introducida en 1997 como modelos de 8-, 12-, y 16 cilindros abarcando el rango de 605–1.340-hp e intentaba reemplazar a los motores de dos ciclos Detroit Diesel de la compañía—que habrían tenido dificultades en lograr nuevos estándares de emisión. La familia T2 ingresó al mercado el 2006, basándose en el diseño T1 pero con mejoramientos tales como un mejor diseño del pistón junto con un nuevo sistema de inyección de combustible, árbol de levas, enfriador de aceite y calibración del motor. En esos momentos, MTU descontinuó el modelo S2000 de ocho cilindros pero mantuvo las versiones de 12 y 16 cilindros.

MTU lanzó sus modelos T4 Interim Serie 2000 en Enero del 2011, manteniendo los modelos de 12 y de 16 cilindros y sus clasificaciones de potencia en 1.050 y 1.300 hp, respectivamente, pero ahora ofreciendo una reducción del 10% en consumo de combustible durante las versiones T2. Además, el motor minero de 16 cilindros fue completamente rediseñado, presentando un mayor diámetro y mayor carrera, pistones de acero de mayor duración, diseño mejorado de cabezal de cilindro con mayores diámetros de válvula, un sistema de inyección de combustible mejorado  atendido por dos bombas de inyección Bosch, y un sistema de turbocarga regulado de dos etapas con enfriamiento de aire de carga de dos etapas.

El sistema de turbocarga, según MTU, brindó varias ventajas de rendimiento que incluyen una respuesta rápida a cargas cambiantes del motor; una curva total de torque plana; plena disponibilidad de potencia a altitudes de hasta 10.200 pies; y plena potencia en temperaturas ambientales de hasta 131°F (55°C).

Como en el caso de los motores T4 Serie 4000, los modelos T4 Serie 2000 de MTU no requerirán post-tratamiento. La avanzada configuración de turbocarga, de acuerdo a MTU, permite a los motores T4 reducir emisiones de material particulado; y la tecnología de enfriado EGR baja las temperaturas de combustión, lo que a su vez lleva a reducir las emisiones de NOx. En la configuración EGR de MTU, válvulas reguladoras en cada distribuidor de escape controlan el número de cilindros que “donan” su escape—en el modelo de 12 cilindros, por ejemplo, hasta cuatro cilindros pueden alimentar el sistema EGR con gas de escape, donde primero es enviado a un enfriador EGR y luego al distribuidor de admisión por medio de tubos de inyección EGR.

MTU comenzó el testeo en terreno de un motor Tier 4 Final de 12 cilindros en una faena minera Africana en Marzo del 2012.

Sin DPF, DOC para Menor Rango de Potencia
A pesar que MTU no puede afirmar que ‘no se requiere post-tratamiento’ para sus motores de bajo rango de potencia (LPR) debido a normas de emisiones obligatorias más estrictas para el rango bajo 750-hp, se las ha arreglado para eliminar toda necesidad de Filtros de Particulado Diesel (DPF) o de Catalizadores de Oxidación Diesel (DOC) en sus actuales modelos de motores T4 Interim LPR, una características que seguirá adelante hasta sus versiones T4 Final. En lugar de eso, la compañía incorporará una combinación de EGR enfriado, Reducción Catalítica Selectiva (SCR), turbocarga selectiva de una o dos etapas e inyección de combustible de riel común a alta presión para obtener la reducción necesaria en las emisiones estipulada por las normas T4 Final.

La actual línea T4 Interim de MTU de motores LPR incluye los modelos Serie 900, Serie 460 y Serie 500. La Serie 900 ofrece un rango de potencia de 127–322 hp e incluye modelos en línea de 4,8 litros, cuatro cilindros, como de 7,2 litros, seis cilindros. La Serie 460 consta de un modelo de 12,8 litros y seis cilindros de 355–503 hp. Los dos motores Serie 500 son modelos V, con versiones de seis y ocho cilindros que cubren un rango de potencia de 355–644 hp. Todos los motores T4 Interim LPR emplean SCR.

La línea LPR T4 Final de la compañía comprenderá cinco series de motores: la 1000, 1100, 1300, 1500 y 1600. De acuerdo a ingenieros de MTU, la Serie 1000 será la Serie 900 de ‘próxima generación,’ mientras que la 1600 será un diseño completamente nuevo. Las series colectivas están divididas en tres familias de motores: la Serie 1000; las Series 1100, 1300 y 1500; y la 1600.

Todos estarán basados en un concepto común para lograr estándares de emisiones T4 Final, y todas—excepto la Serie 1600—usarán una combinación de EGR enfriado más SCR. MTU se apresuró en indicar que sus sistema SCR será ‘sin aire,’ sin necesidad de aire comprimido para ayudar con de inyección de la dosis. Todos los motores de la nueva línea Tier 4 ofrecerán frenos de escape de motor opcionales, con el freno de los motores S1600 empleando accionamiento hidráulico.

La nueva familia de la Serie 1000 constará de dos modelos en línea: una versión de 5,1 litros 4 cilindros, y un modelo de 7,7 litros 8 cilindros. Ambos serán diseños OHC con cuatro válvulas por cilindro.

El diseño de los motores Series 1100, 1300 y 1500 derivan de predecesores probados Detroit Diesel, de acuerdo a la compañía. Todos los motores de la familia serán modelos DOHC con dos válvulas de admisión y escape por cilindro, presentarán revestimientos de cilindro mojados y ofrecerán una configuración de tren de engranaje trasero con opción REPTO (PTO de motor trasero).

La familia de la Serie 1600 modelo V constará de dos motores nuevos: el de 17,5 litros 10 cilindros 10V1600 y el de 21 litros 12 cilindros 12V1600. Ambos modelos serán unidades OHC con cuatro válvulas por cilindro, turbocarga de dos etapas y EGR enfriada regulada. Sus potencias abarcan el rango entre 760–979-hp.

La producción de los motores Tier 4 Series 2000 y 4000 para el mercado Norteamericano vendrá de la planta de ensamble de MTU en Aiken, South Carolina, que adquirió en Marzo del 2010, y luego de rigurosas modernizaciones, pondrá en operación un año después. MTU posteriormente anunció dos programas separados de inversión para la planta: el primero, por US$45 millones, fue el compromiso inicial para la renovación y expansión de la planta; el segundo, anunciado en Marzo del 2012, fue por US$45 millones adicionales, principalmente para construir dos nuevos edificios de R&D (Investigación y Desarrollo) que albergarán a las instalaciones pruebas de motores.

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