Grupos electrógenos a gas de mezcla pobre

Resumen 

A lo largo de los años, se ha demostrado que el uso de motores de gas natural de mezcla pobre cumple con la demanda cada vez mayor de criterios importantes, como la eficiencia del combustible, el rendimiento de las emisiones, las regulaciones del aire, la fiabilidad, la durabilidad y la densidad de potencia, de cualquier motor de movimiento alterno utilizado en generación de energía eléctrica.

Introducción 

Con el mundo en constante desarrollo de los motores de gas alternativos, nunca ha habido un momento más progresivo que el actual en el que vemos motores de gas tecnológicamente avanzados, de bajo consumo de combustible y económicos. Una de esas tecnologías de combustión que a menudo ha tenido éxito en varias aplicaciones de generación de energía eléctrica es el uso de tecnología de mezcla pobre en motores de gas. Los motores a gas de mezcla pobre pueden operar con cargas más altas, ofrecer menos emisiones, electricidad limpia y constante y una mejor eficiencia y ser más eficientes en general.

CONFIGURACIÓN DE NIVEL: MEZCLA POBRE Y DE QUEMADO RICO

Los motores a gas de mezcla pobre se caracterizan por un menor consumo de combustible y emisiones más bajas que los motores de quemado rico que funcionan con una relación estequiométrica equilibrada (relación aire-combustible o Lambda es la unidad). La mayor eficiencia de los motores de mezcla pobre se debe principalmente a su capacidad para lograr una mayor potencia para un desplazamiento determinado. Al comparar dos motores de quemado rico y de mezcla pobre de tamaño similar que producen potencia similar con eficiencias similares, las temperaturas producidas por un motor de quemado rico no hacen que sea práctico lograr la densidad de potencia de la mezcla pobre. Un motor de quemado rico se caracteriza por un exceso de combustible en la cámara de combustión durante la combustión (el oxígeno en el escape suele oscilar entre 0,5 % y 0,6 %), mientras que un motor de combustión pobre se caracteriza por un exceso de aire en la cámara de combustión (el oxígeno en el escape suele ser >6 %).

Características de mezcla pobre y quemado rico

Mezcla pobre  

• Temperatura de escape más baja 
• Emisiones de NOx y CO del escape más bajos 
• Densidad de alta potencia 
• Mejor eficiencia del combustible 

Quemado rico

• Temperatura de escape más alta 
• Emisiones de NOx más altas (debido a temperaturas de escape más altas) 
• Consumo de combustible más completo 
• Densidad de potencia baja

Los motores de mezcla pobre usan menos combustible para una cantidad determinada de aire, generalmente hasta el doble de la cantidad necesaria para la combustión completa del combustible, lo que los hace más rentables en términos de consumo de combustible y libera menos gases de efecto invernadero. La dilución de aire enfría eficazmente las temperaturas máximas de combustión en el cilindro, lo que reduce la producción de NOx y permite reducir las emisiones del motor sin necesidad de un sistema de postratamiento en muchas aplicaciones. Este proceso de combustión de mezcla pobre tiene la ventaja adicional de reducir la probabilidad de golpeteo (detonación), lo que permite tener niveles (cargas) de presión efectiva promedio del freno (BMEP, Brake Mean Effective Pressure) más altos y una combustión optimizada. Esto da como resultado una mayor densidad de potencia y, por lo general, produce una mejor eficiencia de combustible.

El concepto de mezcla pobre es una tecnología impresionante que se utiliza para diseñar un motor a gas natural de bajas emisiones. El uso de un sistema eficiente de gestión de aire y gas, además de una tecnología de motor sofisticada, ayuda a los motores a gas de combustión pobre a cumplir con las regulaciones de emisiones iniciadas por el gobierno. Este sistema de gestión de aire y gas no solo ayuda a controlar los niveles de emisiones, sino también los recursos y gastos de un costoso postratamiento típico de un sistema de quemado rico, que utiliza un catalizador de oxidación de tres vías para reducir el NOx producido debido a temperaturas más altas del cilindro, sin mencionar las demandas de generar energía eléctrica continua, económica y fiable.

Controlar el motor con tecnologías modernas basadas en microprocesadores, como los Módulos de control electrónico (ECM, Electronic Control Modules) que administran el acelerador basado en microprocesadores y el control de la relación aire-combustible que empuja el aire y el gas premezclados hacia los cilindros del motor y el encendido, proporcionando retroalimentación constante al ECM por NOx, sensores de temperatura y de presión, hace que el sistema de gestión de gas del motor de mezcla pobre sea más fiable que nunca. Con los sistemas mezcladores de aire y gas, las aplicaciones de respaldo y de respuesta a la demanda con motores de mezcla pobre pueden alcanzar el 100 % de las cargas en bloque y pueden cumplir con los requisitos de la NFPA.

Enfoque geográfico y sostenibilidad 

A lo largo de los años, la demanda de energía eléctrica producida por motores a gas ha crecido a un ritmo estable debido a las estrictas leyes de emisiones y los costos de energía de los servicios públicos cada vez mayores. Regiones susceptibles a huracanes, aplicaciones de agua y aguas residuales y proyectos en la costa que conllevan el riesgo de contaminación por diésel han hecho que el uso de motores a gas sea aún más relevante y la opción deseada por varios contratistas e ingenieros.

Con un enfoque incesante en mantener las emisiones más bajas y teniendo en cuenta las condiciones climáticas globales, los motores de combustión pobre utilizados para producir energía eléctrica pueden considerarse una solución oportuna a las regulaciones ambientales más estrictas en la nueva era, unidas colectivamente con un menor consumo de combustible y emisiones de CO2.