Redefiniendo el costo del cumplimiento de las normas sobre emisiones

Un motor y un sistema de postratamiento armonizados son un medio para obtener valor operativo de los equipos de construcción.

Eso significa, en la medida de lo posible, mantener al mínimo tanto la complejidad de la ingeniería como el riesgo del programa.

Si bien el cumplimiento de las normas sobre emisiones es obligatorio, la forma en que se implementa se ha convertido en un factor diferenciador importante para los fabricantes de equipos originales (OEM).

Actualmente, el menor coste de adquisición en el control de emisiones tiene menos que ver con el precio inicial de un sistema de postratamiento de gases de escape; está más determinado por factores como la integración, la validación, los plazos de desarrollo, la durabilidad y los requisitos de servicio a largo plazo.

Según David Phillips, director técnico de la multinacional especializada en postratamiento de gases de escape Eminox, los fabricantes de equipos originales (OEM) son ahora mucho más conscientes de que los programas de control de emisiones suponen desafíos complejos a nivel de sistema.

“Normalmente, no se trata simplemente de coger un motor ya existente y decirle: ‘Vamos a añadirle un sistema de postratamiento’”, explica. “Se integra el sistema de postratamiento con el motor. Las decisiones que se toman en el motor —el sistema de combustible, la configuración del turbocompresor, la estrategia de la recirculación de gases de escape— definen las emisiones del motor, y eso afecta directamente al diseño del sistema de escape”.

Estas interacciones influyen en todo, desde las tecnologías de catalizadores y la carga de metales preciosos hasta el tamaño del filtro de partículas diésel (DPF), la capacidad de almacenamiento de hollín y los intervalos de mantenimiento. En consecuencia, cada decisión dentro del sistema de propulsión tiene repercusiones en otras partes del sistema.

Para los fabricantes de equipos originales (OEM), esto ha cambiado radicalmente la forma en que se abordan los programas de emisiones.

Desde componentes hasta sistemas

Históricamente, los sistemas de control de emisiones se consideraban en gran medida un componente independiente. Hoy en día, la mayoría de los fabricantes reconocen que el rendimiento en materia de emisiones es el resultado de un sistema totalmente integrado.

Dave Phillips, Director Técnico del Grupo Eminox

“Ahora piensan de principio a fin”, dice Phillips. “Desde el aire que entra al motor hasta el tubo de escape. Y todos estos elementos pueden influir en el costo, el consumo de combustible, los intervalos de mantenimiento o la experiencia del usuario”.

Este cambio también ha modificado la estructura de los equipos de desarrollo. Cada vez más, los fabricantes de equipos originales (OEM) crean grupos de integración de sistemas especializados que modelan y simulan diferentes combinaciones de motores y sistemas de postratamiento en las primeras etapas del programa.

“Lo ideal es que hayan analizado todos los escenarios antes de comenzar el desarrollo físico”, explica Phillips. “Como equipo, deben considerar todo y simular todas las eventualidades para que, antes de iniciar un nuevo programa de motor, hayan probado todo, ya sea en papel o mediante simulación”.

Sin embargo, incluso con herramientas de planificación más sofisticadas, las presiones de costos suelen aparecer en etapas posteriores del desarrollo.

¿Por qué los problemas suelen aparecer al final?

En muchos programas de reducción de emisiones, los sobrecostes y los retrasos presupuestarios se producen hacia el final del proceso, cuando se acercan las fechas límite de lanzamiento y los equipos de ingeniería deben resolver rápidamente los problemas restantes.

“Casi siempre ocurre al final”, dice Phillips. “Es entonces cuando tienes una fecha límite y de repente empiezas a añadir recursos o a gastar más dinero para solucionar los problemas”.

Lo ideal sería invertir esos recursos al inicio del programa para evitar complicaciones de última hora. En la práctica, las prioridades contrapuestas suelen impedirlo.

“Se podría decir que se están reservando recursos para algo que surgirá dentro de tres años”, explica. “Pero si hoy hay un problema que afecta a la producción, la gente, naturalmente, se centra en eso. Para cuando el programa de emisiones se vuelve urgente, ya se está bajo presión”.

Por lo tanto, la velocidad de desarrollo se convierte en un factor crítico en el coste del programa.

“En definitiva, el tiempo es dinero”, afirma Phillips. “Cuanto más rápido se puedan diseñar, prototipar y probar los sistemas, menor suele ser el coste”.

Sin embargo, los plazos de desarrollo rara vez los determinan únicamente los proveedores de sistemas de postratamiento; a menudo están condicionados por el ritmo del programa general del motor.

“Podríamos diseñar y construir un sistema de escape con bastante rapidez”, afirma. “Pero el equipo de motores aún podría estar probando diferentes combinaciones de componentes. Por lo tanto, el ritmo suele estar condicionado por el programa en su conjunto, y no por una parte específica”.

El coste oculto de la validación y el rendimiento en campo

Las pruebas de laboratorio son valiosas, pero no sustituyen los datos recopilados de las máquinas que operan en el campo.

Incluso cuando los sistemas de control de emisiones llegan a la fase de producción con éxito, pueden surgir costes imprevistos una vez que los equipos están funcionando en condiciones reales.

La exposición a la garantía es un ejemplo.

“Siempre surgen problemas inesperados”, dice Phillips. “Puede tratarse de un comportamiento térmico o de un caso de uso que simplemente no habías previsto”.

Para reducir esos riesgos, muchos fabricantes de equipos originales (OEM) ahora supervisan de cerca las primeras máquinas que se despliegan sobre el terreno.

“Realizan un seguimiento muy minucioso de las primeras unidades”, explica. “Recopilan datos, analizan cómo los clientes utilizan realmente los equipos e identifican cualquier anomalía antes de que haya grandes volúmenes en funcionamiento”.

Estas primeras observaciones suelen dar lugar a mejoras en el diseño durante el primer año de producción.

Otro aspecto clave son las pruebas de validación. Las pruebas de laboratorio permiten explorar condiciones de funcionamiento extremas, pero no pueden replicar completamente el uso en el mundo real.

«Nunca habrá un sustituto completo para la validación en campo», afirma Phillips. «Pero las pruebas de campo por sí solas también pueden ser bastante específicas. Es posible que no se observen todas las perturbaciones ni se alcancen los puntos críticos para obtener una visión completa».

Para abordar esa incertidumbre, los ingenieros suelen probar los sistemas en los límites de su rango operativo.

“Se analizan los peores escenarios posibles”, explica. “Si se toman los peores componentes y el peor entorno, ¿el sistema seguirá funcionando?”

La magnitud del programa suele determinar hasta dónde llega el alcance de las pruebas. Los productos de gran volumen requieren mayor confianza, ya que incluso pequeñas decisiones de diseño pueden multiplicarse a lo largo de miles de unidades.

“Si se fabrican muchos sistemas, cada céntimo cuenta”, afirma Phillips. “Pero tampoco se pueden permitir fallos en el campo”.

Integración frente a soluciones complementarias

Si bien generalmente se prefiere el desarrollo integrado, todavía existen situaciones en las que los sistemas de control de emisiones deben añadirse a los motores existentes en lugar de desarrollarse junto con ellos.

Un sistema de postratamiento de gases de escape de acoplamiento directo Eminox

“En Eminox recibimos con frecuencia solicitudes de sistemas de escape de fácil instalación y contamos con una amplia gama de soluciones en nuestro catálogo para satisfacer las necesidades de nuestros clientes”, afirma Phillips. “En ocasiones, el cliente ya dispone de un motor y no desea modificarlo, o bien el coste de rediseñarlo sería demasiado elevado”.

En esos casos, los ingenieros deben adaptar el sistema de postratamiento para que se ajuste a la arquitectura existente.

“Siempre hay que hacer concesiones”, reconoce. “Pero a veces es lo más sensato desde el punto de vista comercial, sobre todo para aplicaciones de bajo volumen”.

Diferencias regionales en la regulación

Un factor que añade aún más complejidad es el hecho de que las normativas sobre emisiones difieren significativamente entre los distintos mercados mundiales.

En Europa, la tendencia hacia una mayor regulación se ha mantenido relativamente constante, lo que proporciona a los fabricantes objetivos a largo plazo más claros. Por el contrario, Estados Unidos presenta un entorno regulatorio más fragmentado, con enfoques muy diversos, desde las normas federales relativamente laxas hasta los estrictos controles de la Junta de Recursos del Aire de California (CARB).

“La CARB tiende a ser más agresiva”, señala Phillips. “Otros estados pueden optar por seguir ese enfoque o el de la EPA [Agencia de Protección Ambiental] federal”.

Los mercados emergentes, como la India, también presentan desafíos únicos.

Phillips afirma: “Las regulaciones están avanzando, pero los plazos pueden variar. En algunos sectores hay un fuerte impulso, mientras que en otros la industria necesita más tiempo para adaptarse”.

A pesar de estas variaciones regionales, un factor permanece constante: el costo siempre es fundamental en la conversación.

“El debate sobre los costes es el mismo en todas partes”, dice Phillips. “Lo que cambia es la aplicación y su arquitectura”.

Elegir el sistema adecuado

Según Phillips, uno de los errores más comunes en el desarrollo de medidas para reducir las emisiones es centrarse demasiado en los componentes individuales en lugar de en el sistema en su conjunto.

“No se trata solo de elegir los mejores componentes individualmente”, afirma. “Se trata de componentes que funcionen en armonía entre sí”.

En realidad, combinar el hardware más avanzado de cada categoría a veces puede simplemente aumentar el coste sin mejorar el rendimiento.

“Si cada especialista se empeña en conseguir lo mejor en su área, se puede acabar con un sistema sobrediseñado, con un presupuesto excesivo y potencialmente suboptimizado”, explica.

En cambio, el éxito suele radicar en equilibrar el rendimiento, la durabilidad y el coste en todo el sistema.

Reducir la complejidad para reducir los costos.

El reto para los fabricantes de equipos originales (OEM) que se desenvuelven en estos entornos regulatorios y técnicos consiste en combinar la minimización de los precios de los componentes con la reducción de los problemas de integración, el acortamiento de los ciclos de desarrollo y la garantía de que los sistemas funcionen de forma fiable durante todo su ciclo de vida.

No es tarea fácil y requiere una visión integral del control de emisiones que conecte la ingeniería, la validación, la fabricación y las consideraciones de servicio.

“Aunque los fabricantes de equipos originales (OEM) entienden muy bien el sistema de postratamiento de gases de escape hoy en día”, dice Phillips, “sigue siendo muy valioso trabajar con integradores de sistemas de escape para optimizar todo el sistema, asegurándose de que el motor y el sistema de postratamiento estén completamente integrados”.

En definitiva, el menor coste de adquisición no se consigue reduciendo el esfuerzo de ingeniería, sino aplicándolo en los lugares adecuados.

A medida que las normas sobre emisiones sigan evolucionando en todo el mundo, es probable que los fabricantes que adopten este enfoque sistémico estén en mejores condiciones para lograr el cumplimiento de manera eficiente y sostenible.

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Este artículo fue producido por KHL Content Studio, en colaboración con expertos de Eminox Group of Companies.

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Todas las imágenes cortesía de Eminox.