Limpieza del sistema de combustible de alta presión common rail

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Ingeniería de presiones y holguras del sistema HPCR

Los sistemas modernos de inyección diésel HPCR operan con presiones en el riel de 1,800–2,500 bar (261,000–362,500 psi), y algunos sistemas avanzados llegan a 2,700 bar. A estas presiones, el combustible actúa como medio hidráulico que transmite fuerza a los actuadores de la aguja. La holgura del asiento de la aguja del inyector es de 1–3 µm; la holgura pistón-alojamiento de la válvula de control es de 2–4 µm; la holgura émbolo-cilindro de la bomba de alta presión es de 1–3 µm. El principio crítico de daño por partículas: las partículas con diámetro igual o superior a la holgura provocan contacto directo entre superficies e inician el desgaste abrasivo; el rango de tamaño más dañino es aproximadamente 1–2 veces la holgura. La dureza de la sílice (≈1,000 HV Vickers) supera ampliamente la de los materiales de la aguja del inyector (normalmente 700–900 HV en acero para herramientas templado), por lo que las partículas de sílice de 1–5 µm pueden cortar las superficies del inyector y provocar fugas en la válvula y goteo de la tobera. Una sola partícula de 5 µm atrapada en el asiento de una aguja con holgura de 2 µm causa rayado inmediato.

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Ensayo multipaso de filtros de combustible ISO 23369

ISO 23369:2021 (Hydraulic Fluid Power — Multi-Pass Method for Evaluating the Filtration Performance of a Filter Element for Liquid Fuel Used in Injection Engines) es la norma principal para caracterizar el desempeño de elementos de filtro de combustible en condiciones representativas de los sistemas HPCR. La metodología es análoga a ISO 16889 (multipaso para fluidos hidráulicos), pero usa combustible diésel (o un fluido de ensayo ISO representativo) en lugar de aceite mineral ISO VG 15. Parámetros del ensayo: el fluido es el combustible real de la aplicación o un fluido de ensayo especificado; la temperatura de ensayo es 40°C ±2°C; la concentración de contaminación aguas arriba es 5 mg/L (±10%) de polvo de ensayo ISO 12103-1 A3 medio grueso; las relaciones Beta se informan a ≥4, ≥6, ≥10 y ≥14 µm(c); la presión diferencial final es 0.5 bar (según la aplicación). Los elementos de filtro de combustible para sistemas HPCR suelen alcanzar Beta₄₍c₎ ≥ 200 (eficiencia de filtración >99.5% a ≥4 µm(c)) para proteger las holguras de 1–3 µm de la aguja del inyector de las partículas que superan esas dimensiones.

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Lubricidad del combustible: ensayo HFRR ISO 12156-1

El ensayo HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) según ISO 12156-1:2006 mide la lubricidad del combustible diésel haciendo oscilar una bola de acero de 6 mm sobre un disco de acero fijo a 50 Hz, con carga de 1 N, a 60°C, durante 75 minutos dentro del combustible de ensayo. El diámetro de la huella de desgaste (WSD) resultante en la bola, medido con microscopía óptica, cuantifica la lubricidad del combustible. El límite de especificación de EN 590:2022 y ASTM D975 es un diámetro de huella corregido ≤460 µm a 60°C. Los combustibles con WSD superior a 460 µm lubrican de forma insuficiente los émbolos de la bomba HPCR y las válvulas de control de los inyectores, que dependen de la película de combustible en holguras de 1–3 µm. El diésel de ultra bajo azufre (ULSD, S ≤10 ppm según EN 590) tiene menor lubricidad que los combustibles antiguos de alto azufre porque se eliminaron los compuestos de azufre que lubricaban de forma natural; la especificación EN 590 exige aditivos mejoradores de lubricidad. Los combustibles que no cumplen el criterio de ≤460 µm requieren tratamiento con aditivos antes de usarse en sistemas HPCR.

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Límites de contenido de agua: ASTM D6304 Karl Fischer

El agua libre y disuelta en el combustible diésel por encima de los límites definidos causa tres tipos de daño en los sistemas HPCR: corrosión hidráulica de las superficies de acero de alta presión; crecimiento microbiano en tanques y filtros que termina tapando los filtros; y vaporización instantánea en la punta de los inyectores cuando el combustible residual caliente posterior a la inyección entra en contacto con gotas de agua, lo que provoca erosión por cavitación de los orificios de la tobera. El contenido de agua se mide por titulación culombimétrica Karl Fischer según ASTM D6304 (o ASTM D1744 para concentraciones de agua más altas) y se expresa en miligramos de agua por kilogramo de combustible (mg/kg o ppm en masa). El límite para sistemas HPCR es ≤200 ppm de agua disuelta a la salida del filtro de combustible; el agua libre (gotas ≥0.1 µm) debe eliminarse por completo con filtración separadora de agua por coalescencia. EN 590:2022 especifica un contenido máximo de agua total de 200 mg/kg para el diésel en el punto de venta. Los filtros separadores de agua con medio coalescente separan las gotas de agua libre; los postfiltros de membrana hidrofóbica impiden que el agua coalescida vuelva a la corriente de combustible.

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Normas de calidad del combustible: EN 590 y ASTM D975

EN 590:2022 (especificación europea de diésel automotriz) y ASTM D975 (especificación norteamericana estándar para combustible diésel) definen los requisitos mínimos de calidad del diésel de carretera en el punto de venta. EN 590 permite hasta un 7% v/v de mezcla de ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME / biodiésel) como diésel B7; ASTM D975 permite mezclas de biodiésel según la especificación separada ASTM D7467. El biodiésel introduce tendencia higroscópica (mayor absorción de agua), problemas de estabilidad a la oxidación (ASTM D2274 para estabilidad térmica) y deterioro del punto de obstrucción de filtro en frío (CFPP según EN 116) a bajas temperaturas. En sistemas HPCR que usan mezclas de biodiésel, la filtración debe considerar además el crecimiento microbiano asociado a la interfaz agua-biodiésel en los sistemas de almacenamiento. La limpieza del combustible a la entrada del filtro se rige por las especificaciones de contenido de partículas de EN 590; el elemento filtrante debe lograr a la salida la limpieza especificada por el fabricante del equipo para proteger los componentes HPCR.

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