¿Qué normas deben cumplir los generadores diésel marinos para buques?

Introducción al Anexo VI del MARPOL de la OMI y al Código Técnico sobre NOx

El Anexo VI de MARPOL bajo la Organización Marítima Internacional impone estrictas restricciones mundiales sobre las emisiones provenientes de motores marinos, enfocándose específicamente en óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx) y material particulado (PM). Esta regulación se estableció por primera vez en 2005 y desde entonces ha tenido varias actualizaciones. Las normas se aplican principalmente a motores grandes con una potencia superior a 130 kW, con diferentes niveles de estándares de NOx según la fecha de fabricación o instalación del motor. Cuando el límite internacional de azufre descendió drásticamente en 2020 hasta alcanzar solo un 0,50 % de contenido de azufre en los combustibles marinos, las empresas navieras no tuvieron más remedio que invertir fuertemente en tecnologías como depuradores de gases de escape o cambiar completamente a combustibles alternativos como el gas natural licuado (LNG). Este cambio regulatorio provocó una transformación masiva en todo el sector marítimo.

Papel de la Organización Marítima Internacional en la regulación de emisiones de generadores diésel marinos

La Organización Marítima Internacional trabaja para estandarizar las normas de emisiones para los 175 países que representa. Esto significa que los buques de todo el mundo se someten a pruebas similares, obtienen certificaciones de forma comparable y enfrentan un cumplimiento consistente en lo que respecta a sus motores marinos diésel. El Código Técnico sobre Óxidos de Nitrógeno de la organización exige que los fabricantes demuestren que sus motores cumplen con las normas mediante aprobaciones de tipo que consideran cómo funcionan realmente estas máquinas en condiciones reales. Las empresas deben proporcionar información detallada sobre las emisiones de sus motores bajo diferentes cargas de trabajo. Estos requisitos ayudan a coordinar los esfuerzos con grupos como la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, facilitando una cooperación más fluida entre las normas globales y las regulaciones locales. Cuando las normas internacionales y nacionales coinciden mejor, el cumplimiento resulta más sencillo para los operadores de buques en todo el mundo.

Cómo las normas de emisiones influyen en el diseño y funcionamiento de los generadores marinos diésel

Actualmente, los generadores marinos diésel modernos deben cumplir con estrictas normas Tier III, por lo que los fabricantes han comenzado a incorporar elementos como sistemas de reducción catalítica selectiva, cámaras de combustión mejor diseñadas y un control mucho más preciso de la inyección de combustible. Todas estas mejoras han reducido drásticamente las emisiones de óxidos de nitrógeno, aproximadamente un 80 por ciento menos que las producidas por motores antiguos según investigaciones de Raju y colegas realizadas en 2021. Otro cambio importante ha sido el paso al diésel con contenido ultra bajo de azufre como estándar en toda la industria. Este combustible más limpio ayuda a reducir las emisiones de material particulado en cerca de tres cuartas partes, sin afectar la fiabilidad del funcionamiento diario de estas máquinas en el mar.

El Sistema de Clasificación por Niveles: Cumplimiento desde Tier 1 hasta Tier 3

Comparación de los límites de emisiones Tier 1, Tier 2 y Tier 3 para motores diésel marinos

Los motores marinos diésel se dividen en tres categorías diferentes según sus emisiones de óxidos de nitrógeno establecidas por la Organización Marítima Internacional. La primera categoría incluye motores fabricados antes del año 2000, cuando podían emitir hasta 14,4 gramos por kilovatio hora de NOx. Las cosas cambiaron después de 2011 con los estándares Tier 2, que redujeron las emisiones permitidas a aproximadamente la mitad, hasta 7,7 g/kWh, gracias a técnicas de combustión más eficientes. Luego llegaron las regulaciones Tier 3, vigentes desde 2016 específicamente en ciertas regiones, donde los barcos ahora deben limitar la emisión de NOx a solo 2,0 g/kWh. Esto representa una reducción impresionante de alrededor del 80 % en comparación con lo permitido en los primeros tiempos. Estos motores más nuevos suelen depender de sistemas de reducción catalítica selectiva o de tecnología de recirculación de gases de escape para cumplir con estos estrictos requisitos. Al observar los límites de material particulado, la historia es similar: pasaron de 0,40 g/kWh bajo el estándar Tier 1 hasta 0,10 g/kWh en los motores Tier 3.

Nivel	Límite de NOx (g/kWh)	Límite de MP (g/kWh)	Período de Implementación
Nivel 1	≤ 14,4	≤ 0,40	2000–2011
Nivel 2	≤ 7,7	≤ 0.20	2011–2016
Nivel 3	≤ 2.0	≤ 0.10	2016–presente

Requisitos para el cumplimiento de la Etapa 3 en las Zonas de Control de Emisiones (ECA)

Los buques que operan en zonas de control de emisiones, como la costa de América del Norte y el Mar Báltico, deben cumplir con los estándares de la Etapa 3, lo que implica reducir las emisiones de óxidos de nitrógeno en un 80 % en comparación con los motores más antiguos de la Etapa 1. La mayoría de los operadores navieros optan por una de dos vías para cumplir este requisito. Algunos eligen instalar sistemas de reducción catalítica selectiva en sus generadores existentes, mientras que otros cambian a híbridos propulsados por gas natural licuado. Las regulaciones sobre el contenido de azufre son igual de estrictas en estas áreas, con un límite máximo del 0,10 %. Para cumplirlas, los buques o bien utilizan combustible especial con bajo contenido de azufre o invierten en costosas tecnologías depuradoras que limpian los gases de escape antes de que salgan por la chimenea.

Estudio de caso: Implementación de la Etapa 3 en buques que operan en la ECA de América del Norte

En 2023, investigadores analizaron 24 buques de carga que operaban en la región ECA de América del Norte y descubrieron algo interesante. Cuando actualizaron sus motores a los estándares Tier 3, las emisiones de óxidos de nitrógeno disminuyeron aproximadamente un 92 % en comparación con los modelos antiguos Tier 1. Pero existía un inconveniente para muchos propietarios de barcos: cerca de un tercio de ellos enfrentaron facturas más altas por reparaciones, ya que esos sofisticados sistemas nuevos requerían cambios regulares de los filtros SCR. Estos gastos adicionales oscilaron entre unos dieciocho mil y cuarenta y cinco mil dólares anuales. Aun así, el informe de verificación de la Organización Marítima Internacional del año pasado reveló que la mayoría de las empresas cumplían con la normativa, siendo alrededor de 89 de cada 100 barcos los que estaban en cumplimiento. Aquellos que no cumplían se enfrentaron a multas severas que promediaron alrededor de trescientos veinte mil dólares por infracción. Para gestionar mejor estos sistemas complejos, cada vez más empresas marítimas están recurriendo a software de mantenimiento predictivo, que ayuda a mantener los sistemas de post-tratamiento funcionando adecuadamente mientras minimiza averías inesperadas durante operaciones críticas.

Evaluación de la viabilidad de las normas Tier 4 para generadores marinos diésel

Regulaciones finales Tier 4: Orígenes en las normas de motores terrestres

Las normas de emisiones Tier 4 comenzaron como requisitos para motores no viales terrestres, obligando a los fabricantes a reducir los óxidos de nitrógeno y la materia particulada mediante nuevas tecnologías de posprocesamiento. La Organización Marítima Internacional aún no ha trasladado estas normas a los buques, pero existen conversaciones en curso sobre la posibilidad de aplicar algunos de estos mismos conceptos a futuras regulaciones marítimas. Sin embargo, adaptar directamente estas soluciones terrestres a embarcaciones presenta desafíos reales debido a las limitaciones de espacio y a los diferentes requisitos de ingeniería en el entorno marino.

Desafíos tecnológicos en la adaptación de los requisitos Tier 4 a aplicaciones marinas

Instalar sistemas equivalentes al Nivel 4 en generadores marinos diésel no es exactamente sencillo. Las partes de posprocesamiento, como las unidades de reducción catalítica selectiva (SCR) y los filtros de partículas diésel (DPF), ocupan entre un 18 y un 25 por ciento más de espacio que las configuraciones del Nivel 3. Además, estos componentes tienen dificultades para mantenerse duraderos cuando se exponen a las duras condiciones marinas. Un informe reciente del mercado norteamericano de motores diésel marinos destaca también un aspecto bastante significativo: el agua salada llega a todas partes en los barcos, y las vibraciones constantes desgastan los componentes más rápidamente. En particular, para los catalizadores SCR, su vida útil disminuye aproximadamente un 40 % en comparación con equipos similares utilizados en tierra. Esto tiene sentido, considerando lo mucho más exigentes que son los entornos marinos para los sistemas mecánicos a largo plazo.

Debate en la industria: ¿Es práctico el Nivel 4 para sistemas de generadores diésel marinos?

La industria marítima está bastante dividida sobre este tema en este momento. Cuando analizamos los resultados de una encuesta entre operadores, alrededor del 62 por ciento indicó que los diseños actuales de buques simplemente no tienen suficiente espacio para la distribución eléctrica adecuada requerida por los sistemas de cumplimiento Tier 4. Los defensores de estas regulaciones afirman que en realidad ayudarán a impulsar el uso de motores híbridos, pero las personas que trabajan en primera línea están preocupadas por la frecuencia con la que los filtros de partículas diésel necesitan limpieza cada 450 a 500 horas de funcionamiento. Este tipo de mantenimiento regular interrumpe realmente los horarios de trabajo. También existe esperanza en esas opciones modulares de tratamiento de gases de escape, aunque la mayoría de los expertos coinciden en que aún necesitan alrededor de dos o tres años de pruebas reales en el mar antes de que alguien considere implementarlas ampliamente en las flotas.

Certificación y marco regulatorio para motores marinos de encendido por compresión

Clasificación de la EPA para motores marinos de encendido por compresión según potencia de salida

Los motores marinos de encendido por compresión se clasifican en diferentes categorías según su potencia para que la EPA pueda implementar medidas específicas de control de emisiones. Para motores que producen más de 37 kilovatios, existen restricciones más estrictas sobre óxidos de nitrógeno y materia particulada, de acuerdo con las regulaciones establecidas para motores no viales. Los motores más grandes que vemos en operaciones de transporte marítimo comercial necesitan adoptar tecnologías bastante sofisticadas solo para cumplir con estos requisitos. Elementos como sistemas de recirculación de gases de escape o configuraciones de reducción catalítica selectiva se convierten en adiciones necesarias para los buques que desean operar dentro de los límites legales y al mismo tiempo realizar su trabajo eficientemente en el mar.

Proceso de Certificación para Generadores Diésel Marinos según las Regulaciones Federales de Estados Unidos

El proceso de certificación en Estados Unidos exige pruebas bastante rigurosas para aplicaciones marinas, que cubren todos los ciclos de trabajo específicos que los barcos experimentan realmente en el agua. Esto implica someter los motores a cargas transitorias y simular lo que ocurre cuando están expuestos a condiciones reales de agua salada durante períodos prolongados. Según las últimas normativas federales, los fabricantes deben demostrar que cumplen con los estándares en al menos el 80 por ciento de la potencia que el motor declara ofrecer. También existen varios puntos de control importantes durante el proceso. Primero está la obtención de la aprobación para diversas tecnologías de control del motor antes del inicio de la producción. Luego, se debe considerar cómo los componentes se degradan naturalmente para garantizar que las emisiones permanezcan dentro de los límites establecidos durante toda la vida útil del equipo, que es de 10.000 horas. Todo este proceso asegura que los motores marinos certificados funcionen de manera confiable incluso después de años de operación continua en entornos severos.

Alineación de los requisitos regulatorios nacionales e internacionales

Los estándares EPA Tier 4 exigen aproximadamente un 90 por ciento menos de emisiones de NOx en comparación con los equipos anteriores de Tier 1. Mientras tanto, en la Organización Marítima Internacional, han estado trabajando arduamente para controlar tanto el SOx como el NOx mediante sus regulaciones del Anexo VI del MARPOL. Los generadores diésel marinos actuales suelen contar con opciones de combustible dual y sistemas modulares de tratamiento que pueden cumplir con estos diferentes requisitos. Para las empresas que fabrican motores que deben funcionar en todo el mundo, alinear todos estos métodos de prueba y objetivos de emisiones no solo es útil, sino prácticamente necesario si desean mantenerse competitivas en distintas regiones sin tener que rediseñar constantemente sus productos desde cero.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el objetivo principal del Anexo VI del MARPOL?

El objetivo principal del Anexo VI del MARPOL es reducir la contaminación atmosférica proveniente de los motores de los buques mediante el control de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx) y materia particulada (PM).

¿Por qué son importantes los estándares de emisiones Tier 3?

Los estándares de emisiones Tier 3 son importantes porque reducen significativamente las emisiones de NOx en aproximadamente un 80 % en comparación con estándares más antiguos, garantizando un aire más limpio y el cumplimiento dentro de las Áreas de Control de Emisiones (ECA).

¿Qué desafíos enfrentan los operadores navieros con los estándares Tier 4?

Los operadores navieros enfrentan desafíos con los estándares Tier 4 debido a las limitaciones de espacio y a la necesidad de mantenimiento frecuente de los filtros de partículas diésel, lo cual puede interrumpir los horarios operativos.

¿Cómo ayudan los combustibles alternativos como el GNL a cumplir con los estándares de emisiones?

Los combustibles alternativos como el gas natural licuado (GNL) ayudan a cumplir con los estándares de emisiones al producir menos emisiones en comparación con los combustibles marinos tradicionales, facilitando el cumplimiento de los límites de azufre y óxidos de nitrógeno.