Tecnologie
Technology
Gestire il carburante
per un motore sicuro
Fuel Management Systems
for a Safe Engine
Wout Lisseveld
Affidabilità del motore
dicamente i serbatoi. Molti diportisti si domandano a cosa
sia dovuto tutto questo: è cambiata la qualità del carburante o
i motori sono diventati più sensibili? In effetti, entrambe le
ipotesi sono corrette.
A tutti è capitato di sentire
racconti di esperienze disastro-
Engine reliability
Filters clogged by accumulated sediments
What can be more rewarding
Si può immaginare qualcosa
than leaving the dock for a Fuel related engine perfordi più divertente di una escurlong weekend, a vacation or mance issues such as clogsione in barca per il week-end,
circumnavigation. Most of us ged filter elements, smoking
una vacanza o una circumnahowever, are just weekend engines, dirty transoms, losvigazione? La maggior parte
mariners and boating enthu- ing power & RPM, and indegli appassionati di nautica
siasts spending fortunes on jection system failures are
sono i “diportisti del fine settioccurring more frequently
mana” o gli appassionati del
than ever before.
mare capaci di spendere for- [Fig. 1] - Filtri intasati / Clogged fuel filters
Instead of being able to run,
tune per la barca dei sogni,
as we should, a thousand
pronti a rinnovare e ad acquihours or more without havstare “giocattoli” sempre più
ing to replace fuel filters, we
sofisticati per divertirsi e parnow need to change them frelarne con gli amici.
quently and have to also peA volte però, sfuggono aspetti
riodically clean our tanks.
essenziali, per esempio l’affiMany boaters wonder, what
dabilità dei motori, che può
is it, has the quality of our
mettere a rischio la sicurezza
fuel changed or have our endei passeggeri. Quando il
gines become more fuel senmotore si ferma mentre si sta
rientrando in porto dopo un
[Fig. 1a] - Depositi / Deposits
fantastico fine settimana trascorso pescando o navigando,
l’ultimissimo modello di plotter, GPS o schermo TV ultra
piatto perdono immediatamenour dream vessel. And
se con i filtri e i sistemi di iniete importanza! [Fig.1-1a]
again, most of us are
zione da lasciare letteralmente
always ready to upa
bocca
aperta.
Se
possibile
Filtri intasati dai sedigrade and purchase
tutti
vorremmo
evitare
di
tromenti accumulati
more elaborate “toys”
varci in situazioni a dir poco
to have more fun and
I problemi riguardanti le pre- spiacevoli, a volte pericolose
talk to our friends
stazioni del motore causati dal e sicuramente onerose econoabout.
combustibile, come la presen- micamente. Infatti, la barca
Sometimes we may
za di sedimenti in un filtro più bella e gli ultimi ritrovati
even overlook the real essen- sitive? The answer is both.
occluso, di fumo dal motore, dell’elettronica diventano moltials such as the operating We all know friends and have
di arcacce sporche, di perdita to meno interessanti quando ci
reliability of our engines, heard enough stories about
di potenza e di RPM, oltre ai si trova “sotto sopra” in un
which may affect the safety of disasters with fuel filters and
guasti del sistema di iniezio- comparto motore surriscaldaour passengers. When our en- injection systems to make us
ne, sono sempre più ricorrenti. to a cambiare filtri, in condigines stop under way back to curious. If possible we would
Così, anziché avere la possibi- zioni atmosferiche avverse.
port, after a great weekend of all like to prevent these unlità di navigare ore ed ore
fishing or sailing our newest pleasant, often dangerous, costsenza dover cambiare i filtri Nuove tecnologie per
chart plotter, latest GPS or ly and aggravating situadel carburante, come sarebbe motori e carburanti
flat screen TV will suddenly tions. The most beautiful boat
auspicabile, capita al contrario
become much less important and latest electronics become
di doverli sostituire frequente- In questi ultimi vent’anni si somuch less interesting when
[Fig.1-1a].
mente e di dover pulire perio- no susseguiti importanti cam05/2004
Via Mare – By Sea
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biamenti nell’evoluzione delle dizioni e la qualità del carbutecnologie dei motori diesel e rante stesso.
della produzione dei carbu- La qualità poco soddisfacente
ranti. Tali mutamenti sono av- del carburante può produrre
venuti in risposta alla do- conseguenze negative in termanda del mercato di innova- mini di sicurezza e costi; inzioni in campo prestazionale, fatti può causare danni ai mocosì come alle direttive anti-in- tori e ai sistemi di iniezione.
quinamento atmosferico sempre più vinco- [Fig. 2] - Prima e dopo / Before and after
lanti e ad altri provvedimenti a favore del
rispetto dell’ambiente. Il consumatore e
il cantiere sono alla
ricerca di pesi ottimali, ben bilanciati
con la potenza, basse
emissioni e una maggiore economia del
carburante. Nello stesso tempo, per soddisfare la Una qualità ottimale del cardomanda crescente di prodotti burante, al contrario, allunga i
combustibili, l’industria petro- tempi che intercorrono fra gli
lifera ha messo a punto una interventi di manutenzione
tecnologia basata su un mag- come la pulizia dei serbatoi, la
giore utilizzo di petrolio greg- sostituzione dei filtri intasati e
gio, acquistato per la produ- degli iniettori. Inoltre migliora
zione di benzina e diesel. È il processo di combustione e
questo insieme di cambia- di conseguenza la prestazione
menti e nuove tendenze che del motore, riducendone i
ha giocato un ruolo importan- fumi.
te nell’ambito della affidabi- La qualità del carburante non
lità e prestazione dei motori. può essere valutata visivamente; infatti, anche quando
I motori e la trasforma- appare trasparente e di colore
zione delle risorse ener- chiaro può continuare a contenere corpi solidi estranei, che
getiche
mettono a rischio il sistema
I motori moderni sono sempre d’iniezione impedendo la compiù sensibili alla qualità del bustione totale prima che la
carburante. Le alte pressioni e valvola di scarico si apra. La
temperature d’iniezione così morchia accumulata può decome tolleranze più basse non positarsi e giacere sul fondo
permettono eventuali sedi- del serbatoio, ma verrà nuovamenti del carburante, depositi mente dispersa all’interno del
di petrolio, asfaltene o antraci- serbatoio quando il motore
te. Se consideriamo il carbu- viene acceso e rimanda nel
rante “cibo per il motore” pos- serbatoio il carburante caldo
siamo affermare a buon diritto in eccesso. Quando la barca è
che la qualità e le condizioni in navigazione, il movimento
di questo “cibo” potrebbero del carburante può agitare la
non essere sempre compatibi- morchia presente nel serbali con “l’apparato digestivo” toio che intaserà improvvisadei nostri motori.
mente i filtri bloccando i moI motori trasformano il carbu- tori.
rante, o l’energia chimica in
energia meccanica, calore ed Un controllo attento
emissioni. Le condizioni del del carburante
carburante giocano un ruolo
importante nel definire l’effi- La differenza fra un carburante
cienza del processo di trasfor- “buono o cattivo” non è semmazione dell’energia. Nello pre immediatamente percepistesso tempo, l’instabilità del bile [Fig. 2].
carburante determina le con- Il Diesel è un fluido organico
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we find ourselves upside
down in a hot engine room
changing filters in rough weather.
Development in engine
technology and fuel
potentially dangerous and
expensive consequences such
as, damage to engines and
injection systems. Optimal
fuel quality will extend periodic maintenance intervals
such as tank cleaning, replacing clogged filter elements
and injectors. It will enhance
combustion allowing our engines to perform better and
smoke less.
Fuel quality cannot be determined visually. Even when
fuel looks “clear and bright”,
it may still contain insipient
solids that are detrimental to
the injection system and prevent complete combustion before the exhaust valve opens.
Accumulating sludge may sit
quietly in the bottom of your
tank, but will be dispersed
when the engine starts returning hot excess fuel back to the
tank.
When the vessel gets underway the motion of the fuel
may stir up tank sludge suddenly clogging fuel filters
and stopping the engines.
During the last twenty years,
we have seen important changes in both the evolution of
diesel engine technology, and
in the production of fuels.
These changes have been driven by demands in the market
for performance improvement, increasingly stringent
Clean Air regulations and by
what is environmentally acceptable. The consumer and
boat builder desire better
weight to horsepower ratios,
lower emissions and better
fuel economy. At the same
time the oil industry has developed technology to use
more of the crude oil they
purchase for the production
of gasoline and diesel to
meet the growing demand for
fuel products. It is this combination of changes and development that has affected Taking a closer look at
engine reliability and perfor- fuel
mance.
The difference between “good
Engines and energy con- and bad fuel” is not always
immediately obvious [Fig. 2].
version
Diesel is a very complex and
Modern engines have be- unstable organic fluid. Its
come increasingly sensitive constituents are definitely not
to fuel quality. Higher injec- homogenous, like e.g. water,
tion pressures and tempera- butane or propane. It consists
tures and tighter tolerances of thousands of different comdo not welcome fuel sedi- binations of hydrocarbons,
ments, and deposits of paraf- varying in size and form.
fin, asphaltene and hard car- Inherent fuel instability leads
bon. Looking at fuel as “food to polymerization, the formafor our engines” we could tion of sediments and sludge
say that the quality and con- that people typically refer to
dition of the “food” may not using terms like “algae”, dirt,
always agree with the diges- wax, gums, varnish, mud, etc.
[Fig. 3].
tive system of our engines.
Engines convert fuel, or
“chemical energy”, into [Fig. 3] - Ingrandimento carburanmechanical energy, heat te / Fuel close-up
and emissions. The condition of the fuel plays an
important role in the efficiency of the energy conversion process. At the same time, fuel instability determines the condition and
quality of the fuel.
Poor fuel quality may have
Via Mare – By Sea
05/2004
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molto complesso ed instabile.
I suoi componenti non sono
per nulla omogenei; ad esempio, acqua, butano o propano.
È costituito da migliaia di
combinazioni diverse di idrocarburi che variano per dimensione e per forma [Fig.
3]. L’instabilità intrinseca del
combustibile causa la polimerizzazione, la formazione di
sedimenti e di morchia, genericamente definiti ‘alghe”, sporcizia, cera, gomme, fanghiglia
ecc.
Molti saranno sorpresi nel sapere che più del 95% dei depositi che ostruiscono i filtri è
costituito da materiali organici: composti del carburante, e
principalmente cere, gomme e
asfaltene. In particolare, le
molecole grandi e pesanti del
combustibile, si attirano reciprocamente aggregandosi per
formare composti di dimensioni troppo ampie per passare attraverso il filtro.
Per avere un’idea più chiara di
quanto accade e di come sia
possibile prevenire la formazione di questi composti organici è necessario osservare
attentamente come è fatto il
carburante.
La molecola più grande del
diesel è pari, secondo ed entro
i valori previsti, a circa 30 Angstrom (0,003 micron). Se la si
confronta con l’apertura di 10
micron di un filtro, ci possono
essere 3333 di queste particolari molecole che passano appaiate attraverso l’apertura. È
come confrontare le dimensioni di un campo da baseball
con due e mezzo da football
[Fig. 4-5]. Quando i componenti del carburante sono così
piccoli, è difficile immaginare
la possibilità di un’occlusione
del filtro o il danneggiamento
di un iniettore o di una pompa.
Tuttavia, queste minuscole
particelle di carburante si attirano spontaneamente l’un l’altra, formando aggregati che
continuano ad aumentare in
volume e massa. Questo processo, noto come polimerizzazione, determina la formazione di solidi estranei, sedimenti
e quindi di fanghi nel serbatoio. Anche i cambiamenti
nella produzione del carbu05/2004
[Fig. 4-5] - Molecole / Molecules
rante e l’esigenza di ridurre il
contenuto di zolfo giocano un
ruolo importante. In passato,
le raffinerie fornivano prodotti di prima distillazione, mentre, attualmente, i motori vengono alimentati con una grande varietà di miscele di combustibili distillati, miscelati
con prodotti crackizzati, molto meno stabili [Fig. 6]. Questa maggiore instabilità è
accentuata da altri fattori concomitanti quali l’ossidazione
naturale, gli sbalzi di temperatura, la condensazione, l’acqua, l’attività microbica, la
formazione di acidi, l’incompatibilità e non ultimi il calore
e la pressione prodotti dai motori, dalle pompe e dalle centrifughe [Fig. 7].
I motori attuali sono
molto sensibili al carburante
La tecnologia dei motori è cambiata anch’essa drasticamente.
Le tolleranze più strette e le
pressioni molto più alte dei
moderni diesel dipendono sempre più dalla “qualità ottimale
del carburante”. Nei sistemi
common rail, all’interno del
sistema d’iniezione, vengono
pompate grandi quantità di
carburante, che, non utilizzate immediatamente per la
combustione, vengono rimandate al serbatoio o al filtro secondario del motore. L’esposizione del carburante al calore e alla pressione accelera il
processo di polimerizzazione
producendo un impatto negativo sulle condizioni del car-
To many, it will be a surprising fact that more than 95%
of the deposits clogging filter
elements are organic materials, fuel compounds of mainly waxes, gums and asphaltene. In particular the larger,
heavy fuel molecules attract
each other and nestle together, forming compounds that
are too large to pass through
a fuel filter element.
To get a better idea of how
this all works and how to
prevent the formation of these organic compounds we
need to take a closer look at
the building blocks of fuel.
The size of the largest diesel
fuel molecule still within
specs is approx. 30 Angstrom
(approx 0,003 of a micron).
Compared to a 10-micron opening in a filter element, one
[Fig. 6] - Rottura delle molecole /
Molecules breaking up
fineries provided straight
run distillate products. Now,
we feed our engines with a
variety of blends of distillate
fuels mixed with cracked
products, which are much
less stable [Fig. 6].
This increased instability is
accelerated by factors that
have always played a role,
such as, natural oxidation,
changes in temperature, condensation, water, microbial
activity, the formation of acids, incompatibility and not
in the least by heat and pressure caused by engines, pumps
and centrifuges [Fig. 7].
Modern engines are very fuel sensitive
Engine technology has also
drastically changed. The
tighter tolerances and much
higher pressures in modern
diesels are even more dependent on “optimal fuel quality”. In common rail injection
systems large amounts of
fuel, not immediately used
for combustion are being
pumped through the injection system back to the tank
or the secondary engine filter. Exposing fuel to heat and
pressure accelerates the polymerization process, negatively impacting the condition of the fuel and the reliability and performance of the
engine.
Engine manufacturers always build the best and most
technically advanced machines. However, they have absolutely no control over the
condition and quality of the
fuel the boat owner feeds his
can have 3333 of these particular molecules passing
through the opening side by
side. E.g. comparing the size
of a baseball to two and a
half football fields.
When the building blocks of
the fuel are that small, it is
difficult to imagine you would
ever see a clogged fuel filter
element or damaged injector
or pump. However, these tiny
fuel particles naturally attract each
[Fig. 7] - Ingrandimento carburante / Fuel
other, forming clusters close-up
that keep increasing
Dopo il cracking catalitico
Prima di 72’
in size and mass. This
After Cat Cracking
Before 72’
process known as polymerization leads to
the formation of insiCombustibile
di prima
pient solids, sedidistillazione
Carburante
Distillate fuel
ments and ultimately
distillato con
straight run
cracking catalitico
tank sludge.
Catalytic cracked
distilled fuel
Catrame
Changes in fuel proresiduo, 46%
duction and demands
46% residual
tar
for lower sulfur content
Residuo 7%
also play an important
7% Residual
role. In the past, re-
Via Mare – By Sea
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burante stesso sulla affidabi- [Diagramma 1]
lità e sulle prestazione del
motore.
I costruttori di motori producono le macchine migliori e
tecnicamente più avanzate.
Nonostante ciò, non hanno
nessun controllo sulle condizioni e sulla qualità del carburante utilizzato dal proprietario della barca. Sta all’utilizzatore del motore accertarsi
che i sistemi di gestione del
carburante a bordo siano validi.
Sistemi di gestione del
carburante di bordo
Nella preparazione del carburante per la combustione, sono tre gli elementi chiave da
prendere in considerazione:
l’acqua, i materiali inorganici
e i composti organici. L’acqua
libera ed emulsionata accelera il deterioramento del carburante e danneggia i moderni diesel. L’acqua potrebbe
penetrare nel sistema di alimentazione durante le operazioni di rifornimento, a causa
di perdite oppure della condensazione.
La progettazione del sistema
di alimentazione è diventata
quindi più difficile di quanto
non lo sia mai stata prima. In
base alle dimensioni dell’imbarcazione, i sistemi di alimentazione ben progettati devono avere anche sistemi di
pulizia del serbatoio di filtrazione e condizionamento del
combustibile per garantire
l’affidabilità e prevenire danni
al motore.
[Diagramma 1] mostra come
un sistema incorporato di
pulizia del carburante (fuel
polishing system, FPS) manterrà pulito il serbatoio polmone rimuovendo i sedimenti, gli aggregati di particelle,
l’acqua libera ed emulsionata
ed ottimizzando la qualità e la
stabilità. Nelle imbarcazioni
in cui il carburante viene trasferito dal serbatoio polmone,
a quello di servizio, il sistema
FPS manterrà pulito il serbatoio polmone trasportando a
quello di servizio solo combustibile ottimizzato.
Le centrifughe sono estrema36
[Diagramma 2]
mente costose, richiedono manutenzione e molti altri requisiti nella maggior parte delle
applicazioni del diesel. Esse
rimuovono dal combustibile
la maggior parte dell’acqua e
dei sedimenti con diverso
peso specifico. Una parte dell’acqua, comunque, passa dal
serbatoio polmone a quello di
servizio. Inoltre, le potenti forze centrifughe cui è soggetto il
carburante non giovano alla
sua qualità creando ulteriori
concentrazioni di agglomerati
to his diesels. It is up to the
engine user to make sure his
on board fuel management
systems are up to the task.
On board fuel management systems
In preparing fuel for combustion, there are three key
issues to take care of: Water,
In-organic materials and organic compounds. Free and
emulsified water will accelerate fuel break down and
Via Mare – By Sea
are detrimental to modern
diesels. Water may enter the
fuel system during re-fueling,
through leaks or as a result
of condensation.
Fuel system design has become much more critical
than ever before. Depending
on the size of the vessel, well
designed fuel systems will have to incorporate onboard
tank cleaning/fuel conditioning and filtration systems to
insure reliability and prevent
engine damage.
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[Diagram 1] shows how a built to improve filtration and comdi asfaltene che hanno un [Fig. 8]
in fuel polishing system (FPS) bustion.
impatto negativo sui sistemi
will keep the storage tanks
di iniezione e sul processo di
clean, remove sediment, par- Algae-X Fuel Managecombustione.
ticulate, free and emulsified ment Systems
Il sistema di raffinazione FPS
water and optimize quality &
[Fig. 8] è una soluzione molto
stability. In vessels where The majority of debris in
economica che garantisce l’ecfuel is transferred from the diesel fuels and gas-oil are socellente qualità del carburanstorage tank to the day tank luble organic compounds that
te.
the FPS system will keep the form over time as a result of
Elimina l’acqua, i sedimenti e
storage tanks clean and only the inherent instability of fuels
le particelle e ricondiziona e
transfer optimized fuel to the and oil. Technology that restabilizza il carburante per
day tank.
migliorare la filtrazione e la
moves water and debris while
Centrifuges are very costly, improving fuel stability, recombustione.
maintenance sensitive and versing and preventing the
qualità del carburante offrenredundant in most diesel fuel formation of these organic
do
prestazioni
del
motore
I sistemi di gestione
applications. They remove compounds is the ideal soludel carburante Algae-X sicure, efficienti, ecocompatifrom fuel the majority water tion [Fig. 9]. Algae-X Interbili ed economiche.
and particulate with a differ- national’s Total Fuel ManaLa maggior parte dei sedi- L’installazione dei condiziomenti dei carburante diesel e
dei prodotti petroliferi è costituita da composti organici [Fig. 10] - “M/V Impulse” 106 piedi, Lazzara. Motori MTU 2000, 1800 hp. Generatori Onan 45 kw / M/V
che si formano con il passare Impulse 106 ft. Lazzara. Engines 1800 HP MTU 2000 Generators - 45kw Onan
del tempo a causa dell’instabilità intrinseca dei carburanti e
dei prodotti petroliferi. La tecnologia che consente di rimuovere l’acqua e i detriti,
migliorando nello stesso tempo l’instabilità del carburante,
annullando o prevenendo la
formazione di questi composti
inorganici, rappresenta la soluzione ideale.
I sistemi di gestione totale del
carburante Algae-X International sono stati progettati
proprio per assolvere questo
compito [Fig. 9].
Essi inglobano infatti le funzioni di condizionamento del
combustibile, di filtrazione e
di separazione delle acque. I
sistemi standard o personalizzati Algae-X ottimizzano la
[Fig. 9] - Sistema personalizzato / natori del carburante Algae-X
fra i serbatoi di servizio e i filCustomised system
tri principali rende più efficiente il processo di combustione per ottenere le massime
prestazioni del motore. Un
processo di combustione più
pulito produrrà anche emissioni ridotte, gas di scarico
meno maleodoranti, ridotti
fumi e fuliggine. Inoltre, una
combustione ottimizzata riduce anche i consumi di carburante, eliminando e prevenendo accumuli di carbone e
mantenendo il motore, l’olio
lubrificante e la poppa dell’imbarcazione molto più puliti.
05/2004
ent specific gravity. Some of
the water however, will get
through from the storage tanks
into the day tanks. In addition,
the enormous forces centrifuges exert on the fuel are
counter productive to fuel quality, resulting in increased concentrations of asphaltene agglomerations which negatively impact injection systems
and the combustion process.
The FPS fuel polishing system [Fig. 8] is a very economical solution, ensuring excellent fuel quality. It eliminates water, sediments and
particulate while reconditioning and stabilizing the fuel,
Via Mare – By Sea
gement Systems are designed
to do just that. They combine
fuel conditioning, filtration
and water separation. The
Algae-X standard or custom
engineered systems optimize
your fuel quality to ensure safe, efficient, environmentally
friendly and economical engine performance [Fig 10].
Installation of Algae-X fuel
conditioners between the service tanks and the primary filters will enhance the combustion process for peak engine
performance. A cleaner burn
results in significantly lower
emissions, less smelly exhaust, smoke and soot. More
37
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Tecnologie
[Fig. 11] - Un sistema installato / An Algae system installed
Algae-X integra la tecnologia
brevettata per il condizionamento del carburante in una
linea completa dei sistemi di
pulizia dei serbatoi, di pulizia
e di gestione del carburante,
combinando questi prodotti
con i processi chimici del condizionamento del carburante
AFC-705.
La società produce anche sistemi di trasporto, condizionamento e filtrazione di carburanti per uso industriale a
garanzia della conservazione
e dell’integrità a lungo termi-
38
ne del combustibile stoccato
per generatori d’emergenza,
oltre a fornire servizi di progettazione e di assistenza tecnica [Fig 11].
I sistemi di gestione del carburante Algae-X vengono installati come attrezzatura standard da molti cantieri di alto
livello in tutto il mondo e sono
disponibili presso i rivenditori
e i distributori delle maggiori
case produttrici di motori.
complete combustion also
lowers fuel consumption, eliminates and prevents carbon
build keeping your engine, lube oil and the stern of your
boat much cleaner. Algae-X
integrates its patented fuel
conditiong technology in a
complete line of marine tank
cleaning, fuel polishing and
fuel management systems and
combines this with AFC-705
fuel conditioning chemistry.
The company also manufactures industrial fuel transfer,
conditioning and filtration
systems to maintain and assure the integrity of long term
stored fuel for emergency power generators and provides
engineering and design services [Fig 11]. Algae-X Fuel
Management Systems are installed as standard equipment
by numerous high quality boat
builders worldwide and are
available through dealers and
distributors of the major engine manufacturers.
For further information please
contact the editorial office.
Per ulteriori informazioni contattare la redazione.
Via Mare – By Sea
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