EFECTO DE CALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN DEL DEF EN LA CALIDAD Y VIDA ÚTIL DEL PRODUCTO

A medida que esta industria crece, obtenemos más experiencia y nuestras mejores prácticas para el manejo de DEF evolucionan. En este informe técnico abordaremos las preguntas más comunes con respecto a la pureza del DEF; específicamente la vida útil y el manejo del DEF en ambientes fríos o calientes.

Calidad del DEF en condiciones calientes

La historia de los sistemas de DEF y SCR comenzó en Europa hace más de diez años. Desde que esa parte del mundo fue la primera en adoptar esa tecnología, la Organización Internacional de Normalización (International Standard Organization, ISO) creó la primera norma de calidad, pruebas y manipulación de DEF, la norma ISO 22241. Como esta era una nueva industria, la ISO redactó una norma conservadora para garantizar la eficacia del DEF y la seguridad del público. Como parte de la norma, la ISO incluía las pautas recomendadas de vida útil para el DEF en función de la temperatura como se muestra en la Tabla 1.

¿Qué tan preocupante es la temperatura de vida útil y cómo se ve afectado el DEF?

Primero, es importante tener en cuenta que esta tabla muestra la vida útil recomendada a una temperatura constante. Entonces, por ejemplo, si el DEF se almacena en un área calentada a 95 ºF en el día, pero se enfría a 77 ºF por la noche, la vida útil del DEF sería de entre seis y dieciocho meses. Además, dado que ese período de tiempo incluye al menos un invierno, es probable que haya habido un período de la página 3 en el que el DEF estuvo muy por debajo de los 77 ºF. Por este motivo, nos sentimos más que cómodos al indicar que la vida útil del DEF es de un mínimo de un año.

¿Qué sucede en teoría que podría poner el DEF fuera de especificación mientras está guardado en un depósito desde una perspectiva química?

No es posible que el formaldehído, el biuret o cualquiera de los iones metálicos aparezcan en la solución cuando el producto permanece en un estante durante un período prolongado. El único parámetro que podría cambiar es la alcalinidad como el amoniaco.

Con el calor y el tiempo, parte de la urea puede reaccionar con el agua para formar amoniaco y CO2. Ambos compuestos son altamente solubles en el agua misma. La ironía es que el amoniaco es el agente activo en el sistema de SCR. Cuando se inyecta DEF en el sistema de SCR, que está a una temperatura muy alta, la primera reacción es la urea con el agua para formar amoniaco. El amoniaco es el que reacciona con el NOX sobre el catalizador para producir N2 y agua.

Como puede ver, la “descomposición” del DEF en el estante no lo daña en absoluto. Sí, es posible que se pierda alguna cantidad de urea o amoniaco debido a esta reacción en el estante, pero el efecto en la calidad del DEF es insignificante. Aunque la norma ISO tiene este límite de amoniaco, estar por encima de esta especificación en particular no afecta el rendimiento del DEF.

Entonces, ¿por qué el comité de la ISO incluyó estas pautas de vida útil?

El amoniaco tiene un fuerte olor químico y existía la preocupación de que el público consumidor estuviera en contra del uso del DEF si tenía un olor químico. Tras doce años de uso del DEF en Europa y ocho años en los EE. UU., la vida útil no ha sido un problema. Además, el mercado del DEF ha alcanzado un nivel de consumo en el que no hay motivo para que nadie esté rotando su inventario, incluso en un estante de la tienda, en el plazo de un año. En general, la vida útil del DEF no debe plantear una preocupación.

Calidad del DEF en condiciones frías

¿Qué sucede cuando el DEF se congela, ya sea en un contenedor o en un equipo, mientras está en uso?

Para dar cuenta de este posible problema, se eligió la concentración de urea al 32.5 % en el DEF porque es el punto eutéctico para las soluciones de urea/agua y tiene el punto de congelación más bajo de cualquier mezcla de urea/agua, 12 ºF. El punto eutéctico es un parámetro crítico. Es el punto en el que la mezcla se congelará y descongelará al igual que el agua y el hielo. Cuando se congela el DEF de urea al 32.5 %, se licuará completamente sin sólidos residuales. Esto es clave para las operaciones seguras de invierno de equipos que podrían experimentar congelación de DEF en tanques.

¿Qué sucede cuando la concentración de urea supera el 32.5 %?

Cuando el DEF comienza a enfriarse, la urea se volverá “salada” o se cristalizará de la solución y se hundirá en el fondo del tanque o recipiente. A medida que la temperatura continúa bajando, la urea continúa saliendo hasta que la concentración de urea alcanza el punto eutéctico, el 32.5 %, y luego se congela como se indicó anteriormente. Si la temperatura permanece fría el tiempo suficiente, el DEF se congelará sólido y se convertirá en una mezcla de urea pura salada y DEF congelado. La Tabla 2 muestra la temperatura a la que las soluciones de urea/agua de concentraciones variables comenzarán a volverse saladas.

Cuando se descongela una solución congelada de urea/agua, se produce lo contrario de la química indicada anteriormente. A medida que la temperatura supere los 12 ºF, el DEF congelado se descongelará, dejando solo la urea salada. Dependiendo de la concentración de la solución de urea/agua, a medida que el líquido se calienta, esta urea salada se volverá a disolver a la concentración permitida en la Tabla 2 a medida que se alcance cada temperatura.

¿Qué sucede con el DEF cuando se congela en un recipiente sellado?

Cuando el DEF está por debajo de los 12 ºF, puede producirse una congelación. Cuando la temperatura supere los 12 ºF, el DEF congelado se descongelará.

La concentración de urea en el DEF líquido y el DEF sólido es la misma. Si el DEF se ha congelado parcialmente en un recipiente sellado o tanque de DEF, el DEF líquido aún puede utilizarse hasta que el DEF restante se descongele. Esto es importante para la operación del vehículo en climas fríos. Los vehículos con tanques de DEF tienen calentadores para descongelar el DEF cuando se arranca el motor. A medida que el DEF se descongela, el DEF líquido puede usarse y se usará ya que contiene la concentración correcta de urea.

El aspecto más importante a destacar es que este ciclo de congelación/descongelación del DEF no tiene ningún efecto en la calidad del DEF, independientemente de la cantidad de veces que ocurra. Un galón de DEF que ha pasado por diez ciclos de congelación/descongelación no tiene menos calidad que el DEF que nunca se ha congelado.

Si se encuentra DEF sólido o cristalizado en un recipiente o sistema sellado y se cree que está por encima de los 12 ºF, entonces es muy probable que el sistema no esté sellado, que el agua se haya evaporado, que la concentración de urea haya aumentado y que lo que se esté observando probablemente sea urea salada.

¿Por qué un cliente vería DEF congelado o urea salada en sus equipos móviles o sistemas de almacenamiento después del invierno?

Los datos científicos indican que el DEF sólido no puede producirse por encima de los 12 ºF, a menos que la concentración de urea haya aumentado. Esto puede suceder a través de la evaporación o sublimación del agua durante el invierno en equipos que no son herméticos. Parece muy poco probable que esto pueda suceder en una botella, un tambor o un contenedor sellados. Si se observa un sólido en un sistema sellado que está claramente por encima de los 12 ºF, entonces se ha producido algún tipo de manipulación, es decir, se ha colocado DEF sobreconcentrado nuevamente en un contenedor, o el contenedor no está sellado correctamente.

Si se produce evaporación, examinemos con qué facilidad las soluciones de urea/agua se volverán una solución al calentarse. Para evaluar esto, se prepararon soluciones de urea de 35, 40, 45 y 50 % y luego se dejaron descongelar. La Tabla 3 muestra lo que se observó.

Esta investigación mostró que al calentarse, si la concentración de urea es del 40 % o menos, la urea volverá a la solución sin agitación. Por encima del 40 %, cuando la urea se disuelve nuevamente en el líquido, el líquido alrededor de la urea sólida se saturará y evitará que más urea ingrese en la solución. La concentración de urea en el líquido cerca de la parte superior del recipiente permanece por debajo de la concentración original.

Sin embargo, una vez que se proporciona la agitación, que mezcla el líquido saturado y subsaturado, la urea restante vuelve a la solución rápidamente en el caso de la solución al 45 %.

La solución al 50 % tarda más tiempo debido a otra propiedad peculiar de las soluciones de urea/agua. Cuando la urea se disuelve en agua, se produce una reacción endotérmica. Esto es de naturaleza inusual y significa que la solución se enfría a medida que la urea se disuelve. Cuando el DEF se elabora en una planta de solución, se enfría a 40 ºF cuando la urea se agrega al agua. Cuando la solución al 50 % se agita para volver a disolver la urea, la solución se enfría por debajo de la temperatura salada de 62 °F, lo que evita la disolución completa. Sin embargo, una vez que la solución se calienta a más de 62 ºF, la urea volverá a la solución. Requeriría una evaporación considerable del agua para que una solución de DEF pase del 32.5 % al 50 %; pero si un sistema que contiene DEF permanece completamente expuesto al aire durante todo el invierno, es posible.

¿Cuáles son algunas de las mejores prácticas para manipular correctamente el DEF y almacenarlo durante el invierno?

1. Si, después del invierno, los usuarios ven DEF sólido en el tanque de DEF y la temperatura es superior a 50 ºF, entonces la concentración de urea probablemente está en el rango del 40 % al 45 %. Si la temperatura es más fría, es decir, 35 ºF, la concentración de urea aún podría estar en el rango del 40 % al 45 %, pero podría solo estar en el rango del 35 % al 40 %. La concentración podría corregirse agregando agua desionizada al tanque en el 10 % de la cantidad de DEF en el tanque si está a 35 ºF, o el 20 % del volumen en el tanque de DEF si la temperatura es superior a 50 ºF, y luego llenarlo con DEF nuevo. Esto volvería a disolver la urea salada, pero la concentración final de urea podría estar en el rango del 30 % al 40 %. La calidad del agua desionizada debería utilizarse. Esto, por supuesto, supone que el operador tiene la capacidad, tal vez del diagnóstico a bordo (on board diagnostics, OBD), de determinar cuánto fluido hay en el tanque de DEF. Es posible, suponiendo que la concentración de urea sea inferior al 45 % y el tanque de DEF esté menos de la mitad lleno, simplemente colocar DEF nuevo. Esto disolvería la urea salada, pero daría como resultado una solución de DEF en el rango del 35 % al 40 %. El equipo de SCR tiene diagnósticos integrados que monitorean la calidad del DEF (concentración). El usuario final tendría que confirmar con su proveedor de equipos que tener DEF en el rango de concentración de urea del 35 % al 40 % no afectaría el OBD.
2. Al darse cuenta de que la propuesta 1 requiere que el operador tome algunas decisiones y haga suposiciones sobre la cantidad y concentración del DEF, podría ser más simple, cuando hay urea cristalizada presente, y se cree que el sistema está a más de 50 ºF, limpiar el sistema de DEF y comenzar nuevamente con DEF nuevo. Esto sería bastante simple. Simplemente llene el tanque de DEF con agua del grifo y luego drene. La urea se disuelve fácilmente en el agua, que luego es esencialmente fertilizante líquido. Esto se puede verter por el drenaje a menos que los volúmenes sean grandes, en cuyo caso el usuario del equipo puede consultar con la instalación local de tratamiento de desechos sobre las recomendaciones de eliminación adecuadas. Luego, vuelva a llenar el sistema con DEF nuevo. La pequeña cantidad de agua residual del grifo no dañará el sistema de SCR ni el catalizador.

Mejores prácticas para almacenar equipos de SCR en invierno

Para inviernos futuros, los usuarios de equipos de SCR que almacenen sus equipos durante el invierno deben drenar el tanque de DEF. En la siguiente primavera, el tanque debe llenarse con DEF nuevo. Cualquier DEF congelado o urea salada tendrá un efecto insignificante en el DEF nuevo.

Si se vacía el tanque de DEF antes del invierno en el equipo de SCR, el DEF debe desecharse correctamente (consulte con su instalación de tratamiento de desechos estatal y local) o colocarse nuevamente en un recipiente de almacenamiento de DEF aceptable. El único contenedor de almacenamiento de DEF aceptable sería un tambor o contenedor que se había utilizado previamente en el servicio de DEF.

Otra solución de mantenimiento de invierno para los equipos de SCR es llenar el tanque de DEF entre el 95 % y el 100 %. Al hacer esto, el espacio de aire será pequeño, lo que evitará mucho “espacio para respirar” para el tanque y reducirá en gran medida la evaporación del agua. Por lo tanto, cualquier evaporación de agua tendrá un efecto insignificante en la concentración de urea en el DEF.

En resumen, cuando almacene el equipo de SCR durante el invierno, asegúrese de que el tanque de DEF esté lleno o vacío.

Esta es la ciencia, los efectos y la practicidad del uso de DEF en el campo en relación con la temperatura en el DEF. Si tiene más preguntas sobre la ciencia de DEF y SCR, llame a la línea directa técnica de DEF de PEAK Commercial & Industrial al 800-477-5847.