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Combustión a temperaturas más bajas para lograr motores más eficientes y limpios

octubre 2, 2013

A medida que el petróleo se encarece, y crece la demanda de vehículos con un consumo más eficiente de combustible, el conocimiento recopilado durante años de análisis de motores diésel, y una nueva estrategia conocida como combustión a baja temperatura podrían pronto conducir al sector automotor y a los compradores de automóviles a decantarse hacia un mayor uso de motores diésel, si estos pasan a ser mucho más limpios gracias a las nuevas mejoras técnicas que se introduzcan en los vehículos de esta clase.

El estado de progreso en que se halla esta tecnología de combustión a baja temperatura empieza a estar lo bastante avanzado como para plantearse dar el salto definitivo hacia su comercialización a gran escala.

Los motores diésel son, por regla general, más eficientes que los motores a gasolina. Para vehículos con un alto consumo de combustible, como por ejemplo camiones de gran tonelaje, o simplemente en tiempos de crisis cuando la gente no se puede permitir malgastar una sola gota de combustible, un motor más eficiente es algo muy importante. El incremento de la eficiencia también se traduce en menores emisiones de dióxido de carbono (CO2), que son uno de los principales culpables del calentamiento global.

Aunque los motores diésel son más eficientes que los de gasolina, están lejos de ser perfectos, ya que arrastran el problema de sus emisiones contaminantes.

Los motores a gasolina se han vuelto en cada vez más limpios, debido a la inserción de convertidores catalíticos cada vez mejores entre el motor y el tubo de escape, que depuran los compuestos contaminantes emitidos.

Pero el mismo convertidor catalítico que funciona tan bien en los motores de gasolina no sirve para los motores diésel. Otros sistemas de tratamiento de emisiones más complejos se están desarrollando para los motores diésel modernos, pero son una solución aparatosa, cara y con puntos débiles, por lo que el sector automotor preferiría disponer de alternativas mejores.

La combustión a bajas temperaturas, que, entre otras ventajas, reduce la liberación de óxidos de nitrógeno (NOx) y humo, podría ser un modo alternativo para reducir las emisiones contaminantes de los motores diésel, permitiendo así aprovechar todas sus ventajas de eficiencia sin la lacra de su acción contaminante.

Gracias en buena parte al trabajo realizado en las décadas de 1980 y 1990 en los Laboratorios Nacionales estadounidenses de Sandía, en California, la comunidad científica sabe cómo se forman las sustancias contaminantes durante la combustión diésel convencional.

Entre otras cosas, en aquellas investigaciones pioneras se demostró que las partículas del humo (materia particulada) se forman en zonas donde las concentraciones de combustible son muy altas. Otros peligrosos compuestos contaminantes, los óxidos de nitrógeno, o NOx, se forman a partir de una llama de alta temperatura en el interior del motor. Las emisiones de NOx no sólo son tóxicas, sino que una vez liberadas en la atmósfera y expuestas a la luz solar, reaccionan con otras sustancias contaminantes produciendo ozono a nivel del suelo. El ozono es útil a gran altura, donde forma un escudo que nos protege de las radiaciones llegadas del espacio. Sin embargo, a baja altura es potencialmente peligroso.

La combustión a bajas temperaturas limita las emisiones de NOx mediante la recirculación de algunos de los gases de escape expulsados, enviándolos nuevamente dentro del motor, donde absorben calor de la combustión. Con este paso, las temperaturas de combustión son menores que las de los motores típicos, por lo que la emisión de NOx se reduce significativamente.

La otra parte de la estrategia de la combustión a bajas temperaturas es  inyectar  más temprano el combustible pulverizado en el motor, a fin de darle más tiempo para mezclarse con el aire antes de quemarse. La combustión a bajas temperaturas evita de ese modo gran parte de las regiones ricas en combustible que conducen a la emisión de materia particulada del humo, y también evita las altas temperaturas que facilitan la formación de NOx.

Si bien la combustión a bajas temperaturas ayuda a reducir la contaminación por materia particulada y NOx, no deja de tener sus propios problemas. Aunque los NOx y las partículas del humo se reducen, otras sustancias contaminantes se elevan, como el monóxido de carbono (CO) y los hidrocarburos sin quemar provenientes del combustible. Ambos no sólo son tóxicos, sino que también resultan en una pérdida de la eficiencia del combustible.

Utilizando técnicas ópticas especiales de diagnóstico, el equipo de investigación de los Laboratorios Nacionales de Sandía ha identificado las fuentes exactas de esas emisiones generadas por los motores de combustión a bajas temperaturas.

Con este nuevo conocimiento sobre las citadas emisiones de monóxido de carbono y de hidrocarburos sin quemar, el equipo de Mark Musculus, Paul Miles, Lyle Pickett y Jacqueline O’Connor está ahora en situación de idear formas factibles de corregir las citadas desventajas de los motores que usan combustión a baja temperatura.

 

Fuente: Noticiasdelaciencia.com

 

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