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El nuevo motor diesel emite humos más limpios
Un nuevo motor diseñado en Alemania reduce los contaminantes en las emisiones de escape diesel a niveles apenas medibles. El motor depende de presiones de combustión y de inyección de combustible extremadamente altas para quemar combustible de manera más completa, lo que reduce drásticamente las emisiones de hollín y óxido de nitrógeno.
Limpiar la máquina: Investigadores de la Universidad Técnica de Múnich han utilizado este motor de prueba para demostrar la reducción simultánea de óxidos de nitrógeno y hollín, sin un convertidor catalítico.
Los motores diésel usan combustible de manera más eficiente que los motores de gasolina y emiten menos dióxido de carbono, pero la compensación es que generalmente son más contaminantes. Las temperaturas de combustión más altas requeridas para quemar diesel conducen a un aumento de las emisiones de óxido de nitrógeno. Y debido a que el diesel es pesado y menos volátil que la gasolina, no todo el combustible se quema durante la combustión, lo que resulta en la formación de partículas de hollín. Los peores infractores son los autobuses y los camiones pesados.
Ingenieros en el Universidad Técnica-Munich (TUM) diseñó el nuevo motor en un proyecto de tres años llamado Motor diesel de camión de menor emisión (NEMo), que se traduce en un motor de camión diésel de menor emisión. Georg Wachtmeister, presidente de motores de combustión interna en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la universidad, dirigió el esfuerzo. Utilizando un motor de investigación de un solo cilindro, el equipo de Wachtmeister encontró un equilibrio entre la recirculación de los gases de escape, la presión del turbocompresor y la configuración de la boquilla del inyector de combustible que les permitió minimizar tanto la formación de hollín como de óxido de nitrógeno.
Los motores diésel modernos reducen la formación de óxido de nitrógeno al enfriar parte de su escape y recircularlo de regreso a la cámara de combustión (junto con el aire fresco utilizado para quemar el combustible). En esta mezcla, el dióxido de carbono y el agua de los gases de escape moderan el proceso de combustión, manteniendo la temperatura bajo control. Como resultado, se forman menos óxidos de nitrógeno, pero la producción de hollín aumenta, ya que la proporción de oxígeno en la mezcla de aire y escape es menor y el combustible se quema menos completamente.
Los investigadores de TUM diseñaron su motor de prueba para que el turbocompresor comprima la mezcla de aire y escape a 10 bares, aproximadamente 10 veces la presión atmosférica al nivel del mar, antes de introducirla en la cámara de combustión. Por el contrario, los motores de producción en masa pueden comprimir la mezcla hasta un máximo de aproximadamente 3,5 bar. Una vez comprimida de esta manera, la mezcla de aire y escape en el nuevo motor contiene suficiente oxígeno para que el combustible diesel se queme más completamente. La presión máxima de aire dentro de la cámara de combustión es de 300 bar, el doble de la que se utiliza en la mayoría de los motores de producción.
Para compensar el aumento de la producción de hollín causado por el cambio de la tasa de recirculación de los gases de escape, el equipo de NEMo modificó la boquilla del inyector de combustible para que atomice el combustible diesel a una presión de más de 3.000 bar, generando una niebla de combustible de partículas microscópicas que se quema muy rápidamente. y prácticamente libre de hollín. Los motores de producción más avanzados de la actualidad utilizan una presión de inyección de aproximadamente 1.800 bar.
Con la recirculación de gases de escape modificada, la presión de sobrealimentación y la configuración de la boquilla, el motor TUM casi cumple con los estándares de emisiones europeos programados para entrar en vigencia en 2014. Esos estándares estipulan que un motor diesel de camión pesado puede emitir solo cinco miligramos de partículas de hollín y 80 miligramos de óxidos de nitrógeno por kilómetro. Wachtmeister dice que el motor de prueba TUM alcanzó los límites de óxido de nitrógeno sin problemas y está muy cerca de los límites de hollín.
George Anitescu, investigador de la Universidad de Syracuse, se muestra escéptico sobre la viabilidad del proyecto. La investigación puede resolver, de alguna manera, el compromiso entre el material particulado y la formación de óxido de nitrógeno inherente a la combustión de diesel, dice. Pero cree que la energía necesaria para alcanzar las altas presiones utilizadas reducirá la eficiencia del motor. Otra preocupación, dice, es encontrar materiales, particularmente asequibles, que puedan soportar presiones extremas.
Por el momento, convertir este diseño en un motor de producción no es práctico, admite Wachtmeister. El taller de motores de combustión interna de TUM tuvo que producir especialmente 95 de los componentes para el motor de prueba. Sin embargo, utilizando estos componentes especiales, el equipo pudo aplicar con éxito las modificaciones al motor de un camión de producción.
Wachtmeister espera que se necesiten entre cinco y diez años para encontrar soluciones que permitan la producción de motores lo suficientemente fiables para funcionar durante cientos de miles de kilómetros sin fallar. El turbocompresor y el sistema de inyección de combustible serán particularmente difíciles de adaptar para camiones pesados o motores de automóviles.
Mientras tanto, dice, el diseño podría implementarse fácilmente hoy en ciertos motores industriales, como los generadores diésel, el tipo más común utilizado en sistemas de energía de emergencia y de reserva. Y, dice Wachtmeister, las empresas automotrices tanto en Alemania como en Japón han expresado interés en la tecnología.