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Inyección de combustible supercrítica
Investigadores de Nueva York han demostrado un sistema de inyección de combustible diésel supercrítico que puede reducir las emisiones del motor en un 80 por ciento y aumentar la eficiencia general en un 10 por ciento.
Volverse supercrítico: Este equipo de laboratorio se está utilizando para estudiar el combustible diesel supercrítico.
Los motores diésel tienden a ser más eficientes que los de gasolina, pero la compensación es que suelen ser más contaminantes. Debido a que el diesel es pesado, viscosa y menos volátil que la gasolina, no todo el combustible se quema durante la combustión, lo que resulta en la liberación de compuestos de carbono como partículas dañinas de hollín. Las temperaturas de combustión más altas necesarias para quemar diesel también conducen a un aumento de las emisiones de óxidos de nitrógeno.
Un fluido se vuelve supercrítico cuando su temperatura y presión superan un punto límite crítico, lo que hace que adopte propiedades novedosas entre las de un líquido y un gas. George Anitescu, investigador asociado de la Departamento de Ingeniería Biomédica y Química en la Universidad de Syracuse en el estado de Nueva York, que desarrolló el nuevo diseño del motor, dice que el diesel supercrítico se puede quemar de manera más eficiente y limpia.
Al elevar el diésel a un estado supercrítico antes de inyectarlo en la cámara de combustión de un motor, la viscosidad se vuelve un problema menor, dice Anitescu. Además, la alta difusión molecular de los fluidos supercríticos significa que el combustible y el aire se mezclan casi instantáneamente. Entonces, en lugar de tratar de quemar gotas relativamente grandes de combustible rodeadas de aire, el combustible vaporizado se mezcla de manera más uniforme con el aire, lo que hace que se queme más rápida, limpia y completamente. En cierto sentido, es como un intermedio entre el diésel y la gasolina, pero con los beneficios de ambos, dice Anitescu, quien presentó su trabajo la semana pasada en Orientaciones en la investigación de emisiones y eficiencia de motores , una conferencia celebrada en Dearborn, MI.
En el pasado, se ha utilizado otro enfoque relacionado, llamado encendido por compresión de carga homogénea, para mejorar el rendimiento del diésel. Esto implica premezclar diesel y aire antes de inyectarlo como vapor en una cámara de combustión a alta presión. Pero si bien esta mezcla se quema de manera más eficiente, también dificulta el control de la combustión, lo que puede provocar que el motor golpee: ondas de choque dentro de los cilindros del motor causadas por bolsas de aire y combustible sin quemar. Por el contrario, la inyección diésel supercrítica produce gotitas de vapor muy pequeñas, pero con densidades de combustible equivalentes a las de un líquido, dice Anitescu.
Andreas Birgel , un investigador del Grupo de Investigación de Motores de Combustión Interna y Sistemas de Combustible del University College de Londres, Reino Unido, dice que hay mucho interés en producir diésel que se vaporice más fácilmente, por ejemplo, mediante el uso de maíz o aceite de colza para producir biodiésel, que tiene una viscosidad relativamente baja. Otro enfoque es tratar el diesel convencional con aditivos, dice.
Para que el diesel alcance un estado supercrítico, el sistema de combustible de Anitescu primero debe calentarlo a alrededor de 450 grados Celsius a una presión de alrededor de 60,000,000 Pascal. Lograr la presión no es un problema, dice Anitescu, pero aumentar la temperatura es más exigente.
Debido a que los sistemas de combustible generalmente operan a temperaturas por debajo de los 80 grados Celsius, Anitescu y sus colegas usaron el calor del escape del motor para elevar la temperatura del combustible. Esto causa más complicaciones. Es necesario evitar que se coque, dice. La coquización ocurre cuando los hidrocarburos del combustible reaccionan y producen depósitos pegajosos que pueden provocar fallas en el sistema de combustible. El fenómeno se puede evitar diluyendo el combustible con un aditivo, como dióxido de carbono o agua. En el motor Syracuse, se introduce una pequeña cantidad de gas de escape para actuar como agente anticoque, una técnica conocida como recirculación de gases de escape.
El sistema solo se ha probado en una configuración de laboratorio, pero un prototipo podría estar listo para ser probado a finales de año, dice Anitescu. El sistema de combustible está diseñado para usar inyectores de combustible convencionales, aunque estos están diseñados para funcionar con fluidos regulares. Anitescu dice que puede ser posible mejorar el rendimiento cambiando a un estado fluido justo por debajo de supercrítico. Esto puede permitir que se produzca la vaporización mientras se obtiene un mejor rendimiento de los inyectores. Tenemos muchas opciones aquí, dice.
En la misma conferencia, Combustión transónica , una empresa con sede en Camarillo, CA, presentó detalles de una forma alternativa de usar combustibles supercríticos que involucra un inyector de combustible novedoso y el rediseño de todo el sistema de válvulas y la cámara de combustión del motor.
Pero con cualquiera de los enfoques, volverse supercrítico no viene sin un costo, dice Birgel. Aún necesita la viscosidad porque la mayoría de los sistemas de combustible diesel dependen del combustible para la lubricación, dice.
Este es un tema que aún no se ha abordado, admite Anitescu. Él dice que puede ser posible introducir lubricantes, pero esto solo sería necesario en la etapa final del sistema de combustible, donde el fluido está más caliente. Para los combustibles subcríticos, puede que no sea un problema, dice.