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El motor térmico y la pila de combustible

La pila de combustible aparece como una alternativa al motor de combustión interna (MCI). Se trata de una nueva posibilidad que está evolucionando rápidamente y que tiene al hidrógeno como fuente de combustible. De todas formas, la aparición de esta opción no significa el fin de los MCI, ya que todavía cuentan con un potencial de crecimiento muy importante. Incluso existe la posibilidad de que, dentro de no mucho tiempo, los MCI comiencen a usar como alternativa las mismas fuentes de energía renovable que las pilas o células de combustible, es decir, el hidrógeno.

Es sabido que, desde hace más de un siglo, el motor de combustión interna (MCI) es el dominador total del mercado mundial. En lo que respecta al diseño y a la construcción del motor, hoy sigue manteniendo el movimiento alternativo, y el sistema de distribución con válvulas de admisión y escape comandados mecánicamente.

El motor térmico, todavía puede ser desarrollado o mejorado: en el aumento de la potencia, del rendimiento, en la disminución del consumo y de las emisiones. Motor 1.9 TwinTurbo Multijet de 16 válvulas – Lancia.

El motor térmico todavía puede ser desarrollado o mejorado: en el aumento de la potencia, del rendimiento, en la disminución del consumo y de las emisiones. Motor 1.9 TwinTurbo Multijet de 16 válvulas – Lancia.

Sin embargo, tanto la acción alternativa de los conjuntos biela-pistón como la apertura y cierre de las válvulas fueron mejoradas y perfeccionadas profundamente hasta extremos increíbles.

Pero en la actualidad existe la denominada “pila de combustible”, una nueva posibilidad que evoluciona cada día. Esto no significa el final del motor térmico, ya que el mismo sigue teniendo recursos, es decir, que sigue teniendo un importante potencial de crecimiento.

Vehículo con “pila de combustible”, en donde un transformador cambia a los combustibles líquidos en hidrógeno, y la “pila”, genera energía eléctrica que hace funcionar al motor eléctrico – Renault.

Vehículo con pila de combustible, en donde un transformador cambia los combustibles líquidos en hidrógeno, y la pila genera energía eléctrica que hace funcionar al motor eléctrico – Renault.

El mismo todavía puede ser mejorado en el aumento de la potencia del rendimiento, y de la disminución del consumo de combustible y de las emisiones. Es muy probable que, a no muy largo plazo, el motor de combustión interna pueda usar como alternativa las mismas fuentes de energía renovable que las pilas o células de combustible, es decir, el hidrógeno.

Hay modelos y motores que emplean hidrógeno, que se combustiona dentro de la cámara de combustión. Cabe destacar que este combustible es la opción de menor riesgo en cuanto a costos de fabricación e infraestructura de abastecimiento y servicio.

Se considera que la reducción del tamaño del propulsor (down-sizing), los sistemas avanzados de inyección de combustible, los sistemas variables de distribución y de admisión, son soluciones realmente prometedoras.

En lo referente a los sistemas de distribución, sabemos que los fabricantes de carros han sido fieles al uso del famoso árbol de levas tradicional. Actualmente, muchos fabricantes de motores y de automóviles desarrollan sistemas de válvulas variables.

También nos hemos ocupado oportunamente del tema de la distribución de válvulas, ya que distintas empresas –como por ejemplo Lotus– tienen su propio mecanismo. El mismo es denominado AVT (Active Valve Train), es decir Tren Activo de Válvulas, y facilita el control de la mezcla de gases y de los procesos de combustión, permitiendo desactivar válvulas y cilindros y variando la relación de compresión.

Esto va a permitir aplicar diferentes mecanismos de combustión, como el autoencendido en motores de ciclo Otto y la compresión –encendido de carga homogénea en los motores de ciclo Diesel (Homogeneus Charge Compression – Ignition, HCCI). Estos motores sin árbol de levas podrían usar una tecnología común, para Otto y Diesel, y también un combustible común.

Es probable que los TGV (Turbos de Geometría Variable) usados en los motores gasoleros se apliquen –ya se aplican en motores deportivos– en los propulsores de nafta/gasolina.

Los turbos de geometría variable (TGV), usados en motores gasoleros, se aplicarán en motores de ciclo Otto (nafta/gasolina). Motor turbo-intercooler de 4 cilindros – Renault.

Los turbos de geometría variable (TGV), usados en motores gasoleros, se aplicarán en motores de ciclo Otto (nafta/gasolina). Motor turbo-intercooler de 4 cilindros – Renault.

Los especialistas de R. Bosch también consideran las posibilidades del HCCI para motores de ciclo Otto y Diesel, que después del 2010, junto con la admisión variable, será utilizado para reducir las emisiones sin problemas. La empresa alemana va a introducir o desarrollar la inyección dividida (split-injection), combinada con la inyección de nafta directa.

Todavía queda un margen importante de avance, en el área de los motores térmicos, especialmente en la reducción del consumo y de las emisiones de CO2, y a un mayor confort de conducción. Según el Grupo PSA, el desarrollo de los motores de ciclo Otto incluye más aplicaciones de la inyección directa de nafta/gasolina y el uso del accionamiento electromecánico de las válvulas. Este grupo, integrado por Peugeot-Citroën, tiene prudencia respecto a la convergencia de los motores Otto y Diesel, debido a que se trata de dos procesos de combustión muy diferentes.

PSA-Peugeot Citroën e Intelligent Energy, presentaron el año pasado el H2Origin, vehículo del tipo Partner con pila de combustible, de “cero emisiones” (ZEV).

PSA-Peugeot Citroën e Intelligent Energy, presentaron el año pasado el H2Origin, vehículo del tipo Partner con pila de combustible, de “cero emisiones” (ZEV).

Es muy posible que se pueda llegar a algún parecido en algunas funciones como el control del motor, los actuadores y los sistemas de post-tratamiento de los gases de escape (NOx).

Según la gente del Centro de Investigación de Fiat, el motor de combustión interna tiene plena vigencia, debido a su evolución. Los motores de inyección directa de nafta/gasolina empiezan a parecerse a los de ciclo Diesel, en especial en el control o la gestión de la dosificación del combustible.

Motor Diesel 2,2 TiD de inyección directa turbo-intercooler. Estos propulsores tienen, en la actualidad, grandes posibilidades de perfeccionamiento – Saab.

Motor Diesel 2,2 TiD de inyección directa turbo-intercooler. Estos propulsores tienen, en la actualidad, grandes posibilidades de perfeccionamiento – Saab.

Los propulsores de ciclo Otto, que funcionan con “mezcla pobre”, ya se están viendo en diferentes marcos, y el control de la alimentación va a ser una tecnología en común. Es notorio que la clásica combustión que se genera en la cámara de un motor gasolero se asemeja a la combustión de “mezcla pobre” de un motor de nafta/gasolina, debido a la optimización en la calidad y la dosificación del chorro de inyección de los sistemas Diesel.

La empresa italiana –respecto a la pila de combustible– considera que, para implantar esta tecnología, son temas de prioridad los costos y la infraestructura, y prevé la aplicación en serie, dentro de diez a quince años. Sin duda, los aspectos económicos y políticos hacen que las previsiones sobre las pilas de combustible deban tener en cuenta algo más que el conocimiento y la experiencia técnica.

El Grupo Fiat considera al hidrógeno como una fuente de energía necesaria, aplicada sobre todo en pequeños autos de ciudad que usen esta tecnología, y con una infraestructura acorde en las zonas urbanas.

En cuanto al futuro de la pila de combustible, la misma, como alternativa del motor de combustión interna, sigue avanzando, aunque las informaciones parecen indicar que su producción y su comercialización masiva se concretarán en más de una década.

Ford, Chrysler y la firma Ballard Power Systems son líderes en el desarrollo de la tecnología “pila o célula de combustible”, y, después de un rápido progreso inicial, se mejoran la tecnología, los costos, la confiabilidad y el rendimiento. En función del origen del combustible, para las “pilas” es el hidrógeno, y para el motor térmico es el metanol (usuarios particulares).

Fuente: Nuvolari Enzo© Taller actual

 

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