¿Por qué combustible canalizado?

Crédito de la imagen: Dedmityay/Dreamstime

Por Roger Brereton, Ingeniería Pailton

Publicado el viernes 19 de mayo de 2023

Un nuevo invento inspirado en el mechero Bunsen podría conducir a importantes avances en la búsqueda de un diésel más limpio, con importantes implicaciones para el transporte comercial.

Un artículo del New York Times de 2016 que relataba la historia de nuestra relación con el diésel, desde su invención en el siglo XIX hasta el escándalo del 'Dieselgate' de Volkswagen, concluyó que la noción de diésel limpio era "un oxímoron".

Los gases de escape de los motores diésel contienen contaminantes nocivos como óxidos de nitrógeno y partículas de hollín. Aunque los gobiernos desde finales de la década de 1990 alentaron su adopción, en la creencia de que eran más respetuosos con el medio ambiente que sus equivalentes de gasolina, desde entonces se ha argumentado que los automóviles diésel producen más de cuatro veces más contaminación.

Para el sector del automóvil, la solución fue la introducción de regulaciones para desalentar el uso de vehículos diésel y, al mismo tiempo, acelerar la adopción de alternativas eléctricas. En el caso de los vehículos comerciales, sin embargo, la cosa no es tan sencilla. A pesar de toda la mala publicidad que ha atraído el diésel en los últimos años, simplemente no hay nada que pueda igualar a este combustible en términos de densidad energética, fiabilidad y durabilidad.

Electrificar vehículos más pequeños y livianos es una cosa. Para autobuses y vehículos de larga distancia, el diésel es muy superior a la hora de generar el par necesario para mantenerlos en movimiento. Esto no descarta la viabilidad de camiones y autobuses eléctricos, híbridos o de hidrógeno. Sin embargo, el peso de estos vehículos genera un conjunto diferente de requisitos que hacen que sea más complicado desarrollar alternativas al motor de combustión.

Mientras algunos están decididos a superar los desafíos que plantea el desarrollo de vehículos eléctricos o de hidrógeno, otros se centran en hacer que el diésel sea más limpio. Podrían pasar muchos años y enormes inversiones en infraestructura antes de que veamos camiones de larga distancia propulsados ​​por baterías eléctricas o pilas de combustible de hidrógeno en cantidades significativas. Si el diésel llegó para quedarse -al menos a corto plazo- entonces cualquier cosa que pueda reducir sus emisiones supondrá una gran diferencia para el planeta.

Está abierto al debate si el diésel puede ser realmente "limpio" o no, pero en términos relativos las mejoras están ahí. Una combinación de avances en ingeniería y regulaciones gubernamentales ha garantizado que el diésel moderno sea significativamente más limpio en comparación con sus predecesores. Los avances tecnológicos clave incluyen avances en las tecnologías de inyección de combustible y sistemas para tratar las emisiones de escape. Según el fabricante DAF, las emisiones de óxido de nitrógeno de un camión moderno con motor Euro 6 son un 95 por ciento más bajas que las de camiones similares de hace 25 o 30 años.

Un dilema de ingeniería actual es el equilibrio entre la reducción del hollín y el óxido de nitrógeno. Un motor diésel ofrece una mayor eficiencia de combustible que su homólogo de gasolina o gasolina, pero libera emisiones tóxicas de óxido de nitrógeno. Para mitigar esto, los gases de combustión gastados con bajo contenido de oxígeno del ciclo anterior del motor se devuelven a la entrada de aire. Esto reduce la temperatura y las concentraciones de oxígeno en las mezclas de aire y combustible, reduciendo así la producción de óxidos de nitrógeno.

El inconveniente de esta estrategia de dilución es que a estas temperaturas más bajas no se consume todo el combustible, y lo que queda crea más partículas de carbono u hollín parcialmente quemado. Por lo tanto, los ingenieros necesitan encontrar una manera de quemar el diésel lo más completamente posible, manteniendo al mismo tiempo las temperaturas lo suficientemente bajas para evitar el exceso de óxido de nitrógeno.

Charles Mueller, científico de combustión de los Laboratorios Nacionales Sandia en Estados Unidos, cree haber encontrado una solución a este problema. Inspirándose en un mechero Bunsen, propone equipar los inyectores de combustible diésel con diminutos equivalentes a chimeneas de mechero Bunsen. Estos pequeños tubos metálicos se instalarían a poca distancia del orificio de la boquilla del inyector y se alinearían con el flujo de combustible. Al igual que un mechero Bunsen cuando se quema en azul, esto asegurará que el combustible y el aire se mezclen mejor y permitirá una mejor combustión, pero a las temperaturas más bajas necesarias para la dilución del óxido de nitrógeno.

La tecnología patentada de Mueller se llama inyección de combustible por conductos (DFI). Ya existe interés por parte de la industria y la investigación y las pruebas científicas hasta ahora parecen muy alentadoras.

El propio Mueller considera que los grandes motores de barcos y locomotoras serían buenos candidatos para explotar los beneficios de la IED. Para motores grandes como estos, la conversión a electricidad tiene un costo prohibitivo. DFI conlleva el beneficio adicional de que puede adaptarse a motores existentes. Esta posibilidad la convierte en una tecnología que podría aportar enormes beneficios en una variedad de aplicaciones. Como no hay necesidad de desarrollar motores completamente nuevos para aprovechar los beneficios del avance de Mueller, la modernización podría ser un potencial cambio de juego para la industria del transporte por carretera.

El diésel limpio puede ser un oxímoron. Sin embargo, está claro que una serie de tecnologías están haciendo que el diésel sea más limpio, en términos relativos. La inyección de combustible por conductos es un avance muy prometedor. Si los camiones de hidrógeno y eléctricos tardan más en desarrollarse de lo que podrían sugerir los pronósticos más optimistas, es reconfortante saber que los avances en la tecnología diésel tienen el potencial de generar reducciones significativas en las emisiones.

Roger Brereton es jefe de ventas del fabricante de componentes de dirección Pailton Engineering

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