Un equipo de investigadores en Nueva York ha hecho una demostración de un sistema de inyección de fuel supercrítico capaz de reducir las emisiones del motor en un 80 por ciento e incrementar la eficiencia general en un 10 por ciento.

Los motores diesel tienden a ser más eficientes que los de gasolina, pero a cambio suelen contaminar más. Puesto que el diesel es más pesado, viscoso y menos volátil que la gasolina, no todo el combustible se quema durante la combustión, lo que genera unos componentes de carbono que acaban siendo expulsados en forma de partículas de hollín tóxico. Las temperaturas necesarias para la combustión del diesel, que son más altas, contribuyen a que las emisiones de óxidos de nitrógeno sean más altas.

Los fluidos se vuelven supercríticos cuando su temperatura y presión exceden un punto límite crítico, lo que provoca que adquieran nuevas propiedades a medio camino entre un líquido y un gas. George Anitescu, investigador asociado del Departamento de Ingeniería Biomédica y Química de la Universidad de Siracusa en el estado de Nueva York, y que se encargó de desarrollar en nuevo diseño del motor, afirma que el combustible supercrítico se puede quemar de forma más eficiente y limpia.

Al elevar el diesel a un estado supercrítico antes de inyectarlo en la cámara de combustión de motor, el problema de la viscosidad acaba siendo menor, afirma Anitescu. De forma adicional, la alta difusión molecular de los fluidos supercríticos ayudan a que el combustible y el aire se mezclen de forma casi instantánea. Así que, en vez de intentar quemar las gotas de combustible relativamente grandes y rodeadas de aire, el combustible vaporizado se mezcla de forma más uniforme con el aire, lo que hace que se queme más rápidamente, de forma más limpia y más completa. De algún modo, es como un punto intermedio entre el diesel y la gasolina, pero con las ventajas de ambos, señala Anitescu, que presentó su trabajo la semana pasada en Directions in Engine-Efficency and Emissions Research, una conferencia llevada a cabo en Dearborn, Michigan.

Con anterioridad, otro método relacionado, llamado ignición por compresión de carga homogénea, se ha utilizado para mejorar el rendimiento del diesel. Esto significa que hay que hacer una premezcla del diesel y el aire antes de inyectarlo como vapor en la cámara de combustión bajo altas presiones. Sin embargo, y a pesar de que esta mezcla se quema más eficientemente, también hace que la combustión sea más difícil de controlar, lo que puede provocar golpes en el motor: ondas de choque dentro de los cilindros del motor provocadas por masas de combustible sin quemar y aire. A diferencia de esto, la inyección de diesel supercrítica produce gotas vaporosas muy pequeñas, pero con densidades de fuel equivalentes al líquido, afirma Anitescu.

Andreas Birgel, investigador del Grupo de Investigación de Motores de Combustión Interna y Sistemas de Combustible en el University College London, en el Reino Unido, afirma que hay mucho interés en la producción de un tipo de diesel que se vaporice más fácilmente, por ejemplo, mediante el uso de maíz o aceite de colza para fabricar biodiesel, que tiene una viscosidad relativamente baja. Otro método consiste en tratar el diesel convencional con aditivos, afirma.

Para que el diesel pueda alcanzar un estado supercrítico, el sistema de combustible de Anitescu tienen que, en primer lugar, calentarlo a alrededor de 450 grados Celsius y una presión de alrededor de 60.000.000 Pascales. Alcanzar esta presión no resulta problemático, afirma Anitescu, pero incrementar la temperatura no es tan fácil.

Dado que los sistemas de combustible normalmente operan a temperaturas inferiores a los 80 grados Celsius, Anitescu y sus colegas utilizan el calor del tubo de escape del motor para aumentar la temperatura del combustible. Esto genera complicaciones adicionales. “Tienes que evitar que se cocine,” afirma. Esto ocurre cuando los hidrocarburos en el combustible reaccionan, produciendo depósitos pegajosos que pueden provocar fallos en el sistema de combustible. Este fenómeno se puede evitar al diluir el combustible con un aditivo, tal como el dióxido de carbono o el agua. En el motor de Syracuse, se introduce una pequeña cantidad del gas del tubo de escape para que actúe como agente anti-cocinado, una técnica conocida como recirculación del gas del tubo de escape.

El sistema sólo se ha probado en el laboratorio, pero a finales de año podría estar listo un prototipo de pruebas, afirma Anitescu. El sistema de combustible está diseñado para que utilice inyectores de fuel convencionales, incluso a pesar de que estén diseñados para funcionar con fluidos normales. Anitescu afirma que puede que sea posible mejorar el rendimiento si el cambio al estado fluido se realiza justo por debajo del nivel supercrítico. Esto puede que permita que la vaporización tenga lugar y, al mismo tiempo, se logre un mayor rendimiento de los inyectores. “Tenemos muchas opciones,” afirma.

Durante esta misma conferencia, Transonic Combustion, una compañía con sede en Camarillo, California, presentó los detalles de una forma alternativa para utilizar los combustibles supercríticos basada en un nuevo inyector de fuel, así como en el rediseño de todo el sistema de válvulas y la cámara de combustión.

Sin embargo, con cada uno de estos métodos resulta costoso llegar al estado supercrítico, señala Birgel. “Aún así necesitas la viscosidad puesto que la mayoría de los sistemas de combustible dependen del combustible en sí para la lubricación,” afirma.

“Este es un problema que aún hay que solucionar,” admite Anitescu. Afirma que puede que sea posible introducir lubricantes, pero que esto sólo sería necesario en la fase final del sistema de combustible, donde el fluido alcanza su máxima temperatura. Para los combustibles subcríticos  puede que no sea un problema, señala.