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Adaptaciones de las alternativas actuales

Motor diésel y motor de combustión interna alimentado con hidrógeno líquido (Parte II)

Joan Artigas Campás, Ingeniero Técnico titulado en Mecánica28/12/2022
Esta segunda parte del artículo se centra en las soluciones surgidas desde mediados del siglo pasado y comprobar su utilidad utilizando como combustible gasoil o hidrógeno líquido.
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En la primera parte del artículo realizamos comparativas entre dos tipos de motores diésel rápidos conocidos: un dos tiempos con soplador y otro de cuatro tiempos, aspiración natural.

La evolución desde la mitad del siglo pasado, incorporando a los nuevos motores turbo std, turbo inter-refrigerado y turbo de geometría variable, impulsados por los gases de escape y últimamente por un sistema electrónico, requiere que se explique básicamente su función, aunque pudiera entenderse su utilidad, tanto si usamos como combustible gasoil o hidrógeno líquido, posiblemente requerirá una reducción de la presión, dentro del múltiple de admisión.

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Si es el caso, de adaptar un motor diésel, turbo-alimentado, sería preciso conocer su 'Boost', es decir, su capacidad de generar presión en el múltiple de admisión y su temperatura. Normalmente, cada unidad turbo está identificada adecuadamente, en su exterior, o bien en el manual de servicio (en especificaciones técnicas). No obstante, se incorpora a este relato un croquis, como ejemplo, donde podemos ver el recorrido del aire de admisión y se explican las temperaturas, en grados °C, que se incrementan en cada etapa. A saber: entrada al filtro; salida del turbo y salida a través del radiador/intercambiador de calor, hasta su entrada a la múltiple admisión.

Consecuentes de la importancia del turbo, en las distintas variantes y en cualquier caso, tanto de si se trata de transformar un motor en servicio o diseñar una nueva serie de motores, es necesario determinar la presión adecuada, dada la menor densidad del hidrógeno, mayor valor energético y más baja temperatura de auto ignición.

(Si se comprobara la afirmación de que para combustionar el hidrógeno es capaz de hacerlo con el aire, por auto ignición, en la proporción de 68 partes de aire por 1 de LH2. Pulverizado, no sería necesario el uso de turbo-compresores).

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Esto supone disponer de par de tracción, con mayor economía, en litros de combustible y conseguir el objetivo de limpiar la atmosfera de polución, adecuando los motores de nuestras máquinas agrícolas, de obras públicas y transporte pesado, consiguiendo un gran avance hacia la rentabilidad y la supervivencia de las especies.

Mientras tanto, se alcanza el objetivo de la supuesta viabilidad (a cinco años), habría una metodología, posiblemente fácil de aplicar con algunas excepciones, en los tractores agrícolas:

Entendiendo que un motor diésel no tiene su máxima capacidad de generar tracción cuando gira bajo carga a su velocidad nominal 2100 rpm, y que esta capacidad de tiro se incrementa progresivamente en la medida que estas rpm bajan a 1900-1800, (+/- 15%), se incrementaría la tracción y se ahorrará gasóleo, en los mismos porcentajes. Ocurre este beneficio, porque se consigue más volumen de entrada de aire (= 21% oxígeno) y se obtienen combustiones más completas. Dispondremos de más energía y más par en los ejes palier y, con ello, más esfuerzo de tracción en la base de los neumáticos y una reducción del consumo de gasóleo. (Un supuesto teórico a comprobar en la práctica).

Descripción del incremento de la temperatura que se genera, en el aire aspirado, a partir a partir de su entrada, desde el exterior...
Descripción del incremento de la temperatura que se genera, en el aire aspirado, a partir a partir de su entrada, desde el exterior, en un turbo inter-refrigerado (inter-cooler). Como referencia para aplicaciones prácticas:
Temperatura secuencial, del aire gestionado por el turbo
Filtro de aire (admisión) (entrada) 30ºC
Turbo (salida) 140ºC
Con Inter-cooler: ventilador/radiador (salida) 70ºC *
Gases de escape: propulsión turbo (entrada) 590ºC
Salida de escape, expelidos (salida) 480ºC

* Entrada al múltiple admisión)

La norma a aplicar, que debería ser de obligado cumplimiento, cuando se trate de transformar un motor diésel (gasóleo) instalado en tractores a uso del combustible LH2, debería ser la siguiente: un motor diésel ya instalado en un tractor o maquinaria automotriz, transformado al uso de combustible hidrógeno líquido (LH2), nunca superará la potencia inicial (potencia neta del motor) que ya se estableció, en su día, por el organismo oficial, de acuerdo con el ensayo preceptivo, solicitado por el fabricante.

En consecuencia, dado que el Hidrógeno Líquido (LH2), genera un +27% de energía deberá ajustarse la dosis de inyección a la baja, para que la potencia neta generada con el nuevo combustible, sea igual en el motor reconvertido, es decir, para un motor 4 tiempos, para combustible LH2, de 121,5 CV, debería ajustarse a 51,85 mm³ por embolada, (para un diésel se aplicaría 65,87 mm3).

Razonamiento histórico

En la época de los años de 1950, algunos talleres mecánicos, con experiencia en motores de tractores a gasolina y algunas fábricas de motores, transformaron motores de gasolina, algunos de usuarios y otros nuevos (adaptados), al uso de gasóleo: motores de cuatro cilindros y tres cuellos de bancada. No tuvieron en cuenta que el gasoil es un combustible más energético que la gasolina (+25%) y precisaba mayor relación de compresión (+-) 100%.

Pronto se descartó el proceso, al no redimensionar (tipo de material, áreas resistentes y otros tratamientos térmicos) de las piezas móviles que debían soportar esta energía extra que suponía el cambio de combustible, como era: cigüeñales, para cuatro cilindros y tres cuellos de bancada; pistones; bielas y espárragos de bancada, además de los bulones de pistón.

Pensando en este pasado, la reconversión de motores ya instalados, obligaría a reducir la dosis de LH2; mm³ de embolada de LH2, como se ha indicado.

En el orden lógico operativo, es aconsejable dejar en manos de los centros de experimentación, expertos en diseño y control de motores, dispuestos a tomar el testigo, en esta carrera hacia el progreso, para conseguir controlar la polución y sanear el medio ambiente, generando prosperidad en nuestro país y en nuestra agricultura.

Es de obligado cumplimiento que el aceite lubricante sea SINTÉTICO, ya que el aceite mineral se degrada al contacto con el hidrógeno.

Recomendación del autor

Antes de iniciar cualquier prueba o ensayo, en aplicación de estas comparativas que se indican, que solo es un artículo de opinión, solicitar el correspondiente permiso al organismo de seguridad en el trabajo y manipulación, respecto a la utilización de combustibles, como sería el caso. Este es un estudio teórico, de información general, mostrando un posible camino hacia la utilización del Hidrógeno Líquido (LH2).

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