NeoFronteras

Motor de ciclo separado

Área: Medio ambiente,Tecnología — miércoles, 26 de enero de 2011

Una empresa sostiene que se puede fabricar un motor de explosión interna de ciclo separado con mucho mejor rendimiento y menos emisiones que los motores tradicionales.

Foto
Diseño de ciclo separado de alta eficiencia energética. Fuente: Scuderi.

Estamos llegando a un punto en el que conducir un automóvil convencional produce remordimientos de conciencia. Quizás por esta razón los autos híbridos o eléctricos están teniendo tanto éxito en ciertos países; en países en donde los pueden pagar, claro, porque en realidad son bastante más caros que los demás. Sería interesante que existiera ya una batería barata y de alto rendimiento o un supercondensador de las mismas características, pero de momento no hay tal cosa. Quizás cuando lleguen la electricidad sea tan cara que posiblemente tampoco compense comprarse uno. Da la impresión de que no hay manera de librarse de esta especie de maldición.
Mientras tanto quizás se pueda mejorar el viejo motor de explosión interna de tal modo que se incremente su rendimiento y se reduzcan sus emisiones. En el mercado hay básicamente dos tipos de motores: el de ciclo de Otto y el de ciclo Diesel. Aunque en pequeñas cilindradas también tenemos el motor de dos tiempos. Ahora una compañía de Massachusetts ha modificado una vieja idea de un motor de ciclo dividido obteniendo buenos resultados.
En un motor convencional los cuatro tiempos se dan en el mismo cilindro, mientras que en un motor de ciclo dividido o separado los cuatro ciclos se reparten en dos cilindros diferenciados físicamente. De este modo uno de ellos se encarga de la admisión y la compresión de aire y este aire comprimido se puede hacer pasar a un segundo cilindro donde se produce la combustión y expulsión de los gases (ver vídeos y fotos.). Como los procesos de compresión y combustión se dan por separado se pueden optimizar por separado al no depender uno del otro. El primer motor de este tipo fue producido por Backus Water Motor Company en Newark (New Jersey, EEUU) en 1891.
La compañía Scuderi ha retomado esta idea y la ha mejorado hasta mejorar el redimiendo del diseño hasta en un 36% respecto a los motores convencionales. Además, se reducirían las emisiones de óxidos de nitrógeno en un 80% y las emisiones de dióxido de carbono en un 50%. Las cifras son sin duda impresionantes.
Entre las mejoras que se introducen en el antiguo diseño está la de conectar un tanque de aire comprimido entre los dos cilindros que realizan el ciclo completo de cuatro tiempos (ver imagen). Esto permite almacenar energía que de otro modo se perdería con el funcionamiento habitual de un motor de automóvil. En los híbridos eléctricos esta energía se almacena en forma de electricidad en una batería, de ahí que Scuderi diga que este sistema es un diseño Air-Hybrid. Además de las mejoras mecánicas en válvulas, pistones y cilindros los ingenieros de esta compañía consiguen que la mezcla en el segundo cilindro tenga un alto grado de turbulencia que facilite la combustión. Una mejor combustión se traduce en menor cantidad de emisiones perjudiciales para el medio ambiente y la salud de las personas, además de un mayor rendimiento.
Un prototipo de 2 cilindros y de 1000 cc de cilindrada funcionando durante un año en un Chevrolet Cavalier del 2004 arrojó una mejora de eficacia de entre un 30 y un 36 por ciento respecto al motor convencional de este mismo auto. Rinde una potencia de 135 caballos (americanos) a 6000 rpm, bastante por encima en ese cilindrada respecto la los motores convencionales.
Esta empresa ha diseñado varios sistemas basados en la misma idea dependiendo de la característica que se quiera potenciar. En algunos de estos diseños se incorpora también un sistema turbo.
La mejor ventaja de todo el sistema es que se utiliza mecánica convencional por lo que producir un motor de este tipo no es más caro que uno convencional.
Entre las compañías competidoras está Tour Engine Inc que usando ciclo separado ha diseñado un motor de cilindros opuestos, aunque está en un fase de desarrollo más atrasada.
Es de esperar que se comercialice este tipo de motor dentro de poco, aunque quizás para entonces ya subirán el precio y los impuestos de los combustibles.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3375

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Web de Scuderi.
Noticia en Wired.
Vídeos y fotos.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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10 Comentarios

  1. joabbl:

    Quizá este tipo de ideas sean más prácticas que, por ejemplo, el motor eléctrico o el de hidrógeno, por ser menos rupturistas y más realizables a corto plazo. Hacen falta motores poco contaminantes que se puedan fabricar en serie ya mismo y que funcionen con la infraestructura ya existente. Y mientras seguir investigando todas las demás posibilidades. Aunque quizá esto ya no tenga arreglo de todos modos.

    Saludos

  2. Cohel:

    Aparte de esta página soy asiduo del blog “foro de coches eléctricos” y se que el tema da para uno y varios foros. Solo comentar que esta innovación no es incompatible con el coche eléctrico, dado que hoy por hoy la opción mas viable es un híbrido enchufable que use el motor de gasolina para cargar la batería solo en trayectos largos. (Además, se ha planteado el motor térmico como mas útil para calentar el habitáculo en épocas frías, mientras que el eléctrico es interesante precisamente por disipar menos energía, etc. ) Se esta innovando mucho en eficiencia de motores térmicos y la única duda es si, por ejemplo la idea del ariculo se implementara a corto plazo o si para cuando se aplique la autonomía de las baterías será tal que ya nadie apostara por los motores térmicos.

  3. Gerardo:

    Definitivamente cuando las cosas parecen que han llegado al limite de la optimizacion, que todas las ideas han sido pensadas y puestas en funcionamiento…. aparecen genios nuevos rompiendo los paradigmas y abriendo nuevos espacios donde antes habia una pared. Nunca se me hubiera ocurrido sacar de pasado una idea descartada y hacer algo revolucionario con ella

  4. Petrus:

    Fijemonos en que la mejora es de aprox. 30% del rendimiento del actual modelo, que es de aprox. 30% ( para generalizar ). Eso indica una mejora global del 0.3 x 0.3 = 0.09 o sea de aprox. un 10%. De todos modos, el rendimiento teórico de los ciclos termodinámicos, limitante, no es como para echar cohetes, y ni de lejos alcanza el de los motores eléctricos, que pueden superar el 90%.
    Por eso creo que la revolución del sistema de motores de combustión actuales tiene que venir más por el almacenamiento de energía ( H2 ? ) ó por nuevos métodos ( pilas de combustible ? ), y/o por nuevas fuentes energéticas. El ciclo del motor Otto, Diessel, turbinas, a base de combustibles líquidos o gas creo que está ya muy explorado y agotadas sus posibilidades reales con los materiales disponibles . Cedamos el paso a la imaginación liada con la suerte . O al ahorro y la austeridad.

  5. NeoFronteras:

    Un sistema termodinámico no puede rendir más que lo que rinde el ciclo de Carnot, que dicho sea de paso no tiene un rendimiento muy alto. Nunca se llega al 100% de la energía contenida en la gasolina (ni mucho menos), es imposible termodinámicamente a través de una máquina térmica y el máximo rendimiento sería el de Carnot. Si queremos aprovechar mejor la energía hay que usar otros procesos (¿pila de combustible + motor eléctrico?).
    Puestos a conformarnos, y si nos empeñamos en seguir usando este tipo de máquinas, un ahorro de un 30-36% sobre lo que ya consumimos es mucho. En lugar de gastarnos 50 euros en llenar del depósito gastamos 35 o menos. Además, en algún momento habrá que usar una de estas máquinas para usar el excedente de calor en calefacción. Puede que un automóvil Tesla funcione bien en California, pero en invierno habrá que usarlo de Los Ángeles hacia el sur. Y en verano mejor no hacerlo en San Francisco.

  6. tomás:

    Estimado Neo: Lamento no estar de acuerdo con tus argumentos. El mayor rendimiento se basa en una combustión mejor por estar el combustible más limpio de los gases resultantes de la anterior combustión. Esa idea es la misma que la que lleva a la utilización del compresor y más y mayores válvulas para mejorar el rendimiento. Pero también es importante la temperatura de entrada del aire. Cuanto más frío entre más oxígeno contiene en el mismo volumen. Esto es uno de los fallos que observo en este motor, pues al ser comprimido en el cilindro de compresión, mete el aire caliente, claro que esto también sucede dentro del cilindro de 2 o de 4 tiempos en la fase de compresión. Otro defecto más importante que no tienen los otros es que al emplear dos cilindros donde el de 4 tiempos emplea uno, el desgaste se duplica, por lo que el coste del motor y su mantenimiento será mayor. Sinceramente, es posible habiéndolo medido, que su rendimiento sea algo mayor, pero no veo un ahorro significativo al totalizar.
    Respecto a que haya que usar el excedente carbón, eso será, si se hace, la mayor barbaridad que podemos pensar para calentar la atmósfera. Siempre he propuesto que ese carbón sea utilizado en otros menesteres, inmovilizándolo en su estado. Por ejemplo, además de usarlo como materia prima para toda la moderna tecnología, puede usarse, ligeramente transformado como material de construcción.

  7. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Efectivamente el rendimiento de una máquina térmica depende en última instancia de la diferencia de temperatura. Esto es, el frío ambiente exterior en un caso y los gases calientes de la combustión en otro.
    Pero un 36% de ahorro es muchísímo, siempre y cuando nos lo creamos claro, que las pruebas de esta empresa no son supervisadas por los revisores de Nature.

  8. JOrge:

    No soy físico, ni mecánico pero he leido periodicamente “ideas revolucionarias” para mejorar el motor de combustion interna desde que aprendí a leer en los 70tas y seguimos con los mismos tres tipos básicos de motores (Diesel, dos y cuatro tiempos) sin mas añadidos que forrarlos de sensores y microprocesadores desde entonces. Supongo que la alternativa citada arriba, como las precedentes, es muy costosa o requiere cambios importantes en las lineas de montaje que no le hacen atractiva.

    Tal vez en vez de mejorar el automovil lo lógico sería prescindir de él en aras de sistemas de transporte masivo mejorados y extendidos pero ¿quien quiere sacrificar la libertad personal de el auto? ¿quien quiere caminar bajo el sol del verano o congelarse en invierno en vez de moverse en un habitáculo climatizado?

    La verdad estamos fritos…

  9. Jose M. Pineiro:

    “En el mercado hay básicamente dos tipos de motores: el de ciclo de Otto y el de ciclo Diesel”

    Esto no es del todo cierto.
    Fiat comercializa el motor Twinair que es ciclo atkinson, con una potencia y rendimiento asombrosos, para el escaso cubicaje que tiene.

    Este mismo ciclo es usado en casi todos los hibridos.

  10. NeoFronteras:

    Estimado Pineiro:
    Desconocía que el Atkinson estuviera comercializado y resulta que está en el Prius. A este paso hasta tendremos el Stirling.

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