Los efectos de la contaminación y las emisiones de gases contaminantes producidos por los vehículos Diesel a incentivado a los gobiernos a aplicar restricciones severas para reducir los índices de contaminación los cuales toman en consideración el dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO), dióxido de nitrógeno (NOx).
Los grandes fabricantes de autos están obligados a producir motores que usen combustibles con bajo contenido de carbono en su estructura molecular. En diciembre de 2019, la Comisión Europea decidió que hasta 2050 la Unión Europea será neutra en gases de efecto invernadero y el sector del transporte deberá reducir sus emisiones contaminantes en un 90% para 2050.
El hidrógeno puede ser tomado en cuenta como combustible alternativo ya que asegura la operación del motor con bajos niveles de emisiones contaminantes y con el mejor desempeño energético. Aun que existen 3 problemas con el uso de hidrógeno que son: la producción, el almacenamiento y el uso. En este artículo solo se trata el tema del uso en motores Diesel.
Este elemento tiene un alto octanaje lo que lo convierte en un combustible óptimo para el encendido por chispa con altas relaciones de compresión. El hidrógeno tiene un alto grado de inflamble por lo que el motor puede funcionar en mezclas pobres para aumentar el ciclo de eficiencia.
La temperatura de combustión del hidrógeno es alta por lo que los niveles de óxido de nitrógeno se elevan, pero a través del funcionamiento de mezclas pobres la cantidad de óxido de nitrógeno pude ser reducida. En comparación con el Diesel el hidrógeno tiene una densidad volumétrica de energía inferior, lo que requiere el uso de un sistema de combustible adecuado para mantener la potencia estándar del motor.
Las investigaciones experimentales llevadas a cabo añadiendo hidrógeno al Diesel dieron como resultado:
- La presión máxima aumenta ligeramente
- La eficiencia termodinámica del motor aumenta en cargas pequeñas y medias del motor
- La tasa máxima de liberación de calor aumenta debido a la mayor velocidad de combustión del hidrógeno en comparación con el Diesel
- Reducción de CO y HC para pequeñas cantidades de hidrógeno, sin embargo a mayores cantidades de hidrógeno estas emisiones aumentan
- Reducción de humos debido a la mejora del proceso de combustión y disminución del contenido de carbono.
Un motor Diesel K9K sobrealimentado fue alimentado con Diesel e hidrógeno en diferentes proporciones de sustitución energética, para el régimen de operación de 70% de carga del motor a 2000 RPM
Aumento de la presión
La siguiente gráfica muestra diagramas de presión promediados de 250 ciclos. La presión máxima y el promedio de aumento de presión máxima empieza a aumentar debido al aumento de la cantidad de combustible que se quema durante la fase de pre-mezcla. La presión máxima aumenta en 20% y el promedio de aumento de presión máximo incrementa 25% con el 21.95% de relación de substitución.
Reducción en la cantidad de hidrocarburos y smoke
Los niveles de hidrocarburos y smoke disminuyen con 20% de relación de substitución, esto debido a la mejora en la combustión ya que el hidrógeno tiene una alta velocidad de combustión, la mezcla aire-combustible tiene una buena homogeneidad y también debido al bajo contenido de carbono en la mezcla
Conclusiones
El estudio experimental realizado en un automóvil con Motor Diesel con un porcentaje de hidrógeno determinado, bajo una carga de 70% y funcionando a 2000 RPM nos muestran los siguientes resultados
- Los niveles de hidrocarburos y smoke disminuyen en un 15% y un 25% respectivamente.
- Los niveles de presión aumentan con relación al porcentaje de substitución de
Fuente: Ene, A. M., Pana, C., Negurescu, N., Cernat, A., Fuiorescu, D., & Nutu, C. (2020). Effects of the hydrogen addition on combustion in automotive diesel engine. IOP conference series. Materials science and engineering, 997(1), 012115. https://doi.org/10.1088/1757-899x/997/1/012115