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Cómo funciona la recuperación y recirculación de calor de los gases de escape

Cómo funciona la recuperación y recirculación de calor de los gases de escape
Contenido
  1. Emisiones de óxido nitroso
  2. Recirculación de calor residual
  3. Descarga de electricidad

Emisiones de óxido nitroso

¿Creerías que tu cosita podría producir tanto desperdicio?

© iStockphoto / futureimage

Los motores de combustión interna en automóviles, camiones y otros vehículos producen muchos tipos de contaminación. Uno de los más comunes son las emisiones de dióxido de carbono, que juegan un papel importante en el calentamiento global. Reducir las emisiones de carbono se ha convertido en uno de los objetivos más importantes para los ingenieros automotrices. Sin embargo, los motores de los automóviles también producen otras emisiones. Uno de los principales componentes de la contaminación es el N2O: Óxido nitroso – y estas emisiones también son producidas por motores de combustión interna.

Como el dióxido de carbono, el óxido nitroso es un gases de invernadero. Esto significa que atrapa el calor de la radiación solar, la luz solar, en nuestra atmósfera y lo usa para calentar la superficie de la Tierra. Sin el calor atrapado por los gases de efecto invernadero, la superficie de la Tierra estaría demasiado fría para albergar vida. Sin embargo, el equilibrio adecuado es importante. Mientras que muy poco convertiría la tierra en una bola de nieve helada, muy poco la convertiría en una jungla o un desierto congestionados. Los seres humanos y nuestra tecnología han evolucionado para exigir un clima determinado. Cualquier cosa que cambie este clima puede afectar la forma en que vivimos, alterando drásticamente los patrones agrícolas y el derretimiento de los casquetes polares.

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Por supuesto, reducir las emisiones de óxido nitroso de los automóviles es tan importante como reducir las emisiones de carbono, pero ¿cómo se reducen las emisiones? El óxido nitroso se produce a temperaturas muy altas, por lo que cualquier cosa que reduzca la temperatura de funcionamiento de un motor de combustión interna reduciría las emisiones de N2O. Aquí es donde entra en juego la recirculación del calor de escape. Hablaremos de esto con más detalle en la página siguiente.

Recirculación de calor residual

La clave para recircular el calor residual es un dispositivo llamado de recirculación de gases de escape (EGR) válvula. La válvula EGR se abre cuando encuentra la contrapresión del escape del automóvil y la devuelve a la cámara de combustión. Quizás se pregunte para qué es esto, ya que el aire de la cámara se mezcla con gasolina para hacerlo combustible. Bueno, una cosa que hace es calentar el combustible. El combustible caliente se calienta de manera más eficiente y, por lo tanto, produce más millas por galón. Una vez que la válvula EGR detecta que el motor está lo suficientemente caliente, redirige el escape a otra parte para evitar que el motor se sobrecaliente.

Calentar el refrigerante y el combustible no solo ayuda a que el motor alcance la temperatura óptima más rápidamente en el primer arranque, sino que también tiene un beneficio específico para el híbrido. La mayoría de los híbridos están diseñados para que el motor de combustión interna se apague cuando el vehículo está parado. Si se deja por mucho tiempo, el motor puede enfriarse. EGR ayuda a evitar que el motor se enfríe demasiado rápido.

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¿Cómo reduce la contaminación la recirculación de gases de escape? Las emisiones de EGR deseadas provienen de óxidos nitrosos producidos a temperaturas muy altas. Al mezclar los gases de escape del automóvil con el aire de admisión, se reduce la cantidad de oxígeno en la mezcla y también se reduce su combustibilidad, lo que hace que el combustible se queme a una temperatura más baja. En la mayoría de los sistemas EGR, el escape también se enfría antes de mezclarse con el gas. Por lo tanto, el combustible mezclado con los gases de escape se quema más frío y es menos probable que produzca N2O. Las temperaturas más frías también ayudan a ahorrar combustible. Con menos combustible para batir, los programadores que escriben rutinas de temporización de software para motores modernos tienen más control sobre la precisión del temporizador del motor. Las temperaturas más frías también ayudan a prevenir la pérdida de energía por transferencia de calor, lo que significa que se utiliza más energía del automóvil para mover las ruedas.

Como hemos visto, la recirculación de los gases de escape puede aumentar la eficiencia del combustible y reducir la contaminación. ¿Pero sabías que también puede generar electricidad? Exploraremos este concepto en la página siguiente.

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Descarga de electricidad

Los dispositivos termoeléctricos ayudarían a extender el alcance de un automóvil híbrido al reemplazar las baterías que alimentan su motor eléctrico.

Los dispositivos termoeléctricos ayudarían a extender el alcance de un automóvil híbrido al reemplazar las baterías que alimentan su motor eléctrico.

Noticias sobre Bryan Mitchell / Getty Images

materiales termoeléctricos, como su nombre indica, puede generar calor a partir de la electricidad. Estos materiales fueron descubiertos en 1821 por el físico alemán Thomas Seebeck. A menudo eran demasiado costosos e ineficientes para ser útiles para los ingenieros automotrices, pero las cosas empezaron a cambiar: el Departamento de Energía de EE. UU. Expresó su interés en financiar el desarrollo de un sistema termoeléctrico práctico que pudiera usarse en la industria automotriz.

Hay muchas fuentes de calor residual en los automóviles, incluidos el radiador y el motor, pero la fuente principal probablemente sea el escape. Como la mayoría de los automóviles ya recirculan los gases de escape a través de un circuito EGR, y esta tecnología será aún más importante en el futuro, esto ofrece una oportunidad ideal para atrapar el calor residual y utilizar dispositivos termoeléctricos para convertirlo en electricidad. Esta electricidad podría usarse para alimentar los sistemas eléctricos del automóvil, recargar las baterías y, quizás lo más importante, impulsar el motor eléctrico en vehículos eléctricos híbridos y recargables. Esta sería una confluencia casi perfecta de diferentes tecnologías y tendría el efecto secundario de ayudar a reducir las emisiones de óxido nitroso al enfriar aún más los gases de escape antes de que se mezclen con el combustible.

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Cualquier tipo de automóvil podría beneficiarse de este impulso termoeléctrico, pero nuevamente sería más útil cuando se aplica a vehículos híbridos. Esto aumentaría el alcance al integrar las baterías que accionan el motor eléctrico y reduciría el tiempo de recarga de estas baterías.

El desarrollo de tecnologías de bajo consumo de combustible y poco contaminantes, como la recirculación de gases de escape y la energía termoeléctrica, permitirá que los automóviles del futuro utilicen poco o ningún combustible fósil. Es importante desarrollar estas tecnologías ahora, antes de que se agoten los combustibles fósiles y la contaminación cause un daño significativo a la atmósfera y el clima de la Tierra.

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Puede que le sorprenda, pero hay muchas formas de utilizar los gases de escape de este vehículo para aumentar la eficiencia del combustible y reducir sus efectos nocivos sobre el medio ambiente.

Puede que te sorprenda, pero hay muchas formas de utilizar el escape de este vehículo para aumentar la eficiencia energética y reducir sus efectos nocivos sobre el medio ambiente.

Joe Raedle News / Getty Images

A medida que las reservas mundiales de combustibles fósiles disminuyen gradualmente y aumenta la contaminación del aire, los ingenieros automotrices buscan constantemente formas de hacer que los automóviles sean más eficientes en combustible y reducir las emisiones de carbono. Uno de los lugares más sorprendentes donde encontraron energía desperdiciada es en el escape del automóvil. De hecho, los diseñadores de automóviles han aprovechado el poder oculto de los gases de escape de los automóviles desde principios de la década de 1970. recicla los gases de escape antes de que salgan del vehículo, también ayuda a reducir las emisiones de un automóvil y a combatir la contaminación del aire.

Las tecnologías diseñadas para maximizar la eficiencia de los gases de escape de un vehículo se denominan colectivamente recuperación de calor y recirculación de gases de escape. Hay muchas formas de utilizar los gases de escape de un vehículo para aumentar la eficiencia del combustible y hacerlo funcionar con menos emisiones. Por ejemplo, el calor de los gases de escape de los automóviles se puede utilizar para calentar el refrigerante del motor y mantenerlo caliente, incluso cuando el motor ha estado apagado durante mucho tiempo. El interior del automóvil también se puede calentar con el calor de los gases de escape, incluso en climas muy fríos. La cantidad de emisiones de óxido nitroso (N2O) se puede reducir y el escape de un vehículo se puede utilizar para generar electricidad. El término Recuperación de calor residual se utiliza para el proceso mediante el cual la energía térmica de los gases de escape se recicla en el automóvil y el motor, por lo que es parte de todas estas tecnologías.

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Si bien estas tecnologías se pueden utilizar en cualquier automóvil, camión o SUV con motor de combustión interna, son especialmente importantes para los vehículos híbridos, que deben producir la máxima eficiencia de combustible y las mínimas emisiones. Algunas de las implementaciones más avanzadas de esta tecnología se pueden encontrar en el Toyota Prius 2010. En las próximas páginas, veremos cómo los ingenieros automotrices hicieron posible esta tecnología.