Tendencias Científicas
Una sala de motores del Instituto CMT. Fuente: UPV.
Un equipo de investigadores del Instituto CMT-Motores Térmicos de la Universitat Politècnica de València trabaja en un método para reducir el consumo de combustible en los vehículos. La clave reside en trasladar -a escala- la tecnología de los ciclos Rankine, utilizada en las centrales térmicas, a un motor de combustión interna alternativo. Sus estudios han sido publicados en las revistas Applied Thermal Engineering y Applied Energy, en sus ediciones online.
Según explica el investigador Vicente Dolz en la nota de prensa de la UPV recogida por el Instituto de la Ingeniería de España, en las calderas de una central térmica se generan gases a temperaturas muy elevadas que se aprovechan para producir electricidad (en una turbina).
En la actualidad, esta tecnología se está explotando para recuperar energía calorífica de procesos industriales, generalmente procesos con hornos donde se desperdicia mucha energía térmica y ya hay algunas empresas que empiezan a ofertar equipos para motores de locomotoras y barcos.
“En automóviles, diferentes universidades y empresas de todo el mundo están estudiando cuál sería la mejor solución para este tipo de ciclos. Parece ser que BMW es la que va en cabeza; de hecho tienen un demostrador, llamado Turbosteamer, que piensan que podrán empezar a explotar a partir del 2015”, apunta Vicente Dolz.
En su trabajo, los investigadores del Instituto CMT-Motores Térmicos de la UPV definen una metodología para el estudio de los ciclos Rankine y cómo se puede llegar a una solución tecnológica viable a partir del estudio de las diferentes fuentes de calor disponibles en un motor. Además ejemplifican dicha metodología mediante un estudio de estas fuentes en distintos puntos de funcionamiento de un motor de camión y proponen cómo deberían ser los diversos ciclos optimizados para esos puntos.
“Tratamos de demostrar que estos ciclos serían una solución tecnológica viable para mejorar el rendimiento de los motores actuales. En un motor podemos hacer lo mismo que en las centrales; en ellos se produce una gran cantidad de calor que acaba desperdiciándose. Nuestro objetivo es poder aprovecharlo, generando un ciclo a escala bien para producir electricidad, bien para mover una "máquina expansora" que esté acoplada al eje del motor y le proporcione una potencia adicional”, señala Vicente Dolz.
Según explica el investigador Vicente Dolz en la nota de prensa de la UPV recogida por el Instituto de la Ingeniería de España, en las calderas de una central térmica se generan gases a temperaturas muy elevadas que se aprovechan para producir electricidad (en una turbina).
En la actualidad, esta tecnología se está explotando para recuperar energía calorífica de procesos industriales, generalmente procesos con hornos donde se desperdicia mucha energía térmica y ya hay algunas empresas que empiezan a ofertar equipos para motores de locomotoras y barcos.
“En automóviles, diferentes universidades y empresas de todo el mundo están estudiando cuál sería la mejor solución para este tipo de ciclos. Parece ser que BMW es la que va en cabeza; de hecho tienen un demostrador, llamado Turbosteamer, que piensan que podrán empezar a explotar a partir del 2015”, apunta Vicente Dolz.
En su trabajo, los investigadores del Instituto CMT-Motores Térmicos de la UPV definen una metodología para el estudio de los ciclos Rankine y cómo se puede llegar a una solución tecnológica viable a partir del estudio de las diferentes fuentes de calor disponibles en un motor. Además ejemplifican dicha metodología mediante un estudio de estas fuentes en distintos puntos de funcionamiento de un motor de camión y proponen cómo deberían ser los diversos ciclos optimizados para esos puntos.
“Tratamos de demostrar que estos ciclos serían una solución tecnológica viable para mejorar el rendimiento de los motores actuales. En un motor podemos hacer lo mismo que en las centrales; en ellos se produce una gran cantidad de calor que acaba desperdiciándose. Nuestro objetivo es poder aprovecharlo, generando un ciclo a escala bien para producir electricidad, bien para mover una "máquina expansora" que esté acoplada al eje del motor y le proporcione una potencia adicional”, señala Vicente Dolz.
Energía extra
Al disponer de esa energía extra, se podría reducir la cantidad de combustible que quema el motor manteniendo la misma potencia mecánica. Según el estudio teórico desarrollado por los investigadores, aprovechando toda la energía calorífica desperdiciada en un motor Diesel de 12 litros de cilindrada, con estos ciclos se podría conseguir hasta un 12% de ahorro en el punto de funcionamiento óptimo del mismo.
En la actualidad, en el Instituto CMT-Motores Térmicos se encuentran desarrollando un demostrador de este tipo de ciclos para poder realizar estudios experimentales de estos procesos en laboratorio.
Máxima eficiencia en autopista
Según explican desde el Instituto CMT-Motores Térmicos, donde más efectiva sería esta tecnología sería en autopista. “El punto de funcionamiento del motor en autopista suele coincidir con un régimen de giro medio-alto y un grado de carga medio (esto coincide con el punto de mayor energía relativa recuperada). Además, en autopista el funcionamiento del motor es estable (siempre está en las mismas condiciones de funcionamiento, con ligeras variaciones), con lo cual el control del ciclo sería más sencillo y se podría optimizar mejor”, concluye Vicente Dolz.
Al disponer de esa energía extra, se podría reducir la cantidad de combustible que quema el motor manteniendo la misma potencia mecánica. Según el estudio teórico desarrollado por los investigadores, aprovechando toda la energía calorífica desperdiciada en un motor Diesel de 12 litros de cilindrada, con estos ciclos se podría conseguir hasta un 12% de ahorro en el punto de funcionamiento óptimo del mismo.
En la actualidad, en el Instituto CMT-Motores Térmicos se encuentran desarrollando un demostrador de este tipo de ciclos para poder realizar estudios experimentales de estos procesos en laboratorio.
Máxima eficiencia en autopista
Según explican desde el Instituto CMT-Motores Térmicos, donde más efectiva sería esta tecnología sería en autopista. “El punto de funcionamiento del motor en autopista suele coincidir con un régimen de giro medio-alto y un grado de carga medio (esto coincide con el punto de mayor energía relativa recuperada). Además, en autopista el funcionamiento del motor es estable (siempre está en las mismas condiciones de funcionamiento, con ligeras variaciones), con lo cual el control del ciclo sería más sencillo y se podría optimizar mejor”, concluye Vicente Dolz.
Referencias bibliográficas:
V. Dolz, R. Novella, A. García, J. Sánchez HD Diesel engine equipped with a bottoming Rankine cycle as a waste heat recovery system. Part 1: Study and analysis of the waste heat energy. Applied Thermal Engineering. DOI:10.1016/j.applthermaleng.2011.10.025.
V. Macián, J.R. Serrano, V. Dolz , J. Sánchez. Methodology to design a bottoming Rankine cycle, as a waste energy recovering system in vehicles. Study in a HDD engine. Applied Energy. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.11.075.
V. Dolz, R. Novella, A. García, J. Sánchez HD Diesel engine equipped with a bottoming Rankine cycle as a waste heat recovery system. Part 1: Study and analysis of the waste heat energy. Applied Thermal Engineering. DOI:10.1016/j.applthermaleng.2011.10.025.
V. Macián, J.R. Serrano, V. Dolz , J. Sánchez. Methodology to design a bottoming Rankine cycle, as a waste energy recovering system in vehicles. Study in a HDD engine. Applied Energy. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.11.075.
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