Los investigadores diseñaron una instalación única para probar piezas de motor impresas en 3D, para ayudar a reducir las emisiones de carbono en todo el mundo. El nuevo Transient Air System Rig (TASR) fue diseñado y construido por el Dr. Aaron Costall y su equipo del Departamento de Ingeniería Mecánica del Imperial College de Londres.

Los investigadores esperan que ayude a los fabricantes de grandes vehículos todo terreno y de carga a reducir la cantidad de dióxido de carbono (CO2) que producen.

La plataforma utiliza aire fresco en lugar de gases de escape calientes, por lo que las piezas de plástico impresas en 3-D no se derretirán bajo las condiciones usualmente calientes que se encuentran en las instalaciones normales de prueba de motores.

También significa que los fabricantes pueden imprimir en 3D solo las partes del motor que necesitan pruebas, en lugar de construir un motor completo.

TASR se utilizará para diseñar y probar componentes de motor para nuevos vehículos de carga y todoterreno pesados ​​de bajas emisiones, y los investigadores creen que ayudará a reducir las emisiones de CO2 tanto en el Reino Unido como en todo el mundo.

Caroline Brogan se reunió con el Dr. Costall para hablar sobre el nuevo sistema.

¿Qué problema estás tratando de resolver?

El transporte produce una cuarta parte de las emisiones de CO2 del mundo, pero también es el sector más difícil de descarbonizar.

Entre 1990 y 2010, Los vehículos pesados ​​contribuyeron a un aumento del 36% de las emisiones de CO2 en la UE. Esto se debe en gran parte a la creciente demanda de transporte de mercancías por carretera, así como la falta de progreso en la mejora de la eficiencia del combustible del motor:las emisiones de CO2 están directamente relacionadas con la cantidad de combustible quemado.

¿Por qué esta plataforma es un paso en la dirección correcta para los vehículos pesados ​​de carga?

Para reducir las emisiones de CO2, debemos mejorar la eficiencia del motor. Podemos hacer esto ajustando el 'aparato respiratorio' del motor, mientras recupera tanta energía de los gases de escape calientes como sea posible.

Las partes del motor que controlan estos procesos se conocen colectivamente como el sistema de aire, y un componente crítico de la mayoría de los sistemas de aire modernos es el turbocompresor. Nuestra investigación examina formas de mejorar el rendimiento del sistema de aire y del turbocompresor para aumentar rápidamente la entrada de aire, mientras recupera energía de los gases de escape.

Hacemos esto tratando de entender cómo fluyen los gases de escape a través del sistema de aire y hacia el turbocompresor, mientras intenta aprovechar las pulsaciones de presión, y básicamente hacer que el motor "respire" con la mayor facilidad posible. Al hacerlo, reducimos la cantidad de combustible requerido y la cantidad de CO2 emitido.

¿Cómo funciona la plataforma?

Los motores son complejos. Los procesos involucran una mezcla de aire y combustible, a presiones y temperaturas continuamente cambiantes. En el sistema de aire, el flujo de los gases de escape en realidad pulsa debido al movimiento de la válvula. Todo esto hace que sea muy difícil predecir con precisión cómo se comportan los motores.

Ahora tenemos TASR, que nos permite medir el rendimiento del motor en condiciones controladas pero realistas del motor, para casi todos los tamaños y tipos de motores de combustión interna.

Imitando el flujo de impulsos del motor, eliminamos la necesidad de quemar combustible, lo que nos permite estudiar la dinámica de los fluidos sin los efectos de confusión de la transferencia de calor debido a los gases de escape calientes. ¡No hay otra instalación experimental en el mundo como esta!

TASR se construyó utilizando el sistema Active Valve Train de Lotus como parte del proyecto del sistema de aire del motor de alto rendimiento, que es una colaboración entre Imperial, Caterpillar Inc., y sistemas de transporte de Honeywell.

Se encarga como parte del Programa de eficiencia de vehículos pesados ​​del Energy Technologies Institute (ETI).

¿Qué sigue para el campo?

Muchos desafíos con las emisiones de los vehículos pueden superarse mediante la electrificación, siempre que la electricidad se genere a partir de fuentes de energía con menor impacto climático, como el gas natural y, cada vez más, recursos renovables como la solar y la eólica.

Este es el enfoque actual en el sector de los vehículos de pasajeros, pero la transición a los vehículos eléctricos no ocurrirá de la noche a la mañana:habrá una transición gradual durante muchos años, durante el cual la tecnología actual, el motor de combustión interna, sigue emitiendo CO2.

Es más, es muy dificil de electrificar, o incluso hibridar, muchos vehículos pesados ​​(los requisitos de almacenamiento de energía serían inmensos), razón por la cual los combustibles de hidrocarburos líquidos densos en energía siguen siendo frecuentes. Este es un problema aún mayor para las máquinas todoterreno, como los que se utilizan en la construcción y la minería, donde el lugar de trabajo puede estar extremadamente alejado de una fuente viable de electricidad.

Todo esto significa que la industria y el mundo académico deben continuar trabajando juntos para mejorar la eficiencia del motor, ya que incluso el más mínimo aumento reducirá la cantidad de CO2 que se emitirá a nuestra atmósfera.