Cuando se trata de motores de automóviles y camiones, no ha cambiado mucho desde que Nikolaus Otto inventó el motor de combustión interna moderno en 1876. Pero el motor de combustión interna podría, al menos teóricamente, Espere un gran cambio.

Investigadores del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han recibido una patente de la Oficina de Patentes y Marcas de EE. UU. Para un diseño novedoso que podría aumentar la eficiencia y reducir las emisiones tóxicas de los motores de combustión interna alimentados con gasolina que alimentan millones de automóviles y camiones en todo el mundo. El diseño teórico establece métodos para hacer girar rápidamente el gas dentro de los cilindros de combustión interna que utilizan los motores para propulsar los vehículos.

Óxidos de nitrógeno tóxicos

"La idea es obtener potencia neta de los motores que funcionan a temperaturas más bajas de lo que se creía posible y, por lo tanto, reducir la emisión de óxidos de nitrógeno tóxicos. "dijo el físico de PPPL Nat Fisch, Profesor de Ciencias Astrofísicas de Princeton, un co-desarrollador del método patentado. El desarrollador principal es el físico Vasily Geyko, quien trabajó en el proyecto como estudiante de posgrado en el Programa de Princeton en Física del Plasma en PPPL, que dirige Fisch.

La patente que Fisch y Geyko solicitaron inicialmente en 2014, surgió de la investigación que los físicos estaban llevando a cabo sobre el rápido centrifugado y la compresión del plasma:el calor, sopa cargada de electrones y núcleos atómicos, en lugar de gasolina. Durante el estudio, con el apoyo de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA) del DOE y la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa de EE. UU., los investigadores descubrieron que la rotación rápida de un gas neutro podría producir condiciones que beneficien a los motores de gasolina.

Mayor capacidad calorífica

Sin embargo, Geyko y Fisch descubrieron que la capacidad calorífica de un gas giratorio ideal, su capacidad para absorber energía mientras se calienta, es mayor que el de uno estacionario. Entonces, los científicos se dieron cuenta de que un gas que gira aproximadamente a la velocidad del sonido, cuando se usa en un ciclo termodinámico, podría permitir que los motores funcionen a temperaturas más bajas de manera más eficiente que los motores de combustión interna convencionales.

Como señala Geyko, "utilizado para ciclos Otto o Diesel, "que impulsan motores de gasolina o diésel, el efecto de la capacidad calorífica aumenta la eficiencia termodinámica para temperaturas operativas máximas y mínimas fijas. Es más, la ganancia de eficiencia relativa es mayor a medida que disminuyen las temperaturas máximas de funcionamiento. Esto hace que la invención sea particularmente beneficiosa para su uso en motores de muy baja temperatura ".

El gas giratorio también modifica el diseño estándar del motor de combustión interna. "La invención incluye un motor de ocho tiempos, en lugar de un motor de cuatro tiempos, para hacer girar el gas en los puntos correctos del ciclo, "dijo Fisch." Eso complica el motor, por supuesto. Y un motor convencional será más eficiente a temperaturas convencionales.

Mayor eficiencia

"Pero a temperaturas muy bajas, donde los motores convencionales operan con muy poca eficiencia, la emisión de óxidos de nitrógeno venenosos de la combustión de gasolina será significativamente menor. A esas temperaturas, nuestra invención podría ponerse en práctica con ventaja, con mayor eficiencia y economía de combustible, con los correspondientes beneficios para la salud pública de la mejora de la calidad del aire mediante la reducción de la emisión de óxidos de nitrógeno ".

Por ahora, los hallazgos patentados siguen siendo teóricos. Pero, por ejemplo, si el Congreso legislara una reducción a nivel nacional del óxido de nitrógeno, las posibilidades teóricas podrían ser muy valiosas para un mayor desarrollo, Dijo Fisch. "En principio, "agregó Geyko, "incluso una reducción moderada de las temperaturas de combustión permitidas, para decir 1, 300-1, 800 grados Celsius desde alrededor de 2, 500 grados centígrados, sería suficiente para lograr una ventaja de eficiencia relativa para un motor de gas en rotación del 5 al 10 por ciento en comparación con un motor de ciclo Otto convencional ".