Uno de los retos de la automoción actual es optimizar los motores de combustión interna para conseguir que los vehÃculos, tanto los que usan diésel como los de gasolina, aumenten su rendimiento a la vez que minimizan las emisiones contaminantes. Para ello, los cientÃficos estudian distintas técnicas de combustión, pero hacerlo con experimentos reales resulta muy costoso y no siempre permite obtener información detallada. La alternativa es realizar los experimentos mediante simulaciones por ordenador.
El Grupo de Investigación en Termodinámica y FÃsica EstadÃstica de la Universidad de Salamanca trabaja en este campo gracias al desarrollo de sus propias simulaciones. Su resultado más reciente acaba de ser publicado en la revista cientÃfica Meccanica e indica que un automóvil de gasolina funciona mejor con una mezcla de hasta un 20% de etanol sin tener que modificar el diseño del motor. Por encima de este porcentaje ya serÃa necesario realizar cambios en el motor para que pudiera adaptarse al biocombustible.
Alejandro Medina, investigador del Departamento de FÃsica Aplica, explica que los experimentos en los laboratorios son caros y es difÃcil obtener ciertos datos. Sin embargo, con las simulaciones, a partir de leyes fÃsicas y quÃmicas básicas, resuelven ecuaciones diferenciales complicadas y podemos medir todas las variables de una forma más rápida y económica. Los resultados se validan comparándolos con los que se obtienen en los motores experimentales y, a partir de ahÃ, es como tener el motor en tu ordenador.
Las conclusiones de esta publicación cientÃfica ya se habÃan demostrado experimentalmente, pero de esta forma quedan ratificadas con nuevos detalles técnicos. Con esa quinta parte de etanol en la mezcla, aumenta la potencia del motor, disminuyen las emisiones de monóxido de carbono y disminuye el consumo. Además, la mezcla tiene un octanaje mayor.
Entre las ventajas de mezclar gasolina y etanol, que revela el trabajo de la Universidad de Salamanca, destaca la reducción de un fenómeno que los especialistas conocen como variabilidad ciclo a ciclo. El motor consta de cilindro con un pistón que sube y baja gracias a que el combustible, al quemarse, lo empuja; esto está conectado por medio de una biela a un cigüeñal que gira y, a su vez, hace girar las ruedas del vehÃculo. Este sistema funciona a muchas revoluciones por minuto, pero no todos los ciclos son iguales, en algunos se libera mucha energÃa y se aprovecha de forma eficiente y en otros no, asà que se está haciendo mucha investigación experimental y por simulación para mejorar este aspecto. Una manera de disminuir esta variabilidad es añadir aditivos a la gasolina para hacer que se queme más rápido y, precisamente, este artÃculo cientÃfico demuestra que el etanol logra una combustión más rápida y ayuda a solventar este problema.
El artÃculo es el resultado de la colaboración del equipo salmantino con Pedro Curto, investigador de la Universidad de la República (Uruguay) y Asok K. Sen, de la Universidad de Indiana (Estados Unidos). Por parte del Grupo de Investigación en Termodinámica y FÃsica EstadÃstica de la Universidad de Salamanca también firma el artÃculo Antonio Calvo Hernández.
En paÃses como Estados Unidos y Brasil ya es habitual la venta de gasolina mezclada con etanol, un biocombustible menos contaminante porque genera menos monóxido de carbono, y que además es renovable porque procede de la destilación de cereales ricos en azúcar. Por eso, la investigación en torno a las propiedades del etanol cobra una especial importancia de cara a problemas como la lucha contra el cambio climático.
El Grupo de Investigación en Termodinámica y FÃsica EstadÃstica de la Universidad de Salamanca ha desarrollado un tipo de simulaciones por ordenador que son especialmente indicadas para realizar estos estudios sobre motores. Por una parte, están los modelos denominados cero-dimensionales, que ofrecen simulaciones básicas, que son fáciles de implementar pero que ofrecen información básica. Por otra parte, los modelos multidimensionales son muy sofisticadas, pero ofrecen un volumen de datos tan grande que es difÃcil extraer información concreta y útil, y no pueden operar en ordenadores convencionales. Por eso, ellos han desarrollado simulaciones cuasi-dimensionales, que son lo suficientemente detalladas pero pueden operar en un ordenador cualquiera.
Otro de los aspectos en los que trabaja el grupo es el estudio de un nuevo tipo de motores, denominados HCCI, que son una mezcla de los motores diésel y los de gasolina. Están en fase de investigación y desarrollo y en unos años podrán ser comerciales, supondrán una vuelta de tuerca más en cuanto a consumo y emisiones. Para avanzar en este campo, el grupo de Salamanca colabora con un laboratorio de la Universidad Tecnológica de Lublin (Polonia) que obtiene datos experimentales de motores en fase de desarrollo.