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Motor pseudo-adiabático con hasta 70% rendimiento. No me lo creo

Esta semana han aparecido en algunas webs especializadas del motor (1, 2) la noticia de que un preparador de motores escandinavo ha conseguido modificar un motor de combustión hasta convertirlo en adiabático y conseguir unos rendimientos de hasta el 70%. La empresa en cuestión se llama RTU y lo explican en esta página, mezclado con bastante marketing. No os perdáis el siguiente vídeo.




A este motor le ha llamado eFone. La base para tener dudas sobre el récord de eficiencia que anuncia el fabricante es la termodinámica. Además, puede que haya que coger la frase con pinzas, y que la publicidad engañosa esté en hasta, tal y como dicen en Motorpasionfuturo

Los rendimientos habituales en máquinas térmicas son del orden del 30%. Más de la mitad de la energía se va en pérdidas de calor, fricción o gases de escape. Los motores están caracterizados por el ciclo Otto, cuyo dibujo ideal es el siguiente:


Donde los puntos 1, 2, 3, 4 y 5 son los siguientes puntos de funcionamiento de los motores:


Aquí hay un buen gif del proceso completo. Sin embargo, la realidad es que este ciclo suele ser así en los motores reales:


Vamos a explicar las distintas gráficas. El ciclo Otto es un derivado del ciclo de Carnot, solo que en Carnot vamos a tener 2 temperaturas únicamente, y en el Otto, 4. Y es una de las claves para el rendimiento. El ciclo Otto ideal supone una compresión y una expansión adiabática, es decir, donde el intercambio de calor es nulo y estamos haciendo un trabajo en un sistema. Esto en condiciones reales es prácticamente imposible, de ahí que la empresa RTU haya denominado a su motor pseudo-adiabático, donde se presupone que el intercambio de color es despreciable.

El rendimiento del ciclo Otto viene definido por:


donde Qh es el calor que se aporta en el paso de ignición y Ql es el calor que se pierde en el de expansión al ser un ciclo abierto (tiene tubo de escape y admisión de aire fresco), es el calor para enfriar los gases de escape hasta la temperatura ambiente. Si sustituimos estos términos por sus fórmulas ideales:


Y si seguís las breves operaciones de esta página, veréis que la curva de rendimiento del ciclo Otto tiene esta pinta, donde el rendimiento es totalmente dependiente del ratio de compresión (V1/V2). Se puede aumentar el rendimiento a costa de aumentar ese ratio (como hacen los turbocompresores), pero al mismo tiempo se aumenta la T2, y si llega a ser muy alta, la mezcla explotará sin ayuda de la bujía y en un punto indeseado del ciclo



Esto es la teoría. ¿Qué promete la empresa RTU? Se puede ver en el siguiente vídeo:

Parece que la clave está en un enfriamiento que hay en el proceso de ignición. Es decir, del paso 2 al 3 del gráfico del ciclo Otto. La propia empresa afirma en su web que esta técnica está patentada en Estados Unidos según la patente #6,282,898. Esta aparece aquí, y de ella rescato las siguientes partes textuales (el texto con los gráficos los tenéis aquí), y en las siguientes líneas intentaré explicar qué dice:

1. El invento se basa en mantener una temperatura suficientemente baja y una presión suficientemente alta durante la etapa de admisión que evite la pre-ignición (que la gasolina explote sin bujía).

2.  La alta presión durante la etapa de admisión se consigue gracias al compresor. Hay que aplicar la suficiente para asegurarse un ratio de compresión de 10:1. La expansión del gas al acceder a la cámara de combustión ha de bajar la temperatura lo suficiente para evitar la pre-ignición.

3. Se han detectado tensiones mayores en los anillos de los pistones, de ahí que haya sido necesario reforzarlos. El material empleado ha sido un composite metal-cerámico con un contenido de un 20% de carburo de silicio, similares a los usados en la Formula1.

4. Modo de operación: los gases de la salida de escape (28) pasan por una turbina (30) antes de la descarga, y de esta turbina se lleva a un compresor (32), que comprime el aire y lo lleva al punto de admisión (26). En condiciones normales, podría haber un intercooler entre 32 y 26, pero en la invención se ha visto innecesario.



5. Hablando llanamente: las características del turbo son las necesarias para introducir suficiente aire en el pistón de manera que antes de la ignición, el aire supere aproximadamente las 10 atmósferas de presión cuando pase por el elemento de admisión (18). A continuación, se pretende una expansión adiabática del gas a través de la válvula de admisión y del aporte del combustible en forma de vapor. A continuación, tras el chispazo, habrá una caída de presión grande (fase de expansión) de manera casi adiabática y que bajará las temperaturas, logrando una mayor eficiencia térmica.

Tal y como se puede ver, la patente es ambigua, ya que apenas ofrece cifras, y la información es muy general para ser capaz de afirmar que se obtienen rendimientos de hasta el 70%. Así que yo sostengo que eso es marketing.




Fuentes: 1, 2, 3
La mayoría de imágenes han sido extraídas de aquí.
Información sobre Carnot: 1 y 2
Comparación entre ciclo Otto y ciclo Carnot: 3

4 comentarios :

Anónimo dijo...

Fantastico!!!! Una sola aclaracion, el ratio de compresion no tiene nada que ver con el turbo, unicamente con la geometria del cilindro y la camara de combustion. Un placer

Jeibros dijo...

ok, gracias. Me he hecho un lío de conceptos, es verdad. Paso a tachar esa frase

tgacebo dijo...

Buen artículo, gracias!!. Lo del rendimiento del 70% no tiene ninguna verosimilitud. Coincido contigo que suena a estrategia de marketing.
Por puntualizar alguna cosa: En el rendimiento del ciclo Otto, dices que Ql es el calor que se pierde en el proceso de expansión; en realidad, al ser un ciclo abierto (tiene tubo de escape y admisión de aire fresco), es el calor para enfriar los gases de escape hasta la temperatura ambiente.

Jeibros dijo...

corregido, gracias :-)

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