22/10/2013 - Recuperación del calor de los gases de escape en motores para aumentar su rendimiento

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La conocida afirmación de Antoine Lavoisier sobre la química en la que argumentó que «nada se pierde, nada se crea, todo se transforma» podría reutilizarse fácilmente como lema de la Unión Europea en materia de eficacia energética.

El calor residual, por ejemplo, es una fuente importante de emisiones de CO2 desde los hogares, la industria y el transporte que la UE combate con denuedo. Cabe preguntarse si es posible dar con un método viable para evitar esta pérdida y convertirla en energía adicional.

Transporte. Responsable de la cuarta parte de las emisiones GEI de Europa

El proyecto financiado con fondos europeos POWERDRIVER es uno de los dedicados a generar energía a gran escala en Europa a partir de calor residual. El proyecto trata en concreto sobre el sector del transporte, el cual genera una cuarta parte de las emisiones de gases de efecto invernadero de toda Europa. Su intención es convertir el calor residual de los gases de escape de los motores de combustión interna en electricidad mediante el empleo de tecnologías de generación termoeléctrica (TGEN).

El proyecto se puso en marcha en febrero de 2012 y ya ha dado sus primeros frutos. Las labores de simulación de una posible aplicación a la automoción predijeron una producción de 300W y un ahorro de combustible del 2,5 % de acuerdo con el NEDC (Nuevo Ciclo de Conducción Europeo). La simulación es un paso clave previo al diseño de TGEN y de intercambiadores de calor necesario para lograr un rendimiento óptimo del sistema definido en función de euros por vatio y estabilidad térmica.

«Los generadores termoeléctricos son una tecnología prometedora que permite recuperar una energía térmica que de otro modo se perdería», comentó el Dr. Barri Stirrup, de European Thermodynamics Ltd., empresa asociada al proyecto. «Con el proyecto POWERDRIVER se espera acelerar la comercialización de esta tecnología. El trabajo de simulación indicó que la producción de energía se equipara a un ahorro energético considerable de acuerdo con el NEDC y por tanto desde el proyecto se procederá a diseñar sistemas prototipo que aporten aplicaciones rentables de esta tecnología».

Desarrollo de prototipo

El prototipo será un diseño de TGEN para un automóvil de la marca Jaguar que aporte una reducción en el consumo de combustible y en las emisiones de dióxido de carbono. Se instalará entre dos intercambiadores de calor, uno del lado caliente y otro del lado frío. La gran diferencia de temperatura entre los materiales termoeléctricos generará energía eléctrica.

También se diseñarán dos aplicaciones marítimas basadas en gasoil, pero la dificultad tanto de esta labor como de la destinada a la automoción será sin duda considerable. En primer lugar, los materiales termoeléctricos contemplados para la aplicación en el sector automovilístico se basan en el siliciuro, un material de coste bajo pero que precisa un mayor desarrollo para lograr la estabilidad térmica y el rendimiento necesarios para que la tecnología sea viable. Esto no se debe únicamente al hecho de que los TGEN se ubiquen a lo largo del sistema de escape y se sometan a ciclos térmicos importantes.

Los materiales termoeléctricos basados en telururo de plomo investigados para la aplicación marina tienen ya una eficacia ampliamente probada en aplicaciones similares, pero presentan problemas relacionados con la estabilidad térmica y económica que han de superarse. Los generadores termoeléctricos precisan de un sistema de control electrónico para aumentar al máximo la eficacia de la producción de energía y la unión de los dos conductores de corriente al material termoeléctrico también genera retos de relevancia.

«El calor residual que se pierde en el sistema de escape es una de las principales fuentes de ineficacia de los motores modernos; por ello, la generación termoeléctrica supone un medio interesante para aprovechar este calor y extraer energía eléctrica. Nos ilusiona seguir trabajando con nuestros socios en el proyecto POWERDRIVER para crear diseños de prototipos viables de implementaciones rentables de esta tecnología», declaró el profesor Neville Jackson, jefe de tecnología e innovación en Ricardo UK Ltd.

El proyecto POWERDRIVER es una iniciativa científica financiada por el 7PM en la que participan varias organizaciones de usuarios finales del Reino Unido. Jaguar Land Rover Ltd. manifestó interés en esta tecnología capaz de instalarse en motores automovilísticos de gasolina, mientras que Rolls-Royce PLC se plantea aplicaciones marinas relacionadas con los motores de gasoil.

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POWERDRIVER
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