Innovaciones existentes en el diseo y fabricacin de motores de combustin interna con mtodos ecolgicos

 

Existing innovations in the design and manufacture of internal combustion engines with ecological methods

 

Inovaes existentes no projeto e fabricao de motores de combusto interna com mtodos ecolgicos

Juliana Franchesca Insuasti-Lara I
juliana.insuasti875@ist17dejulio.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-1806-1237 

,Jorge Andrs Fraga-Portilla II
jfraga@ist17dejulio.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-5236-1148
Fernando Rene Flores-Bentez III
fflores@ist17dejulio.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-5969-1051
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: juliana.insuasti875@ist17dejulio.edu.ec

 

 

Ciencias Tcnicas y Aplicadas

Artculo de Investigacin

 

* Recibido: 23 de septiembre de 2022 *Aceptado: 18 de octubre de 2022 * Publicado: 21 de noviembre de 2022

 

 

        I.            Instituto Superior Tecnolgico 17 de Julio, Urcuqu, Ecuador.

     II.            Instituto Superior Tecnolgico 17 de Julio, Urcuqu, Ecuador.

   III.            Instituto Superior Tecnolgico 17 de Julio, Urcuqu, Ecuador.

 

 

 


 

Resumen

El objetivo de la investigacin se bas en mencionar las innovaciones en el diseo y fabricacin de motores de combustin interna con mtodos ecolgicos, a travs de una metodologa con una investigacin documental a travs de una revisin bibliogrfica. Hoy en da las naciones se preocupan por el medio ambiente, y como este se ha visto afectado por las diferentes contaminaciones emanadas por las grandes fbricas y compaas, por lo cual tratan de buscar alternativas tecnolgicas, cientficas y sociales a travs de polticas, que permitan de alguna manera regular y parar esta contaminacin; uno de los sectores que ha estado innovando para lograr minimizar la contaminacin del ambiente es el sector automotriz, dado a que los vehculos son una fuente gigante en lo que respecta a la contaminacin, debido a la emanacin de xidos como el Azufre, Nitrgeno, Carbono que son nocivos para la salud, adems de ocasionar el calentamiento global. Con base en esto se constat que desde mucho tiempo se ha buscado conseguir soluciones al problema ambiental, por lo cual se innovo en motores elctricos y motores hbridos, los cuales son ecolgicos y por ende contribuyen a la conservacin del ambiente, as como tambin en biocombustibles.

Palabras claves: Innovacin; Motores; Combustin Interna; Ecolgicos.

 

Abstract

The objective of the research was based on mentioning the innovations in the design and manufacture of internal combustion engines with ecological methods, through a methodology with documentary research through a bibliographic review. Today, nations are concerned about the environment, and how it has been affected by the different contaminations emanating from large factories and companies, for which they try to seek technological, scientific and social alternatives through policies that allow somehow regulate and stop this pollution; One of the sectors that has been innovating to minimize environmental pollution is the automotive sector, since vehicles are a huge source of pollution, due to the emanation of oxides such as Sulfur, Nitrogen, Carbon that are harmful to health, in addition to causing global warming. Based on this, it was found that solutions to the environmental problem have been sought for a long time, for which reason electric motors and hybrid motors were innovated, which are ecological and therefore contribute to the conservation of the environment, as well as biofuels. .

Keywords: Innovation; engines; Internal combustion; ecological.

 

Resumo

O objetivo da pesquisa baseou-se em citar as inovaes no projeto e fabricao de motores de combusto interna com mtodos ecolgicos, por meio de uma metodologia com pesquisa documental por meio de reviso bibliogrfica. Hoje, as naes se preocupam com o meio ambiente, e como ele tem sido afetado pelas diferentes contaminaes emanadas de grandes fbricas e empresas, para as quais procuram buscar alternativas tecnolgicas, cientficas e sociais atravs de polticas que permitam de alguma forma regular e deter esta poluio; Um dos setores que vem inovando para minimizar a poluio ambiental o setor automotivo, pois os veculos so uma grande fonte de poluio, devido emanao de xidos como Enxofre, Nitrognio, Carbono que so prejudiciais sade, alm de causarem aquecimento. Com base nisso, constatou-se que h muito se busca solues para o problema ambiental, por isso foram inovados os motores eltricos e os motores hbridos, que so ecolgicos e, portanto, contribuem para a conservao do meio ambiente, assim como os biocombustveis. .

Palavras-chave: Inovao; motores; Combusto interna; ecolgico.

 

Introduccin

La contaminacin ambiental es un tema que ha logrado captar la atencin de las naciones, puesto que cada da se ven las secuelas de no prestar cuidado al medio ambiente, agotando algunos recursos naturales y destruyendo otros a causa de la mala manipulacin de los seres humanos.

Por este motivo, se han tratado de formular leyes, tratados, entre otras normas, para tratar de frenar este fenmeno y de alguna manera lograr que el medio ambiente se mantenga en condiciones favorables que permitan que los seres vivos puedan disfrutar de ello.

Una de las contaminaciones con ms relevancia es el que se origina en el sector automotriz, dado a que los combustibles, aceites, lubricantes entre otras sustancias que son usadas en l, originan un gran porcentaje de contaminacin, la cual no solo perjudica al ser humano sino que tambin daa al medio ambiente.

Ponce et al. (2018) mencionan que el sector automotriz es uno de los ms grandes a nivel mundial y que en la actualidad presenta una etapa de transicin dado a diferentes factores; econmicos y sociales, pero el que genera mayor impacto es el ecolgico, por lo cual se estn desarrollando investigaciones que buscan sustituir el uso de los productos que se derivan del petrleo, como los autos hbridos, elctricos y el uso de combustibles alternativos, con el propsito de disminuir la contaminacin.

En este sentido, Parra y Sarmiento (2020) sealan que segn la organizacin mundial para la salud (OMS), el 23% de las muertes se relacionan con la contaminacin del aire, siendo algunos de los problemas en la salud como: accidentes cardiovasculares, cncer, enfermedades respiratorias crnicas, afecciones neonatales, etc., por lo cual propone la reduccin del carbono en la generacin de energa, la vivienda y la industrias adems de cambiar el consumo de productos qumicos nocivos, la disminucin de los desechos y el ahorro de la energa.

Adems, Hernndez (2022) indica que se ha dado una transicin ecolgica en el sector automotriz, la cual se ajusta a los objetivos de desarrollos sostenibles, los cuales han sido establecidos por la Unin Europea, y que no son de obligatoriedad para todos los pases. Algunas de las empresas de este sector que se han preparado para la fabricacin de automviles que no causen daos al ambiente son la Renault, BMW o Nissan. Dicha transicin empez a la mitad de la dcada del 2010, donde algunas de las empresas planificaron las fechas para la fabricacin de coches tantos elctricos como hbridos.

El presente artculo busca describir aquellas innovaciones actuales, que se estn llevando a cabo, con el propsito de conseguir reemplazar los motores de combustin interna, por motores ecolgicos que contribuyan conservar, mantener y mejorar el medio ambiente.

 

Metodologa

La elaboracin del artculo se us la metodologa basada en la investigacin documental, de tipo bibliogrfica, dado a que se procedi a consultar diversos documentos de carcter cientfico, artculos de revistas, publicaciones, tesis de grado, entre otros, lo cual permiti acoger las ideas de especialistas y realizar un anlisis descriptivo para el desarrollo del tema: Innovaciones existentes en el diseo y fabricacin de motores de combustin interna con mtodos ecolgicos.

Debido a las preocupaciones de las naciones por conservar y mantener los recursos naturales y por ende el ambiente, se est promoviendo la bsqueda de soluciones con respecto a la disminucin que generan los motores de combustin interna y puedan ser reemplazados por motores que no generen contaminacin o en su defecto sea muy mnima.

 

Resultados y discusin

A continuacin se presentaran algunas innovaciones y alternativas que se estn empleando para lograr minimizar la contaminacin generada por motores de combustin interna y alcanzar la meta de contar con motores que sean verdaderamente ecolgicos y por ende no perjudiquen el ambiente.

 

Vehculos elctricos

Para Trashonas (2019) este tipo de vehculos se impulsa por uno o ms motores elctricos, usando energa que es almacenada en bateras recargables, que la transforman en energa mecnica. Mientras que los motores de combustin interna queman combustible, el vehculo elctrico consigue la traccin de los motores elctricos. Adems, la energa es almacenada en un sistema de bateras, que posteriormente consumen la energa almacenada mientras se desplaza. Estos motores pueden ser de corriente alterna o corriente continua.

 

Motor Elctrico

Cifuentes (2021) Menciona que los motores elctricos son mquinas rotativas que transforman la energa elctrica en energa mecnica, a travs de diversas interacciones electromagnticas. Algunos motores son reversibles, ya que pueden hacer el proceso mencionado anteriormente al inverso, transformando la energa mecnica en energa elctrica y funcionando como un generador.

 

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: (Cifuentes, 2021)

Figura 1: Motor sncrono del BMW

 

Por otro lado, Maldonado et al. (2020) detallan algunas de las caractersticas de los motores elctricos; La transmisin en algunos casos los motores elctricos se localizan conectados a las ruedas directamente o pueden necesitar de un sistema de engranajes que le permia al vehculo poder subir pendientes y que no consuma mayor energa. Adems, mencionan los tipos de motores elctricos, los cuales se muestran en la figura 2.

 

Figura 2: Tipos de motores elctricos para vehculos segn su marca

Fuente: (Maldonado et al., 2020)

Segn lo menciona Choca y Coello (2022) existen dos tipos de motores de corriente los cuales son:

-                     Motores de Corriente continua: Tienen una existencia de ms de 125 aos, siendo los primeros motores elctricos en ser desarrollados y por supuesto han ido evolucionando con el tiempo tanto en forma como en avance tecnolgico, logrando motores de gran potencia, motores ms pequeos, hacindolos aptos para para cualquier aplicacin: industria, aparatos elctricos y electrnicos, en sistemas de vehculos y sistemas de traccin elctrica. Se alimentan de corriente continua, bien a travs de pilas o bateras o por corriente alterna suministrada por un equipo externo o por un equipo propio que se localice dentro del sistema del motor elctrico.

-                     Motores de corriente alterna: Son muy confiables, dado a su alto rendimiento y su fiabilidad, ya que no necesitan excitacin en el rotor. Estos se clasifican a su vez por:

         Motor de corriente alterna asncrono: Posee una alimentacin de corriente trifsica, por lo cual es el ms utilizado en la industria dado a la facilidad de uso, robustez y fcil mantenimiento.

         Motor de corriente alterna sncrono: Tienen la capacidad para mantener una velocidad constante, por lo cual constan de un bobinado de forma circular, tal como se muestra en la figura 3, cuando se usa una corriente alterna se lograr un campo magntico que es conocido como campo giratorio.

 

Fuente: (Choca y Coello, 2022)

Figura 3: Disposicin del Bobinado

 

-                     Motores universales: Reciben la alimentacin de corriente tanto continua como alterna y no altera su funcionamiento, el cual radica en la excitacin del inductor y el inducido con una misma corriente, y de esta forma se genera un circuito de alimentacin en serie.

 

Vehculos con motor hibrido

Estos vehculos, segn lo mencionan Ramrez y Valdez (2022), son aquellos que tienen dos motores, uno con combustin interna y el otro elctrico, que en unidos generan la energa necesaria para impulsar el vehculo, por lo que consumen menos combustible y las emisiones son menos excesivas. Adems pueden trabajar por separado o de forma conjunta. Cuando estos funcionan por separado se debe asegurar que las bateras cuentan con suficiente energa almacenada, y el motor elctrico se utilizada para accionar el vehculo, y en el momento en que las bateras se descarguen, comienza a funcionar el motor de combustin, hasta que las bateras vuelvan a cargarse.

 

Caractersticas de los motores hbridos

Segn Colcha et al. (2022) las caractersticas de los motores hbridos son:

-                     La conduccin se puede hacer: solo elctrica o elctrica combinada con trmica, por lo que la fuerza de giro de las ruedas se combinan ambos motores y permiten que las ruedas se impulsen elctricamente generando corriente. Adems, las bateras se recargan a travs de la conduccin, por lo que requieren de una fuente de carga externa para recargar las bateras y conducir ciertas distancias en modo elctrico, siempre y cuando las bateras estn bien cargadas.

-                     Tienen mejor actuacin ambiental, por lo que el ahorro que admite el sistema de freno regenerarlo, y adems los distintos modos para conduccin eco que mejoran el rendimiento y consumo, y tambin utilizar el motor elctrico dentro de la circulacin urbana con continuos arranques y paradas (lo cual eleva el consumo de combustibles convencionales y daan la mecnica), y los desplazamientos a mnima velocidad.

-                     El encendido y el arranque del vehculo est a cargo del modo elctrico.

-                     Presentan una mayor eficiencia, puesto que en la conduccin urbana, zona en la cual el trfico es ms pesado y se hace necesario detenerse y volver a realizar la marcha. Siendo eficiente para estos tramos cortos de la ciudad donde el consumo de combustible es cero.g

-                     Presentan sistemas de recuperacin de energa conocidos como KERS (Kinetic Energy Recovery System), sistema que transforma la energa de movimiento y frenada del vehculo en otro tipo de energa que luego es posible volver a utilizar. Estos KERS pueden ser: mecnicos, hidrulicos, neumticos y elctricos (Colcha et al., 2022)

De igual manera, los vehculos hbridos funcionan segn lo seala Farinango (2020) cuando entra en conjunto con un sistema conocido como start-stop, el cual tiene la funcin de encender y apagar el motor de combustin interna cuando se requiera. El funcionamiento de los motores para recorridos cortos y velocidad bajar, solo trabaja el motor elctrico, mientras que en recorridos largos y velocidades altas, trabajan ambos motores. En la figura 4, se muestra el funcionamiento de los vehculos hbridos.

 

Fuente: (Farinango, 2020)

Figura 4: Funcionamiento de los vehculos hbridos

 

Adems, menciona que los vehculos hbridos combinan las prestaciones del motor de combustin interna con las del motor elctrico, lo cual origina un ahorro importante de combustible y no emisiones al ambiente. En la figura 5 Se muestra el diagrama del funcionamiento de los vehculos hbridos.

 

 

 

Fuente: (Farinango, 2020)

Figura 5: Diagrama de funcionamiento de los vehculos hbridos

 

Otras de las innovaciones que se estn utilizando, es el uso de biocombustibles, los cuales segn lo exponen Reyes et al. (2020) estn para dar respuestas a las diferentes polticas gubernamentales sobre la seguridad energtica, y de esta forma reemplazar los combustibles fsiles y de lograr minimizar el peligro que originan al medio ambiente.

Segn Cuevas y Nava (2023) los biocombustibles son lquidos o gases donde la combustin que generan produce energa. El sufijo bio se utiliza ya que el combustible es obtenido de fuentes biolgicas como la biomasa, la cual es la materia de origen biolgico, donde resalta la vegetal, involucrando el ciclo de la fotosntesis, por lo que la biomasa es renovable, sostenible, biodegradable, que posee un balance neutro en el ciclo del carbono y lo ms importante contribuye positivamente con el ambiente.

Estos biocombustibles estn compuestos segn lo menciona Toalombo et al. (2022), por alcoholes, etheres, esteres y otros compuestos qumicos que se producen por la biomasa, como las plantas herbceas y leosas, residuos de la agricultura y actividades forestales y de los desechos industriales, as como los desperdicios de la industria alimenticia.

Existen diferentes tipos de biocombustibles los cuales son mencionados por Gutirrez (2020), son:

-                     Bioetanol: Es un tipo de alcohol inflamable, el cual se obtiene de la fermentacin de diferentes tipos de material orgnico, generalmente de materia de origen vegetal, los cuales contienen almidones y azucares con un alto grado de celulosa. Tienen diversos usos que los combustibles que se queman para lograr la obtencin de diferentes tipos de energa, siendo las principales:

         Produccin de ETBE (Etil tercier-butil ter) por medio de biometanol.

         Combinado con gasolina.

         Combustible principal para motores de gasolina.

-                     Biogs: Es un tipo de combustible gas que se origina de las reacciones qumicas realizadas por ciertos microorganismos, como; bacterias, ya que estas se nutren de materia orgnica en descomposicin, lo cual se produce cuando se alimentan de materia orgnica muerta, (putrefaccin o descomposicin). Sin embargo, para que esto pueda suceder es necesario que se cumplan ciertas condiciones, como estar en una atmosfera sin oxgeno, o sea, un sitio anaerbico, para que las bacterias logren realizar este proceso y el gas sea ptimo para el uso humano. Su composicin es muy variada, pero mayormente contiene 50%-70% del total de gas metano, un porcentaje considerable de CO2 y en menas cantidades oxgeno, hidrogeno, entre otros.

-                     Biodiesel: Es un biocombustible sinttico lquido, el cual se logra mediante lpidos naturales como: las grasas de animales o aceites vegetales. Su obtencin es a travs de procesos industriales: esterificacin o transesterificacin, y se usa para preparar sustitutos parciales o totales del gasleo o petrodiesel, derivados del petrleo. Una de sus ventajas es que disminuye las emisiones de los vehculos como el CO y los hidrocarburos voltiles en los motores de gasolina y de partculas en los motores disel.

Los biocombustibles deben tener las siguientes caractersticas, segn lo expuesto por (Sanchez, 2019):

-                     Contribuir con el desarrollo de la economa.

-                     No impactar negativamente la tierra el suelo y el aire, adems de no afectar la flora y la fauna.

-                     Minimizar la emisin de GEI.

Otro de los elementos que se est usando como biocombustible segn lo explica Jorque et al. (2022), es el hidrogeno, el cual es un gas inflamable, con gran potencial para ser usado en vehculos de combustin interna, debido a que posee una emisin inofensiva hacia el medio ambiente cuando se quema, su funcionamiento se basa en la naturaleza inflamable del hidrogeno. Sin embargo, la eficiencia de los vehculos y la eficiencia energtica, son menores en comparacin al motor que usa gasolina o disel.

 

Conclusin

Es evidente que el ser humano en la bsqueda de satisfacer sus necesidades y de lograr contribuir al mantenimiento de los recursos naturales, se encuentra en constante investigacin buscando alternativas que permitan, primero aprovechar esos recursos naturales al mximo, segundo minimizar la contaminacin ambiental originada por los fosiles y tercero aprovechar el uso de la tecnologa.

Es por ello que grandes empresas como la Toyota, Nissan, BMW y Renault, desde hace ya un largo tiempo comenzaron investigaciones de cmo encontrar soluciones para mejorar y sustituir los motores de combustin interna, bien, creando biocombustibles que no generen un alto porcentaje de contaminacin y por otro lado implementar el uso de motores elctricos, los cuales no generan contaminacin al ambiente.

Es evidente entonces que estas innovaciones generan un gran paso hacia la automocin de futuro, por la reduccin de emisiones de CO2, lo simple de su maquinaria y el aprovechamiento de energa renovables.

 

Referencias

1.      Choca, C. G., & Coello, J. C. (2022). Diseo e implementacin de un sistema de traccin elctrica aplicado a un vehculo prototipo hbrido de tres ruedas del grupo de investigacin Sapia de la Espoch. Trabajo de titulacin, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Riobamba. Obtenido de http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/16583/1/65T00449.pdf

2.      Cifuentes, C. F. (2021). Herramienta de soporte para el anlisis de tecnologas e movilidad elctricos, hbridos y de combustion interna ciclo otto, disponibles en el mercado nacional en la franja de autos familiares en Bogot D.C. Universidad Libre de Colombia, Bogot. Obtenido de http://repository.unilibre.edu.co/handle/10901/23591

3.      Colcha, A. S., Quishpe, L. C., & Pineda, D. P. (Octubre de 2022). Caractersticas de los vehculos con motores hbridos. Una revision bibliogrfica. Polo del Conocimiento, 7(10), 1710-1725. Obtenido de https://polodelconocimiento.com/ojs/index.php/es/article/view/4810

4.      Cuevas, R., & Nava, I. (enero-junio de 2023). Produccion de combustibles renovables. Revista Mundo Nano, 16(30). doi:https://doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2023.30.69635

5.      Farinango, W. F. (2020). Anlisis elctrico y mecnico en los modos de operacin en el sistema transeje de vehculo hbrido Toyota Lexus. Trabajo de titulacin, Universidad de las Fuerzas Armadas , Latacunga. Obtenido de http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/23239/1/T-ESPEL-MAI-0700.pdf

6.      Gutirrez, E. (2020). Estudio y anlisis de la obtencin de biodisel a partir de Jatropha Curcas y aplicacin a los motores de combustin interna alternativo. Trabajo fin de grado, Universidad de Sevilla, Sevilla. Obtenido de https://idus.us.es/handle/11441/105061

7.      Hernndez, E. (2022). La transicin ecolgica en las empresas de automocin. Trabajo fin de grado, Universidad Valladolid, Valladolid. Obtenido de https://uvadoc.uva.es/handle/10324/54580

8.      Jorque, A. M., Arias, A. X., Borja, D. X., & Moreno, A. S. (Octubre de 2022). Estudio de la utilizacion del hidrgeno en la industria automotriz: Revisin. Polo del Conocimiento, 7(10), 1645-1667. doi:10.23857/pc.v7i10.4806

9.      Maldonado, F. E., Masaquiza, A. G., Gadvay, D. J., & Jima , J. C. (Agosto de 2020). Modelo de componentes de un vehculo elctrico que aportan a un anlisis de la tecnologa kimpia en la industria automotriz. Polo del Conocimiento, 5(8), 689-705. Obtenido de https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=7554374

10.  Parra, F., & Sarmiento, S. A. (2020). Evaluacin del comportamiento de un motor de combustin con mezcla de hirdrgeno en el proceso de adminisin de combustible en la ciudad de Bogot. Trabajo de grado, Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas, Bogot. Obtenido de https://repository.udistrital.edu.co/bitstream/handle/11349/25370/ParraAgudeloFelipe2020.pdf?sequence=1&isAllowed=y

11.  Ponce, A. Q., Lozada, A., Snchez, I., & Campero, R. (2018). Modelo computacional para aprovechar el calor en un motor de combustin interna. Instituto Tecnolgico y de Estudios Superiores de Monterrey. Obtenido de http://hdl.handle.net/11285/632235

12.  Ramrez, C. J., & Valdez, K. J. (2022). Automviles hbridos y elctricos: suimpacto al medio ambiente en la era del Covid-19. Trabajo de titulacin, Universidad Politcnica Salesiana, Guayaquil. Obtenido de https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/22798/1/UPS-GT003819.pdf

13.  Reyes, Y., Morejn, Y., & Arteaga, M. (septiembre-diciembre de 2020). Una visin sobre el empleo de mezclas etanol-gasolina en motores de combustin interna. Revista Ciencia Universitaria, 18(3). Obtenido de https://rcta.unah.edu.cu/index.php/ACUNAH/article/view/1531

14.  Sanchez, J. E. (2019). Cadenas de valor e innovacin. Durango. Obtenido de https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=3J6sDwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA237&dq=tipos+de+biocombustibles&ots=BHBd5_YgTw&sig=qZa6cFC22357jSntmdVMvkP0hwk#v=onepage&q=tipos%20de%20biocombustibles&f=false

15.  Toalombo, V. M., Borja, D. F., Feijoo, M. P., & Cedillo, J. P. (Julio de 2022). Los biocombustibles como alternativa de energa a partir de recursos renovables y/o desechos. Polo del Conocimiento, 7(7), 386-407. Obtenido de https://www.polodelconocimiento.com/ojs/index.php/es/article/view/4230

16.  Trashonas, J. (2019). Vehculos Elctricos. Obtenido de https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=FMqwDwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PR5&dq=vehiculos+electricos&ots=sI6KEDA74N&sig=ulyZ4Malec1kTQmW41snLnBZ0Ww#v=onepage&q&f=false

 

 

 

2022 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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