EDUARDO CESAREn el CTBE, un equipo de prueba para bujías de encendido y estudio de la combustión del etanol en motoresEDUARDO CESAR
Quien conducía vehículos impulsados por alcohol en la década de 1980, seguramente se acuerda del cebador, un botón o palanca del que debía tirarse para inyectar más combustible en el motor al momento del arranque, para que éste se calentara y funcionase de manera adecuada. La evolución tecnológica condujo a la automatización del cebador e impulsó el sistema flex, al comienzo de los años 2000, y desde entonces, la gasolina y el etanol conviven en el mismo motor con cualquier porcentaje de uno u otro. Esta configuración se transformó en un éxito de ventas, pero todavía requiere avances, principalmente con respecto al consumo de alcohol, mayor en un 30% al de gasolina, una desventaja que está empezando a ser mejor estudiada en varios trabajos conjuntos entre instituciones de investigación y las industrias automovilísticas y de autopartes.
“El conocimiento sobre la combustión del etanol dentro del motor aún es escaso”, dice el ingeniero Jayr de Amorim Filho, investigador del Laboratorio Nacional de Ciencia y Tecnología del Bioetanol (CTBE), instalado en la ciudad de Campinas, en São Paulo. “Desde 2009 venimos realizando estudios fundamentales en el plasma que se forma entre la chispa emitida por la bujía y la combustión del etanol dentro del motor”, comenta. “Hemos logrado proponer algunas nuevas técnicas para comprender mejor lo que sucede en el instante de la descarga, cuando la combustión del etanol se propaga en el espacio, provoca reacciones químicas y libera energía para impulsar al vehículo”.
Los investigadores descubrieron y lograron visualizar lo que sucede en el interior del motor por medio de una fibra óptica acoplada a la bujía y que ingresa en las entrañas del motor. “Es similar a un endoscopio”, comenta Amorim. La fibra capta la luz emitida por la chispa. Después se la analiza para detectar los gases que se formaron antes, durante y después de la combustión. “En nuestro estudio, la bujía emite chispas cada 10 milisegundos –100 pulsos por segundo– y la luz nos suministra información sobre los gases que se forman con la explosión dentro de esos lapsos. Así es como pretendemos, amén de contribuir a la reducción del consumo de etanol, también disminuir la emisión de gases nocivos para el ambiente, que ya es menor en relación con los motores de gasolina”.
El trabajo del equipo de Amorim se financió mediante un convenio entre la FAPESP y la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Minas Gerais (Fapemig) en un proyecto vinculado con el Programa FAPESP de Investigaciones en Bioenergía (Bioen) y cuenta con investigadores de la Universidad Federal de Juiz de Fora (UFJF) y del Departamento de Física del Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), donde el investigador del CTBE comenzó los estudios con motores impulsados con alcohol. Desde el comienzo de la investigación, Bosch, una empresa fabricante de bujías y sistemas de combustión automovilística –pionera en el desarrollo del sistema flex–, contribuyó con la provisión del material y ahora está estudiando un convenio para el montaje de un laboratorio en el CTBE con el objetivo de estudiar la combustión del etanol. El grupo también cuenta con un convenio en el área de combustión con la empresa Mahle, fabricante de piezas de motores con sede en la localidad de Jundiaí (São Paulo).
Una mejor comprensión de los motores que funcionan con etanol también requiere un mejor entendimiento del desgaste y el rozamiento de las piezas que lo componen. “Aunque han evolucionado, los motores flex que utilizan etanol presentan mayor desgaste en sus partes porque el alcohol tiene una menor capacidad de lubricación que la gasolina”, dice el profesor Amilton Sinatora, docente de la Escuela Politécnica (Poli) de la Universidad de São Paulo (USP). “Hace algunos años empezamos a estudiar el problema en trabajos académicos. Lo que nos motivó fueron los informes, en revistas como 4 Rodas, de problemas de desgaste en válvulas y aros de pistón de los motores, por ejemplo”, comenta Sinatora. A partir de ahí, él comenzó a diagramar un proyecto conjunto con el centro tecnológico de Mahle.
El spray de la explosión
El proyecto, en gestación desde 2009, fue aprobado por la FAPESP en 2011 con otros socios: Fiat, Volkswagen, Renault y Petrobras, que contribuirá en los estudios tendientes a obtener nuevos aceites lubricantes para combatir en forma más específica el efecto del uso simultáneo de lubricantes distintos en los motores flex. “La tendencia de los últimos años es la fabricación de motores más livianos, comprimidos, potentes y que emiten menos contaminantes. Ahora proyectamos motores que tengan menor desgaste a lo largo del tiempo con el etanol”. La importancia de estos estudios reside también en el hecho de que no existen todavía estudios muy extensos de motores flex con etanol fuera de Brasil. “Los estudios en el exterior comenzaron hace tres años”, informa. Él coordina el proyecto con la colaboración de equipos en las empresas y en otras dos universidades, la Universidad Federal del ABC, junto con el profesor Humberto Yoshimura, y en la Unicamp, con el profesor Francisco Marques.
La medición del tamaño de las gotas del spray en la combustión de etanol mediante técnicas que utilizan láser forma parte del inicio de otro proyecto relacionado con los motores de alcohol cuyo objetivo es analizar nuevas posibilidades de combustión del biocombustible. “Se trata de una investigación básica para el estudio de la combustión del etanol”, dice el profesor Guenther Carlos Krieger Filho, de la Poli-USP. El proyecto que él coordina forma parte del Bioen y se apoya en un convenio de cooperación para el desarrollo tecnológico entre la FAPESP, la empresa Vale S.A., la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Pará (Fapespa) y la Fapemig. El proyecto concluirá en 2015.
“Estos estudios resultan muy importantes porque el motor flex se encuentra a medio camino entre el motor de gasolina y el impulsado con alcohol en términos de regulación”, apunta el ingeniero Waldemar Christofoletti, del comité de vehículos livianos de SAE Brasil, una entidad que agrupa a los ingenieros automovilísticos y aeroespaciales. En su opinión, el sistema flex es muy bueno, aunque está lejos de ser un motor de alcohol eficiente. “Creo que la relación puede mejorar del 30% de diferencia en el consumo hasta un 15% a lo sumo; pero, para ello, se necesita incluir también software y hardware, o los componentes físicos y electrónicos que conforman el sistema de inyección de combustible”, dice Christofoletti.
Otro factor que alimentó el interés de las empresas en los avances para los motores de alcohol es el programa del gobierno federal presentado en abril de este año, denominado Programa de Incentivo a la Innovación Tecnológica y Consolidación de la Cadena Productiva de Vehículos Automotores (Inovar-Auto). El mismo concederá descuentos en el Impuesto sobre Productos Industrializados (IPI), a partir de enero de 2013, a los fabricantes de vehículos y autopartes que demuestren inversiones en desarrollo tecnológico y eficiencia energética.
Los Proyectos
1. Etanol – Utilización del etanol como combustible: ignición por plasma en motores vehiculares (nº 2008/58195-3); Modalidad Programa FAPESP de Investigación en Bioenergía (Bioen); Coordinador Jayr de Amorim Filho – CTBE; Inversión R$ 174.962,34 y US$ 149.501,85 (FAPESP)
2. Desafíos tribológicos en los motores flex-fuel (nº 2009/54891-8); Modalidad Programa de Apoyo a la Investigación Cooperativa para Innovación Tecnológica (Pite); Coordinador Amilton Sinatora – USP; Inversión R$ 975.435,65 y US$ 690.091,30 (FAPESP)
3. Estudio experimental y computarizado de spray turbulentos de etanol para aplicaciones en motores de combustión interna (nº 2010/51310-1); Modalidad Programa FAPESP de Investigación en Bioenergía (Bioen); Coordinador Guenther Carlos Krieger Filho – USP; Inversión R$ 123.551,15 y US$ 293.241,32 (FAPESP); R$ 285.274,15 y US$ 293.241,32 (Vale)
