Los ingenieros químicos que prueban métodos para mejorar la eficiencia de los motores diesel mientras mantienen el rendimiento obtienen ayuda de un elemento básico de verano: las antorchas Tiki.
Un equipo de ingenieros de la Universidad de Notre Dame está utilizando las antorchas del patio trasero como parte de un esfuerzo para imitar el proceso de oxidación del hollín en un motor diesel, cuando el hollín en el escape de diesel se acumula en las paredes de un filtro de partículas y tiene quequemarse - según un estudio publicado recientemente en Catalizadores .
"Este estudio es parte de un esfuerzo durante muchos años en el que hemos descubierto y desarrollado catalizadores de bajo costo para la oxidación del hollín que se basan en vidrio de sílice", dijo Paul McGinn, coautor principal del estudio y profesor enDepartamento de Ingeniería Química y Biomolecular de Notre Dame.
McGinn y el co-investigador principal Changsheng Su de Cummins Inc. desarrollaron un método para recubrir los filtros de partículas diésel con un vidrio de sílice, que libera lentamente iones de potasio. El potasio actúa como un catalizador, reduciendo las temperaturas necesarias para iniciar la regeneración del filtro, ooxidación del hollín - para mejorar la eficiencia.
Lo que necesitaban era una forma simple de simular las condiciones de manejo del mundo real, incluido el flujo continuo de hollín a medida que pasa a través de un filtro de partículas diesel.
"Podríamos hacerlo continuamente usando la antorcha Tiki, usando el hollín Tiki como sustituto del hollín real del motor", dijo McGinn. "Dependiendo de la configuración, realmente sale mucho hollín, que es lo quequeremos ". El equipo construyó un sofisticado reactor equipado con un generador de hollín y sensores de contrapresión, que les permite controlar condiciones que incluyen tasas de oxígeno, relaciones aire-combustible y producción de hollín por hora".
Los nuevos métodos para reducir la oxidación del hollín son de particular interés para los fabricantes de motores diésel. El escape de diésel contiene, entre otras cosas, partículas de hollín y óxidos de nitrógeno NOx, siendo el hollín un importante contribuyente al calentamiento global y una causa de problemas respiratorios.La Agencia de Protección Ambiental EPA ha estado trabajando para reducir las emisiones de vehículos, vehículos industriales, locomotoras y barcos durante más de una década.
Para los vehículos con motor diésel, la EPA requiere que tanto el hollín como el NOx se mantengan por debajo de ciertos niveles, pero quedan desafíos para reducir esas emisiones económicamente sin sacrificar el rendimiento. Cuando las condiciones de funcionamiento del motor se ajustan para emitir niveles bajos de NOx, los niveles de hollín aumentan yviceversa.
Un filtro de partículas diésel estándar es un cilindro de cerámica con una estructura tipo panal y paredes porosas. Cualquier otro canal, o abertura, del filtro se cierra. Cuando el escape ingresa al filtro, el hollín se acumula a lo largo de las paredes interiores comoel escape limpio pasa a través.
Para quemar la acumulación de hollín a lo largo de las paredes del filtro, las temperaturas de escape deben alcanzar los 600 grados Celsius 1,112 F ". Cuando se encuentra en un entorno urbano donde está deteniendo y arrancando el motor, la temperatura de escape noponte caliente ", dijo McGinn.
En algunos casos, el combustible se usa para calentar el filtro y quemar el hollín, un proceso llamado regeneración activa, que produce un impacto en el consumo de combustible del vehículo y requiere un uso sustancial de metales nobles como el platino.
"Todo el mundo está buscando una forma de bajo costo para bajar la temperatura", dijo McGinn. "En nuestro caso, hemos desarrollado un recubrimiento de vidrio económico que tiene un espesor de una a dos micras y lo aplicamos a los filtros de partículas diesel.El vidrio entrega un catalizador de potasio lentamente durante más de 150,000 millas de conducción y permite lo que se llama regeneración pasiva. Entonces, cuando estás en la carretera a alta velocidad, la temperatura de escape se eleva lo suficiente como para quemar hollín continuamente ".
Con las antorchas Tiki proporcionando la acumulación de hollín necesaria para las pruebas, McGinn dijo que su equipo analizará cómo adaptar aún más la composición del vidrio para reducir también el NOx.
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Materiales proporcionado por Universidad de Notre Dame . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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