ESTUDIO EXPERIMENTAL SOBRE LA MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA Y LA MITIGACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL DE UN MOTOR DE AUTOMÓVIL MEDIANTE LA INYECCIÓN DE HIDRÓGENO EN EL SISTEMA DE ADMISIÓN DE AIRE

Resumen

Actualmente, la demanda mundial de energía se satisface principalmente con combustibles fósiles, cuyo agotamiento se prevé en un futuro próximo. Además, el coste de estos combustibles ha aumentado debido a la mayor demanda y a la mejora de las condiciones económicas en algunos países. La creciente dependencia de los combustibles fósiles ha contribuido significativamente al aumento del calentamiento global y la contaminación atmosférica. El hidrógeno, con su alto octanaje y su considerable poder calorífico, mejora la eficiencia térmica de los motores de combustión interna. Además, la ausencia de enlaces de carbono en el hidrógeno implica que reduce las emisiones de monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO₂) al mezclarse con gasolina. Por lo tanto, la investigación y el desarrollo de motores de combustión interna (ICE) propulsados ​​por hidrógeno y gasolina presentan un potencial prometedor. En este contexto, el presente estudio propone una investigación experimental destinada a mejorar la eficiencia energética y reducir el impacto ambiental de un motor de automóvil de gasolina mediante la inyección de hidrógeno en el sistema de admisión de aire. El principal reto al que se enfrenta la industria automotriz es el desarrollo de sistemas de propulsión eficientes que emitan menos contaminantes, lo que motiva este estudio. Para este trabajo, se construyó un banco de pruebas experimental con un motor de gasolina Ford Zetec Rocam 1.0 (1000 cc), que incorpora inyección de hidrógeno en el colector de admisión. El motor no se modificó para la mezcla de gasolina e hidrógeno, y el tiempo de encendido se mantuvo sin cambios, manteniéndose consistente con el de la gasolina. Las evaluaciones de rendimiento se realizaron a 1000, 2000 y 3000 rpm, con parámetros de aire establecidos a 30 °C de temperatura de bulbo seco y 77 % de humedad relativa. La adición de hidrógeno aumentó la energía total y aceleró la reacción de combustión de la mezcla, lo que resultó en una mejora en la eficiencia térmica del 10 %, 9 % y 9 % para 1000, 2000 y 3000 rpm, respectivamente. Esta mejora condujo a una mayor presión pico de combustión y temperaturas elevadas, lo que, a su vez, aumentó las emisiones específicas de NOx del 47 %, 33 % y 36 % para 1000, 2000 y 3000 rpm, respectivamente. Sin embargo, las emisiones de CO se redujeron en un 15%, 13% y 13% a 1000, 2000 y 3000 rpm, respectivamente; las emisiones de CO₂ se redujeron en un 10%, 13% y 13% a 1000, 2000 y 3000 rpm, respectivamente; y las emisiones de HC se redujeron en un 14%, 15% y 17% a 1000, 2000 y 3000 rpm, respectivamente. Un análisis técnico del motor reveló que la combustión de la mezcla gasolina-hidrógeno genera altas cargas térmicas, que pueden dañar el catalizador, la región superior del pistón, los anillos del cilindro y la cámara de combustión, así como los subsistemas y mecanismos auxiliares. Estos hallazgos resaltan la necesidad del desarrollo y la aplicación de nuevas tecnologías y materiales diseñados específicamente para este tipo de motor híbrido.

Palabras clave: Hidrógeno, Motor de Combustión Interna Automotriz, Eficiencia Térmica, Emisiones Contaminantes.