¿Cómo funcionan los motores de hidrógeno?

¿Cómo puede el hidrógeno propulsar a un vehículo?

Usar hidrógeno para propulsar un motor es más sencillo de lo que podría parecer. Hay dos formas de hacerlo. 

La primera forma involucra un dispositivo conocido como célula de combustible. La célula de combustible convierte el hidrógeno en electricidad, que luego propulsa los motores eléctricos del vehículo, al igual que en cualquier vehículo eléctrico. 

La otra manera son los motores de hidrógeno; motores de combustión interna que queman hidrógeno como combustible. Cualquiera de los dos métodos tiene sus ventajas y aplicaciones donde se adapten mejor. Sin embargo, este último, el uso de motores de combustión interna es una tecnología más conocida.

De hecho, uno de los primeros motores de combustión interna funcionó con una mezcla de hidrógeno y oxígeno, y contó con un mecanismo de encendido por chispa eléctrica. Su inventor, un ex oficial de artillería suizo llamado François Isaac de Rivaz, lo usó para construir un vehículo que pudiera transportar cargas pesadas en distancias cortas.

Motor de diésel frente a motor de gas natural y motor de hidrógeno

Hoy, si vio un motor de combustión interna moderno diseñado para funcionar con hidrógeno, es posible que no sepa que no está destinado a gas natural. Los motores de combustión interna de hidrógeno de cuatro tiempos (hielo de hidrógeno) operan en el mismo ciclo que los motores de gas natural regular y tienen casi los mismos componentes: bloque del motor, manivela, cabezas de cilindro, sistema de encendido, piezas de instalación, y así sucesivamente. 

Los motores de diésel y los motores de hidrógeno también comparten componentes similares. Estos incluyen un bloque de motor, manivela y piezas de instalación, como soportes y carcasas de volante. 

En Cummins Inc., aprovechamos nuestras plataformas existentes y nuestra experiencia en tecnología de encendido por chispa para fabricar motores de hidrógeno. Nuestro motor de hidrógeno es una variante de motor de encendido por chispa con hardware de motor similar a los motores de gas natural y gasolina.

Esta alta uniformidad entre los componentes del motor presenta ventajas de escala. Esta economía de escala es fundamental en el viaje del sector de transporte hacia las emisiones más bajas. Reduce los costos y brinda la confiabilidad necesaria.

También hay diferencias entre los motores de hidrógeno y otros motores de encendido por chispa, como los motores de gas natural y gasolina.

Por ejemplo, las diferencias en las propiedades físicas del hidrógeno repercuten en la manera en que el combustible y el aire se miden e inyectan. La preencendido es un problema mayor para los motores de hidrógeno que para los motores de gasolina, ya que el hidrógeno es mucho más fácil de encender. La inyección directa es una manera de superar los problemas de preencendido. Los sistemas de inyección directa introducen combustible-hidrógeno, en este caso, directamente en los cilindros, en lugar de en el colector de admisión o los puertos. Si la inyección tiene lugar en un momento en el que la válvula de entrada está cerrada, se evitan las condiciones de contraincendios. Otra solución es diseñar completamente el sistema de combustión para el hidrógeno.  

Otra consideración es la formación de óxidos de nitrógeno, o NOx. El NOx es un contaminante atmosférico que puede causar una mala calidad del aire y conducir a la neblina marrón-anaranjada que se forma por encima de algunas grandes ciudades en el verano. 

Cuando el hidrógeno se quema en presencia de mucho oxígeno, se forma muy poco NOx. Sin embargo, cuando el hidrógeno se quema con relaciones de combustible de aire que están cerca de estequiométrico, se puede crear una cantidad significativa de NOx. Como resultado, los motores de hidrógeno suelen estar sintonizados para que funcionen con una relación de aire en exceso de 2 o mayores. Esto significa que se debe suministrar aproximadamente el doble de aire a los cilindros que para un motor estequiométrico. Los motores de hidrógeno a menudo requieren un sistema de tratamiento de escape para eliminar este exceso de NOx. 

¿Pueden los motores de hidrógeno trabajar en camiones y autobuses para trabajo mediano y pesado?

Los motores de combustión interna de hidrógeno son atractivos para los fabricantes de vehículos por dos razones principales. La primera es su similitud con los motores de combustión interna tradicionales. La segunda es la capacidad del hidrógeno para impulsar vehículos como combustible de carbono cero.

Un fabricante de equipos originales (OEM) puede construir vehículos con motores de hidrógeno que sean muy similares a los motores de combustión interna existentes. La mayoría de los demás componentes y software del vehículo siguen siendo los mismos. 

Los motores de hidrógeno también son atractivos para los usuarios finales. Los motores de hidrógeno lucen, suenan y funcionan como los motores de combustión interna a los que se utiliza cada mecánico del mundo. Su confiabilidad y durabilidad son iguales a los de los motores de diésel. 

Cummins está probando motores de hidrógeno en este momento para mitigar los riesgos de la fragilidad del hidrógeno y la erosión. Compartiremos nuestros hallazgos a medida que avanzamos en las pruebas. 

Los operadores de flotas comerciales pueden comprar vehículos con motores de hidrógeno sin la ansiedad que podría surgir al invertir en una nueva tecnología de marca.

ejemplos de motores de hidrógeno en los sectores de movilidad y transporte también van más allá de los camiones para trabajo pesado y mediano. Puede encontrar usuarios que evalúan motores de hidrógeno en el ámbito naval, de la construcción y más.

Por lo tanto, es posible que no sepa de inmediato que un vehículo está diseñado para hidrógeno si vio su motor, pero si vio su tanque de combustible, lo sabría de inmediato. Almacenar hidrógeno a bordo de vehículos de motor es seguro y cada vez es más económico y práctico. Recientemente, Cummins ha formado una sociedad conjunta con NPROXX, líder en almacenamiento y transporte de hidrógeno para tanques de almacenamiento de hidrógeno. Esta sociedad conjunta proporcionará a los clientes productos de almacenamiento de hidrógeno y de gas natural comprimido para aplicaciones tanto en la carretera como en el ferrocarril. 

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