domingo, 29 de mayo de 2011

Ignición láser podría significar el fin de ignición de chispa



Los motores de combustión interna seguramente continuarán en uso por mucho tiempo, sin embargo, es probable que estemos asistiendo a los últimos años de una parte icónica de est tipo de motores, la bujía. Investigadores del Instituto Nacional de Ciencias Naturales de Japón (NINS), están creando sistemas de ignición láser que un día podrían reemplazar a las bujías en los motores de los automóviles. Estos sistemas no solo permitirían un mejor desempeño y ahorro de combustible, sino que reducirían las emisiones nocivas de los carros.

Localizadas en la parte de arriba de cada cilindro del motor, las bujías envían una chispa eléctrica de alto voltaje a través del espacio existente entre dos electrodos metálicos. Esa chispa enciende la mezcla comprimida de aire y combustible en el cilindro, causando una mini explosión controlada que empuja el pistón hacia abajo. Un subproducto del proceso son los óxidos tóxicos de nitrógeno (NOx), que contaminan el aire causando lluvia ácida y smog. Los motores producirían menos cantidades de estos químicos si quemaran más aire y menor combustible, pero esto requiere que las bujías produzcan chispas de mayor energía.

Si bien estos es técnicamente posible, los voltajes requeridos quemarían los electrodos con suma rapidez. La ignición láser, por otro lado, podría encender mezclas más suaves sin autodestruirse debido a que no emplea electrodos. Los científicos del NINS también tratan de diseñar otro tipo bujía, debido a que normalmente estas solo pueden causar la ignición de la mezcla de aire-combustible que está cerca de ellas, con un alto porcentaje del calor siendo absorbido por las paredes metálicas del cilíndro antes de que este pueda llegar hasta el pistón. Los láseres, por el contrario, pueden enfocar sus rayos en el medio de la columna, en una zona a partir de la cual la explosión puede expanderse simétricamente y que de acuerdo a los reportes, es tres veces más rápida que las explosiones activadas con bujías.

Adicionalmente, la sincronuzación del motor también puede mejoarar, ya que los láseres pueden pulsar en el orden de los nanosegundos, mientras que las bujías solo pueden hacerlo en el orden de los milisegundos. Con el fin de producir la combustión deseada, el láser debe ser capaz de producir una potencia de 100 gigawatts por centímetro cuadrado con pulsos cortos de más de 10 milijoules cada uno. Previamente, esde tipo de desempeño solo podía obtenerse con láseres grandes, ineficientes y relativamente inestables. Los investigadores japoneses, sin embargo, crearon un láser pequeño, robusto y eficiente que puede efectuar el trabajo. Para conseguir esto, calentaron polvos cerámicos y los fusionaron hasta formar sólidos ópticamente transparentes, seguidamente impregnaron estos sólidos con iónes metálicos con el fin de ajustar sus propiedades. Hecho de dos segmentos unidos de itrio-aluminio-galio, el encendedor láser cuenta con una longitid de 11 milímetros y un ancho de 9 milímetros. Así mismo, cuenta con dos haces, los cuáles producen una explosión más rápida y uniforme de la que se produciría con un solo haz, ya que causan la ignición de la mezcla de aire y combustuble en dos sitios al mismo tiempo - el equipo de investigadores está estudiando la posibilidad de producir un láser con tres haces

Si bien el sistema no puede producir la combustión con solo un pulso, puede hacerlo al emplear pulsos cortos con una duración de 800 picosegundos. Hasta ahora, el sistema de ignición láser no se ha instalado en ningún automóvil. Los científicos afirman que están en negociaciones con un importante fabricante de bujías y la DENSO Corporation, una gran compañía que se dedica a la manufactura de componentes para autos. La investigación del NINS será presentada en la Conferencia sobre Láseres y Electro Optica que se efectuará en Baltimore.





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