Apă și alcool în motor: o soluție pentru reducerea emisiilor

Când apa și alcoolul ajung în motor

În Laboratorul de Motoare termice al Facultății de Mecanică, Andrei Borborean testează metode de optimizare a motoarelor cu ardere internă prin injectarea controlată de apă, alcool și GPL.

De la fascinația pentru motoare la cercetare aplicată

Curiozitatea lui pentru mecanică s-a transformat în cercetare aplicată odată cu doctoratul său la UPT, dedicat injecției de apă în motoarele cu ardere internă. 

Lucrarea sa științifică, intitulată „Optimizarea funcționării motoarelor cu ardere internă prin utilizarea injecției de apă, alcool și GPL în galeria de admisie pentru reducerea emisiilor poluante”, este rezultatul mai multor ani de experimente realizate pe standuri dinamometrice special configurate pentru acest tip de analiză.

Schema unui stand didactic pentru testarea și monitorizarea motoarelor termice cu ardere internă

Cercetarea urmărește reducerea emisiilor și creșterea eficienței energetice a motoarelor existente, fără modificări majore ale construcției acestora.

Întrebarea centrală a studiului este: ce efecte au injecțiile de apă, alcool și amestecuri GPL-alcool asupra procesului de ardere?

Cum funcționează aceste soluții

Injectarea apei reduce temperatura de ardere, ceea ce duce la scăderea formării oxizilor de azot, datorită evaporării rapide și efectului de răcire.

În paralel, injecția de alcool, în special etanol sau metanol, poate stabiliza arderea în motoarele Diesel, favorizând o combustie mai completă și reducerea emisiilor de particule.

Amestecurile GPL-alcool combină avantajele ambelor componente: GPL-ul este un combustibil relativ curat, iar alcoolul acționează ca agent de oxigenare, ceea ce poate conduce la emisii mai reduse și performanțe energetice mai bune.

Testele au fost realizate pe motoare cu aprindere prin scânteie și prin comprimare, în regimuri variabile de funcționare. Cercetătorii au monitorizat parametri precum presiunea în cilindru, compoziția gazelor de evacuare, consumul specific de combustibil și randamentul termic al motorului.

Influența injecției de apă pe diagrama indicată a unui motor cu ardere internă

Rezultate promițătoare

Analiza datelor experimentale indică rezultate încurajatoare. În anumite regimuri de funcționare, emisiile de oxizi de azot au scăzut cu până la 60%, iar cercetătorii au observat și o ardere mai stabilă și mai completă, o îmbunătățire a eficienței termice, precum și scăderea consumului specific de combustibil în unele condiții de funcționare.

„Ne dorim să dezvoltăm o metodă aplicabilă pentru motoare cu capacități cilindrice și niveluri de putere diferite”, spune cercetătorul.

Un avantaj major al acestei direcții de cercetare este că poate fi aplicată pe motoarele existente, fără reconstrucții majore. Sistemele de injecție auxiliară pot introduce cantități controlate de apă sau alcool, adaptate la sarcină și regim de funcționare.

„Procesul este relativ simplu și nu necesită modificări majore ale arhitecturii motoarelor existente”, subliniază Borborean.

Echipa din spatele inovației

În spatele inovației stă o echipă interdisciplinară, formată din ș.l.dr.ing. Andrei Borborean, care colaborează cu doi doctoranzi dedicați: Ștefan Izvorean, care investighează eficiența injecției de alcool în motoarele Diesel, și Cosmin Molnar, axat pe optimizarea amestecului de GPL și alcool. Sub coordonarea profesorului Virgil Stoica, echipa explorează soluții tehnologice care ar putea reduce impactul motoarelor convenționale asupra mediului.

Echipa de cercetare (stânga) și laboratorul de Motoare termice al Facultății de Mecanică (dreapta)

Când nu este în laborator, Andrei Borborean explorează lumea pe două roți sau la manșa unui avion de mici dimensiuni. „Încerc să vizitez cât mai multe locuri și să cunosc culturi diferite. Până acum am ajuns în 47 de țări, fiecare cu povestea ei”, spune cercetătorul.

Transportul viitorului, picătură cu picătură

„Este o direcție de cercetare care poate aduce beneficii rapide pentru industrie și, în același timp, poate contribui la reducerea poluării”, concluzionează Andrei Borborean.

Dacă rezultatele vor fi confirmate la scară mai mare, motoarele convenționale ar putea deveni semnificativ mai curate fără a fi înlocuite complet.