En los motores de combustión interna , la inyección de agua , también conocida como inyección antidetonante (ADI), puede rociar agua en el aire entrante o en la mezcla de aire y combustible , o directamente en la cámara de combustión para enfriar ciertas partes del sistema de inducción donde se encuentran los "puntos calientes". " podría producir una ignición prematura. En los motores a reacción (particularmente los primeros turborreactores o motores en los que no es práctico o deseable tener un postquemador ) la inyección de agua puede usarse para aumentar el empuje del motor , particularmente a bajas altitudes y en el despegue.
La inyección de agua se utilizó históricamente para aumentar la potencia de los motores de la aviación militar durante períodos cortos, como durante el combate aéreo o el despegue . Sin embargo, también se ha utilizado en deportes de motor y, en particular, en carreras de resistencia . En los motores de ciclo Otto , el efecto de enfriamiento de la inyección de agua también permite mayores relaciones de compresión al reducir el golpe del motor (detonación). Alternativamente, esta reducción en la detonación del motor en los motores de ciclo Otto significa que algunas aplicaciones obtienen un rendimiento significativo cuando se utiliza la inyección de agua junto con un sobrealimentador , un turbocompresor o modificaciones como una sincronización de encendido agresiva .
Dependiendo del motor, también se pueden obtener mejoras en la potencia y la eficiencia del combustible simplemente inyectando agua. [1] La inyección de agua también se puede utilizar para reducir las emisiones de NOx o monóxido de carbono . [1]
Muchos sistemas de inyección de agua utilizan una mezcla de agua y alcohol (a menudo cerca de 50/50), con trazas de aceite soluble en agua. El agua proporciona el principal efecto refrescante debido a su gran densidad y altas propiedades de absorción de calor. El alcohol es combustible y también sirve como anticongelante para el agua. El objetivo principal del aceite es prevenir la corrosión de la inyección de agua y de los componentes del sistema de combustible. [2]
La inyección de agua se ha utilizado en motores de aeronaves tanto alternativos como de turbina .
En un motor alternativo , el uso de inyección de agua, también llamada inyección antidetonación o ADI, se utiliza para evitar el golpeteo del motor , también conocido como "detonación". [3] Comúnmente encontrado en motores radiales grandes con carburadores a presión , es una mezcla de agua y alcohol inyectada en el carburador a niveles de potencia altos. Cuando se utiliza una mezcla rica , el motor funciona más frío, pero no puede alcanzar la potencia máxima, y una mezcla más pobre significa que es probable que se produzca una detonación. Con el uso de ADI, el agua y el alcohol inyectados (que se mezclan con el agua para evitar que se convierta en hielo) absorben el exceso de calor para evitar la detonación y al mismo tiempo permitir una mezcla más magra y potente. [3]
Cuando se usa en un motor de turbina, los efectos son similares, excepto que normalmente prevenir la detonación no es el objetivo principal. Normalmente el agua se inyecta en la entrada del compresor o en el difusor justo antes de las cámaras de combustión. Agregar agua aumenta la masa que se acelera fuera del motor, aumentando el empuje y también sirve para enfriar las turbinas. Dado que la temperatura es normalmente el factor limitante en el rendimiento de un motor de turbina a bajas altitudes, el efecto de enfriamiento permite que el motor funcione a RPM más altas con más combustible inyectado y más empuje creado sin sobrecalentarse. [4]
Antes de la adopción generalizada de los motores de postcombustión , algunos aviones de combate de primera generación utilizaban la inyección de agua para proporcionar un aumento moderado del rendimiento. Por ejemplo, la variante de último modelo del Lockheed F-80 Shooting Star , el F-80C, utilizaba inyección de agua en su motor Allison J33-A-35 . La inyección de agua aumentó el empuje de 20,5 a 24,0 kN (4600 a 5400 lbf), un aumento de empuje del 17% (al nivel del mar). [5]
Las primeras versiones del Boeing 707 equipado con turborreactores Pratt & Whitney JT3C utilizaban inyección de agua para obtener potencia de despegue adicional, al igual que los aviones Boeing 747 -100 y 200 equipados con turbofan Pratt & Whitney JT9D -3AW y -7AW; [6] este sistema no se incluyó en versiones posteriores equipadas con motores más potentes. El avión de pasajeros BAC One-Eleven también utilizó inyección de agua para sus motores turbofan Rolls-Royce Spey . Llenar los tanques con combustible para aviones en lugar de agua provocó el accidente del vuelo 112 de Paninternational . [7]
En 1978, el vuelo 411 de Olympic Airways tuvo que abortar y regresar a su aeropuerto de despegue debido a una falla en el sistema de inyección de agua o en sus procesos. [8]
Un número limitado de vehículos de carretera con motores de inducción forzada de fabricantes como Chrysler han incluido inyección de agua. El Oldsmobile Jetfire de 1962 se entregó con el motor Turbo Jetfire . [9]
En 2015, BMW presentó una versión de su cupé M4 de alto rendimiento , el M4 GTS, que combina inyección de agua con intercooler. El coche apareció en la temporada 2015 de MotoGP como coche de seguridad oficial de la serie y se lanzó al mercado comercial en 2016. [10] Según el ejemplo de BMW , los desarrollos actuales de motores con inyección de agua parecen concentrarse en el efecto de "rendimiento". Mejora". Pero a mediados de la década de 2020, el desarrollo de motores se centrará también en mejorar el consumo de combustible , debido a la presión sobre la reducción de las emisiones de CO 2 y las regulaciones relacionadas. [11] [12]
Bosch , que desarrolló conjuntamente la tecnología con BMW , ofrece un sistema de inyección de agua llamado WaterBoost para otros fabricantes. La compañía afirma aumentar hasta un 5% el rendimiento del motor, reducir hasta un 4% las emisiones de CO 2 y mejorar hasta un 13% el ahorro de combustible. [13] Se informaron resultados similares en "Inyección de agua: alta potencia y alta eficiencia combinadas" [14]
La inyección de agua y la recirculación de gases de escape refrigerados (EGR) podrían considerarse tecnologías competitivas: se ha demostrado que a carga media una relación agua-combustible (WFR) del 40-50 % con inyección de agua en el puerto (PWI) tiene el mismo efecto. como una tasa de EGR del 10%, que se considera relativamente limitada incluso para los motores de gasolina. [15]
Las encuestas que preguntaron a los clientes sobre su disposición a rellenar periódicamente un líquido de servicio adicional han demostrado que el nivel de aceptación es limitado. [12] Por lo tanto, la necesidad de recarga se considera una de las principales barreras para la adopción masiva de la inyección de agua. Un facilitador clave es el desarrollo de un sistema de generación de agua a bordo que funcione en un sistema de circuito cerrado, especialmente para garantizar un nivel bajo y constante de emisiones (las emisiones de CO 2 del motor aumentarán si se agota el suministro de agua). Se pueden investigar tres fuentes principales:
Las dos primeras variantes dependen en gran medida de las condiciones climáticas ambientales con niveles de humedad suficientemente altos o hábitos del conductor (no se desea utilizar el aire acondicionado). En consecuencia, no se puede garantizar un suministro adecuado de agua. Por el contrario, la condensación del vapor de agua formado durante la combustión de gasolina es una fuente confiable de agua: hay aproximadamente un volumen de 1 litro de vapor de agua en el escape por cada litro de gasolina consumido. En octubre de 2019, Hanon Systems junto con FEV presentaron un demostrador Audi TT Sport equipado con inyección de agua que funciona como un sistema cerrado gracias a un "Sistema de recolección de agua" de Hanon Systems. [dieciséis]
Un estudio de 2016 combinó la inyección de agua con la recirculación de gases de escape . Se inyectaba agua en el colector de escape de un motor diésel y, al abrir la válvula de escape durante la carrera de inducción, el agua inyectada y parte del gas de escape volvían al cilindro. El efecto fue una reducción del 85% en las emisiones de NOx , pero a costa de un aumento de las emisiones de hollín. [17]