motores y combustibles.

1. Los motores y combustibles de los
automóviles de hoy y del futuro
Mariano Alarcón García
Tecnologías del Siglo XXI
Aula Senior
Universidad de Murcia
2009/10

2. Motores y combustibles de los automóviles 2
Los motores y combustibles de los automóviles de
hoy y del futuro
¿Están los motores de gasolina y diésel en sus últimos estertores?
Cómo se evita (o se reduce) la contaminación de los motores
clásicos.
¿Qué son las pilas de combustible?
¿Cómo son los coches con motor eléctrico?
¿Qué son los motores híbridos?
¿Hay otros motores en estudio?
¿Hasta cuándo durará el petróleo?
Si se acaba, ¿cómo podemos sustituirlo?
¿Es el hidrógeno una alternativa al petróleo?
¿Y los biocombustibles?

3. Motores y combustibles de los automóviles 3
El automóvil en la encrucijada
Es uno de los principales símbolos del
siglo XX.
Principales problemas que afectan al
automóvil en la actualidad:
Agotamiento del petróleo (próxima
escasez de combustibles
convencionales: gasolina y gasóleo)
Emisiones contaminantes: las tóxicas
o nocivas para el organismo y el CO2
(causante del cambio climático)
Problemas de atascos en las ciudades
Seguridad en las carreteras:
concienciación social del elevado
número de accidentes

4. Motores y combustibles de los automóviles 4
El motor en el automóvil
El motor es el elemento que permite el movimiento autónomo del
automóvil.
Diversas motorizaciones a través de la historia:
máquina de vapor
motor de gasógeno
motores de combustión interna o térmico
motor eléctrico, etc.
Los automóviles actuales utilizan mayoritariamente combustibles
derivados del petróleo (fósiles): gasolinas y gasóleos.
Retos actuales:
Contaminación
Sustancias tóxicas: CO, HC, NOx, hollín…
CO2
Agotamiento de los derivados del petróleo
Gas natural
Biocarburantes: bioetanol, biodiésel, biogás
Hidrógeno
Eléctrico
Solar

5. Motores y combustibles de los automóviles 5
Combustibles para el automóvil
Diversos combustibles en los primeros automóviles: carbón y madera
(máquina de vapor, motor de gasógeno, etc.)
El desarrollo del automóvil se inició con la invención de los motores de
combustión, que coincidió con el descubrimiento del petróleo, que
influyó decisivamente en su desarrollo y popularización.
Combustibles actuales más extendidos
Gasolina
Gasóleo
Alternativas ante el agotamiento de los combustibles fósiles
Sustitutos de los derivados del petróleo
Gas natural
Biocarburantes: bioetanol, biodiesel, biogás
Eléctrico
Hidrógeno
Solar

6. Motores y combustibles de los automóviles 6
El motor de combustión interna
El motor de combustión interna es el utilizado en la práctica totalidad
de los vehículos de carretera y ciudad.
En su interior se produce una combustión y unos gases a alta presión
y temperatura que producen el movimiento del motor.
En un motor, en una combustión ideal, se produciría
anhídrido carbónico (CO2) y
agua (H2O).
En el escape se encuentra nitrógeno, procedente del aire, en su mayor
parte sin ninguna transformación en el motor.
En los motores reales se producen también emisiones
contaminantes.
AIRE
+
CARBURANTE
CO2 +
H2O +
N2

7. Motores y combustibles de los automóviles 7
Motores de gasolina
Evolución en los últimos años
Eliminación de gasolina sin plomo
Generalización de catalizadores (sonda lambda, de oxidación, etc.).
Generalización de inyección: mucho mejor control del combustible
utilizado.
Funcionamiento con mezclas pobres para el mejor rendimiento y
reducción de emisiones (motores de inyección directa de gasolina).
Sistema start and stop para el ahorro de combustible.
Logros:
Reducción de los consumos y del CO2 y emisiones tóxicas (HC,
CO...)
Dificultades:
Resultados decepcionantes frente a la tecnología desplegada
(disminución del 10% del consumo y del 15% de la producción de
CO2.)

8. Motores y combustibles de los automóviles 8
Motores diésel
El motor diesel ha evolucionado mucho en el último decenio.
La aparición de las inyecciones directas con control electrónico
(common rail), ha motivado una mejora espectacular del
rendimiento y consumo, a la vez que de la potencia.
Introducción de catalizadores de oxidación-reducción para la
eliminación de los contaminantes tóxicos y filtros de partículas.
Logros:
Mejora rendimiento y reducción de consumo reducción de CO2
Mejora de par y potencia para una cilindrada dada
Mejora en “el placer de conducción”
Dificultades:
Emisión de NOx siguen siendo muy altas
Emisión de partículas; preocupación por las PM10 (< 10 micras)
Olores del carburante

9. Motores y combustibles de los automóviles 9
Consumo de los motores actuales
Se establecen mediante unos ciclos teóricos de comparación:
Urbano
Extraurbano
Combinado
Tendencias generales (a igualdad de otros factores)
Motores diésel menor consumo que motores de gasolina
Menor cilindrada menor consumo
Menor peso del vehículo menor consumo
La forma de conducción es muy importante en el consumo
Actualmente
Turismos de tamaño pequeño/medio ≅ 3-4 L/100 km

10. Motores y combustibles de los automóviles 10
La contaminación producida por el automóvil
El automóvil es el principal responsable de la
contaminación en las ciudades.
Los automóviles actuales utilizan
mayoritariamente gasolinas y gasóleos.
Su combustión produce principalmente:
Compuestos tóxicos:
Monóxido de carbono (CO), venenoso (gasolina)
Hidrocarburos (HC) , afecta al aparato
respiratorio, cancerígenos (gasolina)
Óxidos de nitrógeno (NOx), afecta al aparato
respiratorio y la lluvia ácida (gasóleo)
Hollín y otras partículas menores, afecta al
aparato respiratorio, cancerígeno, suciedad…
(gasóleo)
Dióxido de carbono o CO2, no es tóxico pero
es el principal causante del cambio climático.

11. Motores y combustibles de los automóviles 11
Contribución del automóvil a la contaminación
4 %25 %43 %53 %
Porcentaje transporte por
carretera
Los vehículos pesados producen el 35 % de los NOx siendo el 8 % del tráfico.
Los vehículos de dos ruedas producen el 16 % CO siendo el 4% del tráfico.
7547267686150Total
0421209Agricultura
11349168Otros transportes
202220832816Residencial
435494223Centrales térmicas
859182414Industria
31187729680Transp. por carretera
SO2CO2CONOX

12. Motores y combustibles de los automóviles 12
Motor eléctrico
Se sustituye el motor de combustión por uno eléctrico, y el tanque de
carburante por una batería eléctrica de gran capacidad.
Ventajas :
Buena adaptación del motor eléctrico a la circulación urbana.
No produce contaminación urbana
Par importante a bajo régimen (máximo entre 0 a 1600 rpm)
Supresión de caja de cambio de velocidades
No hay contaminación acústica
Inconvenientes :
Autonomía y prestaciones limitadas
Largo tiempo de carga de las baterías
Contaminación producida por la fabricación de electricidad (nuclear,
centrales térmicas,…)
Reciclaje de las baterías
Costo actual
El motor eléctrico es en la actualidad la mejor alternativa para cubrir la
demanda de modelos de emisiones cero.

13. Motores y combustibles de los automóviles 13
Motor eléctrico (2)
El desarrollo del motor eléctrico
Se encuentra en pleno desarrollo en el mundo
entero: prácticamente todos los constructores han
anunciado modelos en un futuro próximo.
Apoyo decidido en España:
Ayudas a la fabricación (p.e. Renault)
Proyecto MOVELE
(http://www.idae.es/index.php/mod.pags/mem.detalle/id.407)
introducción en dos años (2009 y 2010), dentro, de
2.000 vehículos eléctricos de diversas categorías,
prestaciones y tecnologías, de entornos urbanos
Red de Electrolineras: instalación de 500 puntos de
recarga.
Plan experimental en Madrid, Barcelona y Sevilla
En la Región de Murcia se ha firmado un acuerdo con una
empresa privada para el mismo fin.
Ayudas a la compra de vehículos
La Universidad de Murcia dispone de varios vehículos
de este tipo para su uso interno en el Campus.

14. Motores y combustibles de los automóviles 14
Motor híbrido
Consiste en acoplar un motor térmico a un motor eléctrico. Tiene dos sistemas
de propulsión que actúan de modo coordinado,
un motor de combustión (comercial hasta ahora gasolina)
un motor eléctrico.
Cuentan con dos fuentes externas de energía: la red eléctrica doméstica (que
carga una batería) y un combustible (gasolina, etanol o gasóleo)
El motor eléctrico actúa a baja velocidad (ciudad), siempre que la batería
tenga carga
El motor de combustión
carga la batería
entra a velocidades altas y cuando se agota la batería
Ventajas :
Mismas ventajas que el motor eléctrico
Autonomía del vehículo
Aprovechamiento de la frenada para la recarga de las baterías
Inconvenientes :
Coste actual
Complejidad

15. Motores y combustibles de los automóviles 15
Coches con motor híbrido comercial
El primer coche híbrido comercial fue el Toyota Prius,
http://www.toyota.es/cars/new_cars/prius/index.aspx?WT.mc_id
=Knowledge&WT.adsite=Google&WT.srch=1.
Combina
motores eléctricos (60 kW)
motor de gasolina (73 kW a 5.200 rpm).
Batería de alto voltaje (201,6 V).
Consumo combinado (llantas de 15"): 3,9 L/100 km
CO2 combinado (llantas de 15"): 89 g/km
Muchos otros fabricantes han anunciado el próximo
lanzamiento de sus vehículos.
Para 2011 Peugeot ha anunciado el primer híbrido diésel.
Híbridos enchufables: la carga de las baterías puede producirse
también de la red eléctrica (no sólo por el motor de combustión)

16. Motores y combustibles de los automóviles 16
Coche de hidrógeno
¿Por qué el hidrógeno?
El hidrógeno es un elemento muy abundante en la Naturaleza.
Se encuentra combinado con oxígeno, formando agua, u otros
muchos elementos, formando diversos compuestos
La utilización en el punto de consumo tiene muy bajo impacto
ambiental: solo produce (vapor de) agua.
El hidrógeno en el automóvil se puede utilizar
En motores de combustión interna, con adaptaciones.
En las “pilas de combustible”, donde el combustible (hidrógeno)
reacciona con el oxígeno del aire para generar directamente
electricidad y desprender vapor de agua.
El principal problema ambiental reside en la obtención del
hidrógeno, al no ser un recurso natural, es preciso producirlo a
partir de un compuesto que lo contenga, como el gas natural
(alto contenido en metano o CH4).

17. Motores y combustibles de los automóviles 17
El hidrógeno
o El hidrógeno posee buenas características como combustible
• elevadísimo Poder Calorífico por kilogramo
• bajo Poder Calorífico por litro a bajas y medias presiones
• ausencia de emisiones contaminantes
• carácter explosivo, problemático su almacenamiento y manipulación
• no existe en la naturaleza en estado libre en proporciones importantes
• alto precio.
o Existen distintos procedimientos para su obtención
• Rectificado de hidrocarburos (gas natural) y otros productos orgánicos
que contienen H2
• Electrólisis del agua: es el más desarrollado; descompone el agua en
hidrógeno y oxígeno, mediante la aplicación de una corriente eléctrica. La
eficiencia del proceso de electrólisis es del orden del 70%.
• Fotólisis y otros
o Está considerado como una de las fuentes energéticas del futuro, siendo
obtenido a partir de fuentes renovables de las que actuaría como almacén.

18. Motores y combustibles de los automóviles 18
Coche de hidrógeno
Motor de pila de combustible
Es la opción preferida para el hidrógeno por su mayor rendimiento,
simplicidad, funcionamiento silencioso, etc.
Pila de combustible: pone en contacto hidrógeno con oxígeno a
través de un catalizador produciendo electricidad. Esta electricidad
es utilizada por un motor eléctrico.
Ventajas :
Ídem a los vehículos eléctricos
Inconvenientes :
Elevado coste actual
Fabricación y almacenamiento
del hidrógeno.
La producción en masa de coches de hidrógeno no se prevé viable
hasta, como pronto, en 2020

19. Motores y combustibles de los automóviles 19
Coche de hidrógeno
Motor de pila de combustible en transporte público

20. Motores y combustibles de los automóviles 20
Otros combustibles fósiles menos contaminantes
Combustibles derivados del petróleo
GLP: butano y propano
Motor Otto (como gasolina)
Combustión muy limpia
Disponible en estaciones de servicio
Más barato (hoy) que los combustibles
líquidos
Gas natural comprimido o licuado
Motor Otto (como gasolina)
Combustión muy limpia
GN comprimido (gas): alta presión (coches)
En otros países en estaciones de servicio
En España hoy se usa principalmente en
flotas de autobuses urbanos (GN licuado).
Motores bi-fuel: puede funcionar con dos
tipos de combustible (p.e.: gasolina y
butano)
1. Motor
2. Sistema electrónico
3. Regulador de presión
4. Catalizador (emisiones contaminantes)
5. Depósitos (gn a 200 bar)

21. Motores y combustibles de los automóviles 21
Otros combustibles
Biocarburantes
Combustibles renovables: biocarburantes
Objetivo europeo del 5,75% en 2010
Bioetanol
Sustituto de las gasolinas
Se incorpora ya en forma de ETBE para como antidetonante
Biodiésel
Sustituto del gasóleo
Se incorpora ya sustituyendo en parte al gasóleo
Biogás
Muy desarrollado en países como Suecia, que tienen redes de
distribución y se puede repostar en estaciones de servicio
En España en coches de demostración (Aguas de Murcia)

22. Motores y combustibles de los automóviles 22
Otros motores
Ha habido muchas realizaciones experimentales, que por
diversos motivos no han llegado a cuajar.
Motor de aire:
Una turbina impulsada por aire comprimido mueve las ruedas
El aire se comprime con un compresor eléctrico y se almacena en
botellas.
No produce contaminación alguna (expulsa aire), excepto en producir la
electricidad.
Relativamente ruidoso
Motor de agua:
Mito: el agua no es combustible no se puede extraer energía de ella
Se obtiene hidrógeno del agua mediante un compuesto químico
(catalizador); el hidrógeno se puede introducir en pila de combustible o
motor de combustión
El catalizador (patente) muy caro y se deteriora fácilmente.

23. Motores y combustibles de los automóviles 23
A favor de coches menos contaminantes
Impuesto de matriculación
Tipos para la península y Baleares
Sobre el precio base para el IVA (16%)
12%• Los no comprendidos en los anteriores
• Motocicletas de más de 250cc
Epígrafe 5º
14,75%• Emisiones de CO2 de 200g CO2/km o más
• Vehículos M1 (turismos) y N1 (transporte) que no acrediten
las emisiones
• Quads
• Vehículos N2 y N3 (transporte) acondicionados como vivienda
Epígrafe 4º
9,75%• Emisiones de CO2 de 160 a 199 g CO2/kmEpígrafe 3º
4,75%• Emisiones de CO2 de 121 a 159 g CO2/kmEpígrafe 2º
0%• Emisiones de CO2 hasta 120g CO2/km
• Vehículos con un motor que no sea de combustión interna
Epígrafe 1º

24. Motores y combustibles de los automóviles 24
A favor de coches menos contaminantes
Plan 2000E
Hasta 2000 € (500 Gobierno + 500 CC.AA. + 1000 fabricantes)
Particulares, autónomos y PYME en vehículos de importe máximo de
30.000 € (IVA/IGIC incluido) en sustitución de otro para
achatarramiento (> 10 años).
En el caso de adquirir un turismo de categoría M1 debe cumplir:
Emisiones de CO2 no superiores a 120 g/km
Emisiones de CO2 no superiores a 149 g/km y
sistemas de control electrónico de estabilidad y detectores presenciales en
plazas delanteras o,
catalizador de 3 vías (gasolina) o dispositivos EGR de recirculación de gases
(diesel).
Se estima que en 2009 (230.000 operaciones)
94% de turismos y un 92% sobre coches nuevos,
reducción de las emisiones de CO2 de 180.000 toneladas
ahorro de 75 millones de L de carburante 32 M€ menos en
importaciones de petróleo.
En 2010 hasta 100 M€ y 200.000 vehículos

25. Motores y combustibles de los automóviles 25
Otras ayudas para la eficiencia energética en la
movilidad
Existen diversas ayudas directas para la adquisición de
vehículos menos contaminantes y movilidad:
3000 € para coches con motor híbrido o eléctrico en la CARM
Proyecto MOVELE
Planes de movilidad sostenible
Transporte público urbano e interurbano
Transporte de empresas

26. Recomendaciones para
reducir el consumo
Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la
Energía (IDAE)

27. Motores y combustibles de los automóviles 27
Uso correcto del vehículo
Planificar las rutas que seguimos en nuestros desplazamientos,
buscando siempre las menos congestionadas.
Evitar sobre cargas innecesarias en el vehículo. P.e.: el uso de la baca,
aún estando esta vacía puede incrementar el consumo normal del
vehículo entre un 2 y un 35%.
El uso del aire acondicionado aumenta en un 20% el consumo de
combustible.
Al tener las ventanillas abiertas aumentamos la resistencia con el aire
del vehículo, aumentando con ello el consumo.
Algunos vehículos permiten usar gasolinas de distintos octanajes. Lo
mejor, es usar la recomendada por el fabricante y a ser posible la de
menor octanaje.
Revisar los consumos del vehículo periódicamente pues podemos
detectar algún elemento del motor deteriorado, que esté haciendo
aumentar el consumo.
En trayectos muy cortos el consumo se dispara. En estos casos es
recomendable el transporte público.

28. Motores y combustibles de los automóviles 28
Mantenimiento regular
La presión de las ruedas por debajo de lo normal aumenta
el consumo por el mayor rozamiento del vehículo con el
suelo, además de desgastar más las mismas. (por cada
0,3 bares de menos presión se aumenta en un 3% el
consumo)
Se debe cambiar cuando corresponde el aceite, bujías y
filtros pues de lo contrario se puede aumentar el consumo.
Incluso al uso de un aceite incorrecto puede aumentarlo.
El reglado del motor debe ser correcto (un ralentí
demasiado alto provoca aumentos de consumo).

29. Motores y combustibles de los automóviles 29
Estilo de conducción
Este punto puede hacer que ahorremos hasta un 15% en combustible:
Arrancar el motor sin acelerar y comenzar la marcha lo antes posible.
Utilizar marchas largas (en gasolina el cambio de marcha se debe hacer
cuando estamos entre 2.000 y 2.500 revoluciones y en diesel entre 1.500 y
2.000).
Cuando estamos acelerando, se debe cambiar a la marcha más larga lo
antes posible y al reducir de la manera más lenta posible (un motor en
marcha corta y revolucionado consume mucho más).
Debemos procurar circular a una velocidad uniforme, sin aceleraciones y
deceleraciones bruscas, que nos obligan a ir en marchas más cortas o a
revolucionar más el coche.
Evitar velocidades elevadas. Un aumento del 20% en la velocidad produce
un 44% de aumento en el consumo.
Existen cursos de conducción eficiente gratuitos (financiados por la
Agencia de Gestión de la Energía de la Región de Murcia) a demanda
de quien lo solicite http://www.formaster.org/conduccion-eficiente/

30. Motores y combustibles de los automóviles 30
El Proyecto UMU-Vehículos Sostenibles
Proyecto UMU-Ecomarathon
Proyecto educativo de innovación tecnológica. que abarca el diseño,
construcción, ensamblaje de todos los componentes necesarios de un
vehículo, realizado íntegramente por estudiantes con la tutorización de
profesores de la UMU.
El objetivo es
concebir, fabricar,
diseñar un
vehículo con el
mínimo consumo
posible.
La Universidad de
Murcia ha
participado ya dos
años en la
competición Shell
Eco-marathon.

31. Motores y combustibles de los automóviles 31
Shell Eco-Marathon: competición que se celebra desde más de 25 años.
Su objetivo es reunir a estudiantes de distintas universidades e institutos
politécnicos de todo el mundo para competir con vehículos diseñados y
fabricados por ellos mismos.
Los vehículos deben recorrer cierta distancia; vence el que consume la menor
cantidad de combustible. Existe una equivalencia entre los distintos tipos de
combustible.
El Proyecto UMU-Vehículos Sostenibles
La competición Shell Eco-marathon
Varias categorías:
Prototipos
Urban concept
Distintos combustibles en cada categoría:
gasolina, diesel, hidrógeno, solar, etc.
Actualmente el record de consumo lo posee el
Instituto de La Joliverie (Francia), logrado en 2009
con 3771 km empleando para ello un solo litro de
combustible (distancia Sevilla-Estocolmo).

32. Motores y combustibles de los automóviles 32
El Proyecto UMU-Vehículos Sostenibles
Resultados en Shell Eco-marathon 2009
La Universidad de Murcia ha participado ya dos años en la categoría
Prototipos, con Motor de combustión interna propulsado con bioetanol (E100)
Clasificación general
Prototipos : 80º
Registro: 257 km/L
Clasificación emisiones
CO2: 72º
Registro: 7,2 g CO2/km

33. Motores y combustibles de los automóviles 33
El Proyecto UMU-Vehículos Sostenibles
El Proyecto UMU-Ecomarathon 2009/10
Objetivos:
Competir por tercer año en la Shell Eco-marathon
Europe e intentar mejorar la marca de años
anteriores con el prototipo Salzillo II.
Construir un nuevo vehículo propulsado por
energía solar térmica.
Concepto y Diseño
Fabricación
Pruebas
Participar en la Solar Race Región de Murcia en
la edición de 2010 con el nuevo vehículo.
Participar en eventos de difusión y
divulgación científica (Noche de
los Investigadores, Semana de la
Ciencia, conferencias, etc.)
Realizar trabajos de I+D+i a partir
de las experiencias en la
realización de los vehículos
(trabajos fin de carrera,
comunicaciones a congresos, etc.)

34. Motores y combustibles de los automóviles 34