Ciencia
Un motor de pistones opuestos se posiciona como innovación eficiente
Miércoles 3 de mayo de 2023 / Actualizado el miércoles 3 de mayo de 2023
Tras ser distinguido en 2011 con el Premio Ternium, ha alcanzado el reconocimiento mundial como evolución de la combustión interna. Los equipos de CIMEC de Fluido Dinámica Computacional y Análisis Termomecánico (Conicet-UNL) participaron en este proyecto.
Un motor distinguido hace casi 12 años con medalla de plata en el Premio Ternium Expoagro a la Innovación Agroindustrial fue ganando reconocimiento empresarial a nivel global y hoy se lo considera uno de los modelos de combustión interna más evolucionados a nivel global.
Se trata de un motor de pistones opuestos impulsado por el abogado Carlos Juni y desarrollado por el mecánico José Luis Alonso (cuyas iniciales le dieron el nombre al prototipo, JLA).
El motor JLA tiene un 30% menos de partes móviles: engranajes, cigüeñales, bielas y pistones.
Entre sus características destacadas, elimina el 30% de las piezas móviles, entre ellas todo el sistema de válvulas, incluyendo el árbol de levas y los resortes. Además, aumenta la compresión y logra llegar más fácilmente a la temperatura de ignición.
La ventaja fundamental de los motores de pistones opuestos es la mejora de la relación peso-potencia, que lo hace ideal para ser instalado en vehículos pesados, desde blindados militares hasta maquinaria agrícola. Esta innovador tecnología proporciona un aumento del 50% en la densidad de potencia y un 13% más de eficiencia en el uso de combustible respecto motores de similar uso.
Es realmente una opción inteligente, que ha sido convalidada progresivamente. El Premio Ternium Expoagro fue el trampolín internacional, porque en función de la sociedad estratégica de la megamuestra argentina con Agritechnica, la feria de maquinaria agrícola más grande del mundo, que se realiza cada dos años en Hannover, Alemania, surgió la gran oportunidad para que el diseño JLA ENGINE trascienda al mundo.
En los últimos 10 años, distintas agencias gubernamentales de los Estados Unidos han promovido unos diez programas de desarrollo de diferentes aplicaciones del motor de pistones opuestos por cerca de US$200 millones.
Los resultados de los estudios publicados hablan de valores de eficiencia energética del orden del 20 al 30% -según la aplicación- al ser comparado con motores tradicionales del mismo tamaño.
El programa que hoy convoca mayor expectativa es el US$87 M adjudicado el a´ño pasado por el Ejército de Estados Unidos a Cummins, líder en motores diésel, para la producción de motores de 750/ 1000 y 1500 HP. Ello podría ocurrir a partir del año que viene, según fue comunicado a través de SAE Intl.
¿Cómo surgió el desarrollo?
Con todo, la “conexión” de un abogado con el desarrollo de un innovador motor no es aleatoria. Al recorrer la historia de Juni, lo que prima facie puede parecer casual, tiene elocuentes ribetes de causalidad … Carlos Juni, el alma mater de este innovador modelo industrial, asume siempre se sintió “atraído por los fierros”. Fue director de SMET SAIC, una empresa belga dedicada a la construcción de plantas industriales “llave en mano” y cuando la presidió se construyeron las plantas de extracción de aceite de soja más grandes del mundo. En 2011, una que producía 20.000 toneladas/día y en 2006, otra de 12.000 toneladas/día.
En esa misma época, Juni estaba armando como hobby una camioneta Studebaker 1948 que tenía en Uruguay, con un motor diésel que le había regalado un cliente francés.
Era 2007, y como llevaba 15 años trabajando en la referida empresa de ingeniería, dedicada al diseño y fabricación de las grandes plantas industriales de extracción de aceites vegetales, estaba familiarizado con la existencia de herramientas de simulación computacional aplicada a procesos de diseño industrial.
Entonces pidió referencias sobre alguien que pudiera hacer la adaptación del motor a la camioneta. Así llego al taller de José Luis Alonso, un experto mecánico uruguayo, que se abocó a la tarea. Al cabo de unas pocas semanas el trabajo estaba concluido.
Cuando Juni volvió al taller, Alonso les mostró cómo había resuelto la adaptación. “Me dice –recuerda- que me quiere mostrar algo más y abre el baúl de un Chevrolet Impala rojo descapotable … eran dibujos de un motor de combustión interna y pistones opuestos, una arquitectura inédita, con rasgos de altísima eficiencia y que él buscaba desarrollar”.
La intuición –mezcla de experiencia y lucidez- de Juni le sugirió que había que profundizar sobre lo presentado y decidió estudiar el invento en su configuración y prestaciones, como también evaluar los antecedentes. Para ello convocó a expertos calificados que pudieran opinar sobre la solidez de la innovación. Ese trabajo le llevó varios meses, pero luego de realizar una búsqueda internacional de patentes y de muchas reuniones con expertos en motores, concluyó que tenía sentido avanzar.
La cuestión del Cambio Climático ya era materia de preocupación y un motor que tenía la aptitud de lograr un 30% de eficiencia energética era una tecnología que merecía ser explorada.
Juni presentó la idea a un grupo de emprendedores amigos, con formación rural. Diseñó un plan de acción para simular computacionalmente lo que podría ser una versión 2 litros del motor y en caso de que los resultados fueran atractivos, verificarlos en la fabricación de un prototipo orientado hacia alguna aplicación agro. El proyecto interesó y se puso a trabajar en cómo llevarlo a cabo.
Investigando sobre simulación de motores -entre muchas publicaciones internacionales- encontró trabajos anteriores de equipos expertos en ingeniería de motores de CIMEC–CONICET. Se reunió con ellos y acordaron llevar a cabo desde la simulación del estudio 0d1d -que brinda las dimensiones del motor y performance esperada- hasta las del comportamiento dinámico, térmico y estructural del mismo.
Fue todo un proceso muy rico en intercambios, que consolidó un equipo de trabajo. Y evidenció la solvencia técnica y el conocimiento experto de Alonso sobre su invención: con destreza resolvió todas las situaciones que los sistemas de simulación computacional fueron arrojando, inclusive durante los 6 meses que llevó la simulación de la fundición del block, que resultó en una pieza única de fundición.
La reunión de talentos lograda y el gran apoyo de expertos matriceros, noyeros y fundidores que abrazaron la idea con pasión fierrera, hizo posible que pudieran construir el sofisticado block del prototipo en Argentina.
En el año 2009, SAE Intl editó un libro que recopiló todos los antecedentes de motores de pistones opuestos. Allí se recomienda a los diseñadores de motores que exploren esos diseños ya que el rasgo que tienen en común es que son motores, robustos, confiables, de altas prestaciones y bajo consumo. Si bien la invención de Juni y Alonso no formaba parte de ese catálogo, fue una grata confirmación que trabajaban en la dirección correcta.
Hacia fines del 2010, el prototipo había avanzado todo lo que permitían los equipos para comandar la inyección programable de combustible accesibles en el país. Solo se disponía de ECU (por sus siglas en inglés, Electronic Control Unit) de inyección indirecta y había que aguardar la nueva generación ECU para inyección directa que Motec (Australia) ya había anunciado llegaría al mercado en próximos meses.
El espaldarazo en Expoagro
Fue entonces que surgió la posibilidad de presentar el prototipo a la edición 2011 del Premio Ternium Expoagro a la Innovación Agroindustrial. “Estábamos muy jugados con el tiempo -recuerda Juni- porque la inscripción cerraba en pocos días. Pero teníamos todos los informes técnicos y un prototipo en funcionamiento, así que nos zambullimos en esa misión que fue la relevante para posicionar al motor como una evolución destacada en el campo de los motores de combustión interna, en el plano internacional”.
El Prototipo de Motor de Pistones Opuestos JLA Engine recibió Medalla de Plata del Premio Ternium Expoagro 2011 y gracias a esa distinción fue invitado a presentarse ese mismo año en Agritechnica, Hanoover, Alemania en el pabellón argentino de maquinaria agrícola. Allí fue un miembro de la alta gerencia de IAV, una de las más importantes empresas de ingeniería automotriz de Alemania que invitó a Juni a que fuera al día siguiente a su planta en Gifhorn para presentar el motor y el proceso de fabricación del prototipo.
A partir de ese momento, otros diseñadores de motores comenzaron a explorar la arquitectura patentada por Juni y la adoptaron como base en sucesivos programas de desarrollo de motores para aplicaciones Heavy Duty, tanto bélicas y como comerciales.
Eficiencia, simplicidad y sustentabilidad
La arquitectura del motor de pistones opuestos, patentada internacionalmente, prescinde de la tapa de cilindros, presente en los motores tradicionales. Tiene un 30% menos de partes móviles, lo que reduce significativamente fricciones, mejora la eficiencia térmica y simplifica el conjunto mecánico cuyas únicas partes móviles son: engranajes, cigüeñales, bielas y pistones. Todas piezas de comportamiento conocido y robusto que exaltan la confiabilidad del diseño.
En este motor de pistones opuestos, las funciones de admisión y escape son desempeñadas por el block y los pistones que, en su recorrido ascendente y descendente, abren y obturan puertos de admisión y escape distribuidos a un lado y otro del cilindro. El diseño de los puertos de admisión tiene una forma tal que provoca un swirl al ingreso del aire a la cámara, que favorece la mejor mezcla de aire y combustible y deviene en una más eficiente combustión.
Adicionalmente, el ingreso de aire a la cámara de combustión y la salida de los gases de escape se da en forma de un flujo unidireccional, lo que permite un óptimo barrido de los gases remantes de la combustión. De esa forma, la cámara queda en mejores condiciones para cada nueva combustión.
Desarrollos y acuerdos de fabricación
Actualmente, la arquitectura patentada está siendo aplicada en una gran cantidad de desarrollos, principalmente en aplicaciones Heavy Duty, un segmento donde los vehículos eléctricos aún encuentran serias restricciones para operar por el peso de las baterías y los tiempos de carga.
Las oficinas de patentes de EEUU, Japón, Corea del Sur, India, Australia, China, Rusia y Euroasia, Malasia, India, Brasil y la Unión Europea han otorgado los grants (concesiones) que ratifican la robustez de la innovación premiada en el prototipo presentado.
La proliferación y diversidad de aplicaciones -desde Heavy a Light duty- que involucran a los más relevantes jugadores de la industria, confirman a la arquitectura patentada como la evolución del motor de combustión interna.
JLA Engine es una realidad y una solución confiable para reducir las emisiones de todos los sectores del transporte que exigen todas las oficinas de control ambiental del mundo.
Satisfacción de los impulsores del premio Ternium
El reconocimiento de Cummins al motor JLA, una década después de ser premiado, enorgullece y les brinda un sentido de profunda satisfacción a quienes lo avalaron cuando era un desarrollo incipiente.
El Premio Ternium Expoagro a la Innovación Agroindustrial es un fuerte estímulo a la industria argentina que apuesta por la investigación y el desarrollo.
“El Premio es un sello de calidad con el que buscamos promover y estimular innovación en el sector agroindustrial. Y el desarrollo de JLA resume a la perfección el espíritu que nos propusimos cuando lanzamos el Premio junto con Expoagro: innovar es, en definitiva, lo que nos permite diferenciarnos, crecer, ganar nuevos mercados e introducir mejoras en productos que mitiguen el impacto de la actividad en el medio ambiente”, afirmó José Del Boca, vicepresidente comercial de Ternium Argentina.
El certamen permite mostrar la capacidad y el talento de los industriales argentinos, especialmente de los fabricantes de maquinaria agrícola con su gen innovador.
“JLA brilló en Agritechica y estoy seguro de que tendrá un futuro enorme de la mano de sus líderes. Es un orgullo desde Ternium y Expoagro haber sido parte del comienzo de esta historia”, destacó Del Boca.
Espere por favor....