Diseño e implementacion de las prácticas de laboratorio de motores de combustión interna

Introducción

Incertidumbre en el suministro y precio, dificultad para establecer un modelo de desarrollo económicamente sostenible así como para establecer un modelo de desarrollo medioambientalmente sostenible, son debilidades asociadas a las economías que dependen completamente del petróleo, es el caso de la inmensa mayoría de los países industrializados. Por tal motivo, desde los años 90 del pasado siglo se ha producido un creciente interés en la búsqueda de fuentes de materias primas alternativas, o encontrar la máxima eficiencia del consumo de combustibles tradicionales derivados del petróleo.

Dada la importancia y la amplia aplicación de los motores de combustión interna en el sector industrial, es imperativo que los estudiantes de Ingeniería Mecánica conozcan las bases de diseño, operación y mantenimiento en las condiciones de máxima eficiencia. Además, corresponde al futuro Ingeniero Mecánico, seleccionar diferentes tipos de motores para diferentes tipos de aplicaciones tales como generación de energía eléctrica, locomoción, potencia, entre otros. Por tanto, es necesario conocer los parámetros básicos de funcionamiento con el fin de integrarlos convenientemente en aplicaciones industriales.

El motor de combustión interna es una máquina térmica en la que los productos de combustión del aire y un combustible generados dentro de una cámara de combustión, se constituyen como el fluido motriz de un elemento de trabajo (pistón) que se encuentra conectado a un eje principal, transmisor del movimiento y de la potencia generada a una aplicación deseada.

El uso de equipos de laboratorio nos acerca a la idea de cómo es la vida de trabajo en la industria, muchas veces con los equipo no se tiene la perfección o la capacidad para realizar los trabajos, es así que en la LA UNIVERSIDAD NACIONAL "SAN LUIS GONZAGA" DE ICA no se cuenta con un Laboratorio de Motores de Combustión Interna, lo que nos impulso la idea del presente trabajo.

A través del estudio de modelos prácticos, el estudiante estará en posibilidad de analizar y estudiar el comportamiento y características de operación de los motores de combustión interna.

El objetivo principal de la presente tesis, es conocer en la práctica el proceso de funcionamiento de los motores de combustión interna, de esta forma los estudiantes tendrán una visión más clara del trabajo estos equipos que son muy comunes en la industria.

Lo aprendido teóricamente, es distante de lo que se pone en práctica, razón por la cual es de intuir, el ingenio puesto en el presente trabajo para comprender el comportamiento termodinámico y de los materiales los cuales se encuentran sometidos a condiciones que comprenden este proyecto y de esta manera poder garantizar un nivel de seguridad mayor que no ponga en riesgo el equipo y a sus operadores.

El uso de los equipo de laboratorio nos acerca a la idea de cómo es la vida de trabajo en la industria, muchas veces se deja de tener experiencias al no contar con ellos en el laboratorio, por lo que fue necesario pedir el apoyo de personas que realizan estos trabajos profesionalmente.

CAPITULO I

Antecedentes

Desde el inicio del siglo XVIII hasta mediados del siglo XIX, el motor a vapor reinó absoluto como la mejor invención del hombre para producir fuerza útil, en substitución no sólo de los animales, usados, por miles de años, en la molienda, transporte e industria, sino también de la fuerza del viento, utilizada en el transporte marítimo. La innovación fue tan importante, que era exhibida, con orgullo, como símbolo del progreso y del avance económico. Con la máquina a vapor, la navegación comercial pasó a ser más rápidos y eficientes; el transporte ferroviario, popular; y la industrialización, deseada por los más diversos gobiernos. Hasta la fecha, al referirnos a la era industrial, surge la imagen del famoso "fog londinense", ícono del uso desenfrenado de motores a vapor y resultado de la mezcla de humo de carbón con vapor emitido por miles de calderas. También conocido como "máquina a vapor", este motor de combustión externa, inventado, en 1698, por el inglés Thomas Savery, usaba carbón o leña para calentar el agua contenida en un recipiente cerrado. Fue producido en diversos modelos y tamaños, pero siempre limitado al hecho de que la fuerza obtenida era directamente proporcional al tamaño de la caldera que, cuanto mayor, más calentamiento necesitaba. Por otro lado, para mantener la elevada temperatura, era necesario un constante suministro de la caldera con carbón o leña.

Debido a estas limitaciones, la máquina a vapor nunca consiguió sustituir el uso de animales en el transporte individual, en el transporte colectivo urbano o incluso en el de carga de pequeña distancia. Su aplicación, a pesar de intensa, siempre se limitó al uso como motor estacionario en la industria y en la agricultura o como motor móvil en humeantes locomotoras, barcos a vapor o navíos. Experimentos en tractores o incluso en vehículos terrestres llegaron a ser hechos, pero esas aplicaciones fueron muy pocas y limitadas, cuando comparadas con las diversas utilizaciones mencionadas.

El primero motor de combustión interna fue inventado y construido por Jean Joseph Étiènne Lenoir. Ingeniero belga, nacido en 1822, en Luxemburgo, emigró para Francia en 1838, trabajando como camarero en París. En 1852, comenzó a trabajar como mecánico. Seis años después, intentó hacer funcionar su primer motor fijo de explosión, movido por una mezcla de gas de carbón y aire. Dos años después, en 1837, patentó la llamada "máquina de gas de Lenoir", el primer motor de aplicación práctica de combustión interna, alimentado por gas de iluminación y con ignición promovida por una batería eléctrica. Fueron fabricados alrededor de 400 de esos motores, principalmente para equipar tornos mecánicos y máquinas de impresión. A continuación, Lenoir pensó en utilizar el motor en un vehículo, transformando el movimiento rectilíneo en movimiento de rotación. En 1860, consiguió ensamblar un triciclo motorizado, cuyo combustible era gas de hulla o petróleo liviano (proveniente de pizarra o alquitrán) vaporizado en un primitivo antepasado del carburador.

Máquina a vapor de Savery Sin embargo, su vehículo fue un fracaso, porque el motor no hacía la compresión de la mezcla de aire con combustible, y la potencia llegó a apenas 1,5 HP. Considerado el inventor del motor a explosión, murió en 1900, en Francia.

Motor de Lenoir A pesar del fracaso de Étiènne Lenoir en usar el motor de combustión interna en un vehículo, la idea en sí tuvo varios seguidores. Las ventajas de ese tipo de motor frente a los de combustión externa son enormes y numerosas. El aprovechamiento de la energía, al quemar el combustible en un ambiente cerrado, es mucho mayor. El uso de líquido vaporizado o de gas permite que la dilución con el aire sea rápida y efectiva, aumentando la eficiencia. Utilizar la energía desprendida por la combustión del combustible directamente como energía mecánica, sin necesidad de utilizar la transformación del agua líquida para vapor y después para energía mecánica, hace que el aprovechamiento térmico sea muchas veces mayor y la relación del tamaño del motor con la potencia obtenida sea mucho más favorable. La combustión de combustible fluido en un ambiente cerrado facilita el control del proceso, permitiendo controlar el número de combustiones y, consecuentemente, el de ciclos del motor; permite, además, que el inicio y el final del funcionamiento del motor puedan ser mejor controlados, y que la fuerza generada pueda ser dosificada.

La combinación de todos estos factores hace que la aplicación de un motor de combustión interna en un vehículo sea muy fácil, lo que no pasó desapercibido por los mejores tecnólogos de fines del siglo XIX.

Una de esas personas entusiasmadas con la idea de emplear un motor de combustión interna en un vehículo con ruedas fue Nikolaus August Otto. Nacido en 1832, en Alemania, era un comerciante ambulante que recorría diversas ciudades de su país y de países vecinos vendiendo azúcar, té y materiales de cocina. En un viaje a París, conoció el motor de combustión interna de Étiènne Lenoir y el esfuerzo del ingeniero francés para aplicarlo a un triciclo. A pesar del poco éxito del pionero en la aplicación vehicular, Otto creía que podría mejorar aquella invención y comenzó a hacer diversos experimentos. Por un feliz accidente, ese alemán descubrió el valor de la compresión de la mezcla de combustible y aire, antes de quemar en la cámara de combustión, lo que aumentaba significativamente la fuerza generada. A partir de ahí, la idea del ciclo de cuatro tiempos de movimiento del émbolo (o pistón) – el Ciclo Otto – nació. Él construyó su primer motor a gas en 1861 y formó una sociedad con el industrial alemán Eugen Langen. Comenzó su primera fábrica en Deutz, suburbio de Colonia, en Alemania, y allí, con capital aumentado y personal especializado, gracias a premios conquistados en ferias de tecnología, contrató los servicios y la capacidad técnica de un señor llamado Gottlieb Daimler, que se convertiría, poco tiempo después, en una de las estrellas en el firmamento del automovilismo. Más tarde, estableció otra fábrica en Filadelfia, EE.UU. Originariamente conocido como N.A. Otto & Cia, la empresa todavía existe con el nombre de Deutz AG. A partir de 1876, incorporando tecnología traída por Daimler y aplicando el concepto de los cuatro tiempos, comenzó la construcción, a ritmo industrial, del nuevo motor de Otto. Su patente, con el número DRP 532, pasó a ser la más demandada del mundo y la patente-base del motor moderno.

Motor Otto Gottlieb Daimler nació en 1834, también en Alemania. Después de una temporada en Francia, donde adquirió experiencia en la construcción de máquinas, estudió en la Escuela Politécnica de Stuttgart. Hacia fines de 1863, comenzó a trabajar como inspector en una fábrica de máquinas, donde conoció a Wilhelm Maybach. En 1872, comenzó a trabajar en la Otto & Langen, donde conoció el Motor Otto de cuatro tiempos. Después de divergencias con la dirección de la empresa, salió de la Deutz en 1882. Poco después, compró una villa en Cannstatt, donde había un invernadero en el jardín, que Daimler mandó ampliar para montar un taller de pruebas, e invitó a Maybach para trabajar con él. La propuesta de Daimler era utilizar gasolina como combustible de los motores, montándolos en todos los vehículos posibles – en tierra, en agua y aire. Él utilizaba el principio Otto de cuatro tiempos, que, debido al complicado mecanismo de ignición, no permitía grandes rotaciones. Después de intensivos tests, Daimler resolvió patentar un motor con sistema de ignición por calentamiento eléctrico, controlado por una resistencia. Dicha patente fue una obra maestra del arte de la formulación, porque contenía los principios de cuatro tiempos del Motor Otto y se transformó en una gran disputa judicial de patentes con la Deutz. Sin embargo, la Corte Federal aceptó la argumentación de Daimler de tecnología propia y, así, hacia fines de 1883, funcionó el primer motor de pruebas, fundido por una fábrica de campanas. Gracias a la ignición incandescente y a la válvula de descarga, el motor llegó a 600 rotaciones por minuto, lo que superaba a cualquier motor construido hasta aquel entonces. El siguiente motor recibió el nombre de "Standuhr" ("reloj de pie") y su rendimiento, en 1884, era de 1HP. Con esa construcción, con gran economía de peso y altamente compacto, Daimler y Maybach habían llegado a la condición básica para conseguir montarlo en un vehículo.

El primer test fue hecho con una motocicleta con estructura de madera. El motor de un cilindro fue montado debajo del asiento del conductor. Al comienzo de 1886, Daimler encargó un carruaje, fabricado en Hamburgo y montado en Stuttgart.

Secretamente, el vehículo fue entregado en la noche del 28 de agosto como un regalo para la señora Daimler. El motor, que ellos montaron cerca de la dirección giratoria, tenía 1,5 HP y fue montado de acuerdo con el modelo del "reloj de pie". La transmisión de potencia era ejecutada por correas. El extraño carruaje motorizado, por lo tanto, fue el primer automóvil de cuatro ruedas del mundo.

La adecuación entre motores y combustibles fue uno de los factores de gran importancia en la evolución y afirmación de mercado del motor de combustión interna. En los proyectos pioneros, el combustible usado era el gas de iluminación. La abundante disponibilidad, generada gracias a los sistemas de iluminación pública de la época, hizo del gas un combustible muy adecuado para aplicaciones en motores estacionarios. Sin embargo, las características del motor a explosión de bajo peso eran muy atractivas para vehículos de pequeño porte que sirvieran para el transporte individual. El uso del gas de iluminación como combustible se volvió, así, inadecuado.

1º automóvil de Daimler No obstante, la visión de la oportunidad de colocar motores a explosión en vehículos livianos hizo que varios inventores se pusieran a trabajar en el desarrollo de sistemas para adecuar el motor de combustión interna a los combustibles líquidos. La mayor densidad energética y la mayor facilidad de transporte ponían en evidencia las ventajas del uso de ese tipo de combustible en pequeños vehículos. El descubrimiento de pozos de petróleo, alrededor de 1854, en los EE.UU. con buenas reservas y relativa facilidad de explotación, era otro factor motivador para este desarrollo.

John D. Rockefeller, americano nacido en 1839, fue uno de los primeros visionarios que se dio cuenta de la importancia comercial que los derivados del petróleo tendrían como combustible líquido para los vehículos motorizados que estaban surgiendo. Con 22 años y teniendo apenas una formación escolar básica, adquirió una pequeña empresa con la cual pasó a formar parte del sector de la refinación, transporte y venta de productos petrolíferos. En 1863, fundó su primera refinería.

La segunda comenzó a funcionar en 1866. Rápidamente, aseguró el monopolio del negocio, construyendo los propios oleoductos, comprando numerosas empresas, creando redes de distribución y utilizando métodos rápidos de negociación.

En 1879, su empresa, la Standard Oil Company controlaba el 95% del mercado del petróleo. Sin embargo, sus esfuerzos para insertarse en el mundo de la política fueron mal recibidos y, en 1892, con la Ley Antitruste, su empresa tuvo que ser dividida en empresas menores, de las cuales Rockefeller detentaba solamente una participación minoritaria. Ese industrial personificó el modelo del gran capitalista, manteniendo un estilo de vida puritano e invirtiendo sus lucros en el mecenazgo artístico y científico.

Siegfried Marcus, austríaco, es considerado el inventor del carburador, pieza esencial para la utilización de combustibles líquidos en motores de combustión interna. Debido a la dificultad de promover una buena mezcla del líquido con aire, dicha invención representó un enorme avance en la utilización de la gasolina como combustible. La consolidación final del motor a gasolina ocurrió tan solo en 1883, con el trabajo de Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach, quienes construyeron un carburador de funcionamiento convincente y lo asociaron con un sistema de ignición también desarrollado por ellos. El resultado obtenido fue un gran salto en la evolución de los motores de combustión interna. El de Daimler llegaba a 900 RPM, mientras que los que utilizaban gas apenas llegaban a las 200 rotaciones. De esa manera, se consiguió la unión del motor de combustión con los derivados de petróleo, al mismo tiempo en que se creaban las condiciones necesarias para el desarrollo del automóvil.

Automóvil de Marcus En la misma época, Rudolf Diesel, ingeniero de nacionalidad alemana, aunque nacido en París, en 1858, buscó desarrollar un motor de combustión interna que tuviese el mayor rendimiento posible. Utilizó, para eso, una configuración mecánica similar a la de Otto: ciclo de cuatro tiempos y mecanismos de válvulas de admisión y escape. Sin embargo, en el motor de Diesel, la combustión era provocada por la inyección de combustible en la cámara de combustión, al final de la fase de compresión. La temperatura elevada del aire en el cilindro, a causa de la alta compresión a la que era sometido, provocaba la auto combustión del combustible inyectado. La idea no era original, pero Diesel fue el primero que concibió un motor práctico y de alto rendimiento, que fue patentado en 1892.

Motor diesel El rendimiento térmico alcanzado por este motor llegaba al triple de la máquina a vapor y más de una vez y media el de los motores a gasolina de aquella época. Tal como fue concebido, el motor diesel tenía características que lo hacían apropiado para aplicaciones pesadas y, desde luego, fue visto como un fuerte sucesor del motor a vapor. En comparación con el motor a gasolina, conseguía destacarse en las instalaciones de gran porte, pero era demasiado pesado para competir en el transporte carretero y en aplicaciones livianas.

De cierta forma, los dos tipos de motor de combustión interna, el Diesel y el Otto, se volvieron complementarias para una gran franja de aplicaciones, cada cual dominando un segmento diferente. El binomio liviano-económico sería el parámetro de mayor peso en la elección. Además de las ventajas singulares de cada uno, un factor importante ayudaría a mantener el equilibrio en esta dicotomía: los dos habían pasado a beber en la misma fuente, el petróleo.

Como el petróleo diesel y la gasolina son obtenidos por destilación fraccionada del petróleo, la oferta de uno estaba vinculada al consumo del otro. Dicha "simbiosis" hizo que los dos encontrasen el equilibrio en la disputa y continuasen evolucionando en aplicaciones cada vez más diversas, al mismo tiempo en que, en la práctica, terminaban con el dominio de la máquina a vapor. El nuevo reinado de las máquinas térmicas estaba dividido entre los motores del ciclo Otto y los del ciclo Diesel.

Sin embargo, dicho predominio sería accesible apenas para pocas personas multimillonarias, si no fuera por el espíritu emprendedor del americano Henry Ford. Nacido en 1863, en el Norte de los Estados Unidos, este ingeniero entendió que el automóvil podría ser interesante para todos, en el caso de que pudiese ser adquirido a un precio razonable. Para tener un producto más barato, Ford inventó la famosa "línea de montaje", en la cual las diversas etapas de fabricación fueron distribuidas a lo largo de una cinta rodante y cada empleado quedó encargado de acoplar un componente estandarizado.

La idea era evitar que hubiera dudas y pérdida de tiempo de los funcionarios durante la construcción de los vehículos.

Lanzado en 1908, costando 850 dólares por unidad, el Modelo Ford T fue un éxito. Fueron vendidos 15 millones de unidades en alrededor de 20 años. Al contrario de los ofrecidos por otros fabricantes, los vehículos producidos por Ford no eran juguetes casi artesanales para ser exhibidos por los ricos. Era un bien producido en serie, para ser usado todos los días por ciudadanos comunes. A pesar de ser un empresario genial, Henry Ford era un pésimo administrador: le gustaba la fábrica, y no la oficina. No tenía paciencia para balances, detestaba a los banqueros y siempre mantenía dinero en efectivo en el cofre. Tampoco era muy bueno en materia de marketing, porque, durante 19 años, produjo solamente el Modelo T negro.

Ford T 1908 Justamente, uno de los slogans de la campaña de ventas era exactamente este; usted puede tener el Ford que quiera, desde que sea de color negro. No fue sino hasta 1927, que Ford lanzó el Modelo A con más colores, pero, a aquella altura de los acontecimientos, ya estaba siendo superado por la General Motors.

Con el avance de Ford y de sus incontables competidores, proveedores de piezas, revendedores, talleres de reparaciones, gasolineras y carreteras se multiplicaron. Con el automóvil, las personas pudieron viajar más y vivir lejos de las áreas centrales. La contaminación, los ruidos, los accidentes y los congestionamientos substituyeron a otros problemas urbanos y se asociaron, a partir de ahí, a la imagen de urbanización y desarrollo.

Así, al comienzo del siglo XX, mediante la introducción de los conceptos traídos por Henry Ford de línea de montaje y de producción en serie, la industria automovilística comenzó a crecer enormemente, no sólo en los Estados Unidos sino también en Inglaterra, Alemania, Italia y Francia. En 1919, ya se contabilizaba el increíble número de 186 fabricantes de vehículos automotores en el mundo, lo que permitió la producción de 11 millones de unidades apenas en aquel año.

La eclosión de la Primera Guerra Mundial en Europa aportó dos aspectos importantísimos para el sector. De un lado, vino a frenar la expansión que dicha industria estaba teniendo en términos de crecimiento de volumen de producción, principalmente en Europa. Por otro, gracias a los esfuerzos de guerra y a la diseminación del uso del motor de combustión interna, alimentado por combustibles derivados del petróleo, en automóviles y camiones de usos militares, así como en motocicletas, aviones, barcos, navíos y cualquier cosa que se moviese, posibilitó enormes avances tecnológicos que permitieron aumentar su eficiencia y rendimiento, disminuir su tamaño y disminuir su costo.

Durante el periodo que transcurre entre la Primera y la Segunda Guerra Mundial, el número de fabricantes de vehículos disminuyó, pero la cantidad de fusiones e incorporaciones fortaleció a las empresas remanecientes, que, adoptando tecnologías más avanzadas, volvieron a producir a gran escala, popularizando, todavía más, el uso del automóvil y llevando dicho producto a todos rincones del planeta. Intensamente divulgado por la industria cinematográfica, el uso individual del automóvil se consolidó en todos los continentes y países, transformando a las ciudades, abriendo carreteras e incentivando la prospección de petróleo, la construcción de refinerías y la distribución de derivados.

Cuando estalló la Segunda Guerra Mundial, el automóvil y sus congéneres ya se encontraban presentes en el mundo entero, siendo también significativa la demanda de combustible, componentes y piezas de mantenimiento. Debido a las dificultades de transporte y al racionamiento, la interrupción del suministro de estos productos en países que no los producían se convirtió en un serio problema, llevando a la busca de combustibles alternativos y al surgimiento de un nuevo tipo de industria, la de producción de piezas no originales, que, más tarde, fue el embrión de nuevos parques de producción de vehículos en países de Asia, Oceanía y América del Sur, los cuales, hasta entonces, no habían tenido producción local.

Con el final de la guerra, los esfuerzos de restablecimiento económico de los países afectados, la posición de Estados Unidos como nueva potencia mundial y los planes de reconstrucción de los países derrotados, la industria automovilística vivió su apogeo. El parque industrial automovilístico se internacionalizó. Fábricas de automóviles, camiones y auto piezas fueron implantadas en decenas de países, y la flota mundial de vehículos llegó a los 200 millones de unidades en 1960.

Consecuentemente, en la medida en que todos esos vehículos eran movidos a gasolina o diesel, el consumo de petróleo llegó a los 8 millones de barriles al día en aquel año, con un precio promedio, en valores de la época, de aproximadamente 2 dólares por barril. Era muy barato lo que se pagaba por el combustible usado en esos vehículos maravillosos, que representaban status, libertad y progreso.

Sin embargo, todavía en la década de 1960, las primeras señales de que no todo iba a las mil maravillas con los automóviles movidos a derivados de petróleo comenzaron a surgir. Problemas crónicos de visibilidad en 1962, en la aproximación para el aterrizaje de aviones en el aeropuerto de Los Angeles, EE.UU., llevaron al descubrimiento de la enorme complejidad de la cuestión de la contaminación causada por la emisión de los gases producidos por los vehículos automotores en las regiones urbanas densamente pobladas. Cuando se estudiaron las causas de ese fenómeno, se constató que el daño ocasionado por la combustión de los combustibles vehiculares iba mucho más allá de la simple emisión de monóxido de carbono (CO), hasta entonces considerado como peligroso por las muertes de conductores incautos en garajes cerrados, donde el motor del vehículo era calentado antes de salir. Se descubrió la compleja serie de reacciones químicas entre los óxidos de nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos (HC) emitidos por los vehículos. En presencia de la energía suministrada por la luz ultravioleta solar, se forman diversos compuestos químicos capaces de afectar seriamente la salud de hombres, de animales e incluso de plantas. Este fue el inicio de la enorme preocupación con la contaminación urbana causada por los vehículos, lo que, a continuación, llevó a la adopción de reglamentación de control de las emisiones de gases, iniciada en California, extendida a todos los EE.UU. y, más tarde, adoptada por decenas de otros países. Incluso con algunas diferencias de procedimientos de medición, de límites permitidos o de contaminantes reglamentados, todos los países desarrollados del mundo adoptan, actualmente, restricciones a la contaminación vehicular, incluyendo la contaminación sonora.

Los conflictos en Oriente Medio, iniciados con la Guerra de Suez (1956) y profundamente agravados con la Guerra de los Seis Días (1967), fueron las primeras señales de alarma que los países consumidores de petróleo sintieron con relación a la grave posibilidad de escasez de petróleo y aumento de precio, haciéndolos reflexionar sobre su dependencia con relación a esta fuente de energía.

Por otro lado, los países productores de petróleo de la región en conflicto rápidamente sintieron que tenían en sus manos una valiosísima moneda de trueque, para imponer sus intereses políticos frente a la comunidad económica internacional. En aquella época, detentaban más del 70% del comercio mundial de petróleo, ya que: la producción americana era insuficiente para satisfacer a su propia demanda; el petróleo del Atlántico Norte era carísimo, debido a la extracción en aguas profundas; Rusia, Estado jefe de la Unión Soviética, no comercializaba su petróleo con los países del occidente en razón de la guerra fría; Méjico y Venezuela estaban satisfechos con poder suplir parte de la carencia productiva americana; y otros países productores eran muy poco relevantes en el comercio de petróleo existente. Los países del Oriente Medio, en este contexto, percibieron que tenían en sus manos el suministro de Europa Occidental, Asia, Oceanía y gran parte de las Américas. Asumiendo posiciones de peso en la Organización de los Países Exportadores de Petróleo (OPEP), una entidad internacional que hasta aquel entonces había sido inexpresiva, dichos países consiguieron encuadrar a los países productores en regímenes de cuotas de producción y de fijación conjunta de precios. Los resultados de esta unión estratégica fueron rápidamente perceptibles. En 1973, en respuesta al apoyo internacional dado a Israel en la guerra del Yom Kippur, el mundo fue sometido a lo que fue conocido como "Primer Choque del Petróleo". En conjunto, los países exportadores cortaron el volumen de producción y elevaron el precio del petróleo a valores absurdamente altos. En tres meses, el barril, en valores de la época, pasó de US$ 2,90 a US$ 11,65. Estas medidas desestabilizaron a la economía mundial y provocaron una severa recesión en EE.UU. y en Europa, con gran repercusión internacional. Dueños de dos tercios de las reservas de petróleo del mundo, países como Arabia Saudita, Irán, Irak y Kuwait controlaron el volumen de producción y el precio del producto.

El Segundo Choque del Petróleo se produjo, en 1979, ocasionado por la revolución iraní que derrocó a Reza Pahlevi e instaló una república islámica. La producción de petróleo del país fue gravemente afectada, y la nación no consiguió satisfacer ni siquiera sus necesidades internas. Irán, que era el segundo exportador de la OPEP, atrás solamente de Arabia Saudita, quedó prácticamente fuera del mercado. Con la disminución de la oferta, el precio del barril de petróleo llegó a niveles récordes y agravó la recesión económica mundial al comienzo de la década de los 80. Con excepción de los países de la Cortina de Hierro (Unión Soviética y aliados), que disponían del abundante petróleo ruso, todas los demás, tanto desarrollados como en vías de desarrollo, fueron gravemente afectados por el impacto del choque. El nivel de precio del petróleo alcanzado después de dos choques y por la acción conjunta de los países productores agrupados en la OPEP provocó, sin embargo, consecuencias no esperadas. Presionados por los altos precios, los países productores salieron a la búsqueda de nuevos proveedores o retomaron la extracción en cuencas petrolíferas conocidas, pero que, hasta aquel entonces, eran consideradas inviables económicamente. La extracción en aguas profundas, en el Mar del Norte, en el Golfo de México, en el Caribe y en la costa de Brasil, y la extracción terrestre, en África, en Alaska y en América del Sur, fueron retomadas y provocaron un considerable aumento de la oferta de petróleo. Por otro lado, pasó a ser indiscutible, para la comunidad internacional, que el uso exclusivo de petróleo como materia prima para la producción de combustibles vehiculares precisaba ser repensado. Diversos experimentos comenzaron a ser hechos en varios países. Metanol, etanol, óleos vegetales, gas natural, MTBE, ETBE, FAME, FAEE, DME y otras sustancias comenzaron a ser mencionadasy experimentadas.

Sin embargo, el aspecto más grave del uso intensivo de combustibles derivados del petróleo – no solamente en el uso vehicular sino también en la extensa gama de utilización que el petróleo y el carbón mineral tienen – fue la constatación de que los gases generados por su combustión están directamente relacionados con el surgimiento del grave problema del calentamiento global. Desde la década de 1970, este tema ya estaba siendo señalado por diversos científicos, pero, en la década de 1990, se llegó a la convicción de la urgente necesidad de alteración de la matriz energética mundial, para enfrentar el problema.

En pocas palabras, se constató que la combustión del petróleo y del carbón mineral hace que la sustancia carbono, que forma dichos productos y está depositada en las profundidades de la tierra, reaccione con el oxígeno de la atmósfera y forme el gas anhídrido carbónico (CO2). Esta sustancia, que es inerte, no tóxica, también es expelida por la respiración de los seres vivos. En condiciones naturales, sería absorbido por la propia naturaleza. Pero, dada la elevadísima cantidad emitida por la acción del hombre, está acumulándose en la atmósfera a un ritmo mayor que la capacidad de absorción natural, creando una capa que dificulta la reflexión de la luz solar incidente, aumentando la temperatura de la superficie, provocando un fenómeno conocido como efecto invernadero.

Si no se actúa para impedir el calentamiento global, las consecuencias serán trágicas, ya que la propia vida humana está en riesgo.

Además de los problemas ya señalados relacionados con la contaminación urbana, aumento de costo, inseguridad de suministro y calentamiento global, el uso intensivo del petróleo tiene un agravante más: en la medida en que es un recurso finito, la cantidad disponible está disminuyendo. El consumo mundial actual de petróleo es del orden de los 85 millones de barriles al día, habiendo reservas estimadas de 1,4 trillones de barriles. Mantenida dicha situación, tendremos petróleo disponible solamente 45 años más. Esta no es una cuestión de fácil de resolver.

Actualmente, la flota mundial de vehículos se acerca a la fantástica cifra de mil millones de unidades. Hay mil millones de automóviles, furgones, camionetas, pick-ups, camiones y ómnibus circulando por todos los países del planeta. Hay mil millones de vehículos dotados de motor de combustión interna, del tipo Otto o del tipo Diesel, consumiendo gasolina, gas natural o diesel. A diario, más de 165 mil vehículos son producidos y añadidos a dicha flota, lo que significa dos vehículos más por segundo. Son 18 mil millones de pasajeros y 30 mil millones de toneladas de carga transportados al día por vehículos automotores carreteros. ¿Cómo cambiar esta situación? ¿Cómo sustituir esa flota? ¿Cómo sustituir al combustible que mueve dicha flota? Y, ¿sustituirlo utilizando qué? Diversos estudios en marcha señalan en dirección a un mismo camino, que es el de la substitución del motor de combustión interna por el motor eléctrico, que es eficiente, silencioso, potente, no emite contaminantes y es tecnológicamente simple. Sin embargo, existen dos cuestiones que todavía no han sido resueltas; cómo generar la energía eléctrica para hacer funcionar el motor de modo seguro y no contaminante y cómo llevar la energía a bordo en cantidad suficiente para que el vehículo tenga una buena autonomía. Generar energía de modo seguro y no contaminante pasa por el análisis de los riesgos que implican plantas nucleares o térmicas, y llevar cantidad suficiente de energía a bordo significa cualquier cosa que no sea la contaminante batería a base de plomo o de otros metales pesados. Actualmente, se considera que el medio más adecuado de generar la energía eléctrica sería mediante el intercambio iónico obtenida en el pasaje de hidrógeno por un conjunto de membranas electrolíticas (la llamada celda de combustible o fuel cell), con un reformador catalítico que pueda sacar el hidrógeno de una sustancia rica en este gas – tal como el gas natural (rico en metano) – o, preferentemente, de un líquido – tal como un alcohol (metanol o etanol) , más fácil de abastecer y transportar. Debido a su explosividad y bajísima densidad, se intenta evitar el trastorno de tener que transportar el propio gas hidrógeno en cilindros en el vehículo.

Estas preguntas no tienen respuestas fáciles. Centenares de investigadores llevan dos décadas trabajando en el concepto de "vehículo eléctrico + celda de combustible" y los resultados obtenidos todavía son insignificantes. El conjunto, cuando es comparado con los vehículos convencionales dotados de motor de combustión interna, todavía tiene poca autonomía, el rendimiento es bajo, la capacidad de carga es pequeña, la tecnología es compleja y el resultado es demasiado caro para producción en serie. A pesar de que varios prototipos ya han sido presentados, ningún fabricante de vehículos pasó a ofertar dicha tecnología en algún modelo de producción en serie.

Todo lo que se vio, hasta ahora, en dirección a la utilización comercial de los motores eléctricos, sin considerar a los vehículos para trabajo especiales (carritos de golf y flotas privadas, por ejemplo) o para trabajo en recintos cerrados (máquinas para empilar y tractores, por ejemplo). Fue el surgimiento de los llamados vehículos híbridos dotados de dos motores, uno de combustión interna y otro eléctrico, cuyo uso combinado permite el accionamiento eléctrico mientras el motor convencional reabastece las baterías. Las primeras motorizaciones híbridas fueron usadas en vehículos pesados (ómnibus, camiones de recolección de basura, etc.) y eran formadas por dos motores distintos. Más recientemente, han aparecido vehículos híbridos livianos, en los cuales los dos conceptos son combinados en un único motor, lo que permite que el conjunto sea mucho más compacto y eficiente. Sin embargo, todavía se trata de una tecnología compleja y cara, lo que limita su comercialización a pocas unidades y a países con alto poder adquisitivo.

Pero no restan dudas de que, en el futuro, todos los vehículos terrestres dejarán de utilizar motores de combustión interna y serán eléctricos. Las únicas dudas son; cuánto tiempo eso todavía llevará y qué hacer en ese ínterin.

Brasil adoptó un camino propio y, hoy, cosecha buenos frutos.

Anualmente, la industria automovilística brasileña produce para el mercado interno alrededor de 1,5 millón de vehículos livianos que son dotados de motores de combustión interna, como los de los otros países, pero que están adaptados para quemar etanol puro o una gasolina mezclada con el 20 al 25% de etanol. Así, a pesar de estar fabricando vehículos convencionales, en realidad, estamos creando una flota más independiente de la necesidad de petróleo, lo que ha permitido al país, además de hacer significante economía de divisas, prepararse mejor para el futuro. Mientras la comunidad científica internacional trabaja para desarrollar y producir el vehículo del futuro, Brasil está invirtiendo en el uso de combustibles derivados de la biomasa. Esta posición favorable no fue lograda sin esfuerzo ni de inmediato. Hace treinta años, frente a una situación internacional de fuerte reducción de la oferta de petróleo, se opto por llevar a cabo una alteración profunda de la matriz energética y, desde entonces, incluso con la alternancia de momentos positivos y negativos, frente a escenarios prometedores y a otros ni tanto, investigadores, productores de alcohol, industria automovilística, de componentes etc. están trabajando para llegar a la posición actual.

La introducción del alcohol etílico (etanol) en la matriz energética, de modo responsable, estandarizado, coherente y sistemático, comenzó durante los años 70, a través del Pro-alcohol I (Decreto Federal nº 76.593, 1975) y del Pro-alcohol II (Decreto Federal nº 83.700, 1979). Pero, antes de esto, desde el inicio del siglo XX, dado que el etanol es un subproducto de la producción de azúcar, la mezcla con la gasolina ya se hacía, siendo que, durante la 2ª Guerra Mundial, a causa de la dificultad de importación y al racionamiento, la mezcla de alcohol en la gasolina se intensificó, produciendo buenos resultados.

La industria automovilística brasileña, con el advenimiento del Pro-alcohol, comenzó a trabajar en el desarrollo de una tecnología apropiada para el nuevo combustible. Como no había experiencia internacional de uso del etanol, las montadoras decidieron hacer en Brasil el desarrollo, lo que fue, indiscutiblemente, un gran incentivo para el crecimiento de una ingeniería automotriz nacional.

Con apoyo de sectores del gobierno federal y de los estados, de diversos institutos y centros de estudio, de diversas facultades, de empresas proveedoras de piezas y componentes y de los propios productores de combustibles, las montadoras consiguieron, en poco tiempo, modificar los vehículos a gasolina para una gasolina con alto tenor de etanol (20 a 25%) y proyectar motores y vehículos aptos para utilizar el 100% de alcohol combustible, evitando las dificultades referentes a la corrosión de materiales, al ataque a materiales plásticos y gomas, a la dificultad de partida del motor en días fríos, a la pérdida de dirigibilidad y al consumo de combustible exagerado.

Después de varios años de éxito, con más de cinco millones de vehículos a alcohol producidos en el periodo de 1979 a 1993, siendo que, en 1986, las ventas de 700 mil unidades significaron el 89% del total de vehículos livianos comercializados, el interés de los consumidores por dicho combustible disminuyó. En 1995, fueron vendidos menos de 50 mil unidades y, en 1997, fueron responsables de apenas el 0,1% de las ventas totales de vehículos livianos.

No hubo una causa única. Varios factores provocaron el desinterés del consumidor en el vehículo con etanol: el precio internacional del petróleo disminuyó, permitiendo una reducción de los precios de los derivados; el precio internacional del azúcar aumentó, llevando a los productores a preferir producir azúcar para exportación; el gobierno brasileño pasó a incentivar la producción de los vehículos populares, sin crear exenciones para que el motor fuera impulsado por etanol, llevando a las montadoras a lanzar solamente vehículos a gasolina.

Sin embargo, el lanzamiento de los vehículos flexibles, en marzo del 2003, fue un marco histórico y un punto de inflexión en el mercado de combustibles alternativos de nuestro país.