En 1892, el inventor Rudolf Diesel creó un nuevo combustible revolucionario que hoy lleva su nombre. Su invención, como suele ser el caso en las ciencias físicas, fue la culminación de años de trabajo duro, repetitivo y económicamente poco gratificante.
Diesel se inspiró por primera vez en una conferencia de termodinámica en el Royal Bavarian Polytechnic de Munich, en su Alemania natal. (Termodinámica es el estudio de la relación entre el calor y las otras formas de energía.)
Diesel logró lo que hizo en la búsqueda decidida de una especie de "santo grial" de la física: un motor de combustión que podría convertir todo el calor en trabajo útil y, por lo tanto, sería 100 por ciento mecánicamente eficiente. Esto había sido probado por físicos a la teóricamente posible, pero en términos prácticos lo fue, e incluso hoy sigue siendo esquivo en el mejor de los casos.
A pesar de que Diesel no alcanzó este ideal de eficiencia, sus motores seguían siendo más del doble de eficientes que sus predecesores, alrededor del 25 por ciento frente al 10 por ciento. Desafortunadamente, enfrentó frecuentes llamadas para obtener reembolsos por sus productos y su vida terminó en la pobreza, según se informa por su propia mano.
Pero el nuevo enfoque personalizado de Diesel para encender el combustible y la invención del motor diesel siguen siendo de enorme importancia incluso en una época. en el que las percepciones de los combustibles fósiles de todo tipo se han vuelto enormemente impopulares, incluso si su uso continúa en gran medida sin control.
Energía en el mundo moderno
La "energía" en física es un concepto central, aunque algo difícil de explicar adecuadamente con palabras cotidianas. La energía tiene unidades de fuerza multiplicadas por la distancia, pero también "aparece" en una variedad de formas menos cuantificables. Fuentes de energía primaria incluir energía nuclear, combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural) y las denominadas fuentes renovables como:
- **viento
- solar
- geotermia **
- hidroeléctrico energía
Una interjección sobre las energías renovables
A partir de 2016, aproximadamente el 81,5 por ciento de la energía utilizada en los Estados Unidos (el mayor consumidor de energía del mundo entre las naciones) se deriva de los combustibles fósiles. Si bien se esperaba que este número cayera por debajo del 77 por ciento para el año 2040, el hecho es que la industria No se espera que el mundo deje de depender del petróleo, el gas natural y el carbón en ningún momento en el futuro previsible. futuro.
Esto es a pesar de las conversaciones inflexibles, claras y a veces muy estridentes de los medios de comunicación y del sector científico sobre el potencial devastadores efectos ambientales del cambio climático que se espera que surjan en serio en la segunda mitad del presente siglo.
Si bien la energía nuclear, la biomasa, la energía hidroeléctrica y otras energías renovables han crecido para contribuir cerca de una cuarta parte de Las necesidades energéticas de Estados Unidos, solo se espera que la categoría "otras energías renovables" crezca significativamente en las décadas para venir.
Descripción general de los combustibles fósiles
La mayoría de las fuentes enumeran tres combustibles fósiles como contribuyentes a la máquina global de energía humana: petróleo, gas natural y carbón. (Un cuarto, un producto de aceite patentado llamado Orimulsión, entró en uso en la década de 1980, pero se convirtió en un efectivo no participante en la primera década del siglo XXI.) Juntos, estos representaron las cuatro quintas partes del suministro de energía del planeta a partir de 2019.
Dejando a un lado todas las controversias sobre las consecuencias del uso de combustibles fósiles, sin ellos, viviríamos en un mundo irreconocible para los viajeros actuales de la Tierra. Todas las redes mundiales de transporte y comunicaciones dependen de su suministro de energía, y la mayoría de las Los productos básicos manufacturados críticos del mundo, como los plásticos y el acero, dependen absolutamente de los combustibles fósiles en el momento.
"Combustibles fósiles" es un nombre inapropiado, porque estos combustibles no provienen de fósiles, que generalmente ni siquiera son restos de seres vivos. per se, sino impresiones de esas cosas muertas hace mucho tiempo en las rocas y el suelo. Los combustibles fósiles provienen del Biomasa descompuesta de animales y plantas. que vivió hace muchos millones de años, por lo que los combustibles fósiles y los fósiles reales están relacionados en el sentido de que ambos sirven como evidencia indirecta de la vida antigua en la Tierra.
Tipos de combustibles fósiles
El combustible diesel es una especie de petróleo, un término que se usa indistintamente en el discurso cotidiano con "petróleo". Las características esenciales de los tres principales combustibles fósiles son las siguientes:
Petróleo. Este combustible fósil se compone principalmente de los elementos carbono e hidrógeno, lo que no es sorprendente dado tanto la abundancia de estos elementos en la Tierra en general como su abundancia en los seres vivos en especial. Se cree que la mayor parte se creó entre hace unos 252 millones y 66 millones de años, cuando una gran cantidad de vida vegetal estaba enterrada en los océanos de ese tiempo inimaginablemente lejano.
Se utiliza petróleo, o más exactamente, los diferentes hidrocarburos "aceitosos" que califican como petróleo. para fabricar una serie de productos cotidianos, incluida la gasolina y el aceite para calefacción, además del combustible diesel.
En la actualidad, la quema de estos combustibles es responsable de más de la mitad de las emisiones de "gases de efecto invernadero" ricas en carbono en la atmósfera terrestre. a su vez, se cree que es un importante contribuyente al calentamiento continuo de la superficie y los hábitats del planeta que ha estado ocurriendo durante décadas.
El petróleo representó alrededor del 35 por ciento de la energía producida en EE. UU. En 2016, una estadística que se espera que permanezca estable hasta al menos 2040.
Gas natural. Este combustible fósil se caracteriza por ser incoloro e inodoro, cualidades que contrastan con el petróleo, una sustancia notablemente intrusiva en estos aspectos. Como el petróleo, se formó hace millones de años a partir de restos de materia vegetal y animal, a través de la sustancia química. y las condiciones mecánicas (por ejemplo, la presión) que los crearon obviamente no eran idénticas a las que dieron lugar a petróleo.
La producción de gas natural ha aumentado dramáticamente en los Estados Unidos en la segunda década del siglo XXI, un efecto casi enteramente atribuible a la rápida expansión de la implementación de "fracking."
Más apropiadamente llamado fracturamiento hidráulico, esta controvertida técnica de perforación requiere una gran cantidad de agua y puede causar actividad sísmica (similar a los terremotos) en las regiones afectadas. El gas natural contribuyó con aproximadamente una cuarta parte del suministro de energía de EE. UU. En 2016, pero se espera que coincida con la cifra del 35 por ciento del petróleo para 2040.
Carbón. Una vez que fue casi la única fuente de combustible para generar electricidad en las centrales eléctricas, el carbón es incluso más antiguo que los otros combustibles fósiles, ya que comenzó a formarse hace unos 360 millones de años. A diferencia de los otros combustibles fósiles, también se ha comprimido en una forma característica, aunque existen varios subtipos y se clasifican según el contenido de carbono.
El carbón suministra actualmente alrededor de un tercio del suministro energético mundial. Si bien ha caído en términos de su participación en el pastel de energía de EE. UU. Desde aproximadamente 2010, el carbón sigue siendo muy popular en países con estándares ambientales históricamente laxos, como China.
A pesar de las frecuentes proclamaciones contrarias del gobierno de EE. UU. A partir de 2019, se espera que el uso de carbón declive, no solo por un repunte en el uso de energías renovables, sino por el mencionado aumento del gas natural extracción. El carbón contribuyó con aproximadamente un 15 por ciento al suministro de energía de EE. UU. En 2016, y se espera que su uso continúe cayendo modestamente antes de estabilizarse en alrededor del 12 por ciento para 2040.
Los orígenes y la historia del combustible diesel
El arco de la vida de Rudolf Diesel se presenta como una especie de relato trágico. Diesel era un estudiante universitario en Alemania a principios de la década de 1870, en un momento en que las grandes ciudades comenzaban a verse abrumadas por el gran cantidad de estiércol generado por los caballos que sirve como el principal medio de viajar largas y cortas distancias por igual en estas zonas urbanas áreas.
Los esfuerzos de varios años de Diesel para llevar el motor de combustión a nuevas alturas de eficiencia probablemente se vieron obstaculizados por la carga de sus propias expectativas y las de un público que estaba al tanto de sus objetivos. A pesar de lograr grandes ganancias en eficiencia (aunque muy por debajo de las aspiraciones de Diesel, sus motores eran más del doble de eficientes que las versiones estándar de la época).
En 1913, unos 40 años después de que comenzara a trabajar, Diesel murió en un aparente pero a veces discutido suicidio durante un viaje en barco. Lamentablemente, nunca llegó a ver realmente despegar su clase de inventos en las décadas de 1920 y 1930.
El motor diesel
Un motor diesel es un motor de combustión interna, lo que significa que convierte la energía química de los enlaces de las moléculas de combustible en energía mecánica. Un eje de transmisión está conectado a un pistón a través de una bisagra en el exterior del eje. El pistón está dentro de un cilindro en el que se bombea o inyecta aire, especialmente oxígeno (necesario para la combustión) y el combustible.
La explosión controlada dentro del cilindro como resultado de una presión mucho mayor (y esta temperatura) obliga al pistón a bajar, haciendo que el eje gire, impulsando el pistón hacia arriba a medida que el eje completa una rotación completa y se bombea más combustible y aire. Este ciclo puede ocurrir hasta miles de veces por minuto.
La "magia" de un motor diesel es que, a diferencia de un motor de combustión normal, no requiere ningún encendido de combustible activo. En un motor normal, la temperatura dentro del cilindro no es lo suficientemente alta como para que el combustible se encienda sin ayuda eléctrica, de ahí las "bujías", que inutilizan los autos cuando fallan. En un motor diesel, el aire está tan fuertemente comprimido que el combustible se enciende sin ayuda y se necesita menos combustible por carrera del motor, lo que mejora enormemente la eficiencia del combustible.
La mayor eficiencia o economía de estos motores los hace generalmente más caros y difíciles de mantener. En la época de Diesel, la tecnología para abordar estos problemas simplemente aún no estaba disponible.
Propiedades del combustible diesel
Las propiedades únicas de un motor diesel dan como resultado que pueda usar diferentes tipos de aceite, un combustible llamado naturalmente combustible diesel. Este combustible está hecho de petróleo crudo y rinde entre 11 y 12 galones de combustible diesel por barril de 42 galones de petróleo sin procesar. Se utiliza en la mayoría de los camiones de carga, trenes, autobuses y barcos, así como en vehículos agrícolas y de construcción y militares.
En 2006, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) ordenó que el contenido de azufre del diesel los combustibles se reduzcan en gran medida, una medida que ha demostrado ser extremadamente eficaz ya que se ha implementado durante hora. Para 2018, alrededor del 97 por ciento de todo el diésel en uso en las carreteras de Estados Unidos y en otros lugares consistía en una mezcla conocida como diésel ultra bajo en azufre (ULSD).
- En 2018, el combustible diésel representó aproximadamente el 20 por ciento del uso total de petróleo de EE. UU., O aproximadamente el 7 por ciento del consumo de combustible estadounidense en general.