Articulo de referencia

Coche de aire comprimido

Un automóvil neumático es un vehículo propulsado por aire comprimido mediante depósitos a presión llenos de aire comprimido . Se impulsa mediante la liberación y expansión del a...

Un automóvil neumático es un vehículo propulsado por aire comprimido mediante depósitos a presión llenos de aire comprimido . Se impulsa mediante la liberación y expansión del aire dentro de un motor adaptado para aire comprimido . El automóvil puede funcionar exclusivamente con aire comprimido o combinarse (como en un vehículo eléctrico híbrido) con otros combustibles como gasolina , diésel o un sistema eléctrico con frenado regenerativo .

Los vehículos con aire comprimido utilizan un proceso termodinámico . El aire se enfría al expandirse y se calienta al comprimirse. Las pérdidas de energía térmica en el compresor y el depósito reducen el factor de capacidad de los sistemas de aire comprimido .

Tecnología

Motores para aire comprimido

Dipietro con eje excéntrico y motor neumático de paletas rotativas.

Se han realizado varias afirmaciones dudosas con información no revelada. El motor "di pietro" ha sido probado parcialmente con programas de análisis CAD y de elementos finitos . Los resultados fueron publicados por Jarosław Zwierzchowski de la Universidad Tecnológica de Lodz en 2017. [ 1 ] Este motor es un motor de paletas de eje excéntrico que utiliza baja presión de aire.

Depósitos de aire comprimido y seguridad en caso de colisión

Los tanques deben diseñarse conforme a las normas de seguridad para recipientes a presión . La norma ISO 11439 es una norma similar para tanques de gas natural comprimido. [ 2 ]

Los tanques de almacenamiento de aire que se pueden usar en vehículos de aire comprimido pueden ser de baja presión (9 atm) o de alta presión (más de 240 atm). Por lo tanto, pueden fabricarse con materiales compuestos como termoplásticos y termoplásticos reforzados con fibra, [ 3 ] [ 4 ] Esto podría permitir tanques de bajo costo. Podrían fabricarse mediante moldeo rotacional . Dichos tanques pueden ser mucho más ligeros que las baterías de litio-hierro y un 70 % más ligeros que los tanques de acero. Resisten la corrosión del aire, el agua y la condensación. Duran más con menos mantenimiento.

Para reducir aún más el peso del automóvil, los depósitos a presión pueden utilizarse como partes estructurales del chasis . Se han desarrollado depósitos a presión avanzados de 700 atmósferas para automóviles de hidrógeno . Las pruebas de choque demostraron una buena seguridad. Los tanques termoplásticos reforzados con fibra solo se rompen en colisiones. No se fragmentan ni explotan. [ 5 ]

Los tanques de hidrógeno requieren una «alta resistencia» para evitar roturas y una «alta rigidez» para garantizar su durabilidad. La resistencia soporta una fuerza externa. La rigidez mantiene la forma. Los tanques de combustible de hidrógeno de fibra de carbono son tan ligeros como el plástico, pero seis veces más resistentes que el acero y cuatro veces más rígidos. «Cuando una bala penetra un tanque de hidrógeno, no explota. En cambio, el hidrógeno se escapa por el orificio. En una prueba de colisión estándar, no se detectó ni la más mínima cantidad de hidrógeno porque no se había producido ninguna fuga». [ 5 ]

Producción y almacenamiento de aire comprimido

El aire comprimido también puede producirse acoplando un compresor de aire o una bomba hidráulica a una turbina eólica [ 6 ] [ 7 ] o utilizando una turbina hidroeléctrica fluvial, mareomotriz u undimotriz . Todas ellas convierten directamente la energía mecánica en neumática. Eliminar la electricidad del ciclo proporciona una mayor eficiencia general. También es posible utilizar energía solar térmica con un concentrador solar parabólico o de lente de Fresnel para alimentar un motor Stirling térmico . Este puede mover el compresor o la bomba. El Stirling solar es más eficiente que el vapor solar o el fotovoltaico .

Emisiones

Los vehículos de aire comprimido no emiten gases contaminantes. Tampoco requieren conexión a la red eléctrica. Una turbina eólica u otra fuente de energía renovable puede accionar directamente un compresor de aire o una bomba hidráulica . Estos vehículos no dependen de gasolineras ni de la red eléctrica . Si bien no se necesita una infraestructura centralizada, es una opción. Los depósitos pueden transportarse directamente o se puede utilizar un oleoducto. El aire comprimido se filtra normalmente para proteger la maquinaria del compresor. Por lo tanto, el aire de descarga contiene muy poco polvo en suspensión. Algunos sistemas pueden emitir lubricantes, pero el desarrollo futuro podría reducir esta emisión con compresores e intercoolers libres de aceite.

consumo de recursos

Los recipientes a presión y los componentes neumáticos de materiales compuestos podrían permitir que los vehículos de aire comprimido se conviertan en una industria circular . Los materiales tendrían que ser de origen biológico o reciclados . Al no utilizarse energía eléctrica, no se requieren metales como el cobre, el hierro de los imanes, etc.

Ventajas

Puede haber una única conversión de energía mecánica a energía neumática o hidráulica. [ 7 ] Por lo tanto, el aire comprimido puede tener una alta eficiencia energética cuando se utiliza energía mecánica renovable como turbinas eólicas o energía hidroeléctrica. La conversión de energía térmica a energía mecánica es posible, pero menos eficiente debido a las ineficiencias de la conversión de Carnot. El almacenamiento térmico de calor de una fuente solar renovable también es posible utilizando un material de cambio de fase como una sal fundida .

La eficiencia energética del prototipo de vehículo isotérmico de 2020 fue del 59,4 % de la de un vehículo de iones de litio . [ 8 ] [ 9 ]

La tecnología de aire comprimido se adapta a las energías renovables y, posiblemente, a una economía circular , si se utilizan compuestos de base biológica o reciclados. Por lo tanto, es más sostenible que los coches eléctricos . Por ejemplo, se utilizan muchos menos metales y se reducen considerablemente las sustancias químicas tóxicas de las baterías . Una fabricación centralizada y una red eléctrica podrían ser menos necesarias.

La eficiencia también se ve favorecida por el bajo peso de los recipientes a presión de material compuesto en comparación con los tanques de acero o las baterías de iones de litio . [ 4 ] El peso podría reducirse aún más si los tanques soportan el chasis del automóvil. Los motores neumáticos también tienen menor peso que los motores eléctricos.

En muchos lugares es posible reabastecerse de combustible utilizando únicamente energía eólica, solar o hidroeléctrica para mover un compresor de aire , una bomba hidráulica o un motor Stirling .

La energía neumática posee sinergia energética, ya que se adapta bien a la mecatrónica automotriz . Muchos sistemas de automóviles pueden ser alimentados por pequeños motores neumáticos. Por ejemplo, la suspensión neumática activa , la dirección neumática o los amortiguadores neumáticos. [ 10 ] La expansión del aire comprimido genera bajas temperaturas y puede proporcionar directamente aire acondicionado o climatización.

Los sistemas de recuperación de energía con suspensión regenerativa y frenado regenerativo producen aire comprimido a baja presión. Este aire puede almacenarse en un recipiente a presión .

Los motores sin pistón que utilizan aire comprimido son muy silenciosos. [ 11 ]

A diferencia de los sistemas que utilizan combustibles de combustión o baterías de alta potencia, no existe riesgo de incendio tras un accidente.

Los motores de aire comprimido reducen el coste de producción de los automóviles, ya que no es necesario construir un sistema de refrigeración, bujías, motor de arranque ni silenciadores.

La tasa de autodescarga es muy baja en comparación con las baterías. Un vehículo de combustible o de aire comprimido puede permanecer inactivo durante más tiempo que un coche eléctrico.

Reducen o eliminan sustancias químicas peligrosas como la gasolina, los ácidos de las baterías y metales relacionados como el plomo.

Los coches con aire comprimido son más seguros en más situaciones:

Desventajas

El aire comprimido tiene una densidad energética menor que el nitrógeno líquido o el hidrógeno .

Si bien las baterías mantienen su voltaje durante la descarga y los tanques de combustible químico proporcionan la misma densidad de potencia desde el primer hasta el último litro, la presión de los tanques de aire comprimido disminuye a medida que se consume el aire. Existen métodos mecánicos (por ejemplo, transmisiones de variación continua o motores auxiliares) para reducir este efecto, pero aumentan el costo.

Desarrolladores y fabricantes

Varias empresas están invirtiendo en la investigación, el desarrollo y la implementación de automóviles de aire comprimido. El MDI Air Car hizo su debut público en Sudáfrica en 2002. [ 12 ] Se predijo que estaría en producción "en un plazo de seis meses" en enero de 2004. [ 13 ] A fecha de 2022, no estaba en producción.

MDI

MDI ha propuesto una gama de vehículos compuesta por AIRPod , OneFlowAir, CityFlowAir, MiniFlowAir y MultiFlowAir. [ 14 ] Una de las principales innovaciones de esta empresa es la implementación de su "cámara activa", que es un compartimento que calienta el aire (mediante el uso de un combustible) para duplicar la producción de energía. [ 15 ] Esta "innovación" se utilizó por primera vez en torpedos en 1904.

Tata Motors

A partir de enero de 2009 , Tata Motors de India había planeado lanzar un automóvil con un motor de aire comprimido MDI en 2011. [ 16 ] [ 17 ] En diciembre de 2009, el vicepresidente de sistemas de ingeniería de Tata confirmó que la autonomía limitada y las bajas temperaturas del motor estaban causando problemas.

Tata Motors anunció en mayo de 2012 [ 18 ] que habían evaluado el diseño más allá de la fase 1, la "prueba del concepto técnico", y que estaban procediendo a la producción en serie para el mercado indio. Tata pasó a la fase 2, "completando el desarrollo detallado del motor de aire comprimido para aplicaciones específicas en vehículos y sistemas estacionarios". [ 19 ]

En febrero de 2017, el Dr. Tim Leverton, presidente y director de Ingeniería Avanzada y de Producto de Tata, reveló que el proyecto estaba "iniciando la industrialización" y que los primeros vehículos estarían disponibles para 2020. [ 20 ] Otros informes indican que Tata también está retomando los planes para una versión de aire comprimido del Tata Nano , [ 21 ] Esto ya se había considerado como parte de su colaboración con MDI. [ 22 ]

Engineair Pty Ltd

Engineair es una empresa australiana. Produjo prototipos de vehículos pequeños utilizando un motor neumático rotativo diseñado por Angelo Di Pietro . La empresa busca socios comerciales para utilizar su motor. [ 23 ]

Peugeot/Citroën

Peugeot y Citroën anunciaron su intención de fabricar un automóvil que utilizara aire comprimido como fuente de energía. Sin embargo, emplea un sistema híbrido. Un motor de gasolina impulsa el vehículo a más de 70  km/h o cuando se agota el depósito de aire comprimido. [ 24 ] [ 25 ]

En enero de 2015, llegaron noticias decepcionantes desde Francia: PSA Peugeot Citroën había retrasado indefinidamente el desarrollo de su prometedor sistema de propulsión Hybrid Air, aparentemente porque la empresa no había podido encontrar un socio de desarrollo dispuesto a compartir los enormes costes de ingeniería del sistema. Los costes de desarrollo se estiman en 500 millones de euros. Para amortizar estos costes, la producción tendría que superar los 500.000 coches al año. [ 26 ] El responsable del proyecto dejó Peugeot en 2014. [ 27 ]

APUQ

APUQ (Association de Promotion des Usages de la Quasiturbine) ha fabricado el APUQ Air Car, un coche propulsado por una Quasiturbine. [ 28 ]

Evrin

En 2020, el Dr. Reza Alizade Evrin de la Universidad Tecnológica de Ontario desarrolló un vehículo de aire comprimido isotérmico . [ 8 ] [ 9 ] Este prototipo utilizó tanques de aire a baja presión y recuperación de aire de escape para alimentar un sistema de intercambiador de calor de parafina. Su eficiencia energética alcanzó el 74%. Esto es hasta el 90% de la eficiencia de los coches eléctricos de iones de litio . Tenía una autonomía de 140 km (86 mi.). La eficiencia y la autonomía podrían aumentarse mediante una serie de mejoras prácticas. Por ejemplo, la integración del tanque de almacenamiento en el chasis del coche, tanques de mayor presión, nuevos motores rotativos y un intercambiador de calor más eficiente. Además, el peso y el coste de los tanques y las piezas neumáticas podrían reducirse mediante el uso de termoplásticos reciclados y de base biológica .

Véase también

Referencias

  1. "Diseño de motor de aire tipo Di Pietro" . 18 de julio de 2017. Consultado el 13 de octubre de 2017 .
  2. "Cilindros de gas: Cilindros de alta presión para el almacenamiento a bordo de gas natural como combustible para vehículos automotores" . Iso.org. 18 de julio de 2006. Consultado el 13 de octubre de 2010 .
  3. "Recipientes a presión de material compuesto termoplástico para FCV" . compositesworld.com. 1 de febrero de 2015. Consultado el 1 de febrero de 2015 .
  4. 1 2 "Tanques de gas de alta presión en compuestos termoplásticos" . plastics.gl. 2014-05-01 . Recuperado el 2014-05-01 .
  5. 1 2 "Tanque de hidrógeno: sistema de seguridad comprobada (OA-ICAES)" . hyundaimotorgroup. Archivado del original el 21/10/2019 . Recuperado el 13/07/2019 .
  6. "Compresor de aire para turbina eólica" . Consultado el 13 de julio de 2015 .
  7. 1 2 "Sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido isotérmico de acumulador abierto (OA-ICAES)" . Recuperado el 13 de julio de 2018 .
  8. 1 2 "Vehículos de aire comprimido para el transporte urbano" . advancedsciencenews. 7 de septiembre de 2020. Consultado el 7 de septiembre de 2020 .
  9. 1 2 Evrin, Reza Alizade; Dincer, Ibrahim (2020). "Investigación experimental de un prototipo de vehículo de aire comprimido con materiales de cambio de fase para la recuperación de calor" . Energy Storage . 2 (5) e159. onlinelibrary.wiley. doi : 10.1002/est2.159 . S2CID 219020514 . 
  10. "Parachoques neumático automatizado para la seguridad del vehículo" . 1 de mayo de 2012. Consultado el 1 de mayo de 2014 .
  11. "Potenciando el motor silencioso | Noticias de GE" .
  12. Kevin Bonsor (25 de octubre de 2005). "Cómo funcionarán los coches propulsados ​​por aire" . HowStuffWorks . Consultado el 25 de mayo de 2006 .
  13. Robyn Curnow (11 de enero de 2004). "Lo que el viento se llevó" . The Sunday Times (Reino Unido) . Londres . Consultado el 25 de mayo de 2006 .
  14. ↑ ¡ Aprende todo sobre los coches de aire comprimido! Archivado el 20/05/2013 en Wayback Machine .
  15. "Cámara activa de MDI" . Thefuture.net.nz. Archivado del original el 7 de mayo de 2011. Consultado el 12 de diciembre de 2010 .
  16. "Tata Air Car estará disponible para conducir en 2011" . Popular Mechanics . Archivado del original el 10 de febrero de 2010.
  17. «Un motor que utiliza aire como combustible: Tata Motors y el inventor de la tecnología, MDI de Francia, firman un acuerdo» (Comunicado de prensa). Tata Motors . 5 de febrero de 2007. Archivado del original el 14 de marzo de 2012. Consultado el 14 de junio de 2012 .
  18. "Tecnología de motor de aire de MDI probada en vehículos de Tata Motors" (Comunicado de prensa). Tata Motors . 7 de mayo de 2012. Archivado del original el 9 de mayo de 2013. Consultado el 14 de junio de 2012 .
  19. Tata Motors entra en la segunda fase del desarrollo de su coche volador. Gizmag.com, 7 de mayo de 2012.
  20. "El proyecto de Tata Motors de un coche propulsado por aire sigue en marcha y estará listo para su lanzamiento en 3 años" . Auto Car Professional . Consultado el 24 de agosto de 2017 .
  21. "El Tata Nano podría tener variantes eléctricas, híbridas y neumáticas – Informe" . Blog de Automóviles de la India. 25 de enero de 2017. Consultado el 23 de agosto de 2017 .
  22. "Nano iba a funcionar con aire comprimido y batería, pero Ratan Tata no pudo llevar a cabo los planes" . Hindustan Times . 28 de octubre de 2016. Consultado el 23 de agosto de 2017 .
  23. Matt Campbell (3 de noviembre de 2011). "La motocicleta que funciona con aire" . Sydney Morning Herald . Archivado del original el 5 de noviembre de 2011. Consultado el 7 de noviembre de 2011 .
  24. "Desarrollado un automóvil híbrido de aire comprimido" . Gas 2. Gas2.org. 18 de febrero de 2013. Consultado el 8 de septiembre de 2013 .
  25. Marc Carter (25 de enero de 2013). "Peugeot anuncia planes para lanzar un coche híbrido que funciona con aire comprimido para 2016" . Consultado el 30 de mayo de 2015 .
  26. Duff, Mike (26 de enero de 2015). "Desinflado: Peugeot Citroën archiva su tecnología híbrida neumática" . Car and Driver . Recuperado el 29 de octubre de 2018 .
  27. Fansilber, Maxime Amiot Denis (1 de noviembre de 2015). "PSA : la revolución del aire híbrido no es lugar" . Les Echos (en francés) . Consultado el 29 de octubre de 2018 . 
  28. "Association de Promotion des Usages de la Quasiturbine" . APUQ. Archivado del original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 26 de enero de 2012 .
  • Fairley, Peter (noviembre de 2009). "Desinflando el coche de aire" . IEEE Spectrum . Archivado del original el 5 de mayo de 2018. Recuperado el 23 de noviembre de 2009 .
  • El Grupo Scuderi presentará resultados preliminares sobre su estudio de motor híbrido neumático y una actualización sobre las pruebas del prototipo de motor Scuderi en el Salón del Automóvil de Washington . Green Car Congress . BioAge Group. 16 de enero de 2010.