Automóvil de aire comprimido
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Automóvil de aire comprimido. Auto que utiliza como propulsión un motor neumático. En el 2007 dichos vehículos seguían en la etapa de diseño y de prototipos. Podrían llegar a ser parte del transporte y ocio urbano; además, su mercado y sus aplicaciones podrían incluir ciclo-taxis, servicios postales y transporte en parajes turísticos.
Historia
El uso del aire comprimido como vector energético y locomotriz no es una tecnología de reciente aparición. En realidad, a finales del siglo XIX ya existían primeras aproximaciones a lo que podría llegar a ser un día un vehículo propulsado por aire comprimido, con la llegada de las primeras locomotoras neumáticas. Incluso dos siglos antes, Denise Papin al parecer ya tuvo la idea de usar el aire comprimido (Royal Society London, 1687).
El primer vehículo de aire comprimido en Francia fue construido por los franceses Andraud y Tessie de Motay en 1838. Un coche corrió sobre una pista de pruebas en Chaillot el 9 de julio de 1840, funcionó bien, pero no continuaron con la idea. En 1872 el motor de aire Mekarski fue usado para el tránsito urbano, en forma de un pistón de una sola fase. Representó un avance importantísimo en los motores neumáticos por el uso vanguardista de la termodinámica que proponía el calentamiento del aire a través de tanques de agua hirviendo, aumentando su rango de autonomía entre las cargas. Se fabricaron numerosas locomotoras e incluso se abrieron varias líneas regulares (la primera en Nantes 1879).
Las líneas Mekarski también fueron construidas en otras ciudades de Francia: Vichy (1895), Aix-les-Bains (1896), La Rochelle (1899), y Saint Quentin (1901). En 1890 La H.K. Porter Company de Pittsburg, que ya fabricaba locomotoras desde 1866, produce una locomotora que funcionaba con aire comprimido, como ya hemos visto Porter no es la primer empresa que produce estas locomotoras, pero sí que fueron los primeros en aplicar esta tecnología para la industria minera y química por la seguridad que este método de propulsión representaba para sus usos, por ejemplo en 1896 en Vivian, W.V., en Nueva Orleans y para la Western Railroad (para campos de algodón). En el mismo año Porter también proveyó diez coches de aire comprimido al Eckington System in Washington, D.C.; para ello colocaron un tanque delante del motor que se podía recargar. Desde 1890 hasta 1902 en Bern/ Suiza circularon 10 tranvías que funcionaban con aire comprimido.
En 1892, Robert Hardie introdujo un nuevo método de calentamiento que aumentaba al mismo tiempo la autonomía del motor.
Hubo que esperar hasta 1896 cuando Hoadley-Knight introdujo la primera locomotora de transporte urbano. Se centró en el principio de que cuanto más se aguanta el aire en el motor, más tiempo tiene que absorber el calor, que incrementa la autonomía. Por este motivo se introdujo el motor de dos fases.
A Charles B. Hodges se le recordará siempre por ser el verdadero padre del concepto del aire comprimido aplicado a un coche. Fue la primera persona que no únicamente inventó un coche con un motor de aire comprimido sino que encima tuvo un considerable éxito comercial. En 1912 el método del estadounidense fue mejorado por los europeos añadiendo una nueva fase de expansión al motor (3 fases).
En 1925 y después de años trabajando en un sistema para conducir un automóvil propulsado por aire comprimido Louis C. Kiser, de 77 años procedente de Decatur (E.E.U.U.) consiguió convertir un motor de gasolina en un sistema de aire comprimido. Kiser quitó el circuito de la gasolina, la culata, el sistema de refrigeración por agua y el sistema de arranque, substituyéndolo por una culata especial y un tanque de aire comprimido.
En 1926 Lee Barton Williams de Pittsburg (EEUU) presentó su invento: un automóvil que funcionaba con aire. El motor arrancaba con gasolina, pero después de haber alcanzado una velocidad de diez millas por hora (aprox. 16 km/h) la fuente de gasolina se apagaba y comenzaba a trabajar el aire. En la primera prueba de su invento logró una velocidad de 62 millas por hora (aprox. 100 Km/h).
La primera locomotora híbrida de Diésel y Aire Comprimido llegó en 1930 en Alemania. Las presiones de la industria del petróleo en el sector del transporte eran cada vez más grandes y lo cierto es que consiguieron bloquear la investigación en este campo. En Enero de 1932 se publicó lo que parece ser el primer artículo periodístico dedicado a un coche que funciona con aire comprimido.
En 1934 Johannes Wardenier, de 21 años, anunció el desarrolló del primer automóvil sin combustible del mundo. Durante semanas los periódicos holandeses divulgaron la increíble invención que cambiaría el mundo para siempre. Poco después de la divulgación de la noticia, Johannes fue misteriosamente encarcelado en una institución mental, el diseño del motor fue robado y él fue puesto bajo vigilancia constante sin permitirle ver nunca a nadie. Tiempo después, cuando su idea de un motor que funcionaba con aire ya había sido olvidada, Johannes es enviado a un campo de concentración donde permace hasta poco tiempo antes de su muerte.
Según su diseño el aire caliente era presionado en un motor que contenía un número de cilindros, la mitad de los cuales bajaban cuando los otros se levantaban. Como en un motor ordinario, el cigüeñal forzaba un movimiento rotativo. La diferencia principal era que el aire después de haber pasado a través de los cilindros, volvía a pasar otra vez mediante un compresor en el lado, causando una circulación continua y generando un movimiento perpetuo durante tres meses.
Tras la Segunda Guerra Mundial el término “motor de aire” nunca se volvió a usar en los libros de texto de aire comprimido y locomotoras neumáticas y, si se mencionaba se decía que eran motores poco válidos o eficientes.
En los años 70 José P. Troyan diseñó un volante accionado por aire que podría propulsar un automóvil usando el principio de la “amplificación del cociente del movimiento en un sistema cerrado.” El ‘Air Mobile’ de Troyan, fue unido fácilmente a los generadores eléctricos para crear un sistema viable de energía no contaminante. “Mi invento simplemente utiliza la fuerza más grande de la naturaleza: la presión del aire” comentó Troyan. En 1970 Willard Truitt presentó su invención en las McKees Rocks (EEUU). Pero debido a que no disponía de los medios financieros para desarrollar su coche de aire, cedió los derechos de su invento a la NASA y al ejército de los EEUU en 1982.
Después de ver las bombas de vapor en las refinerías, Russel R. Brown de Tejas comenzó a pensar en la idea de un motor accionado por aire. Veinte años más tarde, en 1974, su invención fue acabada. Brown declaró que su motor no podría funcionar solamente con aire pero podría ser su propia fuente de energía.
En enero de 1975 Sorgato, en Italia, propuso el motor de aire comprimido como una fuente viable y una alternativa al coche eléctrico para uso industrial y urbano. El primer modelo experimental tenía nueve botellas de aire cargadas a 2840 PSI por un compresor externo. La velocidad máxima de este silencioso y no contaminante vehículo fue de 50 km/h. con una autonomía de aproximadamente dos horas.
En 1976 Ray Starbard de Vacaville, California, desarrolló un camión accionado por aire comprimido. Ray sentía que había inventado el sistema de energía del futuro, un sistema que revolucionaría la automoción a nivel mundial.
En 1979, Terry Miller determinó que el aire comprimido era el medio de almacenamiento de energía perfecto. Desarrolló el Air Car One que construyó por $1500 y lo patentó. Los motores de Terry demostraron que era factible construir un coche que funcionara con aire comprimido y patentó su método en 1983. En 1980 Carl Leissler desarrolló un motor que podía funcionar con aire. Este horticultor jubilado había estado trabajando en su garaje, en Hollywood, durante más de 15 años. Decía que para usar su motor en un coche se debía usar una pequeña fuente eléctrica o de gas para ayudar al compresor de aire. {{sistema:cita|"Debemos ser capaces de recorrer 2000 millas con un galón (3.200 Km. con 5 litros aprox.), ya que el aire es energía en si mismo"| decía Leissler. Bajo las miradas curiosas Claud Mead condujo su coche de aire comprimido a través de las calles. El objetivo de este coche era ahorrar a los motoristas americanos los infortunios de la gasolina. La versión grande del coche podría recorrer con el tanque lleno hasta 1.300 Km. El inventor Australiano Des Hill había estado trabajando en un motor de aire comprimido durante treinta años. El compresor de aire que trabajaba cuando el motor funcionaba, se aseguraría de que el cilindro fuera llenado todo el tiempo. Así el motor de Hill realizaría el principio del movimiento perpetuo. George Miller dijo que el coche de aire que él había inventado en 1984 funcionaría para siempre. Miller previó que su invento podía ser la solución al los problemas del combustible y la contaminación, así como el final de la guerra en Oriente Medio. Este minero y albañil jubilado de 58 años, procedente de Johnstown (EEUU), utilizó un motor de tamaño medio (4 cilindros) de un viejo Opel de 12 años.
Los motores de arranque del avión jet que usaban el aire comprimido como combustible proporcionaron la única energía para este coche de carreras experimental de Phoenix, E.E.U.U., que cubrió en 9 segundos el rango “cuarto de milla” (aprox. Medio Km). En mayo de 1987 un artículo fue publicado sobre el inventor Ricardo Perez-Pomar de Miami. El viejo ingeniero neumático de 61 años, originario de Cuba anunció haber desarrollado un motor que continuamente se iría rellenando del aire que usa para funcionar.
Hasta el año 1987 la empresa Arnold Jung Lokomotivenfabrik GmbH/ Alemania produjo locomotoras de aire comprimido para el uso en minas/pozos. En los años 80 del siglo XX la empresa todavía vendía y renovaba locomotoras.
En el año 2008 existian cerca de una docena de personas y empresas que estban desarrollando motores de aire comprimido aplicados al transporte, además de numerosas empresas que fabricaban y comercializaban motores neumáticos para su aplicación a la industria.
Explotación termodinámica
En el momento de expansión rápida de una gran cantidad de aire comprimido, correspondiente a una importante disminución de la presión, se le hace físicamente imposible al gas recuperar su volumen inicial; la variación de temperatura que sigue produce un importante enfriamiento, mientras la expansión del volumen útil puede limitarse en aproximadamente 40% del volumen teórico. Contrariamente, con compresión, la reducción de volumen generalmente involucra un ascenso en temperatura, resultando una vez más en un volumen total de aire comprimido más bajo que su valor teórico. Las tecnologías explotadas por MDI, Energine y Quasiturbine requieren relativamente importantes flujos al explotar para animar los motores, pero deberá obligatoriamente constreñirse a las limitaciones termodinámicas. Dinámica de la explotación
Para producir un empuje mecánico mientras se elude este obstáculo, o, al menos, mientras que se reducen sus efectos, por lo que es necesario cumplir con ciertas reglas:
- Para permitir la expansión tan lentamente como sea posible, es decir, mientras se trabaja con bajas Corrientes (pero esto, por supuesto, significa una contrapartida negativa por lo que a la limitación de la potencia del motor se refiere).
- Para regular las variaciones bruscas de la presión cuando es demasiado importante (por el uso de reductores de presión y de otros intermedios de descompresión habilitados).
- Mantener la posible temperatura constante del gas, si no incluso a aumentar el rendimiento de la compresión / expansión de un enfriamiento / calentamiento de la utilidad del aire.
Ventajas y desventajas
Los vehículos de aire comprimido son comparables en muchas formas a los vehículos eléctricos. Sus ventajas potenciales sobre vehículos eléctricos incluyen:
- Movimiento cíclico lento ( 10 a 60 ciclos por minuto ).
- Alto par motor para volumen mínimo.
- El diseño mecánico secuencial del motor es simple y robusto.
- Éste no sufre por los efectos de corrosión de las baterías en climas húmedos o calientes.
- Tiene bajo costo de manufactura y mantenimiento, muy superior en los vehículos de combustión interna.
- Se pueden deshacer o reciclar los depósitos de aire comprimido con menos contaminación que las baterías, y son más duraderos.
- El tanque puede ser capaz de rellenarse más a menudo que lo que puede recargarse una batería.
- Algunos modelos pueden alcanzar una velocidad máxima de 112 km/h, con un motor de cuatro cilindros y 800 cc.
Las desventajas son los cada vez mas numerosos indicios de que el sistema de aire comprimido no sea realmente viable para propulsar vehículos.
- El prototipo mas avanzado de MDI no ha logrado superar los 7 kilómetros de autonomía y en condiciones ideales. En ingeniería a veces es admisible prever un incremento 10-20% del rendimiento mediante mejoras en el diseño. En el caso de MDI esperan incrementar la autonomia un 3000% mediante mejoras sin especificar. Este problema ha sido solucinado con el modelo "Mini Cat", el cual puede recorrer 300 kilómetros sin necesidad de repostar, por lo que supera a cualquier vehículo eléctrico de gama alta o media.
- El circular con un automóvil evidentemente ligero con un tanque conteniendo aire comprimido a 300 bares es -desde el punto de vista de la seguridad- inaceptable según las normas reguladoras de Estados Unidos. En caso de ruptura del deposito se produciría una explosión equivalente a 3.2 kilos de dinamita. Se han diseñado dispositivos de seguridad en sus contenedores, en oposición a los parámetros del motor de hidrógeno de daño y peligro asociados a un siniestro de impacto de gran fuerza. El aire no es inflamable.
- La carga rápida del depósito de aire en 3 minutos sólo se podría realizar en estaciones especializadas por implantar. La carga del depósito con el compresor incluido en el vehículo (conectándolo a una toma de corriente común) duraría de 3 a 5 horas.
- El rendimiento energético de un vehículo a aire comprimido es de un orden de magnitud menor al de un vehículo eléctrico. Las pérdidas por calentamiento del aire, el motor del compresor, etc., lo convierten en uno de los vehículos que más energía desperdicia por trabajo realizado. Aún así, sus responsables calculan que el coste de alimentar el motor de este modelo no superaría los 50 céntimos por cada 100 kilómetros recorridos, es decir, que llenar el depósito saldría por 1,5 euros.
Es importante recordar, que MDI no ha realizado diez años después ningún prototipo que se acerque lo mas mínimo a las especificaciones iniciales. El negocio principal de MDI consiste en la venta de licencias para la futura fabricación del vehículo. Diez años después de las primeras licencias, siguen sin haber proporcionado modelo real alguno, ni los tramites de homologación, por lo que se multiplican las denuncias contra MDI por fraude.
Fuentes
- Esquema
- Coche con motor de aire
- Coches de aire comprimido
- Aire Comprimido
- SEARS – YOUNG –ZEMANSKY Edición: UNDECIMA Física Universitaria VOL1
- RUSSELL JOHNSTON JR. Edición: SEPTIMA Mecánica Vectorial para Ingenieros
- S.L. DIXON Edición: QUINTA Mecánica de Fluidos y Termodinámica de Turbomáquinas
