Automóvil de aire comprimido
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Sumario
Historia
El uso de motores neumáticos, es decir, que funcionan con aire comprimido, no es nada nuevo. De hecho, ya que en el siglo XIX ya existían locomotoras propulsadas por motores de aire comprimido. Charles B. Hodges fué el primero en aplicar el motor de aire coprimido a una coche. Que además de de inventar el coche con motor a aire comprimido tuvo un considerable éxito comercial. En 1925, Louis C. Kiser de Decatur consiguió convertir un motor de gasolina en un motor aire comprimido. En 1926, Lee Barton Williams de Pittsburg, inventó un motor híbrido, que arrancaba con gasolina, pero que al llegar a la velocidad de 10 millas/hora se apagaba y empezaba a funcionar con aire. En 1934 Johannes Wardenier, de 21 años, anunció el desarrolló del primer automóvil sin combustible del mundo. 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.
Leyes de la física
- Para una masa fija de gases ideales a una temperatura fija, la magnitud de la presión por la magnitud del volumen, dan como resultado una constante. Robert Boyle y Edme Mariotte
Por lo tanto, bajo una temperatura idéntica:
- La presión multiplicada por el volumen del gas contenidos en un tanque corresponden a una constante;
- La variación de la presión del gas es inversamente proporcional a su volumen.
Si cualquiera de los dos, ya sea la presión o el volumen es alterado, el factor T puede ser por consiguiente modificado. Lo que nos lleva a los conceptos de termodinámica, de la expansión adiabática del aire comprimido. Cuanto más rápido y brutal sea el cambio del producto de la presión y el volumen, el gas consigue satisfacer en menos tiempo esta constante y refleja parte de esta conversión en la temperatura. Esta es la razón por la cual los métodos de uso del aire comprimido en un sistema explican por qué con motores de aire comprimido con dos principales tendencias, conceptualmente distintas:
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 EU/ USA. 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 vehiculo eléctrico. Las pérdidas por calentamiento del aire, el motor del compresor, etc., lo convierten en uno de los vehiculos que más energía deperdicia 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.
Fuente
- Esquema
- Coche con motor de aire
- 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
