Un vehículo de aire comprimido ( CAV ) es un mecanismo de transporte alimentado por tanques de gas atmosférico presurizado e impulsado por la liberación y expansión del gas dentro de un motor neumático . Los CAV han encontrado aplicación en torpedos , locomotoras utilizadas en la excavación de túneles y primeros prototipos de submarinos . Las ventajas medioambientales potenciales han generado interés público en los CAV como turismos, [1] pero no han sido competitivos debido a la baja densidad energética del aire comprimido y la ineficiencia del proceso de compresión / expansión. [2]
La propulsión de aire comprimido también puede incorporarse en sistemas híbridos, como con propulsión eléctrica de batería . Este tipo de sistema se denomina propulsión eléctrica híbrida-neumática. Además, el frenado regenerativo también se puede utilizar junto con este sistema.
Tanques
Los tanques deben diseñarse de acuerdo con las normas de seguridad adecuadas para un recipiente a presión , como ISO 11439 . [3]
El tanque de almacenamiento puede estar hecho de metal o materiales compuestos. Los materiales de fibra son considerablemente más ligeros que los metales pero generalmente más caros. Los tanques de metal pueden soportar una gran cantidad de ciclos de presión, pero deben revisarse periódicamente para detectar corrosión.
Una empresa almacena aire en tanques a 4500 libras por pulgada cuadrada (alrededor de 30 MPa) y retiene casi 3200 pies cúbicos (alrededor de 90 metros cúbicos) de aire. [4]
Los tanques se pueden rellenar en una estación de servicio equipada con intercambiadores de calor, o en unas pocas horas en casa o en estacionamientos , conectando el automóvil a la red eléctrica a través de un compresor a bordo . El costo de conducir un automóvil de este tipo se proyecta típicamente en alrededor de € 0,75 por 100 km, con una recarga completa en la "estación de tanque" en alrededor de US $ 3. [ cita requerida ]
Aire comprimido
El aire comprimido tiene una densidad energética baja . En contenedores de 300 bar, se pueden alcanzar aproximadamente 0,1 MJ / L y 0,1 MJ / kg, comparables a los valores de las baterías electroquímicas de plomo-ácido. Si bien las baterías pueden mantener un poco su voltaje durante su descarga y los tanques de combustible químico proporcionan las mismas densidades de energía desde el primer hasta el último litro, la presión de los tanques de aire comprimido cae a medida que se extrae el aire. Un automóvil de consumo de tamaño y forma convencionales normalmente consume de 0,3 a 0,5 kWh (1,1 a 1,8 MJ) [5] por milla de uso, aunque los tamaños no convencionales pueden funcionar con un rendimiento significativamente menor.
Salida de emisión
Al igual que otras tecnologías de almacenamiento de energía que no son de combustión, un vehículo aéreo desplaza la fuente de emisión desde el tubo de escape del vehículo hasta la planta de generación eléctrica central. Cuando se dispone de fuentes de bajas emisiones, se puede reducir la producción neta de contaminantes. Las medidas de control de emisiones en una planta generadora central pueden ser más efectivas y menos costosas que tratar las emisiones de vehículos muy dispersos.
Dado que el aire comprimido se filtra para proteger la maquinaria del compresor, el aire descargado tiene menos polvo en suspensión, aunque puede haber un arrastre de los lubricantes utilizados en el motor. El automóvil funciona cuando el gas se expande.
Historia
El aire comprimido se ha utilizado desde el siglo XIX para impulsar locomotoras de minas y tranvías en ciudades como París (a través de un sistema central de distribución de energía de aire comprimido a nivel de ciudad ) y anteriormente era la base de la propulsión de torpedos navales .
Durante la construcción del Gotthardbahn de 1872 a 1882, se utilizaron locomotoras neumáticas en la construcción del Túnel ferroviario del Gotardo y otros túneles del Gotthardbahn.
En 1903, Liquid Air Company, ubicada en Londres, Inglaterra, fabricó varios automóviles de aire comprimido y aire licuado. El principal problema de estos coches y de todos los coches de aire comprimido es la falta de par que producen los "motores" y el coste de comprimir el aire. [7]
Desde 2010, varias empresas han comenzado a desarrollar automóviles de aire comprimido, incluidos los tipos híbridos que también incluyen un motor de gasolina; ninguno ha sido divulgado al público ni ha sido probado por terceros.
Ventajas
Los vehículos de aire comprimido son comparables en muchos aspectos a los vehículos eléctricos , pero utilizan aire comprimido para almacenar la energía en lugar de baterías. El beneficio clave del almacenamiento de energía con aire comprimido en relación con las baterías es el peso reducido. Este menor peso, a su vez, significa que se requiere menos energía para mover el vehículo.
Desventajas
La principal desventaja es el uso indirecto de energía. La energía se utiliza para comprimir el aire, que, a su vez, proporciona la energía para hacer funcionar el motor. Cualquier conversión de energía entre formas resulta en pérdida. Para los automóviles de motor de combustión convencional, la energía se pierde cuando el petróleo se convierte en combustible utilizable, incluida la perforación, el refinamiento, la mano de obra, el almacenamiento y, finalmente, el transporte hasta el usuario final. En el caso de los automóviles de aire comprimido, la energía se pierde cuando la energía eléctrica se convierte en aire comprimido y cuando se quema combustible, ya sea carbón, gas natural o nuclear, para impulsar los generadores eléctricos.
- Cuando el aire se expande, como lo haría en el motor, se enfría drásticamente ( enfriamiento adiabático ; efecto Joule-Thomson ) y debe calentarse a temperatura ambiente usando un intercambiador de calor similar al Intercooler usado para motores de combustión interna. El calentamiento es necesario para obtener una fracción significativa de la producción de energía teórica. El intercambiador de calor puede resultar problemático. Si bien realiza una tarea similar al Intercooler , la diferencia de temperatura entre el aire entrante y el gas de trabajo es menor. Al calentar el aire almacenado, el dispositivo se enfría mucho y puede congelarse en climas fríos y húmedos.
- El reabastecimiento de combustible del contenedor de aire comprimido con un compresor de aire convencional o doméstico puede llevar hasta 4 horas, mientras que el equipo especializado de las estaciones de servicio puede llenar los tanques en solo 3 minutos. [8]
- Los tanques se calientan mucho cuando se llenan rápidamente. Los tanques SCUBA se pueden sumergir en agua para enfriarlos cuando se llenan. Eso no sería posible con tanques en un automóvil y, por lo tanto, llevaría mucho tiempo llenar los tanques o tendrían que tomar menos de una carga completa, ya que el calor aumenta la presión. Sin embargo, si está bien aislado, como el diseño de matraz de Dewar (vacío), el calor no tendría que perderse, sino que debería utilizarse cuando el coche esté en marcha.
- Las primeras pruebas han demostrado la limitada capacidad de almacenamiento de los tanques; la única prueba publicada de un vehículo que funciona solo con aire comprimido se limitó a un alcance de 7,22 km (4 millas). [9]
- Un estudio de 2005 demostró que los automóviles que funcionan con baterías de iones de litio superan en más de tres veces a los vehículos de aire comprimido y de celda de combustible a las mismas velocidades. [10] MDI ha afirmado recientemente que un automóvil aéreo podrá viajar 140 km (87 millas) en conducción urbana y tendrá un alcance de 80 km (50 millas) con una velocidad máxima de 110 km / h (68 mph). en carreteras, [11] cuando se opera solo con aire comprimido.
Posibles mejoras
Los vehículos de aire comprimido funcionan según un proceso termodinámico porque el aire se enfría cuando se expande y se calienta cuando se comprime. Dado que no es práctico utilizar un proceso teóricamente ideal, se producen pérdidas y las mejoras pueden implicar reducirlas, por ejemplo, utilizando grandes intercambiadores de calor para aprovechar el calor del aire ambiente y al mismo tiempo proporcionar refrigeración por aire en el habitáculo. En el otro extremo, el calor producido durante la compresión puede almacenarse en sistemas de agua, sistemas físicos o químicos y reutilizarse posteriormente.
Puede ser posible almacenar aire comprimido a una presión más baja utilizando un material de absorción dentro del tanque. Materiales de absorción como carbón activado , [12] o un metal de marco orgánica [13] se utiliza para el almacenamiento de gas natural comprimido a 500 psi en lugar de 4500 psi, lo que equivale a un gran ahorro de energía.
Vehículos
Autos de producción
Varias empresas están investigando y produciendo prototipos, incluidos vehículos híbridos de combustión de aire comprimido / gasolina. En agosto de 2017, ninguno de los desarrolladores ha entrado en producción, aunque Tata ha indicado que comenzarán a vender vehículos a partir de 2020 [14] y el distribuidor estadounidense de MDI , Zero Pollution Motors, dice que la producción del AIRPod comenzará en Europa en 2018. [15]
Autos y bicicletas experimentales
En 2008, un vehículo propulsado por aire comprimido y gas natural diseñado por estudiantes de ingeniería de la Universidad de Deakin en Australia fue ganador conjunto de la competencia Ford Motor Company T2 para producir un automóvil con un alcance de 200 km y un costo de menos de $ 7,000. [16] [17]
La empresa australiana Engineair ha producido varios tipos de vehículos (ciclomotores, automóviles pequeños, portaequipajes pequeños, karts) alrededor del motor rotativo de aire comprimido creado por Angelo Di Pietro .
Edwin Yi Yuan fabricó una motocicleta de aire comprimido, llamada Green Speed Air Powered Motorcycle, basada en la Suzuki GP100 y utilizando el motor de aire comprimido Angelo Di Pietro. [18]
Tres estudiantes de ingeniería mecánica de la Universidad Estatal de San José ; Daniel Mekis, Dennis Schaaf y Andrew Merovich diseñaron y construyeron una bicicleta que funciona con aire comprimido. El costo total del prototipo fue de menos de $ 1000 y fue patrocinado por Sunshops (en el Boardwalk en Santa Cruz, California ) y NO DIG NO RIDE (de Aptos, California ). La velocidad máxima del viaje inaugural en mayo de 2009 fue de 23 mph. Si bien su diseño era simple, estos tres pioneros de vehículos propulsados por aire comprimido ayudaron a allanar el camino [ cita requerida ] para que el fabricante de automóviles francés Peugeot Citroën inventara un nuevo híbrido propulsado por aire. El sistema 'Hybrid Air' utiliza aire comprimido para mover las ruedas del automóvil cuando se conduce a menos de 43 mph. Peugeot dice que el nuevo sistema híbrido debería alcanzar hasta 141 millas por galón de gasolina. Los modelos deberían lanzarse a partir de 2016. [1] . El jefe del proyecto dejó Peugeot en 2014 y en 2015 la compañía dijo que no había podido encontrar un socio para compartir los costos de desarrollo, lo que efectivamente puso fin al proyecto. [19]
El vehículo de tres ruedas de aire comprimido denominado "Ku: Rin" fue creado por Toyota en 2011. La especialidad de este vehículo es que ha registrado una velocidad récord de 129,2 km / h (80 mph), incluso si tiene un motor que utiliza solo aire comprimido. Este coche fue desarrollado por el "taller de coches de ensueño" de la empresa. Este coche recibe el sobrenombre de "cohete elegante" o "cohete en forma de lápiz". [20]
Como parte del programa de televisión Planet Mechanics , Jem Stansfield y Dick Strawbridge convirtieron un scooter normal en un ciclomotor de aire comprimido. [21] Esto se ha hecho equipando el scooter con un motor de aire comprimido y un tanque de aire. [22]
En 2010, Honda presentó el concept car Honda Air en el LA Auto Show. [23]
Desde 2008, el antiguo Bosch Rexroth, ahora Emerson, está organizando el Concurso Internacional de Neumóbil AVENTICS de Emerson en Eger, Hungría. Es una competencia para estudiantes de educación superior para construir vehículos de carreras propulsados por aire comprimido. [24]
Hay una conferencia internacional relacionada con el evento organizado por la Universidad de Óbuda, Departamento de Ingeniería Mecánica y de Seguridad Bánki Donát. [25]
Trenes, tranvías, barcos y aviones
Las locomotoras de aire comprimido son una especie de locomotora sin fuego y se han utilizado en la minería [26] y la perforación de túneles. [27]
Se probaron varios tranvías propulsados por aire comprimido a partir de 1876. En Nantes y París , los tranvías del sistema Mekarski estuvieron en servicio regular durante 30 años. [28]
Actualmente, no existen vehículos acuáticos o aéreos que hagan uso del motor de aire comprimido. Históricamente, ciertos torpedos eran propulsados por motores de aire comprimido.
Ver también
- Coche de aire comprimido
- Airbus , fabricante de tanques de aire comprimido
- Coches aéreos
- Motor de aire
- Combustible alternativo
- Propulsión alternativa
- Estación de carga
- Almacenamiento de energía de aire comprimido
- Índice de compresión
- Calentamiento global
- Vehículo de nitrógeno líquido
- Motor rotativo sin pistón
- Híbrido enchufable
- Neumática
Referencias
- ^ "¿Qué pasa con los coches de aire comprimido?" . TreeHugger . Consultado el 13 de octubre de 2010 .
- ^ Ulf Bossel (2004). "Análisis termodinámico de la propulsión de vehículos de aire comprimido" (PDF) . Consultado el 13 de abril de 2018 .
- ^ "Cilindros de gas - Cilindros de alta presión para el almacenamiento a bordo de gas natural como combustible para vehículos automotores" . Iso.org. 2006-07-18 . Consultado el 13 de octubre de 2010 .
- ^ "El coche de aire se prepara para el mercado" . Revisión de tecnología . Consultado el 13 de octubre de 2010 .
- ^ "COCHES ELÉCTRICOS" . www.speedace.info . Consultado el 29 de mayo de 2020 .
- ^ Braun, Adolphe : Luftlokomotive en "Photographische Ansichten der Gotthardbahn", Dornach im Elsass, ca. 1875
- ^ "Historia y directorio de los coches eléctricos de 1834 a 1987" . Didik.com . Consultado el 19 de septiembre de 2009 .
- ^ "Preguntas frecuentes para los motores Airpod | Zero Pollution" . zeropollutionmotors.us . Consultado el 3 de abril de 2017 .
- ^ "Estaciones de recarga de MDI" . 21 de marzo de 2007. Archivado desde el original el 21 de marzo de 2007 . Consultado el 29 de mayo de 2020 .
- ^ Patrick Mazza; Roel Hammerschlag. "Evaluación de energía de viento a rueda" (PDF) . Instituto de Evaluación Ambiental del Ciclo de Vida. Archivado desde el original (PDF) el 11 de septiembre de 2008 . Consultado el 12 de septiembre de 2008 .
- ^ "MDI Enterprises SA" . Mdi.lu . Consultado el 13 de octubre de 2010 .
- ^ "Noticias de la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) - de residuos agrícolas a tanques de combustible - Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (NSF)" . nsf.gov . Consultado el 13 de octubre de 2010 .
- ^ Ma Shengqian (2008). "Marco metal-orgánico de un derivado de antraceno que contiene jaulas nanoscópicas que exhiben alta absorción de metano". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 130 (3): 1012–1016. doi : 10.1021 / ja0771639 . PMID 18163628 .
- ^ "El proyecto de automóvil neumático de Tata Motors aún está en marcha, y estará listo para su lanzamiento en 3 años" . Auto Car Professional . Consultado el 24 de agosto de 2017 .
- ^ Motores de contaminación cero http://zeropollutionmotors.us/ . Consultado el 25 de agosto de 2017 . Falta o vacío
|title=
( ayuda ) - ^ "Deakin Green Car presentado en Ford Global Challenge" . Universidad de Deakin . Consultado el 25 de agosto de 2017 .
- ^ "Ford Model T Design Challenge: los ganadores" . Diseño de carrocería . Consultado el 25 de agosto de 2017 .
- ^ "Motocicleta accionada por aire Green Speed" . Archivado desde el original el 18 de febrero de 2011 . Consultado el 29 de mayo de 2020 .
- ^ "PSA: la révolution de l'Hybrid Air n'aura pas lieu" . Les Echos . 11 de enero de 2015 . Consultado el 29 de mayo de 2020 .
- ^ "Toyota de tres ruedas hace 80,3 mph con aire comprimido" . Physorg.com . Consultado el 11 de agosto de 2012 .
- ^ "Conversión ciclomotor de aire comprimido" . Archivado desde el original el 1 de abril de 2008 . Consultado el 29 de mayo de 2020 .
- ^ "Ciclomotor de aire comprimido construido por Jem Stansfield" . Ecogeek.org. Archivado desde el original el 11 de agosto de 2010 . Consultado el 13 de octubre de 2010 .
- ^ "Coche de concepto Honda Air" . Greenoptimistic.com. 2010-10-22 . Consultado el 26 de enero de 2012 .
- ^ "Pneumobile2020" . pneumobil.hu. 2020-03-09 . Consultado el 9 de marzo de 2020 .
- ^ "ACIPV2020" . pneumobil.hu. 2020-03-09 . Consultado el 9 de marzo de 2020 .
- ^ "Propulsión de aire comprimido" . 3 de marzo de 2016. Archivado desde el original el 3 de marzo de 2016 . Consultado el 29 de mayo de 2020 .
- ^ "Scientific American 25 de noviembre de 1916" . 25 de junio de 2016. Archivado desde el original el 25 de junio de 2016 . Consultado el 29 de mayo de 2020 .
- ^ "Información del tranvía" . Tramwayinfo.com . Consultado el 13 de octubre de 2010 .
enlaces externos
- Automóviles neumáticos en HowStuffWorks
- Estudio: "Air Hybrids" producen ahorros de combustible ( Sociedad de Ingenieros Automotrices )
- Investigación de híbridos hidráulicos ( Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos )
- Página de OSEN sobre tecnología de aire comprimido
- Historia de los vehículos de aire comprimido
- Fotografía del automóvil de 1903 Liquid Air Company
- Regusci Air, web oficial de Armando Regusci
- Motor, Invención, Ecológico | Melbourne
- [2]
- [3]