Un coche de aire comprimido es un vehículo de aire comprimido propulsado por recipientes a presión llenos de aire comprimido . Se propulsa mediante la liberación y expansión del aire dentro de un motor adaptado al aire comprimido . El coche puede funcionar únicamente con aire o combinado (como en un vehículo eléctrico híbrido) con otros combustibles como gasolina , diésel o una planta eléctrica con frenado regenerativo .
Los automóviles que funcionan con aire comprimido utilizan un proceso termodinámico . El aire se enfría cuando se expande y se calienta cuando se comprime. Las pérdidas de energía térmica en el compresor y el tanque reducen el factor de capacidad de los sistemas de aire comprimido .
En 2020, el Dr. Reza Alizade Evrin de la Universidad Tecnológica de Ontario desarrolló un vehículo de aire comprimido isotérmico . [1] [2] Este prototipo utilizó tanques de aire de 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 autos eléctricos de iones de litio . Tenía una autonomía de conducción de 140 km. La eficiencia y la autonomía podrían aumentarse mediante una serie de mejoras prácticas. Por ejemplo, combinando el tanque de almacenamiento en el chasis del automóvil, tanques de mayor presión, nuevos motores rotativos y un intercambiador de calor más eficiente. Además, el peso y el costo de los tanques y las piezas neumáticas podrían reducirse mediante el uso de termoplásticos reciclados y de origen biológico .
Esta tecnología podría convertirse en una tecnología de transporte limpia y económica. La energía, los vehículos y los compresores podrían producirse fácilmente mediante métodos descentralizados, incluso mediante una industria circular . El uso de plástico podría permitir la fabricación de código abierto mediante control numérico , incluida la fabricación aditiva . El aire comprimido para dichos vehículos podría producirse fácilmente mediante tipos comunes de energía renovable . Por ejemplo, los compresores de aire multietapa y los intercoolers o las bombas hidráulicas podrían conectarse directamente a los motores de turbinas eólicas , hidroeléctricas , VAWT o Stirling utilizando un concentrador solar . La compresión mecánica directa evita las ineficiencias de Carnot de los motores térmicos. El almacenamiento aislado de aire comprimido evita la conversión de energía y el almacenamiento en baterías. Los sistemas basados en calor podrían utilizar tanques de sales fundidas calentadas por energía solar que impulsen un intercambiador de calor en lugar de un sistema de recuperación de calor a bordo . Se podrían evitar la energía eléctrica, las redes eléctricas y sus problemas.
Se han hecho varias afirmaciones dudosas con información no revelada. El motor "di pietro" ha sido probado parcialmente con programas de CAD y análisis de elementos finitos . Los resultados fueron publicados por Jarosław Zwierzchowski de la Universidad Tecnológica de Lodz en 2017. [3] Este motor es un motor de álabes de eje excéntrico que utiliza baja presión de aire. [ Aclaración necesaria ]
Los tanques deben estar diseñados de acuerdo con las normas de seguridad para recipientes a presión . La norma ISO 11439 es una norma similar para tanques de gas natural comprimido. [5]
Los tanques de almacenamiento de aire que se pueden utilizar en los vehículos de aire comprimido pueden ser de baja presión (9 atm) o de alta presión (240+ atm). Por lo tanto, pueden estar hechos de materiales compuestos como termoplásticos y termoplásticos reforzados con fibra, [4] [6] Esto podría permitir un almacenamiento a bajo precio. Puede fabricarse mediante moldeo rotacional . Estos tanques pueden ser mucho más livianos que las baterías de hierro-litio y un 70% más livianos que los tanques de acero. Resisten el óxido del aire, el agua y la condensación. Duran más con menos mantenimiento.
Para reducir aún más el peso del vehículo, los depósitos de presión se pueden utilizar como partes estructurales del chasis . Se han desarrollado depósitos de presión avanzados de 700 atmósferas para los vehículos de hidrógeno . Las pruebas de choque demostraron una buena seguridad. Los depósitos termoplásticos reforzados con fibra solo se rompen en caso de colisión, no se hacen añicos ni explotan. [7]
Los tanques de hidrógeno requieren una “alta resistencia” para evitar la ruptura y una “alta rigidez” para su durabilidad. La resistencia resiste una fuerza externa. La rigidez mantiene una 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 en un tanque de hidrógeno, no explota. En cambio, el hidrógeno se filtra a través del orificio de la bala. En una prueba de colisión estándar, no se detectó ni una pequeña cantidad de hidrógeno porque no se había filtrado nada”. [7]
El aire comprimido también se puede producir conectando un compresor de aire o una bomba hidráulica a una turbina eólica [8] [9] o utilizando una turbina hidroeléctrica fluvial, de mareas o de olas . Todas ellas convierten directamente la energía mecánica en neumática. La eliminación de la electricidad del ciclo proporciona una mayor eficiencia general. También es posible utilizar energía solar térmica con un concentrador solar de lente parabólica o de Fresnel para alimentar un motor Stirling térmico . Esto puede mover el compresor o la bomba. La energía solar Stirling es más eficiente que la energía solar de vapor o la fotovoltaica.
Los automóviles con aire comprimido no producen emisiones y tampoco necesitan una 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 . Los automóviles con aire comprimido no dependen de estaciones de servicio ni de una red eléctrica . Si bien es posible que no se necesite una infraestructura centralizada, es una opción. El tanque se puede enviar directamente o se puede utilizar una tubería. El aire comprimido normalmente se filtra para proteger la maquinaria del compresor. Por lo tanto, el aire de descarga tiene muy poco polvo en suspensión. Es posible que algunos sistemas emitan algunos lubricantes, pero un mayor desarrollo podría reducir esto con compresores sin aceite e intercoolers.
Los recipientes a presión compuestos y los componentes neumáticos podrían permitir que los automóviles de aire comprimido se convirtieran en una industria circular . Los materiales tendrían que ser de origen biológico o reciclados . No se utiliza energía eléctrica, por lo que no hay necesidad de metales como el cobre, el hierro en los imanes, etc.
Puede haber una única conversión de energía mecánica en energía neumática o hidráulica. [9] Por lo tanto, el aire comprimido puede tener una alta eficiencia energética cuando se utilizan energías mecánicas renovables como turbinas eólicas o energía hidroeléctrica. La conversión de energía térmica a energía mecánica es posible, pero menos eficiente debido a las ineficiencias de 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 . [1] [2]
La tecnología del aire comprimido se adapta a la energía renovable y, posiblemente, a una economía circular , si se pueden utilizar compuestos de origen biológico o reciclados. Por lo tanto, es más sostenible que los coches eléctricos . Por ejemplo, se utilizan muchos menos metales o productos químicos tóxicos en las baterías . Una fabricación centralizada y una red eléctrica podrían resultar menos necesarias.
La eficiencia también se ve favorecida por el bajo peso de los recipientes a presión compuestos en comparación con los tanques de acero o las baterías de iones de litio . [6] El peso podría reducirse aún más si los tanques soportaran el chasis del automóvil. Los motores neumáticos también tienen pesos más bajos 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 tiene sinergia energética, porque se adapta bien a la mecatrónica automotriz . Muchos sistemas de automóviles pueden ser accionados por pequeños motores de aire. Por ejemplo, la suspensión neumática activa , la dirección neumática o los amortiguadores neumáticos. [10] La expansión del aire comprimido crea temperaturas frías y puede proporcionar directamente aire acondicionado o control de climatización.
Los sistemas de recuperación de energía con suspensión y frenado regenerativos producen aire comprimido a baja presión, que puede almacenarse en un recipiente a presión .
Los motores sin pistón que utilizan aire comprimido son muy silenciosos. [11]
No existe peligro de incendio en caso de accidente, a diferencia de los sistemas que utilizan combustibles de combustión o baterías de alta potencia.
Los motores de aire comprimido reducen el coste de producción de automóviles, porque no es necesario construir un sistema de refrigeración, bujías, motor de arranque o silenciadores.
La tasa de autodescarga es muy baja en comparación con las baterías. Un vehículo propulsado por aire comprimido puede permanecer sin uso durante más tiempo que un coche eléctrico.
Reducen o eliminan productos químicos peligrosos como la gasolina, los ácidos de batería y metales relacionados como el plomo.
Los coches con aire comprimido son más seguros en más situaciones:
El aire comprimido tiene una densidad energética menor que el nitrógeno líquido o el hidrógeno .
Si bien las baterías mantienen en cierta medida su voltaje durante su descarga y los tanques de combustible químico proporcionan las mismas densidades de potencia desde el primer litro hasta el último, la presión de los tanques de aire comprimido disminuye a medida que se extrae el aire. Existen métodos mecánicos (por ejemplo, transmisiones continuamente variables o motores auxiliares) para reducir este efecto, pero son más costosos.
Varias empresas están invirtiendo en la investigación, el desarrollo y la implantación de vehículos de aire comprimido. El MDI Air Car hizo su debut público en Sudáfrica en 2002. [12] Se predijo que entraría en producción "en seis meses" en enero de 2004. [13] A fecha de 2022, no estaba en producción.
MDI ha propuesto una gama de vehículos compuesta por AIRPod , OneFlowAir, CityFlowAir, MiniFlowAir y MultiFlowAir. [14] Una de las principales innovaciones de esta compañía 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' fue utilizada por primera vez en torpedos en 1904.
En enero de 2009 [actualizar], 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 total para el mercado indio. Tata pasó a la fase 2, "completando el desarrollo detallado del motor de aire comprimido en vehículos específicos y aplicaciones estacionarias". [19] [ ¿ Fuente poco fiable? ]
En febrero de 2017, el Dr. Tim Leverton, presidente y director de Ingeniería Avanzada y de Producto en Tata, reveló que el proyecto estaba "comenzando la industrialización" y que los primeros vehículos estarían disponibles en 2020. [20] Otros informes indican que Tata también está reviviendo los planes para una versión de aire comprimido del Tata Nano , [21] Esto ya se había considerado anteriormente como parte de su colaboración con MDI. [22]
Engineair es una empresa australiana que produce prototipos de vehículos pequeños utilizando un motor de aire rotativo diseñado por Angelo Di Pietro . La empresa está buscando socios comerciales para utilizar su motor. [23]
Peugeot y Citroën anunciaron que tenían la intención de construir un automóvil que utilizara aire comprimido como fuente de energía. Sin embargo, utilizan un sistema híbrido. Un motor de gasolina impulsa el automóvil a más de 70 km/h o cuando el tanque de aire comprimido se ha agotado. [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. Se estima que los costes de desarrollo ascienden a 500 millones de euros. Los volúmenes de producción tendrían que ser superiores a 500.000 coches al año para recuperar estos costes. [26] El responsable del proyecto dejó Peugeot en 2014. [27]
La APUQ (Association de Promotion des Usages de la Quasiturbine) ha fabricado el APUQ Air Car, un automóvil propulsado por una Quasiturbine . [28] [ ¿ Fuente poco fiable? ]
