jueves, 18 de enero de 2018

El motor de aire

En el artículo de hoy, hemos creído conveniente dar a conocer una opción de motorización dentro de las alternativas de cero emisiones, a parte de la conocida versión eléctrica. Más concretamente, el motor de aire comprimido, como su propio nombre indica, basa su funcionamiento en esta fuente y no en un combustible ni en ningún motor eléctrico. A continuación, trataré de explicar el principio básico para la generación de trabajo del motor, las ventajas y desventajas que ofrece y algunos datos de interés.

Los ciclos de que consta el motor de aire comprimido son tres: admisióncompresión-expansión e inyección-escape.

En la primera etapa, el aire exterior es aspirado por el conducto de admisión y la válvula de expansión se encarga de liberar el aire del tiempo anterior.

En la segunda fase, el aire aspirado se comprime en la cámara de compresión a unos 20 bares, aumentando su temperatura hasta 400 °C aproximadamente. Al mismo tiempo, por la expansión del aire en la cámara de expansión se produce el trabajo del motor.
En el tercer y último tiempo, el aire comprimido, que está en un depósito a unos 300 bares, se inyecta a una presión de 40 a 50 bares y a una temperatura de alrededor de 25 °C. El choque entre el aire inyectado y el aire comprimido en el cilindro de compresión causa un aumento de presión mientras el pistón se encuentra en el punto de mínimo volumen de aire. En la cámara de escape ocurre además el barrido del aire hacia el exterior. Al finalizar este tiempo, da comienzo el siguiente ciclo.

Una vez hemos visto cómo funciona el motor, habría que destacar la lista de ventajas y desventajas que presenta.

En cuanto a ventajas, dispone de las siguientes:

-Alto par motor para un volumen mínimo y con ciclos de funcionamiento lentos.
-Diseño mecánico simple y robusto.
-Muy bajos costes de fabricación y mantenimiento.
-Depósitos de aire muy duraderos y reciclables.
-Temperaturas frías y calientes del motor, aprovechables para el sistema de aire acondicionado del vehículo.

Como desventajas, la más importante sería el rendimiento energético. En un motor de aire comprimido se desperdicia energía en cada trabajo realizado, debido a las pérdidas por calentamiento o de alimentación del motor del compresor. Por ello, resulta en un motor con menos eficiencia de rendimiento comparada con la de un vehículo eléctrico, por ejemplo. Otros inconvenientes son el tamaño requerido del depósito de aire, que merma la autonomía, y la influencia negativa del clima sobre el motor.

Pero el motor de aire comprimido no ha quedado ahí, en una simple idea sin aplicación en automóvil, sino que existen algunas empresas que llevan años intentando adentrarse en el mercado para comercializar modelos por el mundo entero. La más destacable es MDI (Motor Development International), con sede en Luxemburgo y fundada por el francés Guy Nègre en el año 1991.


Guy Nègre, fundador de MDI (Motor Development International), junto a uno de sus motores

Desde su aparición, MDI ha presentado diferentes prototipos, pero sin duda la noticia más relevante fue el acuerdo que firmó con la marca india Tata. De esta colaboración surgió la idea de construir el primer vehículo a aire comprimido que pudiera circular por las carreteras de India y Francia, aunque en última instancia el modelo no llegó a venderse.

Este recibió el nombre de Tata Mini CAT, CAT en referencia a su condición de vehículo animado por un motor con tecnología de aire comprimido (Compressed Air Technology). Con una potencia de 25 CV, una velocidad máxima de 105 km/h y una autonomía de unos 300 km, la carga completa de su tanque no superaría los 1,5 euros; es decir, recorrer 100 km no supondría un coste mayor de 50 céntimos. Asimismo, al no realizar su motor procesos de combustión, la sustitución del aceite bastaría con efectuarla cada 50.000 km.


Tata Mini CAT

Por contrapartida, si bien la carga rápida del depósito se completaría en tan solo tres minutos, la infraestructura actual de estaciones de servicio debería ser modificada para que estas últimas albergaran compresores de carga adecuados con tal fin. Por otro lado, el propio vehículo incluía un compresor el cual permitía la carga del vehículo tras ser conectado a una toma de corriente común, pese a que la duración de la carga en este modo se elevaría a entre tres y cinco horas.

Tras este ambicioso proyecto que finalmente quedó en el olvido, cabe preguntarse si el problema reside en la escasa viabilidad del motor de aire comprimido o en la falta de respaldo por parte de los grandes fabricantes de automóviles. En mi opinión, este tipo de vehículo debería ser una solución a tener en cuenta, como mínimo, para la movilidad en trayectos cortos, ya que respetaría el medio ambiente y su precio final sería bastante reducido. Vosotros, ¿qué opináis?

¡Hasta el próximo post!






5 comentarios:

  1. Es una pena que los gobiernos no apoyen este estupendo proyecto

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  2. Tal vez, con un intercambiador de calor entre la entrada y salida de aire, podria aprovecharse para incrementar la eficiencia del motor y tener menos recargas.

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    Respuestas
    1. Calentar el aire de entrada no serviría, puesto que el trabajo para hacer la carrera de compresión sería mayor. Calentar el aire inyectado tampoco, ya que para un mismo volumen se perdería masa de aire. La temperatura solo se transfiere de masa a masa, es decir, de átomo a átomo, donde la repulsión entre esos átomos cuando aumenta su temperatura es lo que produce la presión (efecto de entropía). Si se introduce aire más caliente, pero con las mismas presiones de trabajo iniciales, lo único que se logra es que esa temperatura adicional se transfiera al metal. Quizá, la clave sería enfriar el depósito de aire comprimido y el aire de inyección.

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  3. Hola,
    Yo estoy trabajando en un motor radial de 7 cilindros. Se alimentan los cilindros con aire o Helio4 si se desea trabajar en temperaturas criogénicas. A temperaturas normales se inyecta CO2 vapor (50atm /280 K ) que se condensa en la expansión. Esta es la energía que se convierte en trabajo. Necesito ayuda de técnico en motores. Gracias

    ResponderEliminar
  4. Hola,
    Yo estoy trabajando en un motor radial de 7 cilindros. Se alimentan los cilindros con aire o Helio4 si se desea trabajar en temperaturas criogénicas. A temperaturas normales se inyecta CO2 vapor (50atm /280 K ) que se condensa en la expansión. Esta es la energía que se convierte en trabajo. Necesito ayuda de técnico en motores. Gracias

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