Cómo funcionan los hipercoches

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¿Qué hace que nuestros vehículos sean tan ineficientes? Vea imágenes de autos conceptuales. Justin Sullivan / Getty Images

-No importa qué tipo de automóvil conduzca, probablemente le encantaría obtener un mejor rendimiento de la gasolina. Incluso si conduce un vehículo híbrido eficiente, cada vez que llena el tanque puede pensar: "¿No sería genial si pudiera obtener aún más kilometraje? Por ejemplo, más de 100 millas por galón (42,5 kilómetros por litro). ? " Bueno, si un grupo de ingenieros visionarios se sale con la suya, es posible que.

Personas como la experta en políticas energéticas Amory Lovins, los diseñadores de una empresa llamada Fiberforge e incluso los ingenieros automotrices de Volkswagen han trabajado arduamente para tratar de crear autos que sean increíblemente livianos y ultra eficientes. El resultado: hipercoches. Con materiales avanzados y sistemas de combustible alternativo, los hipercoches no tienen que sacrificar la seguridad, el rendimiento o el lujo en nombre de la eficiencia del combustible..

Si cree que la tecnología automotriz está lista para evolucionar después de permanecer básicamente igual durante los últimos 50 años, este artículo le explicará por qué podría tener razón. En lugar de vehículos de varias toneladas con estructura de acero impulsados ​​por motores de combustión interna, le mostraremos automóviles hechos de materiales compuestos de carbono que son más livianos y más fuertes que el acero, con formas aerodinámicas elegantes y motores increíblemente eficientes. De hecho, algunos de estos autos son tan eficientes que podría enchufarlos y devolver la energía a la red para obtener un descuento en su factura de electricidad. Esto tampoco es solo futurismo de pastel en el cielo. Te mostraremos algunos hipercoches que están en la carretera hoy.

Si está planeando diseñar un automóvil súper eficiente, lo primero que debe hacer es averiguar qué hace que los vehículos que están actualmente en la carretera sean tan ineficientes; resulta ser una lista bastante larga. Descubra lo que encabeza la lista en la página siguiente.

Contenido
  1. Gastando energia
  2. Ultra ligero e hiper eficiente
  3. Hipercoches en la carretera
Se desperdicia mucha energía (y dinero) simplemente llevando combustible. Noel Hendrickson / Getty Images

Pocos expertos discutirían la idea de que el mayor problema de los automóviles modernos es el peso. Según la Agencia de Protección Ambiental (EPA), cada 100 libras. (45,36 kg) extraídos de un automóvil pueden aumentar el consumo de combustible entre un 1 y un 2 por ciento. El número exacto depende del tamaño del vehículo y de su motor: cuanto más pequeño es el automóvil, más dramático es el aumento en el consumo de combustible. Ahora, del 1 al 2 por ciento puede que no parezca mucho, pero suma. Si pudiera quitar 2,000 libras. (907.2 kg) de un automóvil, puede aumentar su kilometraje hasta en un 40 por ciento. Pero los beneficios no terminan ahí. Si un automóvil está diseñado desde cero para ser aproximadamente una tonelada más liviano, no necesitará un motor grande para obtener el mismo rendimiento. La parte más pesada de cualquier automóvil suele ser el bloque del motor, por lo que si puede usar un motor más pequeño, está ahorrando aún más peso. Además de todo eso, no necesitará llevar tanto combustible, ya que ese motor más pequeño consumirá menos. Un galón de gasolina pesa alrededor de 6 libras. (2,72 kg). Si tiene un tanque de combustible de 75,69 litros (20 galones) en su SUV, quemará mucho combustible sin hacer nada más que transportar combustible. Una vez que hace un automóvil significativamente más liviano, puede reducir el peso de muchos componentes, incluidos los frenos, la suspensión e incluso los neumáticos [fuente: USA TODAY].

Sin embargo, la ineficiencia no termina con el peso. Muchos automóviles modernos tienen sistemas de aire acondicionado que son mucho más potentes de lo necesario para el pequeño espacio cerrado para el que están diseñados para enfriar. Además del peso adicional, extraen una cantidad significativa de potencia del motor..

Los neumáticos son otro punto débil de energía. La mayoría de los neumáticos no están diseñados para minimizar la resistencia a la rodadura, lo que significa que el motor tiene que empujar aún más fuerte para mover el automóvil. La flexión de los flancos de los neumáticos desperdicia aún más energía. Y cada vez que pisa el freno, una gran cantidad de energía se disipa en forma de calor. Lo adivinaste: más pérdida de energía.

Finalmente, si bien muchos vehículos tienen formas de carrocería aerodinámicas, no todos los automóviles tienen un perfil aerodinámico óptimo. Si la resistencia del viento no parece un gran problema, piense en cuánta fuerza empuja hacia atrás en su mano cuando la saca por la ventana de un automóvil en movimiento. Ahora imagina esa fuerza presionando contra toda la superficie delantera del coche..

¿Cuál es el efecto neto de toda esta ineficiencia? Usemos un ejemplo básico: ¿qué tal su típico viaje al trabajo? Todo lo que necesita lograr es moverse de un punto a otro, junto con tal vez un maletín o lonchera. Sin embargo, en el camino hacia allí, también transporta unas dos toneladas de acero junto con usted. Según Amory Lovins, el 90 por ciento de la energía generada por el motor de su vehículo ni siquiera llega a las ruedas, porque la mayor parte se pierde en forma de calor cuando el motor y las partes de la transmisión se rozan. En última instancia, solo el 0,3 por ciento de toda la potencia que emite su motor se utiliza realmente para mover su cuerpo [fuente: AutoblogGreen].

Ahora que sabe qué partes de nuestros automóviles están desperdiciando energía, puede empezar a diseñar automóviles que funcionen mejor. Descubra cómo en la página siguiente.

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Amory Lovins

Si hay una punta de lanza para el movimiento de los hipercoches, es Amory Lovins, un ingeniero modesto, ambientalista y beneficiario de una beca MacArthur. La filosofía de uso de energía de Lovins es simple: Estados Unidos necesita reducir el consumo total de energía. Su Instituto de las Montañas Rocosas (RMI) es un grupo de expertos dedicado al desarrollo de tecnologías de banco de pruebas con la esperanza de llevar a las principales empresas por un camino más eficiente energéticamente. En los últimos años, una empresa derivada de RMI llamada Hypercar, Inc. se convirtió en Fiberforge, una empresa centrada en el desarrollo de productos económicos de producción en masa. Fibra de carbon [fuente: The Wall Street Journal].

Negavatios

UNA negavatio es una unidad hipotética de energía que nunca se generó. Representa un aumento de la eficiencia. Algunos hipercoches podrían llevar el concepto un paso más allá. Los hipercoches híbridos pueden utilizar el frenado regenerativo para aumentar la carga de las baterías a bordo. La alta eficiencia del automóvil significa que puede terminar su viaje con energía extra en las baterías. Ahí es cuando enchufarías tu vehículo a una toma de corriente. En lugar de consumir energía para recargar las baterías, permite que la energía de las baterías fluya hacia la red. Su medidor eléctrico rastrea cuánto devuelve al sistema, y ​​la compañía eléctrica le paga a una tarifa específica en forma de descuento de electricidad, o un cheque, si su casa es lo suficientemente eficiente como para tener un uso general negativo de energía..

Las carrocerías de los autos de carrera de Fórmula Uno están construidas casi en su totalidad con fibra de carbono. La idea de conducir un coche de F1 al trabajo todos los días puede resultar atractiva, pero no es muy práctica. Mark Thompson / Getty Images

Recordando lo que ha aprendido en la página anterior, si diseñara un automóvil para que sea el vehículo con el menor consumo de combustible posible, pero aún así sea práctico para la conducción diaria, ¿por dónde empezaría?

El chasis puede ser un buen lugar para comenzar. La estructura de acero de un automóvil estándar es bastante pesada. También es muy fuerte, por lo que si desea hacerlo más liviano, deberá encontrar algo que pueda soportar el estrés de transportar cargas pesadas y retener la capacidad de absorber impactos para proteger a los ocupantes. Algunos fabricantes de automóviles ya han experimentado con acero de mayor calidad, que es más fuerte que el acero normal, lo que permite utilizar menos [fuente: USA TODAY]. Pero si realmente queremos recortar kilos, debemos mirar la fibra de carbono. Cuando está debidamente preparada, la fibra de carbono es 10 veces más resistente que el acero y pesa mucho menos. Reemplazar todo el acero de un automóvil con fibra de carbono puede reducir el peso hasta en un 40 por ciento [fuente: Green Car Congress].

La carrocería del vehículo es otra área en la que se pueden realizar mejoras considerables. La forma del automóvil debe probarse en un túnel de viento para asegurarse de que tenga la forma aerodinámica óptima. Todo lo que sobresalga de la superficie del vehículo debe ser aerodinámico, como los espejos laterales, las manijas de las puertas e incluso las insignias del vehículo. El cuerpo también debe estar hecho de fibra de carbono resistente pero liviana.

Cuando se trata de la planta de energía del vehículo, el motor, tendrá que tomar algunas decisiones. Hay varias formas de impulsar el automóvil que son mejores que los motores de combustión interna, pero la que elija dependerá en gran medida de la tecnología que madura más rápido. Las celdas de combustible de hidrógeno solo emiten agua y podrían ser eficientes si se encuentra un método limpio y ecológico para producir hidrógeno. Los motores eléctricos que funcionan con baterías y se conectan a los tomacorrientes de pared son técnicamente los más rentables una vez que haces los cálculos de convertir vatios-hora por milla (vatios-hora por kilómetro) a millas por galón (kilómetros por litro) [fuente: Hypercars ]. Eso es especialmente cierto si carga en horas de menor actividad y tiene acceso a electricidad limpia, como energía eólica o hidráulica. A veces, es posible que desee un poco más de autonomía o más potencia de la que puede proporcionar un motor eléctrico, por lo que podría ser una buena idea utilizar un motor de combustión muy eficiente. Un bloque de aluminio mantendrá el peso bajo, y probablemente incluso podría arreglárselas con tres cilindros considerando lo liviano que es el automóvil.

Los vehículos experimentales como este automóvil francés Microjoule pueden lograr un consumo de combustible extremo (más de 10,000 mpg, en este caso), pero el objetivo del diseño de un hipercoche es crear automóviles eficientes y prácticos para el uso diario. Bryn Lennon / Getty Images

El interior es un área del vehículo que a menudo se pasa por alto en la reducción de peso. Aquí hay muchas oportunidades para perder peso. Por ejemplo, puede evitar los marcos de los asientos pesados ​​haciendo los asientos con fibra de carbono e incluso integrándolos en el chasis. Unas pocas áreas acolchadas las harán cómodas y cómodas, incluso sin exceso de acolchado, espuma y tapicería. También puede reducir las alfombras. Un pequeño compresor hará funcionar la modesta unidad de aire acondicionado, pero mantendrá el auto muy fresco porque el techo está aislado y las ventanas son de doble cristal. No hay techo corredizo, no solo dejaría entrar demasiado calor del verano, sino que los techos corredizos añaden peso al vehículo y reducen la rigidez del chasis. Queremos escuchar música mientras conducimos, pero no necesitamos un amplificador enorme ni altavoces atronadores. Un sistema de sonido modesto ahorrará peso y seguirá sonando genial.

Por supuesto, también querrá recordar usar neumáticos de baja resistencia a la rodadura que permiten que el automóvil se mueva fácilmente sin sacrificar la tracción. Las paredes laterales de estos neumáticos están diseñadas para ser muy rígidas, por lo que no se doblarán ni desperdiciarán energía, una característica que también mejora el manejo. Los neumáticos también deben utilizar la tecnología Run Flat para que no tenga que cargar con el peso adicional de un neumático de repuesto o incluso un gato para vehículos pesados..

Ahí lo tienes, acabas de diseñar nuestro propio hipercoche. A continuación, echemos un vistazo a los hipercoches que ya existen..

Economía de la fibra de carbono

La fibra de carbono no ha tenido un uso amplio en la industria automotriz porque es muy costosa de fabricar. Se utiliza para los cuadros y carrocerías de algunos autos de carrera y ciertos autos deportivos de muy alto precio. La mayor parte está hecha a mano; sin embargo, eso podría estar cambiando. Fiberforge, una empresa creada por el Rocky Mountain Institute de Amory Lovins, ha desarrollado un método de producción masiva de piezas de fibra de carbono. Las fibras se tejen en cintas, que se combinan para formar láminas. Las hojas se apilan juntas y se calientan para formar un panel, luego se colocan en una prensa para darle la forma adecuada. Todo el proceso lleva unos 10 minutos, un gran aumento en el potencial de producción de la fibra de carbono. El aumento de los costos del acero también podría hacer que la fibra de carbono sea una opción más atractiva, especialmente cuando se calcula el efecto de equilibrio de los costos de combustible muy reducidos [fuente: AutoblogGreen].

Lotus ha adoptado el enfoque minimalista con su modelo Elise. Algunos de los principios de la teoría de los hipercoches se pueden encontrar aquí. Kevin Lee / Getty Images

Varias empresas han producido hipercoches, aunque la mayoría son conceptos o vehículos de prueba. Realmente no existe una definición estricta de hipercoche; simplemente significa un automóvil diseñado para ser muy eficiente, generalmente varios órdenes de magnitud mejor que el automóvil promedio de una sala de exposición. Los mejores híbridos disponibles en 2008 pueden alcanzar índices de mpg en los 40 (índices de km / h en los 70) en condiciones óptimas, lo cual es un material excelente, pero no del todo hipercar..

Curiosamente, algunas empresas han estado practicando la teoría de los hipercoches durante décadas, aunque no la han llevado a los extremos necesarios para alcanzar 100 mpg (160,93 km / l) o más. Lotus es una empresa británica conocida por sus coches ligeros y ágiles de alto rendimiento como el Elise. Su filosofía de diseño consiste en eliminar todo lo innecesario para mantener el peso al mínimo. Esto le da al Elise un excelente manejo y una aceleración asombrosa, incluso con un motor de cuatro cilindros. Los Smart Cars también incorporan los principios del hipercoche, con un diseño pequeño y ligero destinado a transportar personas en áreas urbanas..

El Instituto de las Montañas Rocosas desarrolló un hipercoche al que llaman Hypercar Revolution. Su diseño es similar al hipotético hipercoche que diseñamos en la página anterior. El RMI Hypercar es un pequeño SUV / crossover con capacidad para cinco adultos y puede remolcar media tonelada por una pendiente empinada, pero es un vehículo ultralite..

Volkswagen construyó y probó un hipercoche llamado L1 en 2002. Es un diseño radical que tiene la forma de la cabina de un avión de combate. Hay espacio para el conductor y un pasajero sentado directamente detrás del conductor, más un poco de carga. La escotilla se abre hacia los lados y el interior, aunque apretado, parece ser cómodo. El L1 funciona con un motor diésel de un cilindro y puede conducir 100 kilómetros (62,14 millas) con un solo litro (0,26 galones) de combustible, de ahí el nombre [fuente: Wheelspin].

General Motors y Scaled Composites crearon el Ultralite, un automóvil de demostración de tecnología hecho de fibra de carbono y plástico. Demostró que tales diseños eran posibles para un fabricante de automóviles estadounidense, pero GM no ha puesto en producción ningún hipercoche [fuente: Scaled Composites]. Daihatsu y Honda también tienen programas de desarrollo de hipercoches que han dado como resultado varios diseños de concepto, pero todavía no ha aparecido nada en el concesionario local..

Sin embargo, los costos de la energía en todo el mundo están presionando a los fabricantes de automóviles para que ofrezcan vehículos cada vez más eficientes. Si la construcción de fibra de carbono baja de precio, podríamos ver hipercoches ultraligeros en la carretera en los próximos años..

Para obtener más información sobre hipercoches, tecnologías automotrices ligeras y otros temas relacionados, siga los enlaces en la página siguiente.

Seguridad y rendimiento

Muchos entusiastas de los automóviles hacen muecas ante la idea de la eficiencia, mientras que a muchas otras personas les preocupa que los vehículos increíblemente livianos no protejan adecuadamente a los ocupantes. En realidad, los hiperdeportivos son mejores en ambos aspectos que muchos coches compactos que circulan hoy en día. Aunque tienen motores pequeños, la relación potencia-peso de un hipercoche puede ser mucho mayor que la de un automóvil pesado con motor V8. Esto permite una aceleración impresionante y un manejo aún más impresionante..

Ese manejo ágil también es una característica de seguridad. El peso ligero equivale a distancias de frenado más cortas y cuando se combina con maniobras de evasión de precisión, los hipercoches pueden evitar algunos accidentes por completo. En caso de colisión, los hipercoches pueden utilizar técnicas avanzadas de absorción de energía. La fibra de carbono en sí tiene excelentes propiedades de choque, desviando y absorbiendo mucha energía cinética antes de que llegue a los ocupantes. El chasis de fibra de carbono monocasco (de una sola pieza) utilizado por algunos hipercoches también es muy rígido, lo que agrega más protección. Además de las características de seguridad más tradicionales como las bolsas de aire, las zonas de aplastamiento integradas que absorben los impactos en áreas clave también crean una protección adicional.

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Más enlaces geniales

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Fuentes

  • Ball, Jeffrey. "Inclinarse en los molinos de viento de energía: Amory Lovins cree que Estados Unidos puede reducir drásticamente su consumo de petróleo. Aquí se explica cómo". El periodico de Wall Street. 25 de julio de 2005. (26 de julio de 2008) http://www.rmi.org/images/PDFs/Energy/E05-07_TiltingAtEnergy.pdf
  • Agencia de Protección Ambiental. "Consejos sobre el kilometraje del gas". (26 de julio de 2008) http://www.fueleconomy.gov/feg/driveHabits.shtml
  • Congreso de coches verdes. "Toray, Nissan, socio de Honda en fibra de carbono para automóviles". 26 de julio de 2008. (26 de julio de 2008) http://www.greencarcongress.com/2008/07/toray-nissan-ho.html
  • Hypercars.com. "Hipercoches: coches ultramodernos, supereficientes y de alto rendimiento". (26 de julio de 2008) http://www.hypercars.com/
  • Linton, Lascelles. "Combustibles del futuro de la tecnología ecológica". AutoblogGreen. 20 de agosto de 2007. (26 de julio de 2008) http://www.autobloggreen.com/2007/08/20/liveblogging-eco-tech-future-fuels/
  • Compuestos escalados. "Coche de exhibición GM Ultralite". (26 de julio de 2008) http://www.scaled.com/projects/gmcar.html
  • Wheelspin. "Ferdinand Piëch conduce un automóvil de 1 litro a la AGM de Volkswagen". 15 de abril de 2002. (26 de julio de 2008) http://www.ltv-vwc.org.uk/wheelspin//ws_may_2002/vw_bubble_car.htm
  • Woodyard, Chris. "Los componentes del automóvil se aligeran para mejorar el kilometraje". EE.UU. HOY EN DÍA. 7 de octubre de 2007. (26 de julio de 2008) http://www.usatoday.com/money/autos/2007-10-07-lighter-weight_N.htm



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