jueves, 26 de agosto de 2010

Coche Eléctrico - Capítulo II - El Freno del Coche Eléctrico


No nos referimos ni a los de disco, ni a los de tambor, nos referimos al freno tecnológico que existe en el desarrollo de las baterías y que está suponiendo el retraso de la implantación de este tipo de automóvil.

Aún queda mucho por hacer para que las baterías de litio puedan suministrar energía a automóviles urbanos a un precio razonable. Como destaca Matthias Brock, portavoz de Daimler AG: "La cuestión del coste es primordial y la batería representa una parte importante del precio del vehículo. Para ser competitivos debemos reducir el precio de las baterías, pero aún tardaremos algunos años en conseguirlo". Según Paul Nieuwenhuis, experto en la industria automovilística de la Cardiff University Business School (Reino Unido), el precio de la batería de un coche híbrido estándar se eleva a unos 17.000 €, es decir, la suma necesaria para construir el resto del vehículo. "Podemos suponer que de aquí al 2020, con la fabricación en serie, el coste de las baterías habrá bajado a la mitad. Esta producción en masa comenzará con los híbridos plug-in -coches híbridos recargables mediante una toma de corriente (híbridos enchufables)-, pero los vehículos que sólo tengan una batería eléctrica se beneficiarán de igual modo", comenta.

Antes de eso, estos coches deben mejorar en velocidad, potencia y autonomía. En la actualidad no son muchos los automóviles capaces de recorrer una distancia superior a 60 km. Hasta ahora, muchos modelos están equipados con una batería de hidruro metálico de Níquel (Ni-MH). "Se trata de baterías convencionales para los vehículos eléctricos y son perfectamente funcionales", subraya Saiful Islam, de la Universidad de Bath (Reino Unido), uno de los miembros de la red de excelencia europea Alistore. Un hecho confirmado por la presencia en pequeña cantidad, sobre todo en zonas urbanas, de coches híbridos y eléctricos como el Smart Car de Mercedes-Benz o el Prius de Toyota.
Actualmente las baterías NiMH son más fiabres y menos costoas que las baterías Li-ion. Sin embargo, como señala Saiful Islam: "las baterías de ion de litio presentan otras ventajas, en particular en lo que se refiere a la densidad energética, que es más elevada para la misma masa".
Las baterías de Li-ion actuales presentan un gran inconveniente: no son las más seguras, los nuevos materiales son la clave para avanzar en este campo.

La empresa alemana de productos químicos Evonik Degussa GmbH intenta resolver este problema mediante el proyecto Li-Tec, fruto de una asociación comercial con Daimler AG. Evonik ha puesto en el mercado un nuevo material, denominado Separion (R), para elaborar uno de los principales componentes de las baterías, la película separadora, más conocida como "separador". Como su propio nombre indica, separa los dos electrodos, el ánodo (+) y el cátodo (-), a través de los cuales circula el flujo de iones de litio, es decir, la corriente. Una de las funciones del separador es prevenir los cortocircuitos, siendo a la vez lo bastante permeable y poroso para permitir el paso de iones en movimiento.
Por regla general los separadores están compuestos por membranas de polímeros semipermeables, a base de polietileno o polipropileno. Sin embargo estos materiales son inflamables y sólo son estables hasta una temperatura de 140º.
La innovación de Evonik ha sido la de introducir separadores compuestos en parte de cerámica, más duros pero con la suficiente flexibilidad para permitir la perfolación de pequeños poros a través de los cuales circulan los electrones. Para evitar la fragilidad de la cerámica el producto conseguido es un polímero mezclado con polvo cerámico.


No obstante, el modelo actual del nuevo coche deportivo eléctrico del constructor californiano Tesla, el Roadster, contiene miles de pequeñas células en vez de un número reducido de células de mayor tamaño para limitar el riesgo de explosión. ¡Una precaución de fabricación que repercute en parte en el coste de este vehículo, que se eleva a más de 120.000€!


"Los materiales empleados hasta hoy para el cátodo frenan la producción a gran escala de las baterías" señala Saiful Islam. Uno de los objetivos de investigación es concebir cátodos capaces de almacenar más energía aumentando la cantidad de litio que contienen, utilizando los nuevos materiales. Los científicos están centrando sus investigaciones en óxidos a base de hierro, níquel o manganeso, así como en los cátodos de litio con fosfato de hierro. Estos últimos muestran una mayor resistencia al calor y una intensidad de corriente eléctrica elevada.
Una línea de investigación aún más puntera está estudiando la posibilidad de descartar por completo el cátodo de cobalto utilizando una batería litio-aire, el la cual el litio entra en el electrodo, reacciona con el oxígeno y forma óxido de litio.

En cuanto hacia donde se encaminarán las investigaciones, la tecnología de los vehículos eléctricos tardará todavía una década en poder competir con las ventajas de los motores de combustión interna modernos, aunque está bien situada en la agencia europea. En marzo de 2009, la Comisión Europea asignó mil millones de euros al desarrollo de coches ecológicos en el marco de la Green Cars Initiative.
Una parte de esos fondos se destinó a la investigación de las baterías de alta densidad, los motores eléctricos, las redes inteligentes de distribución de electricidad y los sistemas de recarga de baterías de vehículos.
Pero hay que ir más allá. Según Lew Fulton, experto de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), si se consigue llevar el coste de las baterías a 380 € por kilovatio/hora, un híbrido enchufable con una autonomía de 50 km costaría unos 3.000 € más que un modelo híbrido convencional no enchufable, en el que la batería se carga por el motor térmico y el frenado.

Desarrollar redes de transmisión y distribución de electricidad adaptadas a la era de los coches eléctricos e híbridos constituye otro desafío. ¿Serán necesarias nuevas capacidades de producción de energía? ¿El desarrollo de una red inteligente de distribución de energía (echando mano de la tecnología informática para comunica, en tiempo real, la información de consumo) podría abrir las puertas a la generalización del empleo de los automóviles eléctricos?

fuente: research.eu Julio 2009.

martes, 3 de agosto de 2010

Avión Solar - Capítulo III - Con Nocturnidad y Alevosía

El día 8 de julio tubo lugar el primer vuelo nocturno de la historia realizado por un avión solar. El Solar Impulse HB-SIA, con André Borschberg a los mandos, aterrizó con éxito la mañana del 8 de julio a las 09:00, teniendo de fondo los vítores de una multitud de seguidores que acudieron a celebrar este gran hito.

Durante más de 26 horas, el experto piloto André Borschberg fué capaz de volar la aeronave, volando exclusivamente con energía solar durante todo el día 7 de julio y toda la noche, consiguiendo así romper las marcas conseguidas hasta la fecha por la aviación solar.

"Tengo 40 años de experiencia como piloto pero este vuelo ha sido el más increíble de mi carrera. Justo ahí sentado, viendo la carga de la batería y su disminución a lo largo de la noche ... con el suspense que esto conlleva, sin saber si iba a ser posible mantener el avión en el aire toda la noche. Y por último, la alegría de ver salir el sol y sentir la energía comienza a circular en los paneles solares de nuevo". Estas fueron las palabras emotivas de André Borschberg, director general y co-fundador del proyecto Solar Impulse, justo nada más salir de la cabina. "Acabo de volar más de 26 horas sin usar una gota de combustible y sin causar contaminación".


"¡André Bravo! Usted acaba demostrar que lo que he estado soñando durante los últimos 11 años, es posible", exclamó Bertrand Piccard, precursor y presidente del proyecto, en el momento en que el Solar Impulse HB-SIA tocó tierra. "Este es un paso crucial hacia adelante, le da plena credibilidad a los discursos que mantenemos desde hace años acerca de las energías renovables y nos permite ahora estar más cerca de usar una gota de combustible".


"Este éxito no habría sido posible sin el arduo trabajo realizado por un equipo excepcional", dijo Claude Nicollier, jefe del vuelo de prueba del Solar Impulse.


"El éxito también pertenece a Solvay, Omega, el Deutsche Bank y todos nuestros socios sin los cuales esta demostración del potencial de las energías renovables y las nuevas tecnologías no habría sido posible", agregó el co-fundador de Solar Impulse.


INFORME DEL VUELO


Piloto: André Borschberg, CEO y Co-fundador

Hora de despegue: 07/07/2010 - 06:51
Hora de aterrizaje: 08/07/2010 - 09:02
Duración del vuelo: 26 horas 09 min 10 segundos
Velocidad máxima: 68 nudos / 125,9 km / h
Velocidad media: 20,6 nudos / 38,2 km / h
Altitud máxima: 8720 m (por encima del nivel del mar)


El éxito de este primer vuelo nocturno en un avión a energía solar es esencial para el curso posterior del proyecto Solar Impulse. Ahora que se ha demostrado la capacidad del HB-SIA para permanecer volando toda la noche utilizando la energía solar almacenada durante el día, se puede empezar a empujar aún más los límites humanos y tecnológicos. Los hitos más importantes para las próximas pruebas del Solar Impulse serán cruzar el Atlántico y volar alrededor del mundo, usando el segundo prototipo, el cual se comienza a construir este verano.

Fabricación Aerogenerador Casero - Capítulo IV - Dimesionamiento de las Palas, del sistema de anclaje y del Buje

En este capítulo se va a tratar la fabricación de las palas del aerogenerador, del sistema de anclaje de estas y del buje (elemento que transmite el movimiento al eje del generador).

PALAS

Las palas del aerogenerador pueden construirse de diferentes materiales. La manera más fácil y barata es construirlas de madera de pino. Para ello se toma un tablón de la longitud de pala deseada (por ejemplo 1.5 metros de longitud) y sección transversal rectangular de 15x5 cm. Con esta sección transversal se obtienen palas cuyo ángulo de ataque del viento es de alrededor de 18 grados. Para menor ángulo de ataque, el grosor del tablón debe ser menor de 5 cm.


Se realiza un corte por la diagonal de la sección rectangular, (ver dibujo adjunto, la línea de puntos representa el corte a realizar) y a lo largo de todo el tablón (es conveniente realizar
los cortes con una sierra de cinta en algún taller de carpintería). Así se pueden obtener dos palas, y si se desea construir una tercera pala (en caso de un aerogenerador tripala) se deberá hacer lo mismo con otro tablón como el anterior. El trozo de madera que sobra se usará para reforzar la zona de anclaje de las palas a un disco de a madera o hierro, que a su vez se sujeta al eje de giro del aerogenerador. Las superficies obtenidas en este corte, son las caras de la pala donde incidirá el viento. En cada uno de los tres trozos que se obtienen del primer corte,se realizará otro corte a todo lo largo excepto, los últimos 13 cm. En el dibujo siguiente solo se muestra el perfil de las palas antes y después del segundo corte.


El aspecto que tendrá una de las palas por el momento, será:



El extremo de la pala también debe tener forma redondeada, para ofrecer menos resistencia al aire en su movimiento de rotación (es la parte de la pala que mas velocidad tangencial adquiere).



La parte posterior de la superficie de ataque debe tener forma redondeada, para ofrecer mínima resistencia al aire, por lo cual habrá que lijarla hasta darle forma. Hay que pesar de vez en cuando las palas para conseguir que tengan el mismo peso y además la misma posición de sus centros de gravedad. Para saber la posición del centro de gravedad de una pala, se coloca basculando encima del borde de una lámina de algún material, como aluminio o hierro. Cuando la pala se mantiene horizontal, el centro de gravedad esta justo en la parte donde apoya sobre el borde de la lamina aluminio o hierro.


El plano 7 recoge todo el proceso de fabricación de las palas.

Para que las palas hagan girar el eje del generador y éste a los imanes, se dispondrá de dos piezas fundamentales:


  • Un disco de madera o de aluminio, de 300 mm. de diámetro y 10 mm. de grosor (si es de madera) o 4 mm. de grosor (si es de aluminio) - SISTEMA DE ANCLAJE DE PALAS.
  • Un cilindro de aluminio de dimensiones aproximadas 90 mm. de diámetro y 25 mm. de espesor - BUJE.
SISTEMA DE ANCLAJE DE PALAS

El disco de madera o aluminio es para sujetar las palas y debe ir atornillado al cilindro de aluminio - BUJE. Para ello le haremos cuatro agujeros: un agujero central para sujetarle al eje de giro, y tres agujeros equiespaciados en una circunferencia de 70 mm. de diámetro, para que pasen tres tornillos que sujetan este disco al cilindro de aluminio - BUJE.

Como este disco debe llevar sujetas las tres palas, habrá que prepararlo para este fin. Dibujaremos la zona de sujeción de las aspas y haremos tres nuevos agujeros para cada aspa, esto es, un total de 9 agujeros más. Las palas tienen una anchura de 15 cm., que es la anchura de las tres zonas cuadradas dibujadas en el disco de madera.

Todo ello se puede apreciar en la siguiente figura:


BUJE


En el cilindro de aluminio hay que hacer 4 agujeros: un agujero central con el diámetro necesario para que entre el eje del generador y tres agujeros equiespaciados roscados sobre una circunferencia de 70 mm. de diámetro, para sujetar al disco de madera o aluminio. Para que giren conjuntamente este cilindro de aluminio y el eje de giro, haremos un chavetero en el cilindro de aluminio. El chavetero en el cilindro de aluminio se puede realizar haciendo un agujero de 5 mm. justo al borde del agujero central y limando posteriormente con las limas de hierro, para unir este agujero con el central. En el eje del generador habrá que hacer un chavetero en el extremo libre de éste (si es que no le tiene), para alojar una chaveta que une el cilindro de aluminio anterior con el eje del generador, y un agujero en el centro del eje de giro, para sujetar al disco de madera.

El plano 8 recoge todo el proceso de fabricación del buje y del sistema de anclaje de las palas.
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