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El automóvil ultraligero

En los últimos 20 años, las emisiones contaminantes de los automóviles solo han conseguido reducirse en 1/10 parte. Afortunadamente, nuevas normativas en la Unión Europea obligaran a los automóviles que sean comercializados en el año 2005 a ser un 70% más ecológicos que los modelos actuales. Y es que las continuas mejoras en motores y grupos propulsores de los últimos años no han conseguido bajar del 80% la cantidad de energía liberada del combustible que se desperdicia en un automóvil. Para empeorar las cosas casi toda esta energía útil resultante se emplea en arrastrar la masa del vehículo, porque la energía que se emplea en desplazar a cada ocupante es tan solo el 2%.

La causa fundamental de este absurdo derroche es el enorme peso de los automóviles actuales, construidos principalmente de acero y plásticos pesados, y dotados de complejos grupos propulsores, cuyo peso generalmente supone más del 25% del total. La media de ocupación de los vehículos es actualmente de menos de 2 personas, resultando que por cada ocupante desplazado se debe desplazar además una masa de vehículo cinco veces superior.


Generalmente solo 1/5 parte de la potencia total del motor sería necesaria para moverlo con soltura en carretera, y solo 1/20 parte para moverlo en ciudad. El enorme sobredimensionamiento de los motores disminuye la eficiencia final y es el causante de buena parte de la contaminación en las ciudades. Parte de la culpa de que esto sea así la tienen los fabricantes, que hasta ahora han prestado poca atención a la mejora de la eficiencia general de los vehículos. El resultado ha sido que las pobres mejoras en eficiencia de los motores han sido neutralizadas, invirtiéndose en hacerlos más potentes y en incorporar más equipos auxiliares de dudosa conveniencia.

La potencia aplicada a las ruedas se pierde por tres vías, y en forma de calor liberado al aire. Alrededor de 1/3 se desperdicia calentando los frenos en las frecuentes paradas o deceleraciones, o el grupo propulsor en la bajada de pendientes y reducciones. Otra tercera parte calienta el aire desplazado por el automóvil en su avance, circulando a velocidad de carretera. La tercera parte restante calienta los neumáticos y el piso de la carretera. La disminución en los requerimientos de energía en las ruedas (final) permite también disminuir notablemente la potencia para la que se diseña el motor (principio), porque por cada unidad de potencia que necesitemos en las ruedas debemos dimensionar el motor para que genere hasta siete veces más potencia.

Para diseñar automóviles con buena eficiencia, además de eliminarse estas tres vías de pérdida de potencia, debe disminuirse sensiblemente el peso de su estructura, mejorarse su coeficiente aerodinámico, y simplificar y aligerar el grupo propulsor, que además debe ser capaz de recuperar la mayor parte de la energía que ahora se desperdicia en el frenado o bajada de pendientes. Un diseño de estas características convertiría al automóvil convencional en un ultraligero.

Tal diseño debería:

  • Disminuir el peso total en más de un 50% sustituyendo el acero de la estructura, motor y otras piezas del vehículo por materiales avanzados, principalmente compuestos sintéticos y cerámicos, que además permitirán fortalecer la estructura e incrementar la seguridad.

  • Gestionar mejor el espacio, compactando el diseño para aumentar el volumen interior a la vez que se disminuye el exterior para finalmente conseguir mejorar el coeficiente aerodinámico en más de un 50%.

  • Disminuir las pérdidas neumático / firme actuales en más de un 50% principalmente aligerando peso, mejorando sus características y creando firmes que disminuyan la resistencia a la rueda sin pérdida de adherencia.

Una vez eliminadas la mayor parte de las pérdidas de energía no recuperables con estas modificaciones, deben rebajarse las perdidas de energía que se ocasionan en las deceleraciones, reducciones y paradas del vehículo. Una buena idea puede ser recuperar parte de esa energía dotando a cada rueda de un freno/generador que en cada frenado convierta la energía de la inercia del vehículo en electricidad o movimiento almacenado, que pueda ser aprovechado inmediatamente después. Para este fin son útiles tanto las nuevas baterías y los ultracondensadores, como los volantes de inercia.

En los automóviles de hoy, los accesorios (dirección asistida, calefacción, aire acondicionado, ventilación, iluminación, y los sistemas de entretenimiento) consumen casi 1/10 parte de la potencia entregada por el motor. Un vehículo ultraligero necesitaría en total quizás un poco más de esta potencia, porque cuando no suprime, integra estos accesorios y disminuye drásticamente su consumo. Los ultraligeros serán menos complejos, por lo que se conducirán mucho más fácilmente que los automóviles actuales, sin necesitar servos.

El cableado de un vehículo medio puede llegar a medir más de 2.5 km y a pesar más de 50 kg. Los nuevos sistemas de iluminación y señalización electrónicos son capaces de proporcionar mayor luminosidad con solo un tercio de la energía que actualmente consumen, ahorrando además peso por utilizar fibra óptica para conducir la luz de una pequeña lámpara hacia todos los pilotos del vehículo. El aire acondicionado necesitaría quizás solo 1/10 parte de la energía que consume en la actualidad. Para ello habría que equipar a estos nuevos vehículos con rellenos aislantes, dobles techos ventilados y dotados de placas solares que generen energía eléctrica, ventanas refractantes al calor, y ventiladores y sistemas de refrigeración innovadores que aprovechen energías subyacentes en el vehículo.

Pero sin lugar a dudas los ahorros más importantes se obtendrán por la reducción de peso. A mediados de los años 80 muchos fabricantes de automóviles probaron diseños de automóviles que con un peso de tan solo 400 kg (el promedio actual es 1300 kilos) y movidos por motores convencionales, eran capaces de transportar cuatro o cinco pasajeros. Tenían de dos a cuatro veces la eficiencia hoy promedio en los nuevos automóviles. Estaban construidos en su mayor parte con metales ligeros como el aluminio y magnesio, y con plásticos también ligeros. Con los materiales compuestos modernos la reducción de peso será mucho más importante.

Buena parte de la peligrosidad actual de los automóviles viene provocada por su enorme peso y por las cada vez mayores velocidades a las que circulan. La enorme cantidad de energía necesaria para acelerarlos hasta esas velocidades se convierte en una fuente de peligro en los cambios bruscos de velocidad o trayectoria, y es frecuentemente fatal en los impactos frontales. Las pruebas de choque demuestran que los vehículos ultraligeros pueden ser tanto o más seguros que los automóviles de acero actuales, aunque choquen frontalmente con un vehículo convencional a alta velocidad. Esto es así debido a que los compuestos han demostrado ser extraordinariamente fuertes y resistentes, tanto que pueden absorber mucha más energía por kilo que el metal. Los materiales empleados y el diseño son mucho más importantes para la seguridad que la simple masa. Una estructura hueca de 4 kilos de peso y hecha con fibra de carbono, puede absorber toda la energía del impacto de un automóvil de 500 kg a 80 km/h).

En 1991, la General Motors fabricó un automóvil ultraligero, el modelo Ultralite con capacidad para cuatro personas, buena amplitud interior y reducidas dimensiones exteriores. Este modelo es tan seguro y limpio como cualquier automóvil actual. Con un motor de tan solo 111 caballos de potencia, 560 Kg de peso y bajos aerodinámicos, (ambos por debajo de la mitad de lo normal), alcanza una velocidad máxima de 215 Km/h y una aceleración de 0 a 90 en 7.8 segundos. El Ultralite es por encima de cuatro veces más eficiente que un vehículo actual de similares prestaciones. A una velocidad de 80 Km/h consume 2.3 litros cada 100 Km, necesitando un quinto de la potencia requerida normalmente. Cuando se le instala una unidad híbrida, llega a ser hasta seis veces más eficiente que los automóviles actuales.

En abril de 1998 el fabricante japonés Honda ha presentado su modelo Civic GX, del que asegura que emite tan solo una décima parte de las emisiones de hidrocarburos permitidos por la norma de vehículos de emisiones ultra bajas. También asegura reducir las emisiones de CO2 (gas causante del efecto invernadero) en un 20%, con unos consumos realmente ajustados.

En Florida (EE.UU.) se han ensayado furgones fabricados con compuestos que pesan menos cargados que los actuales furgones de acero vacíos. Otras firmas están experimentando diseños de camiones de gran capacidad fabricados con nuevos compuestos que proporcionan una eficiencia doble que los construidos con carrocerías convencionales, eficiencia que podría redoblarse con vehículos híbridos.

Los vehículos ultraligeros podrían llegar a ser competitivos aún consumiendo combustibles ecológicos alternativos, ya que la fuerte reducción en el consumo (1/10 parte de los vehículos actuales) hará que el costo de estos combustibles sea mucho menos disuasivo de lo que lo es en la actualidad.

En la ciudad de Los de Angeles (EE.UU) se ha conseguido bajar la contaminación, con la puesta en servicio de los llamados vehículos de emisión cero. Recientemente, la "California Air Resources Board (CARB) reafirmó una conflictiva disposición de 1990 - que algunos otros estados estudian adoptar también - para que el 10% de los automóviles nuevos vendidos hasta el 2003 cumplan con las especificaciones ZEV (Zero Emission Vehicle). En un principio se intentó imponer que este porcentaje correspondiera solo a automóviles propulsados con batería eléctrica, pero dado el interés despertado por los vehículos ultraligeros, los responsables del CARB han incluido en la definición del ZEV a todos los vehículos que sean sensiblemente más limpios que los actuales. Este cambio en la normativa podría dar un gran impulso a los constructores de vehículos ultraligeros y hacer disminuir la contaminación de las ciudades notablemente. Por esto, los vehículos ultraligeros serán finalmente un logro forzado por las normas impuestas por la administración para direccionar el enorme potencial de la industria automovilística. Sin lugar a dudas las normas ZEV de California han sido las que han dado el espaldarazo definitivo a la tecnología de la propulsión eléctrica, embrión que hoy se ha convertido en el vehículo ultraligero.

Antonio Sánchez 1.999

 
 

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