Periódicamente, para no dramatizar diciendo que día tras día, el futuro del motor de combustión interna se revalúa y se le oponen diferentes alternativas para evitar que su masiva aplicación en el mundo entero siga siendo un agente altamente contaminante del medio ambiente. O que su materia secundaria de funcionamiento como son los combustibles fósiles se agote un día no muy distante.
Sin embargo, mientras el motor tradicional ha logrado enormes mejoras en todos sus procesos y es una máquina cada vez más limpia y eficiente, todas las otras alternativas motrices no parecen tener la misma viabilidad y algunas están descartadas.
El hombre las ha explorado casi todas -siempre habrá otra por descubrir o inventar- no ahora sino desde el mismo arranque del automóvil cuando el motor era más aleatorio pues hubo carros eléctricos, de vapor y de combustión interna, a cual más de experimentales. Pero, quizás, por los mismos motivos de hoy, la máquina de combustión interna fue la ganadora.
Hoy se habla de hidrógeno, de carros híbridos y se sigue trabajando en el tema eléctrico, pero son alternativas incompletas o inviables en el gran consumo. En cada Salón del Automóvil se muestran combinaciones y se ven propuestas más o menos avanzadas de las posibilidades nuevas, pero todas ellas pertenecen más al campo de la investigación que al de la realidad.
Recientemente, un conocido ingeniero y estupendo escritor de tecnología, Julian Edgar (http://www.autospeed.com/) hizo un interesante repaso de todas las alternativas motrices conocidas y potenciales, cuya lectura nos sirvió de base para resumirles en estas páginas en qué estamos en materia de plantas motrices en este momento y su viabilidad en un automóvil.
EL CARRO ELÉCTRICOSin duda alguna, es la mejor y más interesante alternativa para mover un vehículo. El motor eléctrico tiene su potencia constante y se regula únicamente la velocidad para hacer avanzar más o menos una máquina. De hecho, los grandes camiones mineros, los trenes y otros aparatos de gran rendimiento, son eléctricos. Solo que esos motores están directamente acoplados a un generador que, a su vez, lo mueve un motor diésel. Esto nos lleva a las dificultades básicas que tiene el motor eléctrico: su alimentación, es decir, las baterías.
A pesar de los grandes progresos en el diseño de los acumuladores que pasaron del plomo a níquel/ cadmio y ahora a una mezcla de ion/litio, las baterías distan de ser eficientes y su peso y costo son un horrible 'hándicap' para el vehículo. Por eso las propuestas de carros eléctricos son aparatos muy pequeños y livianos, para compensar porque la tercera parte de la masa la constituyen las baterías. Además, las baterías son perecederas y su reemplazo es oneroso para el usuario común pues pueden ser del orden de un 30% de lo que cuesta el vehículo.
Para completar las dificultades, la batería entrega mucho menos energía de la que se necesita para cargarla luego siempre va a haber un déficit de eficiencia. La carga de las baterías, suponiendo que hubiera gran número de autos eléctricos, implica generar la energía en proporciones importantes en plantas nucleares, térmicas o hidráulicas lo cual de alguna manera es trasladar la contaminación y consumos a otros sitios. También se anota la dificultad y falta de facilidades para recargar el vehículo, que en la actualidad tiene una autonomía de unos 200 kilómetros en el mejor de los casos.
La gente querrá que se cargue de inmediato cuando estacionan en algún sitio, lo cual obligaría a una carga inductiva y al desarrollo de una tecnología de pagos muy compleja.
PRONÓSTICO: Futuro muy incierto para que haya carros eléctricos únicamente.
TURBINASEste tipo de motor tiene una amplia difusión en trenes, aviones, tanques, helicópteros y pequeñas fuentes de energía. Son simples, muy confiables, pero su implantación en los automóviles ya se experimentó y los resultados no fueron prácticos.
Hay dos géneros de turbinas. Las centrífugas y las axiales, que trabajan bajo el mismo principio. Se trata de un compresor de aire y una turbina, montados en el mismo eje. Una vez se comprime el aire, se le agrega el combustible y se genera su encendido. La reacción y la expansión de la mezcla hacen mover la turbina que está colocada en la salida. En la centrífuga el compresor expulsa el aire caliente por un escape lateral y la parte de la turbina se mueve con los gases que pasan lateralmente hacia esa salida. En las axiales el aire pasa por una serie de álabes que van cambiando la presión. Hay algunas turbinas con un sistema mixto.
Los aviones suelen usar turbinas cuyo flujo pasa directamente a la zona de escape y mueven la máquina por empuje. En helicópteros y aviones más livianos, se usa el aire caliente que sale a alta presión para mover una segunda turbina a la cual se le conecta un eje con una caja de relaciones que finalmente suele llevar a la hélice, que debe girar mucho más despacio para que la velocidad angular de las palas en sus extremos no sobrepase la del sonido.
Es lo que conocemos como 'turboprop'. La turbina es proporcionalmente liviana para su rendimiento, poco vibra y utiliza combustibles variados y más baratos. Hoy en día es un motor muy confiable y conocido.
Sin embargo, aplicada a un carro, tiene muchos peros. El primero es el costo ya que los materiales internos son muy sofisticados, consumen mucho combustible en carga media y su tiempo de respuesta es muy lento como para moverse en el tráfico. Finalmente, el calor y la cantidad de aire que salen por el sistema de escape son muy complicadosde manejar, además del ruido.
¡ Piense en un carro atrás del chorro de la turbina! Chrysler tuvo algunos prototipos experimentales en los años 60 y hasta un carro de Andy Granatelli estuvo a punto de ganar las 500 Millas de Indianápolis con turbina, favorecido por su funcionamiento casi estacionario del motor en el óvalo. Rover también la usó en las 24 Horas de Le Mans y existieron varios otros prototipos en los años 60, sin continuidad.
PRONÓSTICO: Es bastante inviable en el automóvil y en medio de las calles de hoy. De pronto, una pequeña turbina para mover un generador que cargue las baterías podría ser un soporte para los carros eléctricos o híbridos.
LA FUERZA HUMANASin duda alguna, la propia energía del hombre es un motor natural, aplicada a un vehículo como la bicicleta o alguno similar que pueda mover con los pies o las manos. De hecho existen muchos pequeños aparatos de tres ruedas, más avanzados que la bicicleta pero que se impulsan con pedales que se venden pero de ahí a su masificación hay una gran distancia. Además, necesitan muchos más elementos mecánicos que la bicicleta.
La cicla, a su vez, es tan simple como ineficaz por la gran resistencia aerodinámica que implica la presencia del conductor. Para mover una cicla a 36 kilómetros por hora, se necesitan 345 watios, es decir un tercio de caballo. Tiene muchas ventajas. Por ejemplo, el combustible se asimila con el alimento del hombre, que de todas maneras debe tomarlo. Las bicicletas y aparatos similares son silenciosos, no contaminan, ocupan muy poco espacio y son baratos.
Pero también, limitaciones. El clima, requieren estado físico, los atuendos, la capacidad de carga y las cuestas, son algunas.
PRONÓSTICO: No hay un fabricante que se haya dedicado a producir en gran escala vehículos para propulsión humana diferentes a las bicicletas, llamados 'velomóbiles', que salen muy caros debido a que necesitan materiales ultralivianos y muy resistentes para que el aparato final sea operable y aceptado masivamente.
LOS HÍBRIDOSEstrictamente hablando, los híbridos no son nada como motorización. No existen motores híbridos. Lo que hay son vehículos que combinan un motor de combustión interna con uno eléctrico y en el intermedio un conjunto de baterías. La solución de tener un motor de gasolina a bordo, le permite al carro usar un generador propio de energía que luego la usa el motor eléctrico para mover las ruedas.
Alrededor de esa teoría hay muchos desarrollos y mezclas. Desde la escogencia manual entre las dos fuentes motrices, hasta el manejo por computador de la mejor alternativa para el momento de uso como tráfico, carretera, carga, etc.
En este momento, los grupos de baterías de los híbridos son con varias celdas de níquel en serie, que producen alto voltaje pero sin mucha capacidad de almacenamiento. Los motores eléctricos son de última generación, sin escobillas y con refrigeración independiente. Estas baterías se pueden cargar también reciclando la energía calórica que se desperdicia de los frenos.
Pero como esta energía es ocasional, se necesita también la que envía el motor de combustión interna a bordo. Los 'híbridos' son muy funcionales en el uso urbano por su economía y bajas emisiones, especialmente en el tráfico. Aceleran muy rápido con el motor eléctrico y son una real y eficaz alternativa.
En carretera y uso a velocidad de ruta, las diferencias en economía no son tan apreciables y, menos, comparadas con el costo inicial del vehículo que es muy alto. Los precios de las baterías de recambio (que duran muy poco tiempo con respecto a los otros elementos) son muy altos Sin embargo, todos los fabricantes están trabajando en esta mezcla por lo cual es el área donde mayores progresos y avances veremos llegar.
Pero es difícil que la gente llegue a pagar bastante más por un vehículo de este tipo, por lo cual se imponen subsidios estatales. Honda y Toyota son los pioneros en esta tecnología pero aún están lejos de ofrecerla a un precio competitivo.
PRONÓSTICO: Son una alternativa muy válida y que ha tenido avances importantes en la cantidad de unidades colocadas. Pero todavía necesita superar varios pasos tecnológicos y de costos para pretender que sean una solución masiva y aplicable en todas las economías.
LAS CELDAS DE COMBUSTIBLESon la ruta para lograr la aplicación autónoma de la electricidad en el automóvil a tal punto que todos los fabricantes están trabajando en el tema. Estos carros que llevan celdas de combustible, son a la postre, eléctricos. Usan un capacitor o motor eléctrico mueve las ruedas. La diferencia con los híbridos es que la energía para esas baterías, además de la recuperada de los frenos, se genera en un dispositivo que produce electricidad partiendo de una reacción química.
Un combustible, por lo general hidrógeno, se agrega al oxígeno tomado de la atmósfera en un catalizador que lo divide en componentes positivos y negativos que son separados por una membrana que envía los positivos a las baterías. Las partes negativas van en un conductor externo y crean una diferencia de voltaje en los dos polos de las baterías. Los sobrantes son agua que se puede recuperar y reprocesar.
PRONÓSTICO: En un largo plazo, cualquier vehículo que use combustibles diferentes a los derivados del petróleo será, más que bienvenido, necesario. Sin embargo, por las dificultades y costos de la red de distribución del hidrógeno, esta parece ser una alternativa practicable en centros urbanos o zonas específicas alrededor del suministro. Dista muchísimo de poder estar al alcance del gran público.
EL MOTOR DE AIREMuy similar al de vapor, el motor de aire se mueve por el paso de un aire comprimido debidamente regulado. Es cero emisiones, por supuesto. Pero solo en el uso del vehículo porque en la fuente consume energías que se necesitan para comprimir el aire queluego se transfiere al vehículo.
El aire comprimido en esta aplicación, por más que se quiera reciclar, es perecedero y ello compromete la autonomía del vehículo ya que se necesitaría una extensa red de puntos de recarga, a su vez dotada de los compresores necesarios que deberían ser enormes en el supuesto caso de que haya cientos de estos vehículos operando.
Dentro de ese mismo orden de necesidades, los tiempos de llenado de los tanques son bastante largos, luego no tiene la flexibilidad e inmediatez de los carros con motores para gasolina.
Sin embargo, el concepto es válido y alrededor de éste se han desarrollado dos tecnologías: motores simplemente movidos por al aire comprimido y motores que, además de usar el aire, pueden pasar a trabajar con combustibles que se queman internamente lo cual les permiten autonomía y pluralidad de desplazamientos.
En estos motores duales, que ya son multicilíndricos, el aire se usa únicamente a velocidades inferiores a los 50 kilómetros por hora, o sea en la ciudad y luego cambian automáticamente a un combustible que puede ser de cualquiera de los tipos conocidos hoy.
PRONÓSTICO: Hay firmas trabajando sobre este procedimiento y ya ofrecen pequeños vehículos funcionales. Es cero emisiones en la mayor parte del tiempo. Pero su autonomía es limitada y, a la postre, se trata de otra versión de los híbridos. También tiene que producir energía eléctrica para los sistemas accesorios como luces, instrumentos, comunidad, etc.
EL VAPORComo dijimos, en los comienzos del automóvil, los hubo con motores a vapor. Inclusive, uno de los más antiguos aparatos, si no el precursor de todos, data de 1771, hecho por el francés Nicolas-Joseph Cugnot, llamado Fardier. Este aparato existe y se puede ver en el Conservatoire d´Arts et Metiers, en Francia.
Luego el Stanley Steamer, de 1906, hizo un récord de velocidad de 205,5 kilómetros en esos momentos, lo cual fue una monstruosidad para los pronósticos y la mínima tecnología que podía tener un automóvil. Los motores de vapor son de combustión externa ya que el combustible se quema por fuera de sus cilindros, que son simples receptores del vapor de agua a alta presión y procesadores del movimiento.
Usualmente, los motores de vapor se surten de un quemador que calienta el agua al paso por pequeños tubos, en lugar de la caldera que uno se imagina. Esto permite el 'encendido' rápido del motor, sin tener que esperar al calentamiento de toda la caldera.
Tiene ventajas claras: entrega la potencia de manera variable, según se abran las válvulas y dan su máximo torque a cualquier número de revoluciones. Teóricamente, hasta detenidos, por lo cual no necesitan caja de velocidades. Pueden generar enormes dosis de potencia, pero consumen más vapor de lo que la caldera es capaz de producir. Los combustibles para calentar el agua son diversos derivados del petróleo, gas y hasta carbón.
Son muy complejas las estructuras mecánicas para hacerlas trabajar en un carro. Tuberías de alta presión, una fuente de calor enorme, cantidad de agua importante para generar autonomía, problemas de lubricación en partes mecánicas que funcionan en agua o necesidad de separar el aceite posteriormente. Además, de todas formas, el tiempo de calentamiento del sistema impide un arranque inmediato.
PRONÓSTICO: Es una de las alternativas menos interesantes pero por sus ventajas de rendimiento bien merecería una segunda oportunidad.
LOS CARROS SOLARESSi bien no podemos poner la energía solar como un sistema motor para un vehículo, como fuente la energía solar tiene varios desarrollos. Por ejemplo, se podría utilizar mediante reflectores para calentar agua de manera importantede tal forma que se genere vapor a alta presión y pueda mover un motor 'reciprocante' o una turbina. Algo muy teórico, pero válido.
La aplicación más obvia es capturar la energía solar en celdas fotovoltaicas para mover un motor eléctrico. Infortunadamente, la eficiencia de estas celdas no es suficiente como para alimentar de manera permanente el consumo del motor que necesitaría un carro.
Además tienen las limitaciones que genera la noche o las interferencias a los rayos solares pero su gran ventaja es que es gratuita. Una de las grandes dificultades para desarrollar estas celdas es que producen muy poca energía. Por ejemplo, se necesita un metro cuadrado para generar la energía para mover un motor de un kilovatio, que son 1.35 caballos. Y un carro con menos de 30 caballos no es operativo, lo que supondría una enorme superficie que no es viable instalar encima del vehículo.
Hay muchos pequeños carros que se han hecho a manera experimental en universidades y laboratorios, pero obviamente no pasan de ser un ejercicio científico e investigativo.
PRONÓSTICO: Así como en el espacio la energía solar es la esencia del funcionamiento de todos los aparatos que están en órbita o en viaje, en tierra y para automóviles son bastante utópicos. En caso de que progresara de una manera sorpresiva y positiva esta tecnología, de todas maneras el carro alimentado por esta energía sería solo de uso diurno.
EL MOTOR DE COMBUSTION GANADORAunque sea temporalmente, pero aún en un muy largo plazo, el actual motor de combustión interna sigue siendo la principal y real alternativa de motorización. Todos los otros tipos de máquinas tienen limitaciones propias de autonomía, suministro de la fuente energética, costos muy altos y, sobre todo, carecen de la red de soporte que les ofrecen la gasolina y sus derivados a los usuarios.
Conceptos como la propulsión humana suenan regresivos. Otros como el vapor y la turbina no son prácticos ni funcionales. Los futuristas dependen todavía de mucha investigación y sufren por la falta de soporte en su combustible inicial. El tan publicitado carro eléctrico no ha encontrado la solución para las baterías y cuando su fabricación sea masiva, es muy dudoso que haya energía suficiente para cargarlo. De momento, las redes eléctricas no serían capaces de abastecer estos vehículos. Basta con pensar que en Bogotá se enchufen simultáneamente 500 mil carros cada noche para ver lo que pasaría.
Entre tanto, los responsables de los motores tradicionales progresan y se protegen con máquinas cada vez más eficientes. Y con la aparición e impulso que se les está dando a los biocombustibles, que serán agregados o totales sustitutos de la gasolina, la conclusión es que en el presente y cercano futuro, están muy lejos de ser sustituidos.
*Estudio adaptado de artículos de Julian Edgar, http://www.autospeed.com/
