AERO CAMIÓN, ejercicio de aprendizaje



Éste es un buen lugar para colgar este ejercicio, que consiste en diseñar un camión que esté preparado para afrontar condiciones de uso extremas al mismo tiempo de consumir considerablemente menos combustible, o lo que es igual, aumentar el rendimiento energético de un vehículo industrial de largo recorrido.

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Es una idea original de nuestro amigo Abner, que consiste en mejorar la eficiencia de éstos pesados vehículos aplicando mejoras en el diseño de la carrocería así como en el sistema de tracción. El primer paso es reducir el “drag” (resistencia al avance) del vehículo y ésto se consigue de dos maneras, minimizando la resistencia mecánica a la rodadura y minimizando la resistencia aerodinámica.

Tal y como explica Abner en su blog, la resistencia mecánica principal se haya en los neumáticos y por tanto hay poco que podamos hacer para mejorarla dado que están dimensionados para aguantar determinada carga. Es decir no podemos reducir el número ni las dimensiones de los neumáticos porque es necesaria dicha superficie de contacto para distribuir el peso del camión y su carga, garantizando un nivel aceptable de seguridad.

La resistencia a la rodadura de los neumáticos depende del peso que se aplica sobre los mismos y de la superficie en contacto con el asfalto, en este caso el número de ruedas y ancho de los neumáticos. Lo único que podríamos hacer al respecto para mejorar dicha resistencia es desarrollar neumáticos de un material que ofrezca un menor coeficiente de rozamiento, pero eso no sería competencia nuestra y comprometería la capacidad de tracción (agarre) de los mismos.


En cuanto a la resistencia aerodinámica, principal fuerza contraria al avance de un vehículo que además varía exponencialmente con la velocidad, hay mucho que podemos mejorar. He aquí nuestro reto y para ello nos hemos armado de valor, conocimientos de aerodinámica y diseño asistido por ordenador. El área frontal de un camión no puede alterarse, debido a que necesitan remolcar contenedores de carga de dimensiones estandarizadas que no podemos reducir. De hacerlo, reduciríamos la capacidad de carga y eso no es lo que buscamos. Por tanto, lo único que podemos hacer es mejorar el coeficiente de rozamiento aerodinámico.


Siguiendo uno de los diseños de Abner, yo mismo he modelado en 3D un primer concepto que según su creador, debería ofrecer un Cx de 0,30 aproximadamente, frente al Cx de 0,70 de los camiones convencionales.


Ésto lo comprobaremos en una simulación mediante técnica CFD que nos ofrece una empresa especializada en el mundo de la competición. A partir del diseño CAD exportado a formato IGES, el software de análisis aerodinámico calcula los parámetros como el Cx y SCx, de manera similar a una prueba real en un túnel de viento.


Si bien éste diseño carece de detalles, es un primer paso en el desarrollo para calcular en qué medida hemos minimizado la resistencia aerodinámica y por tanto en qué porcentaje hemos podido reducir el consumo energético. Pronto lo sabremos cuando tengamos datos precisos obtenidos de la simulación. Entonces tal vez invierta muchas horas en el refinamiento del diseño de cara a obtener unos “renders” (imágenes virtuales) de mayor calidad.


Otro de los pasos lógicos de cara a mejorar el rendimiento del camión es la hibridación del sistema de tracción. En este caso obviamos la electrificación total del sistema en tanto que un vehículo industrial de largo recorrido no puede tener limitaciones en la autonomía. Aquí empieza la segunda parte del proyecto, que de momento está en fase inicial. La idea es reducir el consumo y el mantenimiento mediante un sistema de tracción eléctrico alimentado por un motor de combustión que funcionaría en régimen estacionario a modo de generador.


Para la parte eléctrica del sistema híbrido, se optará posiblemente por baterías de litio y uno o dos potentes motores trifásicos inductivos como los que distribuye la firma CALMOTORS, de hasta 300kW de potencia y 1.000Nm de par motor, específicamente diseñados para tracción de camiones y maquinaria pesada. No obstante, no se descarta la opción de utilizar motores-rueda como los que está desarrollando Michelin, aunque de momento no sea más que un prototipo en desarrollo lejos de estar pensado para mover vehículos industriales.

En cuanto al grupo electrógeno recurriríamos a un motor de combustión de alto rendimiento. Éste motor podría estar basado en la idea de Abner de utilizar pistones libres para generar electricidad a partir del movimiento lineal sin necesidad de afrontar las pérdidas que se producen en un cigüeñal, que necesita transformar moviento lineal en angular. De momento sólo es una idea que necesita de una patente y mucho refinamiento e ingeniería para ser una realidad. Otra opción es confiar a CALMOTORS el grupo motor-generador nutriéndonos de su experiencia en sistemas híbridos.


De ésta manera, éste camión sería capaz de ahorrar en torno a un 60% de combustible, beneficiándose de un mejor rendimiento energético basado en mejoras importantes en la aerodinámica así como un sistema de tracción híbrido.
Si bien se trata de un simple ejercicio, creemos que podríamos contribuir a un transporte pesado más sostenible que el actual en caso de que algún fabricante mostrase interés en la propuesta.

Para más info, éstos son los canales de contacto con las personas y empresas relacionadas con éste proyecto/ejercicio:

Abner Pérez, creador del concepto e inventor del motor de pistones libres. Conocimientos de aerodinámica y eficiencia energética:

http://elrincondeabner.blogspot.com/

Santiago Meier, diseñador del concepto en CAD, necesario para simulación CFD. Conocimientos de diseño industrial y tracción eléctrica:

http://www.santiagomeier.es/

Timoteo Briet Blanes, experto en técnicas aplicadas a los vehículos de competición, empresa especializada en análisis aerodinámicos y servicios al desarrollador de vehículos de competición:

http://tecnicaf1.com/

CALMOTORS, empresa especializada en tracción eléctrica, diseño y desarrollo automotriz. Responsables de la versión eléctrica del Porsche 911 presentada por Ruf, preparador de la marca. Fabricantes de sistemas de tracción de alto rendimiento:

http://www.calmotors.com/


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Energias renovables

23 Comment responses

  1. Avatar
    January 16, 2010

    falta decidir cómo serán los retrovisores, antes de enviar el archivo IGES para que hagan la simulación CFD…

    bienvenidas sean las ideas, propuestas, críticas constructivas y comentarios. Gracias

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  2. Avatar
    January 16, 2010

    todavía no te he pasado la factura, jajaja

    ha sido interesante y de paso he practicado un poco de CAD, a ver que tal sale la simulación en el túnel de viento virtual…

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  3. Avatar
    January 16, 2010

    Me he quedado sin palabras. No se como agradecerte tu magnífica colaboración :O

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  4. Avatar
    January 16, 2010

    Os recomendaria estructuras aerodinamicas traseras como la q aparece en este articulo en la segunda imagen……..esta estructura podria quitarse para cargar y ponerse para circular por carretera: http://www.tendencias21.net/Un-dispositivo-aerodinamico-ahorra-un-15-de-combustible-a-los-trailers_a2228.html
    Tambien podríais dotar al camion con un motor flexi-fuel, es decir que admita biodiesel o bioetanol a demas de los combustibles normales (diesel o gasolina respectivamente), o incluso glp……ya que son más limpios y económicos.
    Tambien podriais aplicarle estos amortuguadores que regeneran electricidad: http://www.diariomotor.com/2009/01/03/amortiguadores-que-regeneran-energia-otra-buena-idea/
    Por ultimo se podría revestir la supercficie del camión con placas fotovoltaicas de capa fina que recargen las baterias durante el trayecto o en las paradas que haga el conductor.
    Todo esto puede encarecer de más el producto pero mi intencionera solo daros ideas…….xao

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  5. Avatar
    January 16, 2010

    Se podría aplicar a autocares?

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  6. Avatar
    January 16, 2010

    @Xusepeto:

    Ya tenía pensado un dispositivo para la popa (parte trasera) similar al que has apuntado. Efectivamente, estos dispositivos pueden mejorar la aerodinámica casi un 30% ellos solitos, el problema esta en las leyes… pues aumentan la longitud total del camión. De todas formas vamos a simular el mismo camión con y sin “caja” para ver la diferencia.

    @Anónimo:
    En principio es un diseño para camiones de 40Toneladas, pero con ciertas modificaciones podría servir tambien para autobuses etc.

    Saludos 🙂

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  7. Avatar
    January 16, 2010

    Interestísimo post con unos enlaces sin desperdicio.Aprovecho para felicitaros por vuestro gran trabajo.

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  8. Avatar
    January 16, 2010

    lo que dicen por ahi, se podria aprovechar toda la superficie del techo del remolque (o en su caso el techo entero del autobus) para cubrirlo de placas fotovoltaicas.

    tambien se pueden poner unas turbinas generadoras de electricidad para aprovechar la velocidad del vehiculo en marcha, y cuando esta parado, la del viento.

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  9. Avatar
    January 16, 2010

    @Anónimo:

    En principio un generador eólico crearía más drag aerodinámico que la energía que es capaz de generar (por el primer principio de la termodinámica). Ahora bien, lo de poner paneles solares en el techo es una idea interesante, aunque a día de hoy siguen estando muy caros para recubrir el camión entero. Quizas uno o dos metros cuadrados en el techo estaría bien para no disparar el precio.

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  10. Avatar
    January 17, 2010

    iluminacion led interior y exterior, aprovechar el calor del motor-generador para recargar las baterias, existe un tejido tipo lona que son placas fotovoltaicas flexibles y lo mas importante, reducir el peso drasticamente, susticion de paneles de metal de la carroceria por paneles plasticos, cristales por metacrilato, llantas de aluminio, etc….

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  11. Avatar
    January 17, 2010

    En el grupo motor_termico-generador es de rendimiento mas alto, los formados por micro_tubina-generador, ya que se trabaja en regimen constante no necesitando par de arranque elevado, que es de lo que carecen las turbinas

    Saludos ARL

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  12. Avatar
    January 17, 2010

    Una turbina sería una buena opción, aunque su eficiencia máxima es algo inferior al de un motor diesel como el de los barcos o trenes (de dos tiempos). Ofrecería la ventaja de un menor peso, cosa importante para reducir el consumo y mejorar la aceleración/frenada

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  13. Avatar
    January 17, 2010

    Coincido contigo en que el tren es el transporte terrestre más eficiente y es un importante medio de transporte de carga, pero lamentablemente los camiones seguirán siendo necesarios.

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  14. Avatar
    January 17, 2010

    perece ser que mi comentario algo criptico, no ha sido bien entendido, por eso habrá sido borrado.
    Solo quiero decir que no hay que perder mucho tiempo en optimizar la eficiencia del tranporte de mercancias por carretera, pues mi opinion personal es que el tren ofrece ya de por si muchas mas ventajas al respecto de la eficiencia.

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  15. Avatar
    January 17, 2010

    Otra cosa interesante es lo que mencionaron de reducir peso…….hace unos meses vi un articulo sobre un material llamado fibra de basalto que tienes una resitencia mejor a la del aluminio y una ligereza como la fibra de carbono…….y lo mejor de todo es que se supone que sería más barato que ambos materiales y totalmente reciclable………mirad este articulo: http://www.motorpasion.com/salon-de-ginebra/edag-light-car-concept

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  16. Avatar
    January 24, 2010

    Ya estamos terminando el dispositivo de popa, quedan pocos retoques. Una vez que lo terminemos se lo mandaremos a Timoteo y a esperar los resultados. Sería una gran ilusión para mí poder rozar un Cx de 0,20, aunque lo veo muy difícil. Lo más probable es que ronde el 0,30. Otro aspecto a tener en cuenta es que nunca he hecho simulaciones como esta, y puede que tenga errores, por lo que es un buen momento para aprender de mis errores 🙂

    ¿Que Cx creeis que conseguiré +o-?

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  17. Avatar
    January 28, 2010

    mi apuesta es un 0,5-0,6… ya nos contaries

    Un saludo, Pablo

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  18. Avatar
    August 09, 2010

    Acabamos de realizar un análisis CFD de uno de mis diseños (el más radical) y hemos conseguido un Cx de 0.12!!!

    Mientras termino un artículo sobre los resultados podeis ir viendo un video:
    http://www.youtube.com/watch?v=EPS1dv5LWnM

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  19. Avatar
    August 09, 2010

    Ya he terminado el artículo, podeis verlo aquí:

    http://elrincondeabner.blogspot.com/2010/08/analisis-cfd-del-aero-camion-1.html

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  20. Avatar
    August 11, 2010

    Enhorabuena Abner… un trabajo realmente interesante, con unos resultados de escándalo para un camión… Ánimo. A ver si le puedes sacar partido (ojalá se pudiera convertir en realidad). Realmente sería un gran avance en cuanto a eficiencia aerodinámica. Y la forma que tiene se vé bastante… construible. A ver si lo puedes afilar más todavía, jeje…

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  21. Avatar
    August 12, 2010

    Muchas gracias. Es tan sólo un paso más en mi proyecto. Me gustaría poder aplicar estas mejoras a la vida real, y no sólo en simulaciones para de esa manera contaminar menos y reducir nuestra dependencia energética

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  22. Avatar
    September 29, 2010

    Os recomiendo que le echeís un vistazo a esta web http://www.sdr-sys.com. Es un dispositivo aerodinámico patentado español que va instalado en la parte trasera del remolque (como un alerón) que reduce 4 a 6% combustible. Una maravilla y parece ser de fácil instalación.

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  23. Avatar
    November 23, 2017

    Tesla Acaba de sacar un camión eléctrico muy aerodinámico y parecido a mis diseños. Finalmente he podido demostrar que mis diseños y cálculos son correctos y que es posible fabricar un camión práctico que consuma la mitad que uno normal:
    http://www.abolengeek.com/wp-content/uploads/2017/11/tesla-semi-truck.jpg

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