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/