miércoles, 30 de septiembre de 2009

Generador de pistones libres: Resumen


Todo empezó hace dos añitos. Este es el dibujo del primer diseño que hice, allá por el 2007. La idea es sencilla: un pistón libre dentro de un cilindro, el cual se mueve libremente (sin cigüeñal). Este pistón mueve a su vez unos imanes que pasan por el interior de un bobinado, produciendo corriente eléctrica a su paso. Esta corriente eléctrica puede ser utilizada por ejemplo para recargar las baterías de un coche eléctrico, y de esa forma aumentar su autonomía. Fui a presentarle la idea a un profesor catedrático de motores térmicos de la universidad de Sevilla con la esperanza de recibir consejos y ayuda para mejorar el diseño y eventualmente patentarlo.

El profesor, en vez de interesarse en el proyecto se empezó a burlar de mí, diciendo: ¿Pero qué va a saber un informático de motores? y me mandó a casita.

Dos años después (2009) veo esto:

"Bill Gates patenta motor electromagnético" Ya os podeis imaginar cual fué mi sorpresa...como curiosidad, decir que todavía me acuerdo del catedrático, y de toda su familia. Pero bueno, eso es agua pasada.


En estos dos años he evolucionado muchísimo el diseño, de tal forma que ya no se parece casi nada al diseño original, por lo que me gustaría patentarlo, y por eso busco colaboradores que me ayuden a cambio de un porcentaje de los beneficios. Busco gente con conocimientos técnicos, ganas de desarrollar nuevas tecnologías para luchar contra el cambio climático y los precios del petróleo, y algo de tiempo libre (por poco que sea).

El sistema es relativamente sencillo, y la finalidad del mismo es solventar uno de los grandes inconvenientes actuales de los coches eléctricos: la autonomía, los puntos de recarga y la velocidad de recarga. Un coche eléctrico con tecnología actual tiene una autonomía promedio de 160Km, tarda unas 6-8 horas en recargarse completamente en un enchufe normal y debes buscarte la vida para encontrar un enchufe o puesto de recarga, opción a la que no todos pueden acceder.

Con los postes de recarga rápida se solventan parcialmente dos de estos inconvenientes: se puede recargar el coche en 30 minutos y van a poder encontrarse por todas las grandes ciudades de aquí a un par de años. Pero lo de la autonomía va a tardar en solventarse, pues las baterías deberían multiplicar x5 su actual capacidad para competir contra los coches normales.

Con mi sistema híbrido en serie enchufable a la red se podrían obtener las siguientes prestaciones:

- Peso menor que el de un coche eléctrico o híbrido equivalente (en prestaciones, capacidad de carga etc.)
- Autonomía similar al de un coche normal (800Km o más)
- Posibilidad de recargarse tanto en los enchufes y puntos de recarga eléctrica como en las gasolineras de toda la vida, y en menor tiempo (al tener baterías y un depósito más pequeño)
- Consumo muy cercano al de un coche eléctrico puro (1,5€/100Km para un coche de 1.200Kg)
- Vibraciones y ruido inferiores al de un coche normal
- Muy bajo mantenimiento (sin cambios de aceite, filtros de aceite, correas de distribución y similares)
- Coste de producción bajo en comparación con los eléctricos puros.
- Posibilidad de funcionar sin usar combustible, únicamente con la electricidad del enchufe.


Pero... ¿cómo es técnicamente mi diseño?...

Bueno, hasta que no lo patente no puedo mostrárselo a nadie, pero si puedo mostrar sistemas similares que ya están investigándose. Primero os presento qué es un coche híbrido en serie enchufable a la red eléctrica:

Se trata de un coche eléctrico al que le han acoplado un pequeño motor de combustión, el cual no está conectado mecánicamente a las ruedas, sino a una especie de alternador para producir electricidad. Esta electricidad se utiliza para recargar las baterías cuando están bajas de carga. Es algo así como llevar una mini central eléctrica a cuestas. Obviamente, en el video utilizan un motor de cuatro tiempos normal y corriente aunque funcionando a régimen óptimo, es decir, en condiciones ideales para reducir el consumo de combustible al mínimo (sin ralentí, sin cambios de régimen bruscos etc.).

Un motor de combustión interna actual tiene una eficiencia máxima de 35-40%. Ahora bien, en ciudad con cambios bruscos de velocidad, acelerones, ralentí etc casi nunca se alcanza el régimen optimo, por lo que al final sólo se aprovecha el 20% de la energía contenida en el combustible. Podemos ver donde se va el resto de la energía en la siguiente gráfica de Nissan:

A ese 20% de eficiencia hay que restarle un 15% debido a las pérdidas de la transmisión (embrague, caja de cambios, diferenciales etc)

Sin embargo en un vehículo híbrido en serie se puede mantener al motor de combustión funcionando siempre en el régimen óptimo, consiguiendo la eficiencia del 35-40% SIEMPRE. Claro está que luego hay que restarle un 20% por pérdidas en la transmision de la energía eléctrica (efecto Joule etc). El resultado es el siguiente:

0.2*0.85 = 0.17 --> eficiencia de la mecánica de un coche normal = 17%
0.40*0.8 = 0.33 --> eficiencia de un hibrido en serie = 32%

El Chevrolet Volt tiene esta segunda mecánica, y anuncia consumos tan bajos como 2,35l/100Km, algo imposible de alcanzar ni con la mejor mecánica TDI (para su tamaño, peso y potencia 150Cv).



Una vez explicado esto, vamos al siguiente nivel. Motores de pistones libres:
http://www.lceproject.org/en/principle/
En esta página web describen el funcionamiento de un motor de pistones libres de última generación. Se puede ver también una animación muy clara, donde dos pistones opuestos unidos entre sí rebotan en sendas cámaras de combustión, y un generador lineal compuesto por imanes y bobinados extrae (drena) la energía eléctrica. Podéis ver un video del prototipo en funcionamiento:
Lo primero que destaca de estos motores es su eficiencia, pues desde la página aseguran haber conseguido eficiencias de un 50-65%, pero con un inconveniente: las vibraciones. Más que un motor parece un martillo neumático sujeto con amortiguadores... lo cual es totalmente impráctico para meterlo en silenciosos coches eléctricos. La eficiencia de esta mecánica sería:
0.6*0.80 = 48%

Con mi diseño se eliminarían la mayoría de las vibraciones, y se podría incluso aumentar más la eficiencia, estaríamos hablando de cifras cercanas al 70% de eficiencia termodinámica, a la cual luego hay que restarle un 20% por temas de transmisión eléctrica. De llegar a alcanzar estas cifras de rendimiento, sería factible utilizar el generador en las centrales eléctricas, sustituyendo las actuales turbinas de ciclo combinado (eficiencia del 60% más las pérdidas por transmisión eléctrica). El rendimiento de esta mecánica en un coche:
0.7*0.8 = 56%

Eficiencia de la electricidad producida en una central de gas natural para recargar coches eléctricos:
0.6*0.7 = 42%

29 comentarios:

  1. Excelente!!

    Ojalá consigas financiación para desarrollar tu idea!

    Saludos

    ResponderEliminar
  2. Gracias por el apoyo, espero que esto pueda salir adelante :)

    ResponderEliminar
  3. Ojalá fuera más facil compartir y llevar a cabo estas ideas. Yo encuentro absurdo que habiendo una posible tecnologia superior, ahora se esté hablando de empezar a producir modelos con una tecnologia que ya resulta obsoleta. Al final todo acaba funcionando por simples y puros intereses económicos, con lo cual las grandes multinacionales siempre tienen las de ganar.
    Por cierto, ¿no hay ningún banco u organismo que colaboré y subvencione este tipo de proyectos?.

    ResponderEliminar
  4. De momento como todavía no lo he patentado (tengo que refinar el diseño) no creo que pueda pedir financiación. Lo que si necesitaría ahora son colaboradores, gente con estudios técnicos que se anime a ayudarme con los diseños a cambio de un porcentaje de los beneficios. De momento ya se han comprometido dos personas bajo contrato de confidencialidad (NDA), lo cual es una protección legal para que ninguno de ellos divulgue mis diseños o se aproveche de ellos. Con esto lo que busco es un reparto equitativo y justo, no que uno se lleve los méritos de forma injusta

    ResponderEliminar
  5. Hola Abner, me parece muy interesante tu idea, y te animo a que investigues sobre el tema todo lo posible.

    Te recomiendo que busques ayuda y consejo en las universidades. Ellas tienen tanto el conocimiento como los medios para fabricar prototipos. Se que tuviste una mala experiencia con un profesor, tal y como comentas, pero... es sólo uno, y si buscas en varias universidades quizá encuentres a alguno con un espíritu emprendedor que le apetezca participar, o al menos oir tu idea al completo firmando los papeles para darte su opinión. Mucho ánimo!

    ResponderEliminar
  6. Gracias, estoy en ello. De momento estamos pasandolo de lo lindo charlando del sistema e intentando mejorarlo en un grupo de investigación. A ver si sale adelante...

    ResponderEliminar
  7. Hola Abner, me llamo Marcos y he visto en forocoches y luego aquí algo de tu proyecto y de verdad me has impresionado !. Yo soy un estudiante de 1º de Ingeniería Industrial pero tengo un gran espíritu emprendedor y soy un soñador y tengo que decir que para mi eres un refente a seguir y te deseo mucha suerte. Me gustaría trabajar contigo pero sé que aún no estoy preparado pero quiza en unos años pueda y mientras me gustaría estar al corriente así que te mando todo mi apoyo.
    Un Saludo

    ResponderEliminar
  8. Muchas gracias Marcos. Quien sabe, si esto sale adelante puede que necesite personal para contratar y tal ;)

    ResponderEliminar
  9. www.roberto-sirigu.ws12 de enero de 2010, 16:25

    Es una muy buena Idea, de lo visto este tipo de motor tiene una característica muy sobresalientes
    pienso que este puede ser un cambio importante en la vida des los desarrolladores de este proyecto

    ResponderEliminar
  10. Buena idea, vi eso del motor hibrido que patento Bill Gates y la verdad que el invento es en si excelente, llevo varios intentos por lograr hacer funcionar un motor revolucionario cero emision y elevada autonomia, suerte con tu motor lineal, se ve muy prometedor.

    ResponderEliminar
  11. FELICIDADES, ES UNA GRAN IDEA, UN SERVIDOR TAMBIEN ESTA EMPEZANDO A COCINAR ALGO PARECIDO Y BUSCANDO SI YA HABIA ALGO SIMILAR ME ENCUENTRO QUE SÍ, EN FIN. SOY ESTUDIANTE DE INGENIERIA ELECTROMECANICA. SALUDOS.

    ResponderEliminar
  12. 10 puntos, soy de uruguay y aca es muy comun el no tener medios ($), busca gente que tenga mas ganas que plata que si hay un minimo de exito ya tenes todo.
    suerte

    ResponderEliminar
  13. Hola a todos, decir a los pessimista q realitzan comentarios sobre las teoria de otros. ¿Que demuestren q no es posible? Comiendose la cabeza como lo hacemos los q intentamos.
    No sóy mas q un transportistes arruinado x este puri sistema financeres q generós.
    Però si puedo decir q conozco sistema d combustibles alternativos q proporcionar un ahorro del 40% en el costes dl combustible y los vehiculós superarian el euro7 desobras. Y estoy està desde el año 2000. Y no se puede utilitzar. Estamos en 2013 cuanto co2 hemos emitido d mas. Solo recorre q estoy desarrollando o intentando construir un vehiculo para el transporte ligero y me gustaria hablar contigo via telf. Oh e_mail. Att. David.

    ResponderEliminar
  14. A quien pueda interesar........ Ya hay prototipo diseñado por unos alemanes
    http://www.tecmovia.com/2013/02/20/dlr-emplea-un-propulsor-de-piston-libre-como-extensor-de-autonomia-en-electricos/

    ResponderEliminar
  15. Este comentario ha sido eliminado por un administrador del blog.

    ResponderEliminar
  16. En hora buena David. Siento admiración por tu iniciativa, tus ilusiones y tu ingenio, también por tu continuidad y perseverancia. Al igual que tu también siento desprecio por ciertos burgueses que crian panza en la universidad (algunas experiencias similares tengo yo también), una panda de inútiles de los que va tirando el pais, y encima se creen gente brillante.
    Comentarte que tengo en mente un sistema energético aún en fase inicial. Son sólo algunas ideas. Si consigo desarrollarlo y pormenorizarlo voy a necesitar un motor como el tuyo, de la misma tipología.
    De Llegar a ese punto, quiero proponerte que podemos hacer una patente compartida. Yo incluyo tu motor en mi patente, y te cedo parte de los derechos de mi patente a ti.
    Estos tipos de motores dicen que son muy contaminantes. Pero yo tengo una brillante idea para que no lo sean. Estoy muy interesado en su alto rendimiento.
    Saludos

    ResponderEliminar
  17. Muy bueno Abner

    1º aislar la etapa explosiva de las solicitudes momentáneas del vehiculo para que trabaje en el optimo -> clásicamente hipertrofiar el alternador montado en el eje de un coche al uso + motor eléctrico + baterías.
    2º Punto y es otro tema -> la transmisión lineal del esquema; sí que debe de existir ganancia de rendimiento frente al cigüeñal, aunque estimo que será muy poco, que seguramente se pierdan por el hecho de que el motor pasa a ser de 2 tiempos, menor rendimiento.

    Saludos y suerte con tu proyecto

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Es un error muy común pensar que un motor, por ser de 2 tiempos, es menos eficiente que uno de 4 tiempos, cuando lo que dice las leyes de la termodinámica es totalmente lo contrario. De hecho, los motores de combustión más eficientes que se utilizan hoy día son de 2 tiempos: motores de fuel-oil de barcos de transporte que alcanzan eficiencias del 55% aproximadamente. Los 2 tiempos si se implementan bien, no tienen nada que envidiar a los 4 tiempos, de hecho se pueden conseguir mayores eficiencias y potencias a igualdad de cilindrada.

      Eliminar
    2. Lo que comentas es falso, la termodinamica impone las eficiencias teoricas en función de las temperaturas de los focos termicos, que son a priori independientes de si es un 2 o 4 tiempos. Por otra parte es un hecho ampliamente aceptado por la ingenieria de motores que en la practica un motor 4 tiempos tiene al mismo coste un rendimiento superior a un 2 tiempos. Aunque la potencia por kg es mayor en un motor de 2 tiempos, hecho que no debes confundir con lo primero.

      Eliminar
    3. Los dos tiempos adicionales de un motor de cuatro tiempos añaden rozamientos y bombeos adicionales que en un dos tiempos están eliminados. En un motor de dos tiempos óptimamente diseñado los movimientos del pistón son los estrictamente necesarios, y si se implementa el llenado unidireccional mediante turbo, las pérdidas por bombeo no existen. Más ejemplos de motores muy eficientes de dos tiempos: el OPOC, el Napier Deltic etc. Pero la principal ventaja de los motores de dos tiempos es que se consiguen mayores potencias específicas al permitir que el pistón trabaje en expansión durante la mitad del tiempo en vez de la cuarta parte únicamente.

      La eficiencia teórica es cierto que depende de las temperaturas del foco frío y del caliente, eso se estudia en termodinámica con el ciclo de Carnot como "ciclo ideal". Pero la eficiencia en la práctica depende de muchos otros factores, como pueden ser las pérdidas por rozamientos, por bombeo, las pérdidas térmicas en la refrigeración, los inquemados (que se consumen pero no aportan ningún calor a la combustión), las pérdidas de energía por el tubo de escape, etc, etc.

      Cuando hablo de que mi motor sería de 2 tiempos, no estoy diciendo que se parezca en su funcionamiento a los motores actuales de dos timepos, y no todos los motores de dos tiempos son iguales. Si un dos tiempos fuera indiscutiblemente inferior a un 4 tiempos, ¿porqué los motores más grandes, caros, eficientes y potentes del mundo son 2 tiempos? ¿están locos los ingenieros que han trabajado en el diseño de un motor tan caro? Como puedes ver, tu argumentación no se sustenta con los hechos. Y que conste que no te estoy menospreciando, estamos dialogando. Yo aporto mis argumentos y tu aportas los tuyos. Pero la verdad está ahí fuera, sólo hay que buscarla.

      Eliminar
    4. Cuando dije que las leyes de la termodinámica afirman que un motor de dos tiempos no tiene porque ser peor y que incluso puede ser mejor que uno de cuatro tiempos, no sólo estaba hablando de la eficiencia teórica entre dos focos a distinta temperatura, sino también de la eficiencia total del conjunto teniendo en cuenta las pérdidas por procesos no reversibles como los rozamientos de las carreras adicionales de los pistones, los rozamientos del árbol de levas, las pérdidas por bombeo, etc.

      Eliminar
  18. No te has planteado el exponer tu prototipo para el desallorro, en esas paguinas como kictstart o algo similar) o ottas paguinas que se dedican a lo mismo? Si de verdad la idea de pistones libres es mas eficiente que los electricos y los hibridos....ahora mismo instalaria eso en mi motocicleta par ir viendo como evoluciona.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Un motor-generador de pistones libres como el mío o como otros que se están investigando no es más eficiente que un motor de un coche eléctrico, pero sí es más eficiente que el motor de un híbrido convencional. La finalidad de este motor no es sustituir a los coches eléctricos, sino suplir la poca capacidad que tienen las baterías actuales. Para presentar mi proyecto en público primero se requiere una patente para proteger la propiedad intelectual. Aún no la he solicitado, quizás en breve.

      Eliminar
    2. He leído el texto de la patente de B Gates, se parece a los contratos de sus programas, evidentemente hecho por los mismos abogados. Es un extenso documento, para impedir y/o apropiarse de toda idea similar. Creo que puede ser anulado, por ese motivo. Además es una expresión de, deseo en lugar de proyecto, o invención, debido a lo desmesurado del área y detalles que pretende cubrir. Unamos voluntades, y luchemos para no ser avasallados. Tenemos el derecho, la razón y algo más. Triunfaremos.

      Eliminar
  19. Ya. Al margen de dos tiempos, cuatro tiempos (mientras respire bien el motor da igual), no soy muy experto en generadores lineales. Tiene el mismo rendimiento que uno circular?
    Toyota o Mitshubisi (no recuerdo) están haciendo ese mismo proyecto.
    Una cosa es diseñarlo y otra hacerlo. Y que funcione como se desea. Y otra implementarlo en un coche.
    Aparte q parece q acabarán acertando con buenas baterías que no necesiten sistemas de apoyo
    Con un torno, piezas de desguaces, cobre y no mucho más te puedes hacer tu prototipo.
    Nunca lo intentaste?
    Pero no le veo demasiado recorrido.
    La industria de la automoción europea está temblando cara a lo q quiere Google o Apple sea el futuro
    Las baterías llegarán.
    También se podían enrollar los políticos y poner cables eléctricos por las autovías. Eso ayudaba a las baterías.
    El futuro es incierto, pero nosotros no lo vamos a marcar

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. La desventaja de un motor de 4 tiempos es que se ve reducida su relación potencia/peso al necesitar dos ciclos completos de movimiento del pistón por cada combustión, mientras que en 2 tiempos se produce una combustión por ciclo, por lo que a igualdad de peso se puede casi duplicar la potencia.

      El rendimiento de un motor no sólo depende de si es lineal, circular, rotativo, multicilindro, etc. Son muchos factores los que determinan el rendimiento del mismo. Dos motores de 4 cilindros en linea atmosféricos gasolina de 2l pueden comportarse mecánicamente de forma muy distinta, pues depende de los materiales usados, de las tecnologías usadas en su fabricación y diseño, la optimización fluidodinámica de los conductos, gestión térmica del motor etc. Sería un error simplificar diciendo que un motor lineal es mejor que uno circular/rotativo/etc.

      Por supuesto que el papel todo lo soporta. Yo puedo diseñar un ovni sobre el papel que alcance la velocidad de la luz, pero construirlo y que funcione, ¡eso ya es otro cantar! Por eso se necesitan hacer prototipos, experimentos para ver qué falla y cómo solucionarlo.

      Estoy de acuerdo con que las baterías van a evolucionar mucho en las próximas décadas, pero aun quedan muchas décadas hasta lograr una batería con la densidad energética de los combustibles fósiles o los renovables como el biogas. Por tanto para ciertas aplicaciones (aviones de pasajeros, barcos de transporte de larga distancia, camiones de transporte de larga distancia) en las que las baterías no son de momento una solución eficaz por si sola. Necesitan de un extensor de autonomía para suplir su déficit de capacidad energética, y ahí es donde entraría un generador de electricidad portátil de alta eficiencia y bajo peso.

      Aun no he realizado ningún prototipo, los costes son demasiado elevados para mí actualmente, pero si en un futuro mejoro económicamente no dudaré en realizar varios hasta lograr un modelo funcional.

      Eliminar
    2. No me refería al motor lineal o circular, sino al generador eléctrico
      Si tiene el mismo rendimiento que un generador cuyo eje gira
      Por otra parte un motor asi vibra muchísimo.
      Toyota lleva años tratando de hacer uno. Y aún no lo tiene perfeccionado
      Vibraciones, engrase, su control,... Estate pendiente de lo q resulta de los experimentos de Toyota.

      Eliminar
    3. Sí, tiene el mismo rendimiento que el de un generador cuyo eje gira.

      El tema de las vibraciones está totalmente solucionado, pues todas las masas se desplazan por parejas en movimientos simétricos y opuestos. No hay ninguna masa que actúe por si sóla provocando vibraciones. El tema de la lubricación tampoco es un problema, ya está resuelto.

      Eliminar

Escribe aquí tus comentarios, en breve serán publicados.

 
Contador Gratis