La Escuela de Ingeniería de la Universidad de Michigan se adjudicó esta semana un fondo concursable de poco más de USD 2.5 millones ofrecido por ARPA-E (Advanced Research Project Agency – Energy) un organismo dependiente del Department of Energy de los Estados Unidos.
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El proyecto con el que se hicieron merecedores de esa pequeña fortuna es lo que han llamado Wave Disk Generator, un concepto que podríamos traducir como “Generador Discoidal de Onda de Choque”. No dice mucho, ¿Verdad? Mejor procederemos a explicarlo.
Se trata de un disco que gira en torno a un eje hueco. A través de ese eje se inyecta una mezcla de aire y combustible a presión (1), el cual sigue los surcos internos del disco delimitado por paletas con forma de S, y trata de salir por el borde periférico. Cuando recorre el surco completo se topa con un camino sin salida (2), produciéndose una onda de choque que en hidráulica se conoce como Golpe de Ariete. No tengo idea si tiene nombre cuando se habla de un gas a presión, porque es un fluido compresible y se comporta distinto.
Como sea, esta onda de choque viaja de vuelta por el surco recorriendo la mezcla aire-combustible hasta la boca del eje hueco, pero ya no puede volver por ahí, porque el giro del disco también ha bloqueado la entrada (3). La presión alcanza un límite y la mezcla hace ignición produciéndose una expansión violenta de la mezcla aire-combustible que empuja las paletas internas en la dirección del movimiento, mediante lo cual finalmente logra salir y ser libre (4) dirigiéndose al infinito y más allá.
Este diseño, que para los no entendidos puede ser tan incomprensible como cualquier motor, generador o turbina que exista o pueda existir, en realidad plantea una gran novedad. El aparato es del tamaño de una ensaladera (por compararlo con algo) y mediante su incorporación a un vehículo de combustión interna estaría reemplazando el eje de levas, pistones, culatas y bloque, el radiador, el carter… en resumen todo el motor y su sistema de refrigeración. Básicamente se pone un extremo del lado de la inyección y el otro del lado del escape, conectando el disco a la caja de cambios. Listo: el auto se ha ahorrado no sólo el costo del motor sino entre 600Kg y una tonelada de peso. Los dejamos con un video del profesor Norbert Muller, que lleva 4 años perfeccionando el diseño.
Los ingenieros de la Universidad de Michigan tienen una vasta experiencia en el campo automotriz. No olvidemos que están muy cerca de Detroit, la capital mundial de los automóviles durante el siglo XX y también el hogar de Robocop. Según ellos, la incorporación del Generador de Onda de Choque en automóviles híbridos permitiría automóviles un 30% más livianos, un 30% más baratos, emitiría hasta un 90% menos de CO2 y serían 4 veces más eficientes.
Esto último, se explica porque en la actualidad sólo el 15% de la energía generada por un motor de combustión interna se convierte en movimiento: el resto es sólo calor y roce. El Generador de Onda de Choque no es perfecto pero eleva esa eficiencia al 60%, ofreciendo autonomías de viaje de 750 Km o más, siempre hablando de vehículos ligeros o pequeños vehículos de carga. Aunque no he visto especificaciones me imagino que si alguna desventaja tiene este sistema puede ir por el lado del torque, lo cual lo hace inviable para maquinaria pesada, camiones y trenes.
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Redondeando, me encantaría poder anunciarles que se van a masificar los autos solares, o se inventó la teletransportación o cualquier otra cosa que no involucrara el uso de motores de combustión interna. Pero ya que estos motores existen, son masivos y con una alta probabilidad se seguirán usando, al menos me alivia pensar que pueden contaminar menos y aprovechar mejor el combustible. Y si me dicen que ese combustible no necesariamente debe ser fósil, pues mejor todavía.
Buen fin de semana y los dejo con el documento publicado en ARPA-E.
Wave Engine(function() { var scribd = document.createElement(«script»); scribd.type = «text/javascript»; scribd.async = true; scribd.src = «/javascripts/embed_code/inject.js?1300395014»; var s = document.getElementsByTagName(«script»)[0]; s.parentNode.insertBefore(scribd, s); })();
Links:
Shockwave-Generating Wave Discs Could Replace Internal Combustion Engines (PopSci)
Wave Disk Engines could be 3.5 times More Fuel Efficient and should have 25 KW prototype by yearend (Next Big Future)
Michigan State University: Wave Disk Engine (ARPA-E)
Shock wave puts hybrid engines in a spin (New Scientist)
