Automóviles que se comunican entre sí y el futuro de los accidentes de tráfico

dibujo20081123motorLa industria automovilística mundial está en crisis. Las crisis tienen algo positivo. Son la mejor ocasión para darle al “coco” y buscar nuevos avances, nuevas tecnologías. El gran problema, el gran número de accidentes y accidentes mortales en carretera y ciudad, debe ser resuelto. Las grandes empresas automovilísticas están buscando soluciones, como nos lo cuenta Steven Ashley, “Driving Toward Crashless Cars,” Scientific American, December 2008 .

Entre las soluciones propuestas, la comunicación sin cables entre vehículos me parece la más prometedora en relación coste/calidad. La comunicación vehículo a vehículo (V2V) y vehículo a infraestructura (V2I) permite que nuestro automóvil reciba información sobre el estado actual de la carretera en tiempo real. Por ejemplo, nuestro vehículo podría recibir la advertencia emitida por un semáforo de que otro vehículo a acelerado con objeto de cruzarlo en amarillo-rojo, en lugar de frenar, lo que nuestro vehículo puede utilizar para ir frenando y advertirnoslo con una señal luminosa oportuna. Otro ejemplo, un automóvil cuyo conductor pegara un frenazo brusco, advertiría a los demás vehículos de este hecho, y gracias al efecto dominó, un vehículo a cientos de metros en una carretera podría advertir de este hecho a su conductor mucho antes de que su conductor pueda llegar a percibirlo sin ayuda.

Hoy en día, la tecnología está ahí. Muchos automóviles incorporan GPS y ordenadores lo suficientemente potentes como hacer práctica esta posibilidad. Toyota, General Motors, Nissan y otros ya están trabajando en las técnicas V2V, y países tan avanzados como Japón están desarrollando prototipos V2I.

Más información: ¿Qué es el sistema V2V? “Sistema V2V de General Motors.” “La comunicación entre vehículos llegará en 2012.”

Technical Report: “A REVIEW OF VEHICLE-TO-VEHICLE AND VEHICLE-TO-INFRASTRUCTURE INITIATIVES

Invento que reduce el consumo de gasolina en el motor de tu coche en un 20%

En NeoFronteras (Noticias de Ciencia y Tecnología) encontré “Un dispositivo simple ahorra un 20% de combustible,” 1 de Octubre de 2008 , que me llevó a “Simple device which uses electrical field to boost gas efficiency developed by Temple University researcher,” September 25, 2008 , que a su vez me llevó a a buscar los artículos del Dr. Rongjia Tao sobre el tema. Encontré el artículo R. Tao and X. Xu, “Reducing the Viscosity of Crude Oil by Pulsed Electric or Magnetic Field,” Energy & Fuels, 20 (5), 2046 -2051, 2006, y el más reciente R. Tao, K. Huang, H. Tang, and D. Bell, “Electrorheology Leads to Efficient Combustion,” Energy & Fuels, In Press, September 12, 2008 , origen de la noticia.

Reducir la viscosidad del petróleo crudo es una de las prioridades de la industria del petróleo, ahorraría muchísima energía en su extracción. Lo más fácil, incrementar la temperatura, no es factible. El Dr. Rao propone en su artículo de 2006 el uso de campos magnéticos y/o eléctricos pulsados para reducir la viscosidad del crudo. El único problema es que no es una reducción permanente, dura sólo unas horas, aunque el proceso es fácilmente repetible. Parece que no se ha hecho rico con el invento, quizás la industria petrolífera no confía mucho en su invento porque se generan chispas en el crudo y quizás se hayan “acojonado” un poco.

En su trabajo de 2008, el Dr. Rao propone mejorar la eficiencia del motor y reducir las emisiones contaminantes mediante una nueva tecnología de inyección de combustible basada en utilizar campos eléctricos intensos pulsados para reducir la viscosidad del diesel antes de entrar en el inyector (atomizador). En los pistones del motor, el diesel entra en forma de gotas, gracias al inyector, ya que de esta manera se incrementa el área de contacto entre el combustible y el aire (oxígeno) lo que mejora la combustión (un motor más eficiente) y se reducen las emisiones (combustible no quemado). Hay varias propuestas comerciales de inyectores de combustible por atomización que tratan de reducir el tamaño de las gotas de diesel, pero requieren cambios importantes en el motor. El sistema del Dr. Rao es mucho más sencillo y puede ser acoplado en el motor por un mecánico de automóviles (las fotos muestran el dispositivo en dos ejemplos concretos). Por ello, es un dispositivo útil para el parque automovilistico actual y para el futuro. ¿Se convertirá en millonario el Dr. Rao?

El dispositivo lo único que hace es someter al flujo de diesel antes de entrar en el inyector a un campo eléctrico de 1.0 kV/mm entre dos electrones en forma de rejilla. Su consumo eléctivo es bajo, menor de 0.1 W. En el estudio presentado por el Dr. Rao, tras la aplicación del campo eléctrico durante 2 segundos, la viscosidad se reduce aproximadamente en un 9 %. No es mucho y 2 segundos es mucho tiempo.

De hecho el mismo nos confiesa que sus resultados en el Cornaglia Iveco no fueron los esperados. Tuvieron que subir el campo eléctrico hasta 1.3 kV/mm y conseguir que a 1900 rpm el diesel fluyera por su dispositivo durante 1 segundo (quizás poco tiempo para que todo vaya bien). Los resultados en el Mercedes-Benz 300D, en el que han conseguido que el diesel pase por su dispositivo durante 5 segundos son algo mejores. En laboratorio, el motor incrementa su potencia (caballos de vapor) en un 20.4% con el mismo consumo de combustible. No lo confiesa, pero creo que este coche es el del Dr. Rao, ya que confiesa que usándolo en carretera durante 6 meses ha observado una reducción de su consumo de un 20% en autopista y entre 12-15% en ciudad.

Lo dicho, ¿se convertirá en millonario el Dr. Rao? No lo sé pero lo seguro es que afirma haberse ahorrado algo menos de un 20% en combustible durante 6 meses, lo que no es poco, habida cuenta de lo caro que ha estado el diesel en los últimos meses.

Por cierto, el petróleo ya está por debajo de los 80$ el barril (el Brent está en $78.68). Hace un año que no se veían precios así. El próximo 18 de noviembre se reunen los países de la OPEP para tratar de ver qué les conviene más, un petróleo barato o recortar la producción. Obviamente, la crisis conlleva una baja de la demanda. Lo malo de un petróleo barato es que conlleva una reducción en la inversión en energías renovables, lo que podría perjudicarnos a largo plazo.

Si baja el crudo (petróleo), bajarán la gasolina y el gasóleo. No, lo siento, no es tan fácil. La mayor parte de su precio es debido a los impuestos de los carburantes, que no bajarán (menos aún en plena crisis). Además, el tipo de cambio euro-dólar, con cierta correlación con el precio del crudo, también nos afecta negativamente (el petróleo se compra y vende en dólares no en euros). El resultado es que, si hay una bajada en el precio será pequeña, como la vivida en septiembre de un 4.19 % y 4.17 % para la gasolina sin plomo de 95 octanos y el gasóleo de automoción, respectivamente. Por ejemplo, el pasado 29 de septiembre, la sin plomo se vendía a una media de 1.144 euros por litro, frente a los 1.194 euros que costaba el 1 de septiembre.

Motor homopolar, motor unipolar, motor de Faraday, motor de Barlow, etc., muchos nombres para una idea bonita (o como uno se hipnotiza en un improvisado “tiovivo”)

El motor homopolar de este video de youtube es algo lo suficientemente curioso para que merezca la pena que dediquemos
cierto tiempo a buscar su historia y por qué funciona. Hasta donde yo he podido recabar, la idea de esta configuración es del sueco Per-Olof Nilsson según el artículo “A fast, high-tech, low cost electric motor construction“, H Joachim Schlichting and Christian Ucke (english translation by Jonathan Williams), from Physik in unserer Zeit, 35, 272-273 (2004). La misma configuración aparece más tarde en “Inspiring experiments exploit strong attraction of magnets“, David Featonby, Physics Education, July 2006.

En español podéis leer el interesante artículo “Motor homopolar“, Agustín Martín Muñoz, Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias Asociación de Profesores Amigos de la Ciencia-Eureka, 4(2), pp. 352-354 (2007). No sólo explica (igual que el video) como construir el motor, también incluye cómo funciona, la física que lo sustenta. Merece la pena leerlo.

En las tres referencias anteriores se explica muy bien cómo funciona este motor que no es otra que la idea de la rueda de (Peter) Barlow (Barlow’s wheel), 1823, también llamado motor unipolar o máquina homopolar. Prácticamente la misma idea es de (Michael) Faraday 1832, por lo que también se llama motor de Faraday. Obviamente, estos experimentos históricos eran “estéticamente” más bonitos y no utilizan una moderna batería. Pero la idea es la misma. El famosísimo libro de experimentos en física para profesores, “Demonstration Experiments in Physics” Richard Manliffe Sutton, 1938 (recientemente disponible completo en PDF en Internet) presenta también dicho motor, pag. 360: E-136. “Barlow’s Wheel”, E-137. “Force on Magnet in Field of Conductor—Unipolar Motor”. Su explicación es muy concisa pero “suficiente” para un “profesor” de física.

En la revista de la asociación de profesores de física americanos “American Journal of Physics” hay múltiples artículos sobre este tema:

Electromagnetic Induction in Moving Systems” Dale R. Corson, Am. J. Phys. 24, 126 (1956), que trata de clarificar los efectos de las fuerzas electromotrices inducidas debidas a la ley de Faraday y en su ejemplo no. 4 estudia “the unipolar generator”.

Laboratory Experiments in Motional Electric Fields” John W. Then, Am. J. Phys. 28, 557 (1960) describe este motor pero en una configuración diferente, con dos cilindros concéntricos.

Variation of the Homopolar Motor” Thomas D. Strickler, Am. J. Phys. 29, 635 (1961) describe muy brevemente el motor homopolar o rueda de Barlow pero con la batería conectada al propio cable, algo más incómodo de montar.

Approaches to Electromagnetic Induction“, P. J. Scanlon, R. N. Henriksen, and J. R. Allen, Am. J. Phys. 37, 698 (1969) estudia diferentes problemas observados en los estudiantes de física con la compresión del concepto de inducción electromagnético y presenta el “homopolar inductor” (cita a las “Lectures in Physics” de Feynman, vol. II, sec. 17-2) y el “unipolar inductor” (cita los “Elements of Physics” de Kaempffer, 1967, p. 164), ejemplos en los que se mueve el imán, no el cable.

One-piece Faraday generator: A paradoxical experiment from 1851” M. J. Crooks, D. B. Litvin, P. W. Matthews, R. Macaulay, and J. Shaw, Am. J. Phys. 46, 729 (1978) presenta el “Faraday generator” con una buena explicación física y acompañado de una “curiosa” paradoja, ¿puede ser utilizado para que un observador inercial mida su velocidad absoluta?, obviamente no pues eso violaría la relatividad de Galileo (y por ende la de Einstein, claro).

Comment on ‘One-piece Faraday generator: A paradoxical experiment from 1851’“, P. J. Scanlon and R. N. Henriksen, Am. J. Phys. 47, 917 (1979) reclaman que no haya sido citado su artículo de 1969 y que afirman que de paradoja, nada de nada.

Two laboratory experiments involving the homopolar generator” R. D. Eagleton, Am. J. Phys. 55, 621 (1987) muestra como el “homopolar generator”, “acyclic dynamo”, “unipolar generator” y “Faraday generator” es un experimento que sirve como motor o como generador de electricidad; sus resultados experimentales muestran un pequeño error sistemático entre teoría y experimento que él asocia a efectos térmicos (cuando enfría el generador logra minimizarlo).

The radial magnetic field homopolar motor” Robert D. Eagleton and Martin N. Kaplan, Am. J. Phys. 56, 858 (1988), artículo cortito que presenta una variante del experimento que usa un campo radial en lugar de uno axial.

Finalmente, permitidme acabar con “The homopolar motor: A true relativistic engine” Jorge Guala-Valverde, Pedro Mazzoni, and Ricardo Achilles, Am. J. Phys. 70, 1052 (2002), el tercero y último artículo de una serie en la que estos argentinos reinvidican la resolución de la paradoja del artículo de 1979, concluyendo que la relatividad no es violada, para lo que acompañan los análisis teóricos (de los artículos anterios) con seis experimentos cuya discusión aclara la “relatividad” (recuerda, galileana) de todo el proceso.

¡Qué vueltas da el asunto! Digo, el motor.

Si te atreves, el experimento es fácil, pero requiere un buen imán.

Si no te atreves, disfruta de este otro video.