El Auto Solar para el Siglo XXI - Universidad Tecnológica Nacional

Facultad Regional Avellaneda
El Auto Solar
para el Siglo XXI
Hace más de un lustro, un trío de estudiantes secundarios se acercó a la Universidad Tecnológica Nacional para desarrollar una idea que los entusiasmaba:
diseñar un automóvil para el Siglo XXI, que funcionara en base a biocombustible. Dicha propuesta fue
recogida por el Programa de Detección de Talentos
Juveniles que funciona en la Dirección de Gestión
Universitaria de la Facultad Regional Avellaneda de
la Universidad Tecnológica Nacional. Surgió así el
Proyecto Auto Solar para el Siglo XXI, que tras años
de investigación y esfuerzo ha cobrado cuerpo y se
ha convertido en una realidad comprobada y comprobable, que está siendo objeto de patentamiento en
más de dieciséis países. A continuación, presentamos una reseña de las características salientes del
proyecto.
El Problema de los
Petrocombustibles
La idea de recurrir a fuentes energéticas alternativas para sustituir
a los combustibles derivados del
petróleo (petrocombustibles) que
se emplean en los motores de
combustión interna no es nueva.
Ya en 1880 Henry Ford construye
un primer cuatriciclo que quema
alcohol, y es en la Feria de París
de 1900 cuando Rudolf Diesel presenta uno de sus motores funcio-
nando en base a aceite de maní.
Durante la primera mitad del siglo
XX —en especial, durante ambas
guerras mundiales y sus respectivos períodos de posguerra— también surgen en Europa y los Estados Unidos numerosos proyectos
de combustibles que emplean
mezclas de etanol y derivados del
petróleo.
En la Argentina de mediados del
siglo pasado, uno de los renglones del Plan Quinquenal del presidente Perón contempla —a través
de la Dirección General de Combustibles Vegetales— “corregir
los errores del pasado [...] mediante una racional y técnica utilización de los recursos energéticos vegetales”. Propone entonces
el uso de un “carburante nacional”, mezcla de nafta y alcohol
proveniente de la destilación de
residuos vegetales tanto de la madera como de los excedentes agrícolas no comercializables, tales
como la melaza de caña de azúcar
y desechos de cosecha.
Más adelante, durante los años
70, la crisis del petróleo incentiva
el desarrollo de un combustible
denominado “gasohol”. A mediados de la misma década, Brasil
encara un proyecto gubernamental que implica fabricar etanol a
partir de la caña de azúcar (proalcol), y moviliza a más de cuatro
millones de vehículos impulsados
con tal tipo de combustible. Por
la misma época surge en nuestro
país el proyecto alconafta, luego
abandonado.
En la actualidad, países tales como los Estados Unidos, Alemania,
Francia, Brasil y la Argentina continúan desarrollando proyectos
relacionados con los biocombustibles.
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¿Cuál es la razón del interés por
utilizar estas opciones alternativas? En primer lugar, si se siguen
usando combustibles derivados
de recursos no renovables (en este caso, del petróleo) éstos se
agotarán en un plazo relativamente breve. Pero hay otro problema
más dramático: antes de que se
acaben tales fuentes de energía,
el aire —un recurso aún más crítico— se agotará por contaminación. Esto va acompañado de
otras consecuencias nocivas: la
lluvia ácida, el efecto invernadero, el envenenamiento del agua, la
gran cantidad de energía necesaria para la construcción de un automóvil —mucha más de la que
consumirá en toda su vida útil— y
la imposibilidad de los países subdesarrollados para acceder a nuevas tecnologías que resulten más
limpias.
El Proyecto
Auto Solar Siglo XXI
En vista de lo enunciado, hace
aproximadamente seis años un
grupo de estudiantes de la Escuela Técnica Número 2 de Don
Bosco, Provincia de Buenos Aires, se propuso intentar el desarrollo de un automóvil que solucionara parte de los problemas
mencionados, a través del uso de
un combustible de origen vegetal
que permitiera completar un ciclo
ecológico cerrado. Tal inquietud
fue recogida por el Programa de
Detección de Talentos Juveniles, una iniciativa impulsada por
la Dirección de Gestión Universitaria de la Facultad Regional Avellaneda, Universidad
Tecnológica Nacional. Fue pre-
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cisamente en dependencias de la
DGU en donde el ingeniero José
María Virgili (director), el profesor Carlos H. Cebeiro (coordinador), el licenciado Ladislao
Bodnar (asesor científico) y los
señores Juan Ignacio Brardineli, Sergio Laurela y Fernando
Yianinello (estudiantes investigadores) comenzaron a dar forma
a un concepto que actualmente
está siendo objeto de patentes en
16 países, luego de haber sido llevado exitosamente a la práctica.
El origen “escolar” del proyecto
puede llevar a engaños en cuanto
a su envergadura y alcances. Es
bueno mencionar, entonces, que
el Auto Solar Siglo XXI no es meramente una simple experiencia
didáctica de carácter científico,
sino que involucra un serio y riguroso estudio acerca de los aspectos tecnológicos, económicos,
productivos, geográficos y am-
bientales de la cuestión. Los distintos documentos preparados
por el grupo de investigación, y
los resultados obtenidos, así lo
certifican.
La propuesta inicial apuntaba a
obtener un automóvil que funcionara a base de un biocombustible
obtenido a partir de diferentes vegetales. Dado que las plantas se
reproducen a partir de dióxido de
carbono, agua y energía solar, el
uso de combustibles de origen vegetal permitiría establecer un ciclo cerrado, alimentado básicamente por la energía solar. Específicamente, el grupo optó por investigar la viabilidad del etanol de
96%, que se obtiene a partir de vegetales tales como la remolacha
azucarera, la caña de azúcar y diversos cereales.
En cuanto a los aspectos económicos, resultó evidente que el cultivo de los vegetales necesarios
no para generar la gran cantidad
de energía necesaria para mover
al vehículo, el motor de un automóvil libera al medio ambiente
dióxido de carbono y agua, que
son nuevamente reabsorbidos por
las plantas. Se completa así un
circuito energético cerrado (ver
Figura 1) que tiene como fuente
primaria al Sol, un recurso virtualmente “inagotable” cuando se
lo mide en términos de la existencia humana.
Figura 1. Ciclo cerrado de producción de combustible, basado en la
energía solar
para la producción del biocombustible daría aplicación a recursos agrícolas hoy ociosos, generando un circuito económico
completo con múltiples beneficios; entre ellos, la creación de
fuentes de trabajo en las numerosas actividades relacionadas con
la nueva explotación. Esto es particularmente significativo en un
país con posibilidades y tradición
agrícola como la Argentina. Es de
remarcar, además, que por su variedad climática nuestro país tiene la posibilidad de cultivar y cosechar diversos vegetales durante
todo el año, evitándose así la necesidad de tener que acumular
etanol en una determinada estación para utilizarlo en otra.
Para solucionar aspectos relacionados con la emisión de gases
contaminantes, el proyecto contempló el uso de un termocatalizador precalentado mediante resistencia eléctrica, a efectos de
que entrara en funcionamiento al
mismo tiempo en que se enciende
el motor, ya que éste produce la
contaminación más severa durante los diez primeros minutos de
funcionamiento.
Energía
limpia e infinita
La idea de recurrir a un recurso
renovable tal como los vegetales
para sustituir a los petrocombustibles se basa en un concepto
muy simple. Las plantas absorben
dióxido de carbono (CO 2) de la
atmósfera y agua de los suelos, y
a través del proceso de fotosíntesis —que requiere de la luz solar— los transforman en azúcares
y almidones, que son compuestos
altamente energéticos. Fermentando los azúcares por medio de
levaduras se obtiene alcohol etílico, que puede ser usado como
combustible. Por su parte, al consumir dicho combustible y oxíge-
Idealmente, en el sistema anterior
no se gana ni pierde masa (carbono, hidrógeno y oxígeno). Una
ventaja inmediata es que tal proceso de “suma cero” no aumenta
el nivel de dióxido de carbono
existente, evitando así contribuir
al llamado “efecto invernadero”
(provocado por el incremento de
las concentraciones de dicho gas
en las capas superiores de la atmósfera terrestre), que origina
cambios climáticos y el aumento
de la temperatura global del planeta. Asimismo, si se utiliza aceite
vegetal para lubricar al motor desaparece la necesidad de utilizar
petróleo como materia prima para tal fin, y se elimina la emisión
de elementos contaminantes a la
atmósfera (ver “La Contaminación que Produce un Automóvil”).
Primeros Pasos
El grupo Auto Solar Siglo XXI inició sus investigaciones realizando
pruebas de banco sobre motores
de baja potencia, para comparar
las distintas alternativas del uso
de combustibles vegetales y minerales. Utilizó para ello el Laboratorio de Máquinas Térmicas del
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Instituto Superior del Profesorado Técnico (U.T.N.), e instalaciones e instrumental puestos a disposición por la Dirección General
del Transporte Automotor de la
Ciudad de Buenos Aires. También
aportaron asesoramiento y otras
materias primas, en distintas
oportunidades, firmas tales como
la Empresa de Transporte San Vicente, Alcoholera Márquez S.A.,
Castrol S.A., la Asociación Americana de Soya (A.S.A.), Repicki
S.A., Cram Electro S.A. y la Secretaría de Transporte de la Nación.
Resultó fundamental, asimismo,
el apoyo prestado por las autoridades, docentes y la Asociación
Cooperadora de la Facultad Regional Avellaneda de la U.T.N., y
por un sinnúmero de particulares
que apoyaron la iniciativa. Algunas de las tareas pusieron a prueba la tenacidad y entusiasmo de
los investigadores, ya que ciertos
ensayos de funcionamiento continuo debieron realizarse a lo largo
de días y sus respectivas noches,
incluyendo los fines de semana.
En base a las evaluaciones realizadas, los datos experimentales
recogidos y las referencias sobre
experiencias mundiales referidas
a los biocombustibles, el grupo
investigador llegó a la conclusión
de que su uso resultaría beneficioso económica, ecológica y tecnológicamente:
· El empleo de la bionafta (15%
de etanol y 85% de nafta) reduce en forma significativa la
emisión de gases contaminantes tales como monóxido de
carbono, óxidos de nitrógeno,
óxidos de azufre e hidrocarbu-
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ros sin quemar (algunos, probables agentes cancerígenos).
· Se eliminan las emisiones de
plomo, ya que el empleo de
aditivos tales como el tetraetilo y el tetrametilo de plomo es
desplazado por el etanol, que
posee muy buenas propiedades antidetonantes.
· Hay un reciclado permanente
de parte del dióxido de carbono generado en el proceso de
combustión, que es reabsorbido por las plantas mediante el
proceso de fotosíntesis.
· El empleo de biogasoil (15%
de aceite vegetal y 85% de gasoil) en motores Diesel reduce
las emisiones de los gases nocivos antes mencionados, como así también las de otro
contaminante característico:
el material particulado, es decir, las partículas de carbón
elemental que quedan en sus-
pensión como producto de
una combustión incompleta.
También aquí hay un reciclado
permanente de parte del dióxido de carbono generado en el
proceso de combustión.
· Tecnológicamente, el empleo
de estos biocombustibles no
requiere cambios en la mecánica y el diseño de los motores
actuales. Por lo tanto, son aplicables a todos los vehículos
existentes en el mercado.
· En las mismas condiciones de
consumo, los motores a base
de biocombustible desarrollan
una potencia similar a los que
funcionan con petrocombustibles.
· La fabricación de los biocombustibles puede implementarse aprovechando la industria
ya existente. Un plan de largo
alcance permitiría bajar los
costos de producción tanto del
LA CONTAMINACIÓN
QUE PRODUCE UN AUTOMÓVIL
·
10 litros de nafta pueden contaminar 7.500 litros de agua potable.
·
Más de la mitad de las 450.000 toneladas de plomo que se
emiten al aire por año proviene de los automóviles, y produce
el riesgo de daños hepáticos, renales y cerebrales en los seres humanos.
·
Los automóviles emiten el 20% del total de dióxido de carbono (CO2), que es el principal ingrediente del “efecto invernadero”.
·
Los autos emiten 10 kilos de CO2 por cada 3,8 litros de nafta
consumida: un auto que gaste 11 litros en 100 km liberará
una tonelada de dicho gas cada 3.500 km.
·
Si apenas 100.000 automovilistas comenzaran a afinar regularmente sus autos, se emitirían a la atmósfera unos 180.000
millones menos de kilogramos de CO2 por año.
·
La combustión de las naftas es causante de lluvia ácida,
puesto que emite un 24% de los óxidos de nitrógeno lanzados
a la atmósfera. En los EE.UU. solamente, esto representa
más de 7 millones de toneladas por año.
·
Los automóviles son responsables del 27% de los hidrocarburos que provocan la contaminación atmosférica, que a su vez
mata a los árboles y daña a los pulmones.
·
Al quemar 5 litros de lubricante se emiten a la atmósfera 20
gramos de plomo, cantidad suficiente para contaminar
100.000 metros cúbicos de aire, que es la cantidad que respira un ser humano cada tres años.
·
Un sólo litro de aceite utilizado por un automóvil puede contaminar más de 950.000 litros de agua potable.
·
Medio litro de aceite puede originar una mancha tóxica de
cerca de media hectárea.
alcohol como del aceite hasta
hacerlos competitivos con los
petrocombustibles, puesto que
el agotamiento de estos últimos hará aumentar paulatinamente su valor internacional.
Las posteriores ventajas socioeconómicas y ambientales son
significativas.
· El volumen total de hidrocarburos consumidos por año en
la Argentina es del orden de
los 10.900 millones de litros de
gas-oil y 8.000 millones de litros de nafta. El 15% de esta
cantidad significaría 2.835 millones de litros de sustituto vegetal al año. Tomando en
cuenta el más alto de los precios locales, este cambio equivaldría a una transferencia de
1.645 millones de u$s anuales
del sector petrolero a la
agroindustria (870 millones
para las naftas y 775 millones
para el gas oil).
· Si se creara una fuente de trabajo en el sector por cada
10.000 u$s anuales que moviliza la industria, esto implicaría
más de 160.000 nuevos puestos laborales.
· Si la Argentina se maneja a nivel local con un precio internacional de los combustibles
al salir de la refinería, éstos se
pueden aditivar con derivados
naturales sin llegar a alterar el
precio en la boca de expendio.
Aún en este caso, el Estado incrementaría su recaudación
impositiva en un 4%, lo que representa unos 150 millones de
pesos más para el fisco.
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De la Teoría
a la Práctica
Una vez completados los estudios
de factibilidad y las pruebas de laboratorio, el grupo Auto Solar Siglo XXI encaró la tarea de realizar
experiencias sobre un automóvil
de dos tiempos. Por razones de
presupuesto se adquirieron inicialmente dos vehículos DKW
usados a un costo total de $520,
de los cuales se pudo reconstituir
una unidad completa para realizar
los ensayos. Se utilizó un conversor termocatalítico de máxima reducción/oxidación operando a
400 grados centígrados para
transformar los gases de escape,
altamente nocivos, en vapor de
agua y dióxido de carbono.
Usando como combustible —entre otras— una mezcla de aceite
de ricino y alcohol, este primer
prototipo permitió evaluar el
comportamiento global en condiciones reales de operación, y realizar demostraciones de funcionamiento en distintas exposiciones
nacionales e internacionales. El
paso siguiente hubiese sido continuar experimentando con un motor tecnológicamente más avanzado y de altísimo rendimiento fabricado en Australia, pero su adquisición no resultó factible en
función de los fondos disponibles
para el proyecto.
La Opción Diesel
Buscando una alternativa que resultase viable, el grupo Auto Solar
Siglo XXI decidió enfocar la investigación hacia la aplicación de
combustibles vegetales en motores tipo Diesel. Adquirió entonces
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Algunos integrantes del Proyecto Auto Solar Siglo XXI.
De izquierda a derecha: Ing. José M. Virgili, Sr. Ignacio Brardinelli,
Prof. Carlos Cebeiro y Prof. Víctor Andreoli.
—a través del mecanismo de
“Plan Canje” y con la colaboración de la Asociación Cooperadora de la Facultad Regional Avellaneda— una unidad Ford Courier
con motor de 1,8 litros y 60 CV. La
elección de la marca obedeció a
que ya existían contactos previos
con el fabricante, que estaba interesado en este tipo de desarrollo.
No fue posible sumarlo como auspiciante del proyecto, sin embargo, porque la firma sólo patrocina
actividades de investigación en
los Estados Unidos y Europa.
Auto Solar Siglo XXI:
Una Realidad
Una vez realizadas las comprobaciones necesarias, el nuevo vehículo comenzó a funcionar alimentado con aceite vegetal. Los resultados fueron óptimos: el prototipo produce un 11% menos de monóxido de carbono, 35% menos de
compuestos volátiles, y entre 40 a
En la actualidad, el Auto Solar Siglo XXI se encuentra operando en
base a aceite de soja, pero las opciones son mucho más amplias:
se han ensayado exitosamente 16
variedades distintas de aceites vegetales, incluyendo la que se comercializa para uso doméstico.
80% menos de humo. El consumo
de combustible está entre 1% a 3%
por encima del correspondiente
al gas-oil, pero tal diferencia se
revierte dramáticamente a la hora
de comparar costos: el precio del
aceite es del orden de 26 centavos
por litro, que comparan contra 60
centavos para el gas-oil. Por otra
parte, se mantienen las ventajas
en cuanto a reciclabilidad y no
contaminación antes enunciadas.
El vehículo ha sido sometido a
exigentes pruebas de campo tanto en ciudad como en ruta, y bajo
todos los climas. Inicialmente
transitó 4.000 kilómetros por la
Ciudad de Buenos Aires copiando
los recorridos seguidos por los taxímetros, un régimen que se consideró como el más representativo y demandante en cuanto a desempeño urbano. El paso siguiente —que prácticamente ha sido
cumplimentado— consistió en
acumular 50.000 kilómetros para
luego desarmar el motor y proceder al análisis exhaustivo de sus
partes.
Se llevó a cabo un primer “roadtest” efectuando un viaje de ida y
vuelta hasta Tierra del Fuego, para comprobar el rendimiento del
motor y el biocombustible bajo
clima frío. El prototipo no presentó inconveniente alguno, a pesar
de tener que soportar temperaturas de hasta 8 grados centígrados
bajo cero, y vientos en contra de
hasta 80 kilómetros por hora.
Cabe destacar que la única alteración mecánica efectuada al motor
concierne a la localización del catalizador: en lugar de estar ubicado en el caño de escape, se encuentra dentro de la cámara de
combustión. En todos los demás
aspectos, incluso avance de encendido, la planta motriz se encuentra operando en condiciones
originales, y puede funcionar con
aceite; con alcohol (admitiendo
deterioro de la bomba); con alcohol mezclado con aceite; con
aceite mezclado con gas-oil; con
gas-oil mezclado con alcohol y
aceite; o simplemente con gas-oil.
En una segunda etapa, el equipo
de investigación condujo el Auto
Solar Siglo XXI de ida y vuelta
hasta La Quiaca, en la Provincia
de Jujuy. Con 6 grados centígrados bajo cero y una presión atmosférica de 612 milibares, el vehículo registró simplemente algunos problemas de arranque (como lo habría hecho cualquier otro
automotor bajo esas mismas condiciones).
Durante ambas etapas, el Auto
Solar Siglo XXI visitó las distintas
Facultades Regionales y Unidades
Académicas de la Universidad
Tecnológica Nacional que se encontraban a su paso, ofreciendo
disertaciones y demostraciones a
cargo de los integrantes del proyecto. Asimismo, cada 5.000 kilómetros se comprobaron los gases
de combustión, y se extrajeron
muestras de aceite del cárter para
su análisis. Finalmente, durante la
visita a la Facultad Regional Mendoza se efectuó un monitoreo del
motor, pudiéndose verificar su
excelente rendimiento.
Lo que vendrá
El grupo Auto Solar Siglo XXI encara en la actualidad las siguientes actividades:
· colabora con el Instituto Nacional de Tecnología Industrial
(La Plata) en el desarrollo de
un soporte cerámico para el catalizador: los nuevos motores
diesel son de inyección directa,
lo cual requiere que dicho elemento esté integrado al motor
(en la versión en uso hay una
precámara de inyección del
combustible, que se aprovecha
para ubicar el catalizador).
· el concepto está siendo patentado en 16 países, contándose
para ello con el apoyo económico de la empresa Cram Electro S. A.(fabricante de grupos
electrógenos Diesel), cuyo titular el Ing. Rubén Moscovich es
un graduado de la U.T.N.
· al completarse el acumulado
de 50.000 kilómetros, y una vez
reunidos los fondos necesarios,
se procederá a desarmar y analizar completamente el motor.
Los pasos posteriores dependerán
del apoyo económico que continúe logrando el proyecto, ya que
involucran incursionar en áreas
que requieren de recursos tecnológicos más importantes y una
mayor inversión. El uso de aceites vegetales como combustibles
para motores Diesel constituye
una posibilidad concreta tanto
desde el punto tecnológico como
económico, y representa un importante avance en cuanto al cuidado del medio ambiente y la salud pública. Esta tecnología, que
por otra parte es exportable, puede desarrollarse ventajosamente
en el país. Hacen falta, pues, inversores que acepten el desafío y
apoyen esta idea, de cuya factibilidad el Auto Solar Siglo XXI es
una elocuente prueba.
Para mayor información,
dirigirse a:
U.T.N. Facultad Regional Avellaneda
Proyecto Auto Solar Siglo XXI
Av. Mitre 750
(1870) Avellaneda,
Provincia de Buenos Aires
República Argentina
Teléfono: 4217-3977
e-mail: [email protected]
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