Automóvil de turbina

De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a: navegación, búsqueda
Fiado Turbina.

Un automóvil de turbina es un automóvil propulsado por una turbina de gas. Por el hecho que el árbol primario de salida de una turbina de gas gira a un número de rpm muy elevado, las unidades aplicadas a un automóvil necesitan un sistema reductor que permita su aplicación a la transmisión de un automóvil.

Introducción[editar]

Figura 1. Esquema general de una turbina de gas. En general, se trata de un eje montado con compresor C y turbina T, al cual se intercala una cámara de combustión B

Las turbinas de gas aplicadas a los vehículos automóviles constan de varias partes (veáis figura 1) que hay que identificar antes de entrar en detalles.

  • Según la figura 1, el conjunto C representa el compresor. El compresor aspira y comprime una cierta cantidad de aire atmosférico. La potencia necesaria la proporciona un árbol o eje, “el árbol del compresor”, movido por una turbina situada a la salida de la cámara de combustión.
  • A la salida del compresor, el aire comprimido entra en la cámara de combustión B. Allí se añade combustible (con un sistema de inyección adecuado) y se produce la combustión del mismo. Los gases calientes resultado de la combustión salen de la cámara de combustión por un pasaje expresamente diseñado al efecto.
  • Los gases calientes mencionados mueven la turbina del compresor (unida al compresor mediante el árbol del compresor) y van a parar a la salida de la turbina (T).
    • La turbina motriz puede coincidir con la turbina del compresor. En este caso sólo hay un árbol motriz y de compresor.
    • Es frecuente que haya dos árboles separados, movidos por dos turbinas: el árbol de compresor (movido por la turbina de compresor) y el árbol motriz (movido por la turbina motriz).
    • El árbol motriz está representado por un segmento de línea negra horizontal a la derecha de la turbina con una flecha que indica la rotación.

Detalles interesantes[editar]

  • A la entrada del compresor hay una abertura física que permite el caudal de aire y lo limita si es demasiado pequeño. La sección de paso es una superficie (que se puede medir en cm2). Este parámetro ha sido aprovechado en los reglamentos de competición porque permite limitar la potencia de una turbina determinada.[1]
  • Cuanto más alta es la relación de compresión y la temperatura de los gases a la salida de la cámara de combustión, mejor es el rendimiento de la turbina.[2]
    • A la práctica hay un problema de materiales relacionados con las turbinas.[3]​ Hay que limitar la temperatura de los gases. Generalmente se consigue usando un exceso de aire (que rebaja la temperatura de los gaso pero rebajando el rendimiento de la turbina).
  • Es posible mejorar el rendimiento empleando un intercambiador que calienta el aire comprimido (a la salida del compresor) con los gases de escapament.[4]

Resumen general[editar]

Las turbinas de gas tienen un consumo específico al freno más alto que los motores de pistón. Este es el motivo principal que dificulta su aplicación a los automóviles.

Historia[editar]

1948. Rover P4 Turbine[editar]

El enero de 1940 hubo la primera reunión entre Sir Frank Whittle (uno de los inventores del motor de reacción y directivo de la compañía Power Jet) y Maurice Wilks (ingeniero en cabeza de la firma BRM) con el objetivo de colaborar en un automóvil con motor de turbina. Después de muchos años de pruebas y de trabajos conjuntos con Rolls-Royce, a principios de 1947 Rover finalizó satisfactoriamente las pruebas de un motor de turbina adaptado al automóvil.

Se trataba de un motor de 100 CV de potencia a 55.000 rpm. había un compresor centrífugo (movido por una turbina) que enviaba el aire a dos cámaras combustión. Un golpe iniciada la combustión casi cualquier combustible que se inyectara quemaba sin problemas (gasolina, diesel, parafina,...). El consumo era excesivo y fue evidente que habría que añadir un intercambiador para mejorar el rendimiento. Un aspecto interesante era que la versión mejorada del motor (con 230 CV) tenía un régimen de funcionamiento que variaba entre las 7.000 rpm del ralentizó hasta las 55.000 rpm de velocidad máxima. Hacía falta un motor auxiliar para poner en marcha la turbina pero, un golpe en marcha, no necesitaba de ninguna caja de cambios, ni de embrague. La turbina actuaba como un enorme convertidor de par integrado en el conjunto.[5]

1949-1950. Rover JET1[editar]

1952. Socema-Gregoire[editar]

Prototipo Socema-Grégoire con motor de turbina. 1952.

La compañía francesa SOCEMA (Société de construction te de équipements mécaniques pour la aviation), fabricando turbinas de gas para el sector aeronáutico, quería fabricar un automóvil para batir el récord mundial para coches con turbina de gas. Para el motor diseñó una turbina pequeña con una potencia de 100 CV que pesaba 130 kg (modelo TGV 1 Cema Turbo). Se trataba de un turbina que constaba de un turbocompresor centrífugo movido por una turbina de alta presión (45.000 rpm) y de una turbina motriz de baja presión (a unas 23.000 rpm) que accionaba un árbol motor mediante un sistema reductor.

La parte automóvil (chasis y carrocería) fue encargada al ingeniero Jean-Albert Grégoire. Sobre un chasis de aluminio colado (Alpax), adaptado del automóvil Hotchkiss-Grégoire, diseñó una carrocería muy aerodinámica y característica de plancha de aluminio.

El proyecto fracasó antes de empezar cuando Rover batió un récord que superaba el máximo previsto para el Socema-Grégoire.[6][7][8]

1953. General Motors Firebird[editar]

GM Firebird XP-21, también llamado Firebird 1.

El prototipo XP-21 Firebird era un monoplaça que se presentó por primera vez en el hotel Waldorf Astoria de Nueva York (General Motors Motorama, 1954). Se trataba de un vehículo de 2.500 libras de peso, de aspecto parecido a un avión, que disponía una potencia de 370 CV a 13.000 rpm. La caja de cambios era de dos velocidades.[9][10]​ La carrocería era de resina reforzada con fibra de vidrio. El depósito de combustible (querosè), de una capacidad de 35 galones estaba situado a la parte delantera, en el morro del vehículo (!!). Las imágenes y las críticas escritas de la época muestran un diseño muy poco práctico. Los frenos de tambor estaban situados al exterior de las ruedas para un mejor enfriamiento. Con las ruedas delanteras exteriores y no carenades el conjunto debía de ser muy poco aerodinámico.

1954. Plymouth Turbine[editar]

El 1954 Chrysler presentó en el hotel Waldorf Astoria un automóvil modelo Plymouth equipado con motor de turbina. Se trataba de un diseño con intercambiador de calor (“regenerator”) que, calentando el aire comprimido con los gases de escapament antes de entrar a la cámara de combustión, reducía el consumo de combustible.[11][12]

  • En la quiniela del continente americano se obtuvo un rendimiento de 13,5 millas/galón.

1954. Fiado Turbina[editar]

Una parte del circuito de pruebas de la fábrica Lingotto de FIADO en Turín .

Fiado investigó sobre una turbina aplicada al automóvil desde 1948. El año 1954 hizo las primeras pruebas de un prototipo al circuito construido al techo de la fábrica Lingotto. La turbina disponía de un compresor de dos etapas y una turbina única. La turbina motriz, separada de la turbina del compresor también era de un carrete único. El motor equipaba un sistema reductor desde la turbina hasta el árbol motor de salida. La carrocería y el chasis serían el proyecto del ingeniero Luigi Fabio Rape. La potencia declarada era de 250 CV (220kW) a 22.000 rpm. La velocidad máxima estimada era de unos 250 km/h. El coeficiente aerodinámico de penetración ((normalmente indicado por: C d {\displaystyle \scriptstyle C_{\mathrm {d} }\,} , C x {\displaystyle \scriptstyle C_{\mathrm {} }\,} oro C w {\displaystyle \scriptstyle C_{\mathrm {} }\,} )) era de 0,14 , un récord –como más bajo – que duró treinta años.[13][14]

1963. Chrysler Turbine Caro[editar]

1963. Competición. Rover-BRM[editar]

Rover-BRM de turbina. 1965.
  • Turbina Rover. Simple compresor centrífugo accionado por la turbina de compresor, cámara de combustión única y turbina motriz del árbol de salida. Potencia 150 CV.
  • Vehículo. Prototipo BRM abierto, adaptado a la turbina. El chasis se aprovechó del automóvil de F1 accidentado el año anterior por el piloto Richie Ginther. La carrocería se fabricó de aluminio, en forma de barqueta abierta.[15][16][17]
  • Participó a la cursa de las 24 horas de Le Manso fuera de competición, con el número 00.

1964-1965. Competición. Rover-BRM[editar]

La turbina fue modificada con dos discos cerámicos para recuperar calor, haciendo la función de intercambiadores de calor. El año 1964 no participó a Le Manso. El año 1965 acabó la cursa con la mitad de consumo de combustible que el 1963.

1966. Competición. STP-Paxton Turbocar[editar]

STP-Paxton Turbocar. 1967.

El año 1967, el piloto Parnelli Jones estuvo a punto de ganar la cursa de las 500 millas de Indianapolis al volante de un coche de turbina. Se trataba de un automóvil de diseño no nada convencional y completamente asimétrico. Proyectado por el ingeniero Ken Wallis el motor se situaba a la izquierda del piloto y en paralelo al mismo. Dominó la cursa hasta que se tuvo que retirar por culpa de una almohadilla que costaba seis dólares a cuatro vueltas del final.

  • La turbina era una Pratt & Whitney, modelo ST6B-62, fabricada en la fábrica United Aircraft of Canada Ltd. Destinada a aplicaciones industriales suministraba una potencia de 550 CV a 6.200 rpm. El peso era de 262 libras y disponía de un certificado aeronáutico de 1.000 horas entre revisiones.[18]
  • Superficie de entrada de aire = 45 pulgadas cuadradas (290,32 cm2)

1968. Competición. Loto 56[editar]

Loto 56 STP Special.

El año 1968, el equipo formado por Andy Granatelli (patrocinador) y Colin Chapman y Maurice Philippe (director e ingeniero de Loto, respectivamente) fabricaron un automóvil de competición para las cursas Indy, con motor de turbina y cuatro ruedas motrices. La turbina era de la United Aircraft y el sistema de transmisión de Ferguson.[19][20]

  • El piloto Mike Spence murió en un accidente, probando este modelo de automóvil. A pesar de la desgracia, tres coches de turbina participaron en las 500 millas de Indianapolis. Conduits por Graham Hill, Joe Leonard y Arte Pollard. Leonard consiguió la pole y dominar la cursa con facilidad hasta que se rompió el árbol de la bomba de combustible. A Pollard le pasó el mismo. Finalmente Leonard pudo acabar 12è y Graham Hill 19.º
  • Un aspecto interesante es la superficie de entrada de aire a la turbina. Durante la cursa era de 15 pulgadas cuadradas, 96,77 cm2. (El año anterior el límite del reglamento era de 45 pulgadas cuadradas, más del doble. Al final de temporada la USAC rebajó la superficie a 12 pulgadas cuadradas -77,42 cm2-, una forma de limitar la potencia de las turbinas).

1968. Competición. Howmet TX[editar]

El Howmet TX fue un automóvil de competición encargado por la Howmet Corporation, una compañía especializada en materiales de altas prestaciones. Diseñado por Bob McKee, disponía de un chasis tubular y una turbina Allison modelo 250C18 . La potencia era de 330 CV a 57.000 rpm. El árbol de salida, mediante un sistema de reducción, giraba a 670 rpm. El automóvil estaba clasificado como un prototipo del Grupo 6 (según la reglamentación de la época equivalente a un motor convencional de 3 litros de desplazamiento). El conjunto pesaba 650 kg.[21][22]

1970. AMC Hornet[editar]

Un automóvil Hornet, transformado con una turbina Williams, fue probado en la ciudad de Nueva York para determinar su rendimiento y el grado de contaminación. La operación estaba financiada por la National Air Pollution Control Administration (predecesora de la EPA, United States Environmental Protection Agency). El motor de turbina pesaba 113kg y medía 660x406 mm. Proporcionaba una potencia de 81 CV (60 kW) a 4.450 rpm. Los gases de escapament eran poco contaminantes.[23][24]

1971. Competición. Loto 56B[editar]

1975. Toyota Century Gas Turbine Hybrid[editar]

  • 1979. Toyota Sports 800 Gas Turbine Hybrid
  • 1987. Toyota GTV
  • 1992. Volvo ECC
  • 1993. General Motors EV1 Turbine
  • 2006. EcoJet concept caro
  • 2010. Jaguar C-X75

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. Philip P. Walsh.
  2. Meherwan P. Boyce.
  3. G.W. Meetham.
  4. Singh.
  5. Malcolm Bobbitt.
  6. Automobile Manufacturers Worldwide Registry.
  7. Sciences et techniques.
  8. RÉTROMOBILE 2005.
  9. The Michigan Technic.
  10. Giles Chapman.
  11. Hearst Magazines.
  12. Charles K. Hyde.
  13. Fabio Raffaelli.
  14. Design Museum Enterprise Limited.
  15. John Mortimer.
  16. David Dixon.
  17. Bryan Apps.
  18. Hearst Magazines.
  19. Simon Read.
  20. J.A. Martin.
  21. Peter McFadyen.
  22. Video.
  23. Bonnier Corporation.
  24. Hearst Magazines.