Una solución elegante al problema del transporte público.
Es de conocimiento general el hecho innegable de que nuestras grandes ciudades se concentran y crecen cada vez más. Se debe en parte a la natalidad, a la inmigración y la migración interna entre otros importantes factores. Ante los inevitables problemas de tránsito que acompañan el alarmante aumento del parque automotor, ciudades europeas como Londres han limitado el ingreso en automóvil al centro de dicha ciudad, privilegio reservado al transporte público. Cosas similares se están viendo en Argentina. Buenos Aires y Rosario tienen carriles exclusivos para el transporte público y la tendencia es que aumenten estas medidas restrictivas para que nuestras calles den abasto.
Son de público conocimiento las quejas de comerciantes y automovilistas con respecto a estas decisiones políticas que juzgo bastante acertadas. Pero no vine a hablar de esto.
Un problema más amenaza a nuestras ciudades: La contaminación ambiental por emisión de gases debida al parque automotor. Es sabido que dando prioridad al transporte público, estas emisiones disminuyen. Pero ya que parecemos encaminados a utilizar sí o sí dicha manera de transportación urbana, es previsible que el número de coches deba aumentar ante la demanda, como así también la frecuencia de viajes, más líneas de colectivos que cubran más trayectos y más masa humana de transporte por viaje.
Todos estos factores harán que la disminución en la emisión de gases de combustión interna sea mínima, desplazando la fuente del problema sin atacar el problema en sí.
Los legisladores y gobernantes han tratado de atacar el problema de la combustión interna en el transporte público utilizando la electricidad. Han propuesto (y en algunos casos aplicado) diversos métodos para impulsar ómnibus con electricidad.
El más popular de ellos es el trolebús. La desventaja de este sistema es el recorrido fijo. Una reparación en una calle o un piquete o movilización (tristemente cada vez más frecuentes) provocarán una parada total de los vehículos al no poder desviarse de su trayecto. Otra desventaja patente es que no pueden convertirse todas las líneas en trolebuses, el lío de cables que se armaría con las líneas catenarias sería increíble.
Otra propuesta apunta hacia los coches con baterías. Las hay de muchos tipos, de litio, de celdas de hidrógeno, etc. Todas tienen el mismo problema: Una vez que se descargan se requiere de horas para recargarlas. Ante esta situación, el número de coches debería ser altísimo para permitir que siempre haya vehículos prestando servicio activo y otros tantos recargándose.
De lo que vengo a hablar entonces es del título del post. Las BATERÍAS INERCIALES.
Batería inercial G2 - Foto NASA
Son acumuladores de energía, pero no eléctrica. Al menos no directamente, sino de energía cinética.
Ésta es la que tienen los cuerpos en movimiento, pasible de ser transformada en otros tipos de energía. Para ello, una batería inercial utiliza un volante. Un volante de inercia es una rueda pesada que se hace girar por medio de un motor eléctrico hasta velocidades de miles de revoluciones por minuto.
Estos volantes, cuando están bien diseñados y equilibrados, pueden mantenerse en movimiento una vez quitado el impulso inicial durante horas. Como el eje está hermanado con el rotor de un generador de corriente, esta corriente puede utilizarse para poner en marcha el motor de un vehículo eléctrico. Esta situación se mantiene hasta que el volante se frena, pero no en horas como mencioné sino en minutos, ya que mover un generador implica un efecto de freno electromagnético debido a que interaccionan campos para generar electricidad.
El volante es entonces puesto nuevamente en movimiento mediante estaciones de carga ubicadas a cierta distancia una de la otra en paradas determinadas. Pero al contrario que con las baterías, el volante adquiere su velocidad en poco tiempo, estando listo para seguir viaje.
Aplicado a un autobús, obtenemos la invención que menciona el título del post: El GIROBÚS.
Girobús G3, fabricado por Oerlikon en 1953. En exhibición.
Un poco de historia
Esta invención no es nueva. Sus orígenes datan de principios del siglo XX y fue aplicada a lo largo del mencionado siglo en diversas localizaciones en el mundo. Todo se remonta al año 1909 en el cual el magnate de la prensa e inventor August Scherl patenta y pone a prueba junto con otros inventores un monorriel estabilizado por medio de una rueda giroscópica en el Jardín Zoológico de Berlín. El invento, si bien no funcionaba según el principio de la batería inercial, demostraba la viabilidad de tener un volante a bordo de un rodado.
El segundo hito fue marcado en el año 1944, cuando la Oerlikon de Suiza, famosa por sus sistemas automáticos de armas, diseñó y puso a punto una locomotora electro-diesel impulsada por un volante, la ahora legendaria Sentinel-Oerlikon Gyro Locomotive. La velocidad máxima del mismo se alcanzaba por medio de un motor diesel, el cual se encendía de a ciclos, ahorrando combustible de manera apreciable.
El éxito de esta experiencia alentó a dicha empresa para seguir por ese camino, ideando planos y conceptos para adaptar esta tecnología a autobuses. Estos esfuerzos darían finalmente a luz un prototipo experimental que se puso en funcionamiento en la localidad de Altdorf desde el 24 de noviembre al 5 de diciembre del año 1950.
El prototipo en Yverdon. Año 1950.
El mismo prototipo atravesando Glattbrugg en dirección al aeropuerto. Año 1950.
El prototipo en el aeropuerto de Zurich. Dignatarios y políticos presentes. Año 1950.
El prototipo visitando Seebach. Año 1950.
Este mismo demostrador de tecnología iría siendo trasladado a diversas ciudades europeas a manera de propaganda, hasta el año 1954.
Los modelos subsiguientes, ya de línea regular, eran perfeccionamientos de este prototipo, contando con prestaciones parecidas, a saber: Un volante de tres toneladas métricas que se hacía girar a 3000 revoluciones por minuto mediante estaciones trifásicas de 380 V. El motor eléctrico adosado a este volante era del tipo “jaula de ardilla”. La recarga era alcanzada en tiempos que variaban entre los 30 segundos y los 3 minutos, la carga del vehículo en posición de parada tomaba unos 40 minutos. Tres minutos puede parecer un retraso un tanto alto en una estación de recarga, pero recordemos que una batería de litio para un automóvil familiar (ya no para un enorme autobús) tarda un promedio de 4 horas para cargarse. Luego el tiempo pudo reducirse elevando la diferencia de potencial hasta los 500 V.
La autonomía era de unos 6 km a velocidades máximas que rondaban los 50 a 60 km/h, existiendo reportes de algunos girobuses que alcanzaron los 10 km.
Servicio comercial
Los primeros girobuses comerciales se pusieron en funcionamiento en octubre de 1953, uniendo las ciudades suizas de Yverdon-les-Bains y Grandson. Sin embargo esta era una ruta con un potencial de tráfico limitado y con poca viabilidad comercial. Tenían una capacidad de 70 pasajeros (35 sentados y 35 de pie). La velocidad máxima de estos primeros girobuses alcanzaba casi los 60 km/h con una carga de 14 toneladas, tal vehículo recibía la energía inicial a partir de tomas eléctricas ubicadas en postes cada 5 kilómetros, la electricidad pasaba a un alternador dentro del girobús y era transferida mediante embragues como energía mecánica al motor con gran volante inercial de 3 t que así rotaba a una velocidad de 3000 rpm (revoluciones por minuto).Los dos girobuses de esta línea dejaron de prestar servicio en octubre de 1960. Posteriormente fueron desmantelados junto con el prototipo mencionado anteriormente, por lo que ninguno sobrevive a la fecha.
Las pocas fotografías que sobreviven del girobús de Yverdon-les-Bains/Grandson. Sin fecha.
La siguiente ciudad en adoptar este sistema fue Léopoldville en el Congo Belga (hoy día Kinshasa, República Democrática del Congo). Se pusieron en servicio 12 vehículos (otras fuentes sugieren que fueron 17), para cubrir 4 rutas, con estaciones de recarga cada 2 km. Estos fueron los girobuses más grandes de la historia, con una longitud de 10.4 metros y un peso de 10.9 toneladas. Podían llevar hasta 90 pasajeros a una velocidad máxima de 60 km/h.
Fila de girobuses en la entrada de la principal estación de trenes de Leopoldville. Sin fecha.
Congoleños posando frente a una flamante unidad durante la carga del volante. Sin fecha.
Otra vista de unos girobuses ante la estación. Sin fecha.
Hubo, sin embargo, problemas relacionados con desgastes debido al uso y la fatiga. Principalmente porque los conductores tomaban atajos por vías no pavimentadas, que durante las lluvias se convertían prácticamente en pantanos. Otro problema era el remplazo frecuente de los rodamientos de bolas del volante, que solían romperse. Además la humedad ambiental (estamos hablando de África ecuatorial) solía sobrecargar los motores de impulso.
Sin embargo la causa determinante de que en 1959 se abandonara finalmente este sistema no fue ninguna de las anteriores, sino un consumo eléctrico que fue considerado por las autoridades del momento como “elevado”: 3,4 kWh/km.
Un recuerdo del pasado. Poste de carga abandonado en la ciudad de Kinshasa (ex Leopoldville), República Democrática del Congo (ex Congo Belga).
El tercer sitio donde fue implementado este sistema fue la ciudad de Gante, en Bélgica. Se pusieron en servicio tres girobuses de eje vertical que cubrían el trayecto Gante del Sur-Merelbeke (ciudades vecinas ubicadas en Flandes). Este volante de eje vertical estaba en el centro del coche, abarcando parte de la cabina de pasajeros, como puede apreciarse en las fotos.
Girobús G3, museo del transporte de Amberes, vista frontal exterior.
Girobús G3, museo del transporte de Amberes, vista trasera exterior.
Girobús G3 en proceso de carga.
Otra vista del proceso de carga.
Vista interna desde la cabina del conductor.
Vista interna desde la parte trasera.
Vista superior de la carcasa del motor. Debajo, la cubierta del volante.
Estaba planeado que este trayecto fuera el inicio de una red de rutas múltiples. En cambio el servicio se suspendió al cabo de tres años, durante el otoño de 1959. Fueron considerados poco rentables por la empresa operadora, declarando que “pasaban más tiempo fuera de las carreteras que en ellas” y que su peso dañaba el pavimento. Otra de las razones fue que el consumo eléctrico, si bien no tan alto como el del Congo (unos 2.9 kWh/km) era superior al sistema de tranvías que consumían entre 2.0 y 2.4 kWh/km con una capacidad superior de pasajeros.
Uno de estos girobuses sobrevive hasta el día de hoy, restaurado y conservado en un museo del transporte en Amberes, y es el que vieron en las fotos a color más arriba. Es puesto en funcionamiento en ocasiones (llevando incluso pasajeros) tales como exposiciones, ferias de entusiastas del transporte, etc.
El depósito de tranvías de Merelbeke cerró en 1998 pero se mantiene en pie en virtud de una ley que lo protege.
Ventajas:
Es silencioso.
No contaminante (las emisiones quedan restringidas al sistema que se haya utilizado para generar la electricidad de alimentación).
No corre sobre rieles y no posee catenarias (esto permite una gran flexibilidad al poderse variar las rutas).
Puede operar flexiblemente a distancias varias.
Desventajas:
Son pesados. Un girobús que lleve 20 pasajeros una distancia de 20 km requiere un volante de 3 toneladas.
El volante, que gira a 3000 rpm requiere una protección, sistema de seguridad y anclaje especial ya que su borde externo gira a 900 km/h.
Si el volante tiene eje horizontal, un cambio en la dirección del coche (por ejemplo al doblar una esquina) provocarían que el mismo se inclinara peligrosamente.
Uso moderno
El girobús como tal, no existe al día de hoy. Un vehículo experimental que utiliza un volante más pequeño se puso a prueba en Dresde, Alemania. Se denomina “Autotram” y se trata de un vehículo similar a un autobús de dos cuerpos, mas el volante no lo propulsa, sólo lo utiliza para acumular energía durante el frenado y así ahorrarla. La propulsión principal se hace mediante baterías de ion-litio.
Sin embargo, luego del año 1960, que viera el último girobús en funcionamiento, se han hecho investigaciones muy fructíferas en cuanto a la tecnología desarrollada para paliar las desventajas de este transporte, pero no en su aplicación.
En el año 1979 la General Electric obtuvo un contrato de cinco millones de dólares por cuatro años de parte del gobierno de los EEUU, el Departamento de Energía y el de Transporte de dicho país para desarrollar un autobús propulsado mediante volantes.
En 1980, la Volvo experimentó brevemente con un acumulador de volante que se cargaba mediante un pequeño motor diesel, siendo luego recargado por energía de frenado. No fructificó, se volcaron hacia los acumuladores hidráulicos.
En el 2005 el Center for Transportation and the Environment (Centro para la Transportación y el Ambiente) de la Universidad de Texas en Austin ha comenzado el desarrollo de proyectos similares para su fabricación en Estados Unidos.
Otros logros que no pueden pasarse por alto vienen de parte de la NASA y otras empresas de ingeniería avanzada que desarrollaron modernos volantes que, girando en el vacío y sin rozamiento (mediante suspensión por cojinetes de levitación magnética) se acumula mucha más energía cinética ya que pasamos de las “modestas” 3000 rpm a valores entre 20000 y 30000 rpm, lo que aumentaría de manera increíble la autonomía. Siendo que son más livianos y giran más velozmente, algunos científicos afirman que ya pueden construirse girobuses con 100 km de autonomía.
Se han planteado soluciones obvias al problema de la inercia giroscópica en las curvas y en los caminos no nivelados. Una muy elegante es la de colocar dos volantes de eje vertical de manera simétrica y girando sincrónicamente pero en direcciones opuestas.
Es decir, si bien este sistema presenta bondades y falencias, creo que su abandono fue demasiado apresurado, sobre todo teniendo en cuenta la innovación de la tecnología moderna y los adelantos hechos en pro de este sistema de transporte.
A continuación les dejo unas imágenes para que vayan interiorizándose acerca de su funcionamiento básico
Portada de la revista Science and Mechanics de la época, en donde se lee: Un volante giratorio alimenta este autobús silencioso.
Chasis de un girobús. Se aprecia el motor de impulso de las ruedas en la parte de atrás, flanqueado por bancos de capacitores. En el centro puede verse el robusto soporte del mecanismo del volante en forma de anillo. Más adelante, el soporte de las baterías
Plano del girobús, en proyección lateral y frontal y planta superior. Se aprecian los detalles internos del chasis más arriba expuesto.
Esquema del girobús, con detalles sobre sus partes básicas. Epígrafes:
1) Volante; 2) Motor de impulso; 3) Capacitores; 4) Batería con carga auxiliar; 5) Colectores de corriente del techo; 6) Contactos de activación y puesta a tierra; 7) Interruptor de control de velocidad; 8) Interruptor para el control del par de las ruedas; 9) Selector del apartado 7; 10) Selector del apartado 8; 11) Mástil de carga; 12) Interruptores de corte de carga; 13) Limitadores inductivos de la corriente de carga.
Detalle del armado de un volante de inercia de un girobús. Una vez más vemos el rotor tipo "jaula de ardilla", el volante de 3000 kilos y la caja que contiene todo el sistema, abierta.
Plano detallado del mecanismo del volante y el motor que lo impulsa. Se distinguen los cojinetes sobre los que gira, como así también el estator y el rotor del motor-alternador.
Espero que les haya interesado y quieran saber más de este tema. Un saludo grande.
Fuentes:
http://es.wikipedia.org/wiki/Girob%C3%BAs
http://en.wikipedia.org/wiki/Gyrobus
http://en.wikipedia.org/wiki/Flywheel_energy_storage
http://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_inercial
http://www.fbw.ch/galerie/gyrobus/gyroafrika.HTM
http://www.fbw.ch/galerie/gyrobus/gyrotechnik.HTM
http://photo.tramscape.com/?next=1&scale=0.5&cat=transport%3Eother%3Egyrobus%3Eflywheel
http://photo.proaktiva.eu/?pict=trolleybus/gyrobus_principle&cat=transport>other>gyrobus&next=on
Nota: Si bien las páginas anteriores están en montones de idiomas, además del castellano, sólo hablo inglés y algo de alemán. De las páginas en otros idiomas saqué más que nada fotos. Y si era precisa alguna aclaración utilicé el traductor de Google.