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Vehículos Mazda de hidrógeno, información y nuevas imágenes
1. Mazda y los vehículos de hidrógeno Dieciocho años de investigación de Mazda en el campo del hidrógeno Mazda lleva 18 años trabajando en el desarrollo de vehículos de hidrógeno: su primer prototipo, el HR-X, se presentó en el Salón del Automóvil de Tokio en 1991. Ya entonces, este concept incorporaba un motor rotativo de hidrógeno. Mazda es una marca muy comprometida con el desarrollo sostenible, y por eso no ha dejado de investigar nuevas energías que satisfagan las necesidades de movilidad de las futuras generaciones y al mismo tiempo sean respetuosas con el medio ambiente. No obstante, el objetivo global de Mazda es solucionar estos problemas sin perjuicio de sus valores Zoom-Zoom de dinamismo y placer de conducción. Por este motivo, se eligió un motor rotativo de hidrógeno. El motor Renesis, basado en la patente de Wankel, está arraigado en el ADN de Mazda, y sus numerosas ventajas hicieron que fuera elegido como aliado para el cumplimiento de los nuevos requisitos ecológicos de la compañía. Desde principios de los años noventa, fruto de esta intensa labor de investigación, los prototipos de hidrógeno de Mazda no han dejado de sucederse hasta llegar al primer RX-8 Hydrogen RE, un concept que fue presentando durante el Salón del Automóvil de Tokio de 2003. El prototipo de 2004 homologado para circular sentó las bases del Mazda RX-8 Hydrogen RE, que de hecho ya se ha conducido en vías públicas de Japón y, a partir de este año, también en Noruega. Equipado con un sistema híbrido de combustible, el vehículo funciona indistintamente con hidrógeno o gasolina, facilitando de este modo su uso cotidiano. Desde 2006, los vehículos Mazda RX-8 Hydrogen RE se ofrecen en régimen de lease a empresas y autoridades locales japonesas: se trata del primer turismo con un motor de combustión interna de hidrógeno del mundo que es objeto de este tipo de acuerdos. Este esfuerzo “comercial” único está proporcionando a Mazda una valiosa experiencia para el futuro desarrollo de sus vehículos impulsados por hidrógeno. Todos estos conocimientos pronto expandirían las actividades ecológicas basadas en el hidrógeno de Mazda más allá de las fronteras japonesas. En 2007, Mazda firmó un acuerdo para el suministro de vehículos RX-8 Hydrogen RE a HyNor, un proyecto nacional destinado a crear una infraestructura de hidrógeno en Noruega. En 2008, se entregó el primer RX-8 Hydrogen RE a HyNor para su validación inicial. El mismo año, Mazda obtuvo la autorización del gobierno japonés para probar el nuevo Premacy (que en Europa se denomina Mazda5) Hydrogen RE Hybrid en las vías públicas del país. En 2009 este modelo se comenzó a ofrecer en régimen de lease en Japón, así como el suministro progresivo de unidades del RX-8 Hydrogen RE a HyNor, en Noruega. 2. La combustión de hidrógeno: ¿cómo funciona? El hidrógeno: una fuente de combustible limpia, reciclable y abundante El hidrógeno es uno de los elementos más abundantes que existen: por sí solo representa el 75% de la materia del universo. Existe en grandes cantidades en las estrellas y los planetas gigantes gaseosos. Sin embargo, en la Tierra es poco frecuente encontrarlo en su estado natural (su escaso índice de masa hace que escape a la fuerza de la gravedad), aunque sí puede hallarse en el agua de los ríos y océanos. Para obtenerlo, es necesario llevar a cabo un proceso de electrólisis acuosa que divide en dos la molécula del agua (H20): esto produce dioxígeno (02) por un lado, y dihidrógeno (H2) por el otro. Para este proceso de electrólisis se necesita electricidad, un elemento que se puede producir por distintos medios ecológicos (energía eólica, solar, hidroeléctrica, etc.). El hidrógeno también se puede obtener a partir de combustibles fósiles orgánicos (carbón, petróleo, gas natural), y es un subproducto de varios procesos industriales (sustancias químicas, soldadura, etc.). La combustión del hidrógeno sigue las fórmulas químicas más sencillas: dos moléculas de H2 combinadas con una molécula de 02 forman dos moléculas de H20 en forma de vapor, y al mismo tiempo liberan una gran cantidad de energía. Esta reacción apenas produce óxidos de nitrógeno (NOx) y no libera nada de C02 (un gas de efecto invernadero). El hidrógeno es considerablemente más combustible que la gasolina convencional. Puede prender con muy poca energía, y el frente de llama se extiende con mayor rapidez (aproximadamente 265 cm/s en condiciones estequiométricas, frente a los 40 cm/s de la gasolina). Como inconveniente, el hidrógeno posee menos energía con un volumen equivalente. Se trata de un combustible que se utiliza en gran medida en los cohetes y lanzaderas espaciales, aunque también se puede utilizar en un motor de combustión interna, como en el caso del RX-8 Hydrogen RE. A diferencia de los combustibles fósiles, el hidrógeno forma parte de un ciclo perfectamente equilibrado: después de su uso, el hidrógeno obtenido a partir del agua por electrólisis se libera en forma de vapor, volviendo así al ciclo del agua natural. En cambio, el C02 emitido por la quema de combustibles fósiles supera la cantidad que normalmente absorben las plantas. La combustión de hidrógeno no es el único medio para liberar la energía que se necesita para propulsar un vehículo: el hidrógeno también puede alimentar una pila de combustible, en cuyo interior reacciona con el oxígeno para producir una corriente eléctrica. Sin embargo, a pesar de las ventajas de las pilas de combustible (elevada producción de energía, cero emisiones de óxido de nitrógeno), su fabricación resulta compleja y costosa, y requiere un completo rediseño de la cadena cinemática y su integración en el vehículo. En consecuencia, esta tecnología aún no ha evolucionado de manera suficiente como para poder aplicarla a la vida cotidiana. El motor rotativo: ideal para funcionar con hidrógeno La experiencia de Mazda con esta tecnología no fue la única razón que animó al fabricante a optar por el motor rotativo en vez de por uno de movimiento alternativo como base para sus diseños de vehículos de hidrógeno. El motor rotativo se adapta especialmente bien a las necesidades específicas del hidrógeno como combustible. Como ya hemos visto, el hidrógeno es altamente combustible, lo que puede causar problemas en la cámara de combustión de un motor de movimiento alternativo (combustión anormal). En un motor convencional, la mezcla de aire y combustible se inyecta directamente en una cámara de combustión a alta temperatura que está sellada por medio de válvulas de escape de gases muy calientes. Estas condiciones no son las más favorables y hacen que el hidrógeno sea un combustible menos atractivo para un motor tradicional. En cambio, el motor rotativo tiene cámaras separadas de entrada, combustión y escape. Por tanto el hidrógeno se inyecta a una temperatura inferior y sólo en el último momento entra en contacto con las altas temperaturas de las cámaras de combustión. La otra característica esencial del hidrógeno es que produce menos energía a volúmenes equivalentes cuando entra en combustión porque tiene una densidad menor que la de la gasolina. La baja densidad del hidrógeno –inyectado en estado gaseoso– significa que la cantidad requerida para la combustión ocuparía el 29,5% del volumen de la cámara de combustión, en comparación con el 1,7% de la gasolina. El resultado sería una menor cantidad de aire inyectado, que tendría como consecuencia una combustión incompleta y una reducción de la potencia. Por eso, y para contrarrestar este fenómeno, es mejor optar por la inyección directa en la cámara de combustible. Resulta, además, que es más fácil colocar un inyector adicional en la cámara de entrada de un motor rotativo que en el lateral de la estrecha culata de cilindro de un motor de pistones. Además, el motor rotativo combina mejor la mezcla de aire/hidrógeno que un motor normal, debido a que su ciclo es más largo. El resultado es una mezcla más homogénea que, por consiguiente, alcanza una mejor combustión. 3. Mazda RX-8 Hydrogen RE De prototipo a la carretera en tan sólo dos años y medio El motor rotativo RENESIS, merecedor de cuatro premios al Motor Internacional del Año en 2003 y 2004, y célebre por proporcionar altas dosis de diversión al volante, constituye la base del desarrollo del motor de hidrógeno de Mazda. Mazda presentó en el Salón del Automóvil de Tokio de 2003 el primer prototipo de motor de hidrógeno de RENESIS, que ya entonces integraba un sistema de combustible dual que le permitía funcionar indistintamente con hidrógeno o gasolina. Los inyectores de gasolina se encontraban situados en los conductos de admisión, al igual que en los motores RENESIS normales, y se habían añadido dos inyectores de hidrógeno por rotor. El objetivo era trasladar esta nueva tecnología al mercado en tres años. En 2004, un prototipo de Mazda RX-8 Hydrogen RE recibió la autorización del Ministerio de Tierras, Infraestructura y Transporte japonés para iniciar las pruebas del modelo en la vía pública. Tras haber recibido la aprobación correspondiente, el RX-8 Hydrogen RE se sometió a varias series de pruebas que generaron una gran cantidad de información sobre el rendimiento del vehículo para poder suministrarlo en régimen de lease a organismos gubernamentales y empresas. En marzo de 2006, los primeros clientes de flotas recibieron sus vehículos Mazda RX-8 Hydrogen RE. Mazda RX-8 Hydrogen RE: optimizado para lograr un rendimiento lo más ecológico posible Al margen de sus propios logos identificativos, el RX-8 Hydrogen RE es prácticamente igual a un RX-8 convencional. Esto no deja traslucir el hecho de que el vehículo haya sido modificado para reducir las emisiones contaminantes al mínimo en todas las fases de la vida del producto. El motor de hidrógeno RENESIS ha sido equipado con un sistema de recirculación de los gases de escape (EGR) que ofrece una combinación de alto rendimiento y menores emisiones de NOx cuando consume hidrógeno. Mazda RX-8 Hydrogen RE: diseñado para ofrecer placer de conducción y mayor rendimiento Las pruebas en vías públicas del primer prototipo del RX-8 Hydrogen de 2004 nos proporcionaron una gran cantidad de información muy útil que se aprovechó en el desarrollo y fabricación de las versiones posteriores. La última versión HyNor difiere de sus antecesoras en varios aspectos:
Mazda RX-8 Hydrogen RE: máximo compromiso con la seguridad Los dos depósitos de hidrógeno se encuentran en el maletero. El combustible se mantiene a una presión de aproximadamente 350 bar (35 MPa). Para dotar al vehículo de la máxima seguridad, se han instalado detectores de hidrógeno en la cuna del motor, el maletero y el habitáculo que permiten localizar cualquier posible fuga del gas. Mazda RX-8 Hydrogen RE: tecnología de combustible dual para conducir con toda tranquilidad Hasta que no se establezca una verdadera red de distribución de hidrógeno en Europa (en la actualidad sólo existen proyectos en fase experimental), resulta difícil imaginar cómo se podría utilizar a diario un vehículo que consumiese exclusivamente este combustible. El Mazda RX-8 Hydrogen RE ofrece la solución perfecta a este problema: su motor RENESIS funciona con gasolina o hidrógeno. Para cambiar de un combustible a otro, se utiliza un botón que se encuentra situado junto al volante. Esta operación se puede realizar incluso cuando el vehículo está circulando. En caso de que se vacíe el depósito de hidrógeno, el sistema cambiará automáticamente a la propulsión por gasolina. Este cambio también se puede realizar a la inversa, presionando este botón cuando el vehículo está detenido. Esta tecnología de combustible dual es posible gracias al uso combinado de inyectores de gasolina estándar en el colector de admisión y de dos inyectores de hidrógeno (uno de ellos situado en la cámara rotativa para la inyección directa, y otro adicional en el colector de admisión). El control del motor activa una fuente de combustible u otra en función de las presiones del botón o el volumen de hidrógeno en el depósito. 4. Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid En 2009, tras 18 años de investigación, la búsqueda de combustibles alternativos por parte de Mazda llegó a un nuevo estadio con el lease del nuevo Premacy Hydrogen RE Hybrid (denominado Mazda5 en Europa): el primer híbrido rotativo del mundo que funciona con hidrógeno y gasolina. Este nuevo vehículo se beneficia de la dilatada experiencia de Mazda en el desarrollo de dispositivos eléctricos y rotativos de hidrógeno. El modelo hace gala de las tecnologías medioambientales de Mazda y, al margen del motor de hidrógeno, incluye varios componentes eléctricos esenciales (motor eléctrico, batería, unidad de control eléctrico). El Premacy Hydrogen RE Hybrid está equipado con una tracción en serie híbrida que combina el motor rotativo de hidrógeno de Mazda con un motor eléctrico. La potencia del motor se transforma en electricidad que sirve para alimentar el motor eléctrico, y éste a su vez mueve las ruedas. Gracias a este sistema (que consta del motor rotativo y el generador, el convertidor, el motor eléctrico y la batería), la batería se puede aprovechar para aumentar el rendimiento en función de las condiciones de conducción, ampliando la autonomía del hidrógeno a 200 km y aumentando la potencia en un 40% (hasta 110 kW). El resultado: cero emisiones en modo de hidrógeno y una conducción de las mismas características que con la gasolina. A pesar de que este vehículo ecológico cuenta con un depósito adicional para el hidrógeno, sigue ofreciendo espacio para cinco adultos y su equipaje. También dispone de otras avanzadas tecnologías medioambientales, como los componentes interiores fabricados con materiales biotecnológicos Mazda. Todo esto hace del Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid un vehículo ideal para cualquier lugar del mundo en el que se esté desarrollando una infraestructura de hidrógeno. Funcionamiento del sistema Arranque La electricidad procedente de la batería acciona el motor eléctrico. El par se transmite a través de un desmultiplicador al diferencial, que hace girar las ruedas para poner en marcha el vehículo. Si se necesita energía adicional, como por ejemplo para salir de forma repentina, el motor arranca para transmitir potencia al motor eléctrico. Conducción normal A medida que aumenta la velocidad, el motor responde. El generador, que está directamente conectado al motor, convierte su potencia en electricidad y el convertidor transfiere esta electricidad al motor eléctrico. Aceleración Si se necesita potencia adicional para subir un puerto o adelantar a otros vehículos, la batería complementa la energía suministrada por el motor. Deceleración El motor eléctrico hace las veces de generador. Recupera la energía de frenado transformándola en electricidad y cargando la batería. Parado Normalmente, en esta situación el motor se apaga. No obstante, si la batería está baja, el motor continúa al ralentí para recargarla. Una de las características especiales de este sistema es que el motor rotativo está directamente conectado al generador, de modo que la electricidad producida aumenta en proporción a la potencia del primero. Dicha electricidad acciona el motor eléctrico, por lo que ambos motores están perfectamente sincronizados para que el conductor pueda disfrutar de Zoom-Zoom de forma instantánea. Interfaz con el conductor
Materiales biotecnológicos Mazda Bioplástico El panel de la palanca de cambios, el panel inferior, la tapa de la guantera, la consola central y la cubierta del depósito de hidrógeno del Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid están fabricados con bioplástico Mazda. El bioplástico es un material neutro de carbono de origen vegetal. La sustitución de los plásticos derivados del petróleo por bioplásticos contribuye a reducir nuestra dependencia de este producto, y permite diversificar el origen de las materias primas. Además, la elaboración de este bioplástico a través de la fermentación de almidón y azúcares de origen vegetal consume un 30% menos de energía que la producción de los plásticos derivados del petróleo habituales (como el polipropileno). El uso de bioplásticos en el interior de los automóviles requiere que sean suficientemente resistentes para garantizar la seguridad de los pasajeros y la fiabilidad del vehículo. Para que este material tenga un aspecto de alta calidad, debe ser además apto para los procesos de moldeado por inyección. El bioplástico para vehículos debe poseer una resistencia a los impactos y al calor considerablemente superior a la de los bioplásticos de uso común. Gracias a un programa de investigación conjunta que sigue en curso entre autoridades regionales y organizaciones académicas e industriales , Mazda ha desarrollado un nuevo ácido poliláctico de origen vegetal** con una estructura molecular modificada que eleva su punto de fusión. Este nuevo ácido poliláctico actúa como producto de nucleación que favorece la cristalización, haciendo que el bioplástico alcance una excelente resistencia al calor y pueda moldearse por inyección. Mazda también mejoró la estructura molecular del material gracias a un aditivo flexible que aumenta la capacidad de absorción y dispersión de la energía de los impactos del bioplástico. Comparado con otros bioplásticos (como los que se utilizan para los electrodomésticos, por ejemplo), el bioplástico de Mazda es aproximadamente tres veces más fuerte (resistencia a los impactos) y un 25% más resistente al calor (en un índice similar al de los plásticos derivados del petróleo que se utilizan en el interior de los automóviles). Biotextil Las tapicerías de los asientos y las puertas del Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid están fabricadas con el biotextil Mazda. Este material está elaborado con fibras 100% de origen vegetal, y fue desarrollado en colaboración con Teijin Ltd. y Teijin Fibers Ltd. Este tejido no contiene elementos derivados del petróleo, y cuenta con el aspecto de alta calidad y la resistencia necesarios para su uso en el interior de vehículos. El biotextil de Mazda emplea el nuevo ácido poliláctico (obtenido durante el desarrollo del bioplástico Mazda) como agente cristalizador para controlar toda la arquitectura molecular de la resina de base y formar una estructura estereocompleja***. Esta técnica se empleó para reforzar la fibra, y el textil adquirió suficiente resistencia al desgaste para su uso en la tapicería de los asientos del vehículo. La experiencia acumulada por Mazda durante años de proyectos de colaboración con varias empresas en el campo de las tecnologías para el tratamiento de superficies, permitió dotar al material de otras cualidades esenciales para los textiles que se utilizan en los automóviles, como por ejemplo las propiedades ignífugas. También se modificó la estructura de la fibra y su proceso de coloración para mejorar el tacto y la calidad del material. De cara al futuro, Mazda prevé avanzar en la investigación y desarrollo de materiales biotecnológicos elaborados a partir de biomasa celulósica no basada en alimentos (como los residuos vegetales y las virutas de madera) para evitar consumir este tipo de recursos.
14 de Julio de 2009
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