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Un Carro a nitrógeno líquido obtiene su poder del nitrógeno líquido, el cual se guarda en el tanque. Los diseños tradicionales del motor funcionan calentando el nitrógeno en un intercambiador de calor, extrayendo aire del ambiente y usando el gas presurizado para hacer funcionar un motor de pistones rotatorios.Se ha demostrado que los vehículos propulsados por nitrógeno son posibles, pero no son comerciales. Uno de tales vehículos, aire líquido fue exhibido en 1902.
La propulción por nitrógeno líquido pordría incorporarse a los sistemas híbirdos, ejemplo, batería eléctrica y tanques de combustible para recargar las baterías. Este tipo de sistemas se llama propulsión a nitrógeno líquido híbrido eléctrico. Adicionalmente, el freno regenerativo puede ser usado a la par de este sistema.
Descripción[editar]
EL nitrógeno líquido es generado mediante un proceso Criogénico o un Motor Stirling, [1][2][3] enfriadores que licuan el principal componenete del aire, nitrógeno (N2). El enfriador puede ser alimentado con electricidad o energía mecánica directa. hidroelectrica , eólica. [cita requerida]
El nitrógeno líquido es distribuido y almacenado en contenedores aislados. El aislamiento reduce el flujo de calor dentro del depósito; esto es necesario por que el calor del ambiente hierve el líquido, el cual se transforma a su estado gaseoso. Reducir el influjo de calor reduce la pérdida de nitrógeno del depósito. Los requerimientos de almacenage impiden el uso de tuberías como medio de trasnporte. Como las tuberías de larga distancia serían muy costosas dados los requerimientos de aislamiento, sería costoso el uso de energía lejana para la producción de nitrógeno líquido. Las reservas de petróleo usualmente se localizan a una gran distancia de donde se consume, pero puede ser transportado a temperatura ambiente.
El consumo de nitrógeno líquido es en escencia, su producción en reversa. El Motor Stirling o motor de calor criogénico ofrece una forma de epropulsar vehículos y también de generar electricidad. El nitrógeno líquido también puede servir como refrigerante directo para refrigeradores, equipo eléctrico y unidades de aire acondicionado. El consumo de nitrógeno líquido es, en efecto, hervir y regresar el nitrógeno a la atmósfera terrestre.
En el Motor Dearman el nitrógeno es calentado mediante su combinación con el flojo de calor del cilindro del motor. e.[4][5]
Críticas[editar]
Costo de producción[editar]
La producción de nitrógeno líquido es un proceso energético intensivo. Actualmente las plantas de refrigeración que producen unas pocas toneladas al día de nitrógeno líquido operan cerca del 50% de eficiencia Carnot.[6] Actualmente, el nitrógeno líquido se produce como un subproducto en la elaboración del oxígeno líquido.[4]
Densidad energética del nitrógeno líquido[editar]
Cualquier proceso que se base en un cambio de fase de una substancia tendrá un menor nivel de densidad energética que otros procesos que involucren una reacción química en una substancia, en cambio, estas tienen menores densidades energéticas que las reacciones nucleares. El nitrógeno líquido como fuente de poder tiene una baja densidad eléctrica. Por otro lado, los hidrocarburos líquidos tienen una alta densidad energética. Una alta densidad energética facilita la logística de transporte y almacenaje. La comodidad y accesibilidad son factores importantes para la aceptación pública. La facilidad de transporte y almacenaje del petróleo, aunado a un bajo costo, han derivado en un éxito sin igual. Adicionalmente, el petróleo es una energía primaria, no solo un medio de almacenamiento de energía y transporte.
La densidad energética — derivada de la vaporización de gases específicos y el calor isobárico del nitrógeno — que puede producirse del nitrógeno líquido a presión atmosférica y cero grados celsius es aproxímadamente de 97 watt-horas por kilogramo (W-hr/kg). Esto en comparación con 100-250 W-hr/kg de una batería de ion de litio y 3,000 W-hr/kg de un motor de combustión interna funcionando al 28% de su eficiencia térmica, 30 veces la densidad del nitrógeno líquido usado con eficiencia Carnot.[7]
Para que un motor de expansión isotérmica tenga un rango comparable al de un motor de combustión interna ,es necesario un tanque aisaldo de 350 litros (92 US gal).[7] Un volumen práctico, pero notablemente mayor al tanque común de 50 litros (13 US gal) de gasolina. El uso de ciclos de poder más complejos reduciría esta necesidad. Sin embargo,no existen establecimientos que comercialicen nitrógeno líquido como combustible para vehículos.
Formación de escarcha[editar]
A diferencia de los motores de combustión interna,un motor criogénico requiere de intercambiadores de calor para calentar o refrigerar el fluido. En un ambiente húmedo, la escarcha impedirá al calor fluir y eso representa un gran reto de ingeniería. Para prevenir la formación de escarcha se pueden usar múltiples fluidos en el motor. Esto añade ciclos para asegurar que el intercambiador de calor no se congele. Intercambiadores de calor extra, peso, complejidad y pérdida de eficiencia son necesarios para tener un proceso libre de escarcha.[7]
Seguridad[editar]
Sin importar lo bien aislado que este el tanque siempre habrá pérdidas por evaporación a la atmósfera. Si un vehículo está en un lugar con mala ventilación, existe el riesgo que el nitrógeno fugado reduzca la concentración de oxígeno y esto cause asfixia. Ya que el nitrógeno es un gas incoloro e inodoro que ocupa el 78% del aire, el cambio sería difícil de detectar.
Los líquidos criogénicos son dañinos si se derraman. El nitrógeno líquido puede causar congelación y hacer algunos materiales en extremo quebradizos.
Como el nitrógeno líquido es más frío que 90.2K, el oxígeno de la atmósfera se puede condensar. El oxíqueno líquido puede reaccionar violenta y espontáneamente con compuestoa orgánicos, incluyendo derivados del petróleo como el asfalto.[8]
Como el radio de expansión de esta sustancia es de 1:694, una increíble cantidad de energía puede ser generada si el nitrógeno líquido se vaporiza rápidamente. En un accidente en 2006 en la Texas A&M University, la válvula de presión del tanque de nitrógeno líquido fue sellada con tapones de latón. Como resultado, el tanque falló y explotó violentamente .[9]
Tanques[editar]
Los tanques deben ser diseñados bajo estrictos estándares de seguridad aptos para una válvula de alivio de presión, como ISO 11439.[10]
Los tanques pueden estar hechos de:
- Acero
- Aluminio
- Fibra de carbono
- Kevlar
- Otras combinaciones de los materiales previos.
Los materiales de fibra son considerados más ligeros que metales, pero generalmente son más caros. Los tanques de metal pueden resistir una mayor cantidad de ciclos de presión, pero deben de ser revisados constantemente por corrosión. El nitrógeno líquido es comúnmente transportado en tanques aislados de 50 litros a presión atmosférica. Estos tanques sin presión no están sujetos a inspecciones. Los tanques grandes de LN2 aveces se presurizan a menos de 25 psi para ayudar en la transferencia del líquido a su punto de uso.
Emisiones[editar]
Como otras tecnologías libres de combustión, un vehículo a nitrógeno líquido desplaza las emisiones del escape a la planta de energía central. Donde las fuentes libres de emisiones están disponibles, la cantidad de gases contaminantes puede ser reducida. Las emisiones de una sola planta generadora central pueden ser mejor controladas que las de muchos vehículos dispersos.
Vemtajas[editar]
Los vehículos a nitrógeno líquido son comparables en muchos aspectos a un carro eléctrico, pero usan nitrógeno líquido en vez de baterías. Sus potenciales ventajas sobre otros vehículos eléctricos incluyen:
- Al igual que los vehículos eléctricos, los autos a nitrógeno líquido también obtienen su poder de una red eléctrica, lo que hace más fácil concentrar esfuerzos en reducir las emisiones de un solo lugar en vez de millones de vehículos.
- El transporte del combustible no representaría ningún problema, ya que la energía se tomaría de la red eléctrica. Esto significa que las emisiones por transportar el combustible serían eliminadas.
- Menor costo de mantenimiento
- Los tanques de nitrógeno líquido pueden ser reciclados más fácilmente que las baterías y sin contaminar tanto.
- Liquid nitrogen vehicles are unconstrained by the degradation problems associated with current battery systems.
- The tank may be able to be refilled more often and in less time than batteries can be recharged, with re-fueling rates comparable to liquid fuels.
- It can work as part of a combined cycle powertrain in conjunction with a petrol or diesel engine, using the waste heat from one to run the other in a turbocompound system. It can even run as a hybrid system.
Disadvantages[editar]
The principal disadvantage is the inefficient use of primary energy. Energy is used to liquefy nitrogen, which in turn provides the energy to run the motor. Any conversion of energy has losses. For liquid nitrogen cars, electrical energy is lost during the liquefaction process of nitrogen.
Liquid nitrogen is not available in public refueling stations; however, there are distribution systems in place at most welding gas suppliers and liquid nitrogen is an abundant by-product of liquid oxygen production.
Further reading[editar]
- C. A. Ordonez, M. C. Plummer, R. F. Reidy "Cryogenic Heat Engines for Powering Zero Emission Vehicles", Proceedings of 2001 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, November 11–16, 2001, New York, NY.
- Kleppe J.A., Schneider R.N., “A Nitrogen Economy”, Winter Meeting ASEE, Honolulu, HI, December, 1974.
- Gordon J. Van Wylan and Richard F. Sontag, Fundamentals of Classical Thermodynamics SI Version 2nd Ed.
References[editar]
- ↑ Balmer, Robert T. «14.15 Reversed Stirling Cycle Refrigeration». Modern Engineering Thermodynamics. Academic Press. ISBN 978-0-12-374996-3.
- ↑ history of refrigeration with Stirling engines
- ↑ [1] Comercial Sterling engine cooling
- ↑ a b Raili Leino (22 de octubre de 2012). «Mullistava idea: Tulevaisuuden auto voi kulkea typpimoottorilla». Tekniikka&Talous (en finnish).
- ↑ «The Technology». Dearman Engine Company. 2012.
- ↑ J. Franz, C. A. Ordonez, A. Carlos, Cryogenic Heat Engines Made Using Electrocaloric Capacitors, American Physical Society, Texas Section Fall Meeting, October 4–6, 2001 Fort Worth, Texas Meeting ID: TSF01, abstract #EC.009, 10/2001. Bibcode: 2001APS..TSF.EC009F
- ↑ a b c C. Knowlen, A.T. Mattick, A.P. Bruckner and A. Hertzberg, "High Efficiency Conversion Systems for Liquid Nitrogen Automobiles", Society of Automotive Engineers Inc, 1988.
- ↑ Werley, Barry L. (Edtr.) (1991). "Fire Hazards in Oxygen Systems". ASTM Technical Professional training. Philadelphia: ASTM International Subcommittee G-4.05.
- ↑ Brent S. Mattox. «Investigative Report on Chemistry 301A Cylinder Explosion» (reprint). Texas A&M University.
- ↑ Gas cylinders -- High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for automotive vehicles
External links[editar]
- Video of car powered by liquid air, embedded in BBC News report (car appears at 0m 52s).
- LN2 Vehicle 1, a liquid nitrogen–powered car using a Cryogenic Heat Engine at the University of North Texas.
- Discussion on LN2 vehicle feasibility at How stuff works
- Thermodynamic Properties of various fuels (tabulated data).