Los estudiantes construyen un camper todoterreno solar
En el Salón Internacional del Automóvil de Múnich de 2021, BMW presentó con gran pompa el automóvil conceptual iVision Circular, diseñado para “la economía circular”, un término de moda en el movimiento ecológico que consiste en reciclar cosas viejas en nuevas utilizando la menor energía posible. El iVision fue el modelo de lo que podría ser el futuro de los automóviles, excepto por una cosa. No podía funcionar a menos que fuera empujado, remolcado o transportado. No tenía motor.
Sin embargo, BMW podría haber declarado legítimamente al iVision como un avance conceptual, excepto por otra cosa. Un grupo de estudiantes de la Universidad de Eindhoven en los Países Bajos lo había hecho primero, en 2018, y lo habían hecho mejor. Su automóvil de materiales reciclables – el chasis compuesto fue en gran medida derivado de remolachas azucareras – podía recorrer 240 millas con una carga y alcanzar velocidades máximas de alrededor de 60 mph.
Casi todos los años desde 2013, los estudiantes de Eindhoven han construido automóviles conceptuales operativos para demostrar que el diseño ecológico está al alcance de los principales fabricantes si tan solo lo intentaran (sí, detectas un toque de deleite; los estudiantes tienden a adoptar un entusiasmo ecológico al estilo de Greta Thunberg).
El logro más reciente, un camper todoterreno de dos plazas llamado Stella Terra, realizó un viaje de 1000 kilómetros (621 millas) en carretera y todo terreno a través de Marruecos hasta el Desierto del Sahara, impulsado completamente por paneles solares a bordo. Se dice que Terra, como la llaman los estudiantes, tiene una velocidad máxima teórica de 90 mph y un rango de 440 millas, si hace sol.
El secreto de su éxito radica en la integración única y eficiente de componentes comerciales, programación informática, un sistema de gestión de energía personalizado y 22 estudiantes altamente cafeinados.
Los estudiantes sueñan con sus propios proyectos, desde autos, drones, hasta dispositivos médicos. El éxito no está garantizado, dijo Madis Talmar, un profesor que supervisa los programas estudiantiles. Pero los proyectos de automóviles “han tenido éxito nueve veces hasta ahora”, dijo, “y eso es algo así como un milagro.”
Dos equipos de Eindhoven se concentran principalmente en automóviles de pasajeros, TU/Ecomotive, que ha producido un automóvil de basura reciclada, uno que podría recorrer 250 millas con el equivalente energético de un galón de gasolina, y otro producido principalmente en una impresora 3D. Luego está Solar Team Eindhoven, que, hasta ahora, diseñaba autos alimentados por el sol para competir en el World Solar Challenge de Australia, una carrera de 3000 kilómetros (1864 millas). Eindhoven ganó su categoría en cuatro desafíos consecutivos.
El año pasado, el Solar Team Eindhoven sintió que no tenía nada que demostrar compitiendo nuevamente. En cambio, construiría un vehículo utilitario, un camper todoterreno alimentado por energía solar, y demostraría que era apto tanto para carretera como para todo terreno. “Esa es la historia que queremos contar”, dijo Thieme Bosman, jefe de relaciones públicas del proyecto. “Que esto es posible en este momento.” Toma eso, Detroit.
Por un año completo, los miembros del equipo suspenden sus estudios (aun pagando la matrícula), y pasan días y noches apretados alrededor de computadoras, en reuniones, consultando a fabricantes y nuevas empresas. Apretujados en un garaje demasiado pequeño, trabajaron en secreto, a menudo entregando jornadas de 12 y 16 horas, eventualmente requiriendo un turno de día y un turno de noche para completar la construcción.
Los equipos de proyecto comienzan reclutando en la orientación estudiantil, buscando futuros ingenieros en software, dinámica térmica, aerodinámica, estructura y eléctrico, pero también especialistas en diseño, finanzas, relaciones públicas y marketing de eventos. Esas habilidades son secundarias a ser aprendices rápidos y agradables. “No se trata de ‘Conocemos a alguien que sabe hacer esto [una cosa] muy bien’, sino de alguien que puede aprender rápidamente y encaja bien en el equipo”, dijo Bosman, quien había puesto sus ojos en construir un auto solar desde la escuela primaria.
Los proyectos comienzan desde cero. “Sabíamos que haríamos algo con la energía del sol y la movilidad”, pero esa era la única limitación, dijo Bosman. Las ideas iniciales incluyeron varios autos solares, tuktuks solares y un submarino solar, que fue descartado como impráctico. El camper todoterreno alimentado por solar fue el elegido.
Pero ¿cómo construirlo? El principio rector era minimizar el uso de energía. El ahorro de peso era la máxima prioridad. Reducir la resistencia al rodado y al viento era crucial, ya que reemplazar los espejos retrovisores por pequeñas cámaras. Un camper emergente creó suficiente espacio para dos bolsas de dormir (donde los estudiantes agotados ocasionalmente hacían una siesta durante la construcción), pero se cerraba para reducir la resistencia en marcha.
Se eligieron motores de cubo de rueda por ser más ligeros y eficientes que un diseño de motor único y transmisión. ¿Pero tracción a las cuatro ruedas o dos? Después de todo, era un todoterreno. Razonaron que la tracción a las cuatro ruedas podría sacar un auto de un atolladero, pero un auto más ligero podría no atascarse en primer lugar. Tener dos motores delanteros ahorraría dinero, permitiría recorridos de cables más cortos, ahorraría peso y reduciría la pérdida de transmisión eléctrica. Dos motores era la elección.
Los estudiantes innovaron con partes ligeras. Por ejemplo, se reemplazó la densa barrera de protección de la batería por un panal de abeja entre dos placas de aluminio tratadas con un recubrimiento ignífugo avanzado. Fue probado por un laboratorio externo porque, “No teníamos la capacidad para hacer un incendio tan grande en nuestro lugar”, dijo Bob van Ginkel, gerente técnico del proyecto.
Las celdas solares presentaban desafíos particulares. Los paneles más eficientes, hechos para el espacio, eran demasiado caros. Las células más económicas producen menos energía y suelen estar protegidas por un vidrio pesado e inflexible. Los estudiantes resolvieron el problema con paneles que emplean un revestimiento de película novedoso, creando una barrera protectora ligera que también capturaba más luz que el vidrio. Las celdas revestidas eran flexibles, por lo que podían adaptarse al techo y capó aerodinámicos del automóvil.
El problema más grande con los paneles era maximizar la carga de energía a las baterías. Las baterías se cargan mejor con un suministro constante de energía, algo que las celdas solares no pueden proporcionar. Muchas variables hacen fluctuar la energía de la celda, como la temperatura y las nubes que pasan, por nombrar dos. Requiere un sistema para administrar cómo se distribuye la energía solar.
Los sistemas de gestión de potencia comerciales eran demasiado grandes o no podían manejar los 400 voltios generados por los paneles. “Así que lo diseñamos completamente nosotros mismos”, dijo van Ginkel.
Los tableros de PC impresos resultantes, de medio libra con dimensiones de 7.9 por 7.9 pulgadas, tenían una eficiencia del 97 por ciento, igual a los mejores convertidores residenciales más grandes. Más adelante demostrarían ser tan eficientes que a veces tenían que reducir el freno regenerativo del automóvil porque la batería estaba demasiado llena para admitir una carga.
La producción fue un proceso de ensayo y error que causó tanto euforia como angustia. “Un momento muy importante fue cuando el motor giró por primera vez”, dijo van Ginkel. Ese día, el equipo se reunió con ansias, sin saber muy bien qué esperar del sistema improvisado. Todos contuvieron el aliento cuando se presionó suavemente el acelerador, hubo un ligero zumbido, los motores giraron y un grito triunfante estalló. “Si funcionaba fuera del automóvil”, dijo van Ginkel, “funcionaría dentro del automóvil”.
Cuando finalmente se hizo rodar la Terra casi completa para su primera prueba de manejo, el ambiente era festivo y la confianza estaba alta. “Fue como lanzar un barco”, dijo van Ginkel. Cuando se presionó el acelerador, los motores zumbaban, las ruedas giraban y, como era de esperar, la Terra se movió, pero hacia atrás. La habitación quedó en silencio con una mortificante pausa. “Después de unos 10 segundos de eso, nos echamos a reír”, dijo van Ginkel. Los motores fueron intercambiados de izquierda a derecha, problema resuelto.
La Terra completada aún necesitaba un terreno de prueba. “¿Cómo se demuestra que un todoterreno solar puede funcionar?”, dijo Bosman. Eligieron Marruecos, porque no era difícil enviar la Terra allí. En segundo lugar, “Cada par de cientos de kilómetros, hay un paisaje diferente”, dijo Bosman. “Y sol”. El objetivo era recorrer más de 600 millas desde Tánger hasta el Desierto del Sahara durante 10 días totalmente con energía solar.
El sol era abundante, pero también lo eran los baches que destrozaban las ruedas. El equipo tuvo que lidiar con problemas técnicos manejables a diario, pero nada fue tan desafiante como los baches. En cuestión de días, los surcos de la carretera rompieron un pasador en el conjunto de dirección, que, con algo de esfuerzo, pudieron reparar.
Después de eso, surgió una estrategia. Un automóvil de avanzada alertaba a la Terra sobre los peligros inminentes. Pero en el quinto día, lo inevitable ocurrió. La rueda encontró un bache y el tirante de la dirección se rompió como un sirope envejecido.