Vehiculele cu aer comprimat sunt alimentate de motoare cu aer care utilizează aer, cum ar fi aerul comprimat stocat în cilindri. O astfel de acționare se numește pneumatică . În loc să amestecați combustibilul cu aer și să-l ardeți în motor și apoi să transferați energie către pistoane din gazele fierbinți în expansiune, în vehiculele cu aer comprimat, energia este transferată către pistoane din aer comprimat.
Sistemele de acționare a vehiculelor cu aer comprimat pot face, de asemenea, parte din sistemele hibride , adică sisteme care includ și baterii electrice și rezervoare de combustibil pentru a le reîncărca.
Motoarele cu aer comprimat tipice (motoare cu aer) folosesc unul sau mai multe pistoane . Motoarele pneumatice sunt în principiu foarte asemănătoare ca design cu motoarele hidraulice . În unele cazuri, este recomandabil să încălziți aerul sau motorul pentru a crește puterea. Acest lucru este valabil mai ales având în vedere că aerul care se extinde în motoarele de aer este răcit.
Buteliile de stocare a aerului comprimat trebuie proiectate în conformitate cu standardele de siguranță pentru recipientele sub presiune. Un exemplu de astfel de standard este ISO 11439 [1] .
Cilindrii pot fi fabricați din următoarele materiale:
Materialele pe bază de plastic sunt mai ușoare decât cele metalice, dar în general sunt mai scumpe. Cilindrii metalici pot rezista la un număr mare de cicluri de încărcare-descărcare, dar trebuie verificați periodic pentru coroziune.
Una dintre companii folosește cilindri proiectați pentru o presiune de 30 MPa [2] .
Buteliile vehiculelor descrise trebuie umplute la stații de alimentare speciale cu echipamentul necesar. Costul conducerii unor astfel de vehicule aeriene, așa cum este de așteptat de obicei, ar trebui să fie de aproximativ 0,75 EUR la 100 km, cu o reumplere completă a cilindrilor la „stația de balon” - aproximativ USD[ rafina ] 3.
Aerul comprimat are o densitate energetică scăzută. La o presiune de 300 bar , densitatea de energie poate ajunge la aproximativ 0,1 MJ /litru (ținând cont de posibilitatea de încălzire a aerului), ceea ce este comparabil cu capacitatea bateriilor electrochimice cu plumb . Cu toate acestea, pe măsură ce bateriile se descarcă, tensiunea la ieșirile lor scade relativ puțin; la vehiculele care funcționează cu combustibil chimic, se asigură o putere constantă de la primul până la ultimul litru din acest combustibil. În același timp, presiunea la ieșirea cilindrilor scade pe măsură ce se consumă aer. Gazul dintr-o butelie de scuba poate fi comprimat până la 1000 bar (100 MPa), dar acum astfel de butelii sunt scumpe și au un volum mic.
O mașină de dimensiuni și formă normale consumă aproximativ 0,6-1,0 MJ la 1 km de cale pe arborele de transmisie [3] , deși îmbunătățirea formei poate duce la scăderea acestui număr.
La fel ca și alte tehnologii fără ardere, utilizarea vehiculelor cu aer comprimat poate scăpa de emisiile rutiere prin țevile de eșapament și le poate muta în centrale electrice centralizate , ceea ce facilitează procesul de eliminare a acestor emisii. Cu toate acestea, lubrifianții trebuie adăugați în aerul comprimat al acestor vehicule pentru a reduce forțele de frecare și pentru a reduce uzura echipamentelor pneumatice. Acești lubrifianți pot polua ulterior mediul.
Vehiculele cu aer comprimat sunt comparabile în multe privințe cu vehiculele alimentate cu baterii , dar au următoarele beneficii potențiale :
În vehiculele cu aer comprimat au loc diferite procese termodinamice , cum ar fi răcirea în timpul expansiunii și încălzirea în timpul compresiei aerului. Deoarece este imposibil să se utilizeze procesele teoretice ideale în practică, pierderile de energie sunt obligate să apară, iar îmbunătățirea poate urma calea reducerii lor. Una dintre direcții poate fi utilizarea unor schimbătoare de căldură mari, care permit, pe de o parte, să încălziți mai eficient motorul de aer și, pe de altă parte, să răcească habitaclu. În același timp, căldura obținută prin comprimarea aerului poate fi folosită pentru încălzirea sistemelor lichide (apă) și utilizată ulterior.
Un producător a anunțat dezvoltarea unui motor cu aer cu o eficiență de 90% [8] .
La începutul secolului al XIX-lea, utilizarea aerului comprimat ca motor pentru diverse sisteme a fost foarte răspândită și a început să dispară abia odată cu avansul în utilizarea în masă a energiei electrice [10] . Înainte de aceasta, antrenarea pneumatică a fost încorporată în diferite dispozitive - de la sonerii pneumatice, poștă pneumatică , arme pneumatice și până la calea ferată pneumatică propusă în 1827 .
În 1861, la uzina Alexander din Sankt Petersburg , S.I. Baranovsky a construit o locomotivă pe o acționare pneumatică , care a fost numită tunelul eolian Baranovsky [11] . Locomotiva a fost folosită pe calea ferată Nikolaev până în vara anului 1862 .
Aerul comprimat a fost folosit încă din secolul al XIX-lea pentru a alimenta locomotivele din industria minieră . În plus, în unele orașe, cum ar fi Paris , aer comprimat a fost folosit pentru a conduce tramvaiele, alimentate de o rețea centrală de distribuție pneumatică la nivelul întregului oraș. Anterior, aerul comprimat era folosit în motoarele de torpilă pentru a le propulsa înainte.
În timpul construcției Căii Ferate Sf. Gotthard între 1872 și 1882 , la construcția Tunelului Feroviar Gotthard au fost folosite locomotive pneumatice .
În 1903, compania Liquefied Air din Londra ( în engleză: Liquid Air Company ) construia vehicule cu aer comprimat și lichid. Principalele probleme la aceste vehicule, precum și la vehiculele cu aer comprimat în general, au fost (sunt) cuplul insuficient al motoarelor cu aer și costul ridicat al aerului comprimat [12]
Recent[ când? ] Mai multe companii au început să dezvolte vehicule cu aer comprimat , deși niciuna nu a fost lansată publicului larg sau testată independent.
În 1997, guvernul mexican a încheiat un acord cu compania europeană MDI , care a prezentat un prototip de Taxi Zero Pollution s, pentru a înlocui treptat flota de taxiuri din Mexico City (unul dintre cele mai poluate megaorașe din lume) cu transportul „aerian”. . [13]
Trei studenți sunt ingineri mecanici de la Universitatea de Stat din San Jose ; Daniel Mekis, Dennis Schaaf și Andrew Mirovich au proiectat și construit o bicicletă care funcționează cu aer comprimat. Costul total al prototipului a fost de aproximativ 1.000 USD. Viteza maximă a fost înregistrată în mai 2009 și a fost de 23 mph. (37 km/h) [14]
Motocicleta cu aer comprimat a fost făcută de Edwin Yi Yuan. Modelul se bazează pe Suzuki GP100 unde Angelo Di Pietro a folosit tehnologia aerului comprimat [15] . De asemenea, un model de la designerul australian Dean Benstead bazat pe Yamaha WR250R [16]
Ca parte a emisiunii TV Planet of the Mechanics , Jem Stansfield și Dick Strawbridge au transformat un scuter obișnuit într- un moped cu aer comprimat . [17] [18] .
Mai multe companii sunt angajate în cercetarea și producția de prototipuri ale unor astfel de vehicule , cu planuri de a le lansa pe piață în 2016.
Motor Development Internationalproduce vehicule MultiCAT care pot fi folosite ca autobuze sau camioane .