Automovilismo - El Ultracar: 42.5 km por litro

42.5 km por litro

De 0 a 96.5 km/h (60 mph) en 7.8 segundos, a 217 km/h (135 mph).
¡Y 160 km (100 millas) por galón! General Motors convierte un sueño en realidad.

Por Cliff Gromer

La puerta de ala de gaviota brinda fácil acceso a los pasajeros al frente y atrás

¿Ciento sesenta kilómetros por galón? ¡Por favor!, eso es una broma, ¿verdad... ? Ningún auto verdadero tiene un consumo de 42.5km/l (100mpg). Debe ser el esqueleto de un automóvil, como los que se ven en los comerciales de televisión de las compañías gasolineras. O pudiera tratarse de otro de esos mitos sobre los que se escucha, como el carburador Fish que le permite a cualquier automóvil desarrollar 160 km por cada 3.8 litros (160 mpg). Esto no puede ser cierto.
Pero es algo real. En efecto, la General Motors nunca antes había hablado tan en serio. Se trata del Ultralite (ultraligero) de General Motors. Y no solamente este auto realiza en carretera un recorrido de 160 km por 42,5km/l (100mpg), sino que acelera de 0 a 96.5 km/h (60 mph) en 7.8 segundos y desarrolla una velocidad máxima de 217.25 km/h (135 mph). Este, fanáticos de los autos deportivos, es el territorio del Mustang GT, un automóvil que consume 6.37 km/1 (15 mpg).
Con este auto de concepto GM ha querido explorarlo desconocido. En realidad el Ultralite tiene una apariencia extraña de acuerdo con los términos de diseño de 1992, pero tratemos de vislumbrar el futuro: entonces 3.781itros (1 galón) podrá tener un costo de US$10 (si se encuentra). y para proteger lo que queda del medio ambiente, los automóviles del Siglo XX habrán sido reciclados o consignados a los museos.
El objetivo fundamental es la eficiencia. Y el Ultralite lleva el concepto de eficiencia / rendimiento más allá que cualquier otra cosa en el planeta. La misión del Ultralite consiste en transportar una familia de cuatro personas con comodidad, al mismo tiempo que consume mucho menos combustible que cualquier vehículo de la actualidad. Y esto lo realiza el Ultralite con una mezcla de equipos de producción y lo más avanzado en tecnología. En cuanto a la comodidad de sus ocupantes, el interior del nuevo auto de concepto es comparable con el del actual Chevrolet Corsica. Aunque para el próximo siglo (cuando el Ultralite sea un medio de transporte) habrá otras formas alternas de energía, todavía muchos vehículos utilizarán gasolina, que es lo que consume el Ultralite.
A diferencia del elusivo carburador de 160 km por cada 3.8 litros (100 mpg), que las compañías petroleras estaban supuestas a haber perfeccionado, y de los numerosos extensores del consumo de combustible que se incorporan al auto (si éstos son instalados y luego se agregan los llamados ahorradores de combustible, se termina con más gasolina que al principio), el Ultralite es real. Puede ser conducido y ser conducido fuertemente, de acuerdo con los ingenieros de GM con quienes hemos hablado. Tiene buena maniobralidad, cuenta con gran aceleración y es divertido de manejar. Se trata de un auto real.
En cuanto a los ingenieros estrategas que se sentaron con el fin de definir el auto de concepto, rápidamente se pusieron de acuerdo en una simple doctrina: éste debería tener la mitad del peso y el doble de la economía de consumo que cualquier otro vehículo disponible en la actualidad. Con esto en mente, salieron en busca de adelantos en todas las direcciones: tren de fuerza, materiales, diseño y aerodinámica.

Diseño en el túnel de viento
El punto de comienzo de este sorprendente auto pequeño no fue el tablero de dibujo, sino el túnel de viento. Los ingenieros querían un paquete que entregara sorprendente economía de consumo y proporcionara suficiente espacio y comodidad para cuatro adultos. Las pruebas en el túnel de viento mostraron que podían hacerlo si diseñaban un auto con tracción trasera, motor trasero y tenía un estrechamiento de 12.7 cm (5") desde el frente hacia la parte trasera. El motor trasero permite un área frontal muy pequeña, la que conjuntamente con la forma ahusada: con ancho de vía de 1.39 m (55") al frente y 1.27 m (50") atrás, tiene como resultado un coeficiente de resistencia al avance de 0,192 que corta el viento.
Un avanzado sistema nivelador de la suspensión, que es controlado por la computadora, hace descender la nariz del Ultralite 25 mm y 10 mm la parte trasera a velocidades de carretera, para reducir más aún la resistencia al avance.

El velocimetro usa iluminación electroluminiscente	La cápsula de potencia alberga el tren de fuerza
Cápsula de potencia El paquete del tren de fuerza tomó un giro novedoso. Una cápsula modular e intercambiable se fija a la estructura principal en seis puntos. En la cápsula se alberga el motor, el escape (el silenciador ha sido configurado en el área inferior de la defensa como un área aerodinámica), la caja de velocidades electrónica de cuatro velocidades y una suspensión que se nivela automáticamente controlada por computadora. Esto se desmonta fácilmente, ajustándose a toda clase de posibilidades interesantes. Digamos que el motor requiere servicio, una situación que normalmente haría que el vehículo permanezca durante dos días en la agencia. No hay que preocuparse: conduzca al lugar de servicio, desmonte la cápsula de potencia y conduzca a casa con una unidad prestada por la agencia. Incluso más intrigante es el concepto de conectar diferentes tipos de motores, digamos: energía eléctrica para viajes cortos alrededor de la ciudad; un motor convencional de gasolina para viajes más largos; y posiblemente un pequeño motor de turbina que quema cualquier combustible cuando se necesita un cambio de paso, o cuando se desea impresionar a los preocupados por el ambiente de su área que promueven los autos inofensivos. De acuerdo con James K. Lutz, quien es el administrador del Programa de Ingeniería Avanzada del Equipo Ultralite, GM podría insertar un motor apropiado, dependiendo del mercado al cual el auto esté dirigido.

Sentado con comodidad
El acondicionarlo para los pasajeros fue justamente tan impresionante como el concepto de la cápsula de la potencia, y fue conseguido diseñando el auto desde adentro hacia afuera: el contenido básico del Ultralite y sus dimensiones fueron bosquejadas antes de que les llegase el turno a los estilistas.
La gota de lágrima, una de las formas más pura de la madre naturaleza, proporcionó la inspiración. La carrocería tiene forma roma en el frente, está inflada en el centro y gentilmente ahusada hacia la parte trasera. Sus dimensiones externas son ligeramente menores que las del Toyota Tercel. Para apreciar el uso efectivo del espacio interior, el Ultralite rueda sobre una distancia entre ejes de 2.79 m (110"), mientras que su largo total es de 4.20 m (165.6"). Adicionalmente, las ruedas han sido extendidas hacia las esquinas exteriores, para maximizar el espacio de los ocupantes. Según lo explica Donald L. Runkle, vicepresidente de Ingeniería Avanzada del Equipo: "Tenemos un auto con una distancia entre ejes equivalente a la del Lexus LS400 y el largo del Mazda Miata".
A esto es a lo que se le llama un paquete eficiente. Hay suficiente espacio sobre la cabeza y para los codos para sentar a cuatro adultos con tanta comodidad como pudieran encontrar en un Chevrolet Corsica. Pero no permita que su esposa empaque la mitad de sus pertenencias, como es su costumbre hacer cuando realiza viajes locales.. Los pasajeros del asiento trasero no necesitan de la bolsa de trucos de Houdini para poder entrar y salir del Ultralite gracias, a las grandes puertas como alas de gaviota que levantan casi todo el costado del automóvil.

La suspensión electrónica del Ultralite desciende la altura del auto a altas velocidades para una mayor eficiencia aerodinámica. El vehículo pesa 635 kg (1,400 libras)

La carrocería de fibra de carbón consiste en seis secciones, y pesa solamente 190.5 kg (420 libras)

La concha de fibra de carbón
Desde el principio, la ligereza de peso era un objetivo clave. El peso marcadamente influye sobre el rendimiento y la economía de consumo. De modo que los ingenieros de GM para la construcción de la estructura para la carrocería miraron hacia la industria aerospacial y su uso de los compuestos de fibra de carbón. Este material tiene la mitad del peso del aluminio, y es dos veces más rígido. Comparado con el acero, el material compuesto de fibra de carbón es ligeramente más rígido, pero con sólo una cuarta parte de su densidad.
Los compuestos de fibra de carbón se usando paños producidos en serie de fibra de carbón: del tipo unidireccional, en el cual las fibras están tejidas en la misma dirección, o bidireccional, en el cual las fibras están tejidas en ángulo recto unas con otras. Los paños, con gran cuidado, son colocados manualmente en forma de capas: una o más capas de paño, cubiertas con espuma de poliuretano en forma de emparedado en medio de las finas capas de paño, usando una matriz de compuesto epóxico. El curado termina de darle forma a la parte de la carrocería. Desde luego, el número y los tipos de las capas de paños y su cantidad queda determinado por la fortaleza específica y la rigidez que se requiera en cada una de las áreas de la estructura del vehículo.
El diseño de la carrocería de monococo usa un túnel de fibra de carbón como espina dorsal. Corriendo por el centro del auto, dentro de este túnel, se albergan los sistemas de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire. La estructura de la carrocería, tan fuerte en su diseño de concha única que no necesita de un pilar central, a continuación es reforzada donde se requiere con costillas de fibra de carbón: cuerdas trenzadas con fibras continuas de fibra de carbón y entonces envuelta con un paño. Estas costillas son usadas, por ejemplo, alrededor del perímetro de la abertura de la puerta de ala de gaviota y atrás, donde la cápsula de potencia se fija a la carrocería de fibra de carbón. La cápsula usa un marco de acero inoxidable que está fijo con pernos a fiadores roscados también de acero inoxidable, los que están metidos en forma de emparedado dentro de la carrocería, utilizando costillas. Las cuerdas de las costillas entonces se desatan y se extienden por el piso, de forma que los puntos de carga queden distribuidos a través de la estructura completa. De manera similar, la suspensión delantera de horquilla doble, consistente en brazos A superior e inferior de aluminio y muelles neumáticos controlados por computadora, está fija a través de bujes de caucho aplacas de respaldo de acero, que están montadas en forma de emparedados dentro de la carrocería de fibra de carbón. El aluminio también ahorra peso al ser usado en los cubos de las ruedas, en los rotores de aluminio reforzado con un carburo de silicona espacial de los frenos ABS VI, y las llantas de aluminio forjado de 5.9 kg (13 libras).
Su alto costo es el principal inconveniente de la fibra de carbón. El costo de la carrocería del Ultralite asciende a los US$13,000: varias veces el costo del aluminio, acero o fibra de vidrio. Pero GM le ve futuro al material exótico, y en la actualidad tiene un programa de investigación para desarrollar fibra de carbón en el laboratorio, lo que promete acortar el costo actual de la producción de la fibra de carbón en una sexta parte.
Los Estudios de Diseño de General Motors, en donde evoluciona el diseño a una etapa de molde en fibra de vidrio, y los Compuestos a Escala, en Mojave, California, usaron los moldes para desarrollar las herramientas para darle forma ala fibra de carbón hasta convertirla en una estructura terminada. Compuestos a Escala es dirigido por Burt Rutan, el constructor del Voyager, el avión ligero experimental que le dio la vuelta al mundo sin reabastecerse de combustible. Rutan también es el diseñador del avión ligero del futuro de MP que salió en la portada de la edición de noviembre de 1987. La carrocería completa del Ultralite pesa 190.5 kg (420 libras) y usa sólo seis componentes básicos: latina del piso, las mitades derecha e izquierda, las puertas y el panel trasero. Según GM, la puerta de ala de gaviota de material compuesto tiene una fortaleza frente a los golpes laterales similar a la de las puertas convencionales de acero.
En cuanto a ver en el futuro cercano las carrocerías de fibra de carbón en las salas de exhibición de las agencias, Runkle dice: "Veremos que la fibra de carbón primeramente irá a la producción de partes de los autos, aunque no como carrocerías completas. La usaremos primero en los lugares donde se necesita una dureza extraordinaria y peso ligero, de manera que veremos estructuras híbridas: algún acero, parte de aluminio, un poco de fibra de carbón. Primeramente la usaremos en los paneles interiores, no como lámina exterior de la carrocería. Tiene la superficie con una textura que no es suave, de forma que la mantendremos en la estructura, debajo de la 'piel' (la terminación exterior)".
Runkle espera que la fibra de carbón aparezca en los autos de producción de GM a mediado de la década de 1990. "Los lugares más probables para su uso", indica él, "son en los postes 'A' (los pilares del parabrisas) y la pared ignífera".
La considerable reducción del peso también es conseguida en el sistema de frenos ABS VI. En éstos los roto res están hechos de carburo de silicona de aluminio, que contiene un 20% de partículas de carburo de silicona, pesa un 50% menos que el rotor de hierro, y los calibradores de aluminio disminuyen la resistencia. El sistema es diseñado de manera que no se necesita asistencia motriz.

Un pequeño motor
El Ultralite consigue su destacada economía de combustible, de 160 km por cada 3.78 litros (100 millas por galón) a una marcha estable de 80.5 km/h (50 mph), usando un motor de dos carreras y 3 cilindros de 1.5 litros, clasificado de 111 caballos de fuerza a 5.000 rpm y 127 libras pié de torsión a 4,000 rpm. Con el nombre codificado de CDS-2, el motor produce un excelente caballaje por litro de desplazamiento y potencia por kg de masa. De acuerdo con Runkle: "Los motores de dos carreras son más pequeños y ligeros de peso que el de cuatro carreras que están ahora en uso. También desarrollan cerca de un 7% más de economía de combustible".
El motor CDS-2 de GM eleva el fiel de la balanza a 78.5 kg (173 libras), y cuenta con poca altura debido a su diseño plano. Esto, en turno, permite un compartimiento de poca altura. La GM ve un verdadero futuro en los motores de dos carreras, ahora que los mayores retos (cumplir con las normas de las emisiones del escape) han sido resueltas. Cumpliendo esta tarea se encuentra un sistema de inyección directa de combustible asistido por aire, y la electrónica se encarga de manejar los refinados requerimientos de la chispa y la sincronización. El motor es un diseño completo de cojinetes de rodillo, como es la práctica actual en los grandes motores fuera de borda de dos carreras. Esto consigue poca fricción y reduce las pérdidas del bombeo.
GM no tiene planes de producir en serie el CDS-2. En su lugar, el motor de potencia media servirá como un modelo de desarrollo para el programa del V6 de dos carreras para los autos medianos o los del tamaño del Chevrolet Cavalier. De acuerdo con Runkle, ahora GM tiene un número de motores V6 de dos carreras pasando las pruebas del dinamómetro. "Este motor es ultrasuave", afirma él. "Se siente como si tuviera doce cilindros".
Acoplándose al motor se encuentra una transmisión electrónica de cuatro velocidades salida directamente de las partes del Saturn. La transmisión automática de embrague a embrague se beneficia de las pocas pérdidas de giro y de fricciones internas mínimas. Las únicas modificaciones necesarias fueron relaciones de engranajes con cifras más bajas para el engranaje máximo y la marcha final.

Rueda con facilidad
Con los objetivos de eficiencia alcanzados en las áreas de la aerodinámica y la planta de fuerza, los ingenieros dirigieron su atención al último consumidor de energía: la resistencia al rodamiento. Los ingenieros de Goodyear surgieron con un neumático especial 175/65R-18, que pueden admitir una presión de inflación de hasta 4,56 kg/cm2 (65 libras/pulgada2), que es la presión de los neumáticos del Ultralite.
Para contrarrestar la vibración rompehuesos de un neumático tan duro como éste, fue desarrollado un nuevo perfil. El neumático usa una llanta más estrecha y paredes más redondeadas que absorben más los golpes. Un compuesto especial para la superficie de rodamiento ofrece una resistencia al rodamiento extremadamente baja. Esto se ha combinado con elementos de las estrías de rodamiento más pequeños que se flexionan y consumen menos energía cuando ruedan hacia adentro y afuera de la huella. El resultado es una resistencia de alrededor de l.1 a 1.3 kg (2.5 a 3 libras) por neumático a velocidades de carretera, comparable con la resistencia de los neumáticos de los autos de producción que es de 4 kg (9 libras) .Los neumáticos del Ultralite se sellan a sí mismos para ahorrar más peso, ya que no hay que cargar con uno de repuesto.
No, no es posible salir ala agencia y adquirir ahora un Ultralite. incluso si pudiera, no podría costearlo. Las tecnologías que vemos aquí son brechas recién abiertas que Detroit había estado persiguiendo durante los últimos 100 años. Sí, las tecnologías serán filtradas hasta las líneas de producción y, en algún momento del futuro, el consumidor podrá ir hasta su agencia local y comprar un auto en el que se incorpore mucho de lo que hemos visto aquí. Y tendrá un consumo de 160 km por cada 3,8 litros (100 mpg).
En resumen, teóricamente el Ultralite es la semilla de la cual las poderosas flotas de automóviles eficientes y asequibles eventualmente crecerán.

Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 45 - Julio de 1992 - Número 7