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Vehculos hbridos

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Debido a los problemas que siguen teniendo los vehculos elctricos, escasa energa especfica que actualmente se obtiene de lasbateras y su limitacin en cuanto a velocidad y autonoma, son los automviles hbridos los que ofrecen una solucin de compromisoms satisfactoria. Ademas pueden aprovecharse de los desarrollos en el campo de los motores de combustin interna que an tienenmargen de mejora.

El fabricante Toyota por ejemplo esta desarrollando una serie de alternativas a los vehculos convencionales que consumencombustibles fsiles, desarrollando nuevas tecnologas que van desde los vehculos hbridos actuales hasta los que son impulsadospor hidrogeno (FCHV: Fuel Cell Hybrid Vehicle).

Se han llamado hbridos a los automviles que utilizan un motor elctrico, y un motor de combustin interna para realizar su trabajo.A diferencia de los automviles solo elctricos, hay vehculos hbridos que no es necesario conectar a una toma de corriente pararecargar las bateras, el generador y el sistema de frenos regenerativos se encargan de mantener la carga de las mismas.Al utilizar el motor trmico para recargar las bateras, se necesitan menor nmero de estas por lo que el peso total del vehculo esmenor ya que el motor trmico suele ser pequeo.

Tradicionalmente, los motores que han propulsado a los automviles convencionales han sido sobredimensionados con respecto a loestrictamente necesario para un uso habitual. La nota dominante ha sido, y es an, equipar con motores capaces de dar unapotencia bastante grande, pero que slo es requerida durante un mnimo tiempo en la vida til de un vehculo.

Los hbridos se equipan con motores de combustin interna, diseados para funcionar con su mxima eficiencia. Si se genera msenerga de la necesaria, el motor elctrico se usa como generador y carga la bateras del sistema. En otras situaciones, funcionaslo el motor elctrico, alimentndose de la energa guardada en la batera. En algunos hbridos es posible recuperar la energacintica al frenar, que suele disiparse en forma de calor en los frenos, convirtindola en energa elctrica. Este tipo de frenos sesuele llamar "regenerativos".

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La combinacin de un motor de combustin operando siempre a su mxima eficiencia, y la recuperacin de energa del frenado (tilespecialmente en la ciudad), hace que estos vehculos alcancen mejores rendimientos que los vehculos convencionales. Se disponede un sistema electrnico para determinar qu motor usar y cundo hacerlo.

Los hbridos se pueden fabricar en diferentes configuraciones:

Paralelos: tanto la parte elctrica como la trmica pueden hacer girar las ruedas.

En serie: solo la parte elctrica da traccin, el motor trmico se utiliza para generar electricidad.

Tambin se pueden clasificar segn sea la carga de las bateras.

Regulares: se recargan por el funcionamiento normal del vehculo.

Enchufables: tambin se recargan conectndose a la red elctrica.

Ventajas:

Esta tecnologa ha permitido conseguir que el consumo de combustible sea de un 20% hasta un 60% menor que en vehculos

comparables de tipo convencional.

Se maximiza el rendimiento del uso del combustible, pues los motores de combustin interna para hbridos son fabricados

pensando en el mayor rendimiento de un litro de combustible.

Reduccin de emisin de gases dainos para el medio ambiente y los seres vivos.

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Disminucin de la factura petrolera.

Desventajas:

Los vehculos hbridos tienen menos potencia (CVs) que automviles convencionales comparables. No obstante, el avance deesta tecnologa apunta a aminorar esta brecha y tanto la velocidad mxima del vehculo, como la autonoma son parecidas alos puramente trmicos.

Mayor peso que un coche convencional (hay que sumar el motor elctrico y, sobre todo, las bateras), y por ello un incrementoen la energa necesaria para desplazarlo. El peso del vehculo se puede aminorar usando carroceras mas ligeras de aluminio,fibra de carbono o fibra de vidrio.

Ms complejidad, lo que dificulta las revisiones y reparaciones del vehculo.

La inversin inicial es mayor para adquirir un hbrido que para adquirir un convencional comparable. Sin embargo, el ahorroeconmico que le entrega el menor consumo de combustible le devuelve esa inversin.Tienen la desventaja de ser ms caros. Tanto la velocidad mxima, como la autonoma son parecidas a los puramentetrmicos y el peso puede ser tambin parecido si se usan carroceras ligeras de aluminio, fibra de carbono o fibra de vidrio.

Como desarrollo para un futuro, estn las celdas de combustible, que prometen reemplazar al motor de combustin mediante el usode nuevas energas. Su nica emisin por el tubo de escape es vapor de agua.

Entre los 10 automviles hbridos ms demandados del 2007 estn los siguientes:

Toyota Prius1.

Toyota Camry hybrid2.

Toyota Highlander hybrid3.

Ford Escape hybrid4.

Honda Civic hybrid5.

Lexus GS450h6.

Lexus RX400h7.

Nissan Altima hybrid8.

Mercury Mariner hybrid9.

Honda Accord hybrid10.

EstructuraLa configuracin de un vehculo hbrido depende de la disposicin de los elementos que lo componen, por lo que se pueden clasificaren hbridos serie e hbridos en paralelo.

Hbrido en serie

En estos vehculos el motor de combustin proporciona movimiento a un generador que o carga las bateras o suministra la potenciadirectamente al sistema de propulsin (motor elctrico) y por lo tanto reduce la demanda a la batera.El dispositivo generador se utiliza principalmente como un ampliador de prestaciones, por lo que en la mayora de los kilmetros secircula con las bateras. Cuando la duracin del viaje excede a las prestaciones de la batera, el dispositivo generador se enciende.Para viajes ms largos, el dispositivo generador puede ser conectado automticamente cuando las bateras alcanzan un nivelpredeterminado de descarga.

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El motor trmico impulsa un generador elctrico, normalmente un alterador trifsico, que recarga las bateras, una vez rectificada lacorriente, y alimenta al motor o motores elctricos y estos son los que impulsan al vehculo.

Dependiendo del rango de velocidades que se quieran ofrecer el dispositivo generador debe ser mayor o menor. En un principio sepropusieron soluciones de bajo rango de velocidades, pero la tendencia hoy en da es la de ir a un rango mayor. Esto implicasistemas de generacin mucho mayores. La batera se dimensiona en funcin de los picos de demanda.As, a altas velocidades, slo parte de la energa proviene de las bateras, siendo stas las que suministran la potencia necesariapara aceleraciones y adelantamientos. A velocidad de crucero, la potencia generada en exceso se utiliza para recargar las bateras.Este sistema resulta eficiente si el 80% de los kilmetros recorridos son alimentados por la energa de las bateras que se hanrecargado desde la red. En caso contrario es difcil la justificacin de este tipo de propulsin hbrida ya que la energa elctrica delas bateras proviene en realidad de la combustin del motor trmico.La principal ventaja que ofrece este diseo frente al de en "paralelo" es la de un diseo mecnico simple. Se dispone de un motortrmico diseado y optimizado para trabajar siempre en el mismo regimen de revoluciones.La desventaja de este tipo de vehculos es que toda la energa producida por el motor trmico tiene que atravesar el generadorelctrico sufriendo muchas prdidas, debido a la transformacin de energa mecnica a elctrica, y toda la energa para la traccintiene que pasar por el motor elctrico.

Hbrido en paralelo

Este tipo de vehculo utiliza dos sistemas de traccin en paralelo. Segn esta configuracin ambos proveen de potencia a las ruedasde modo que los dos sistemas pueden ser utilizados independientemente o simultneamente para obtener una potencia mxima.Aunque mecnicamente ms complejo, este mtodo evita las prdidas inherentes a la conversin de energa mecnica en elctricaque se da en los hbridos en serie. Adems como los picos de demanda de potencia le corresponden al motor de combustin interna,las bateras pueden ser mucho menores.El motor a gasolina entra en funcionamiento cuando el vehculo necesita ms energa. Y al detenerse, el hbrido aprovecha la energanormalmente empleada en frenar para recargar su propia batera (frenado regenerativo).

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Como los patrones de uso de los automviles tienden a viajes cortos y frecuentes, un hbrido en paralelo trabajar la mayor parte deltiempo slo con motor elctrico (este funcionamiento seria el ideal, aunque la realidad demuestra que actualmente las bateras de loshbridos tienen muy poca autonoma y por lo tanto estos vehculos funcionan mayormente impulsados por el motor trmico).

Dentro de los vehculos hbridos "paralelos" podemos distinguir dos arquitecturas: los que usan un generador independiente paracargar las bateras, o los que aprovechan el motor elctrico para funcionar tambin como generador.

Con generador independiente: su inconveniente es que tiene mas componentes, el generador, el conversor de corriente alternaa corriente continua y la transmisin ente el motor trmico y el generador por lo que ser ms pesado y caro. Sin embargotiene la ventaja que el generador al estar diseado para funcionar slo como generador, ser ms eficiente que el motorfuncionando como generador.

Usando el motor elctrico como generador: se disminuye el nmero de componentes, pero puede disminuir el rendimiento.

El vehculo hbrido paralelo con generador independiente tambin se le clasifica como vehculo hbrido "paralelo-serie". Estaconfiguracin combina las ventajas de ambos sistemas y es la mas utilizada por los fabricantes de automviles como por ejemplo:Toyota en su modelo Prius.

Los tiempos de funcionamiento del motor elctrico (motor) y del motor trmico (engine) se reparten en distinta proporcindependiendo de la configuracin del vehculo hbrido. Para verlo mas claro tenemos la grfica inferior donde se ve que en el hbrido"serie" los tiempos de funcionamiento se reparten por igual al 50%, en el hbrido "paralelo" sin embargo funciona mucho mas el motor

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trmico, en el hbrido "paralelo/serie" funciona mas tiempo el motor elctrico.

MotoresLos automviles normalmente tienen motores de combustin interna que rondan entre los 60 y 180 CV de potencia mxima. Estapotencia se requiere en situaciones particulares, tales como aceleraciones a fondo, subida de grandes pendientes con gran carga delvehculo y a gran velocidad. El hecho de que la mayora del tiempo dicha potencia no sea requerida supone un despilfarro de energa,puesto que sobredimensionar el motor para posteriormente emplearlo a un porcentaje muy pequeo de su capacidad, sita el puntode funcionamiento en un lugar donde el rendimiento es bastante malo. Un vehculo medio convencional, si se empleamayoritariamente en ciudad o en recorridos largos y estacionarios a velocidad moderada, ni siquiera necesitar desarrollar 20caballos.

El hecho de desarrollar una potencia muy inferior a la que el motor puede dar supone un despilfarro por dos motivos: por una partese incurre en gastos de fabricacin del motor superiores a lo que requerira realmente, y por otra, el rendimiento de un motor quepueda dar 100 caballos cuando da slo 20 es muy inferior al de otro motor de menor potencia mxima funcionando a plena potencia ydando esos mismos 20 caballos. Este segundo factor es el principal responsable de que el consumo urbano de un mismo vehculoequipado con un motor de gran potencia consuma, en recorridos urbanos, muchsimo ms que uno del mismo peso equipado con unmotor ms pequeo. En conclusin, el motor ha de ser el idneo para el uso al que se destina.

Otro factor que penaliza el rendimiento brutalmente en recorridos urbanos es la forma de detener el vehculo. sta detencin serealiza mediante un proceso tan ineficiente cmo es disipar y destruir la energa en forma de movimiento, energa cintica, que llevael vehculo para transformarla en calor liberado intilmente al ambiente.

Sin embargo, tampoco parece razonable limitar la potencia mxima de un motor en demasa en pro de conseguir excelentesconsumos, puesto que en ciertas ocasiones es estrictamente necesario disponer de potencia para determinados esfuerzos tanpuntuales como inevitables, tales como adelantamientos y aceleraciones en pendiente. He aqu donde el sistema hbrido toma sumayor inters. Por una parte combina un pequeo motor trmico, suficiente para el uso en la inmensa mayora de las ocasiones, debuen rendimiento y por tanto bajo consumo y emisiones contaminantes, con un sistema elctrico capaz de realizar dos funcionesvitales.

Por una parte desarrolla el suplemento extra de potencia necesario en contadas, pero inevitables, situaciones como las anteriormentecitadas. Por otra, no supone en absoluto ningn consumo extra de combustible. Al contrario, supone un ahorro, puesto que la energaelctrica es obtenida a base de cargar las bateras en frenadas o retenciones del vehculo al descender pendientes, momentos en losque la energa cintica del vehculo se destruira (transformara en calor irrecuperable para ser ms exactos) con frenostradicionales. Adems, no slo aporta potencia extra en momentos de gran demanda de sta, sino que posibilita emplear solo la

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propulsin elctrica en arrancadas tras detenciones prolongadas (semforos por ejemplo) o aparcamientos y mantener el motortrmico parado en stas situaciones en las que no es empleado, o se requiere de l una potencia mnima, sin comprometer lacapacidad para retomar la marcha instantneamente. sto es posible porque tiene la capacidad de arrancar en pocas dcimas desegundo el motor trmico en caso de necesidad.

Adems de la altsima eficiencia, la posibilidad de emplear los motores elctricos, exclusivamente, durante un tiempo permite evitar laproduccin de humos en situaciones molestas, como por ejemplo en garajes.

En conclusin, desde el punto de vista de la eficiencia energtica, el vehculo hbrido representa un avance importante tanto en lareduccin del consumo de combustible y de la contaminacin. Sin embargo, no todos son ventajas actualmente los costes deproduccin de bateras, el peso de las mismas y la escasa capacidad de almacenamiento limitan an su empleo generalizado.

El gran problema actual con el que se encuentra el motor elctrico para sustituir al trmico en el vehculo es la capacidad deacumulacin de energa elctrica, que es muy baja en comparacin con la capacidad de acumulacin de energa en forma decombustible. Aproximadamente, 1 kg de bateras puede almacenar la energa equivalente de 18 gramos de combustible, si bien esteclculo no tiene en cuenta el escaso aprovechamiento energtico de esa energa en un motor de combustin, en comparacin con unmotor elctrico. Aun as esto supone una barrera tecnolgica importante para un motor elctrico.

Los motores elctricos han demostrado capacidades de sobra para impulsar otros tipos de mquinas, como trenes y robots defbricas, puesto que pueden conectarse sin problemas a lneas de corriente de alta potencia. Sin embargo, las capacidades dealmacenamiento energtico en un vehculo mvil obligan a los diseadores a usar una complicada cadena energtica multidisciplinar,e hbrida, para sustituir a una sencilla y barata cadena energtica clsica depsito-motor-ruedas. La electricidad, como moneda decambio energtica, facilita el uso de tecnologas muy diversas, ya que el motor elctrico consume electricidad, independientementede la fuente empleada para generarla.

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2007 MECANICAVirtual, la web de los estudiantes de automocin. Pagina creada por Dani meganeboy.Actualizada: 9 Diciembre, 2008 . Estamos on-line desde: 24 Febrero de 2001

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