Autos híbridos

Resumen

En el presente ensayo presentaré una explicación acerca de la importancia de utilizar una tecnología que comprende energía alternativa para un uso muy práctico, pero sobretodo necesario, para la conservación del planeta y de los recursos no renovables; además daré un concepto corto, pero adecuado acerca de lo que es la tecnología híbrida en los automóviles, así como también las diferentes partes que componen un auto con esta tecnología. Serán explicadas cada una de los elementos que lo conforman y además se presentará los tipos de configuraciones.

Introducción

Es muy común hoy en día hablar de la tecnología híbrida en automóviles, sin embargo es un campo que necesita mucho trabajo para s desarrollo. En la actualidad el temor a un mundo sin combustible a un futuro no muy lejano, ha llevado a varias empresas fabricadoras de vehículos a buscar medios alternativos para combatir esta crisis segura. La tecnología hibrida presenta un factor muy favorable para éste fin, ya que nos podría aventajar en un futuro, para no depender de combustible derivado del petróleo.

El fabricante Toyota por ejemplo esta desarrollando una serie de alternativas a los vehículos convencionales que consumen combustibles fósiles, desarrollando nuevas tecnologías que van desde los vehículos híbridos actuales hasta los que son impulsados por hidrogeno (FCHV: Fuel Cell Hybrid Vehicle).

Autos híbridos

Shan llamado "híbridos" a los automóviles que utilizan un motor eléctrico, y un motor de combustión interna para realizar su trabajo. A diferencia de los automóviles solo eléctricos, hay vehículos híbridos que no es necesario conectar a una toma de corriente para recargar las baterías, el generador y el sistema de "frenos regenerativos" se encargan de mantener la carga de las mismas.

Al utilizar el motor térmico para recargar las baterías, se necesitan menor número de estas por lo que el peso total del vehículo es menor ya que el motor térmico suele ser pequeño.

Tradicionalmente, los motores que han propulsado a los automóviles convencionales han sido sobredimensionados con respecto a lo estrictamente necesario para un uso habitual. La nota dominante ha sido, y es aún, equipar con motores capaces de dar una potencia bastante grande, pero que sólo es requerida durante un mínimo tiempo en la vida útil de un vehículo.

Funcionamiento

Los híbridos se equipan con motores de combustión interna, diseñados para funcionar con su máxima eficiencia. Si se genera más energía de la necesaria, el motor eléctrico se usa como generador y carga la baterías del sistema. En otras situaciones, funciona sólo el motor eléctrico, alimentándose de la energía guardada en la batería. En algunos híbridos es posible recuperar la energía cinética al frenar, que suele disiparse en forma de calor en los frenos, convirtiéndola en energía eléctrica. Este tipo de frenos se suele llamar "regenerativos".

La combinación de un motor de combustión operando siempre a su máxima eficiencia, y la recuperación de energía del frenado (útil especialmente en la ciudad), hace que estos vehículos alcancen mejores rendimientos que los vehículos convencionales. Se dispone de un sistema electrónico para determinar qué motor usar y cuándo hacerlo.

Sistema y partes principales

Motor a gasolina.- generalmente es el mismo utilizado por los vehículos actuales, y llegaría a ser una alternativa en caso de necesitarlo.

Tanque de gasolina.- es la fuente de energía del motor a gasolina.

Baterías.- es la fuente de energía del motor eléctrico, a diferencia de la gasolina en el tanque de combustible, que solo puede proveer de energía al motor de gasolina, el motor eléctrico en el auto híbrido puede suministrar energía a las baterías , así como obtenerlas de estas.

Motor eléctrico.-Se investigan por razones de ligereza, robustez y rendimiento, motores de alterna trifásica, cuyo funcionamiento sería parecido a un motor de 3 cilindros. Puede usarse uno solo, dos (en cada una de las ruedas de un eje) o cuatro (en cada rueda). Pueden ser de corriente continua o alterna.

Generador.- Es parecido a un motor eléctrico pero éste sólo trabaja para producir energía eléctrica, mas usado en la configuración en sérielo normal es q sea de corriente alterna.

Convertidor.- Es una batería muy pequeña que alimenta a una tensión baja y poca peligrosa (12v), luces, limpiaparabrisas, etc., mediante un convertidor electrónico a transistores.

Cargador.- transforma la corriente alterna de 220v obtenida en las tomas de corriente continua a la tensión determinada.

Variador.- Toma energía de la batería y la inyecta en el motor en función de la posición del acelerador. Es decir que transforma corriente continua procedente de la batería en alterna variable.

Transmisión.- En un auto híbrido la transmisión cumple la misma función básica que en un auto convencional. El sistema depende de cada vehículo.

Configuraciones

Los híbridos se pueden fabricar en diferentes configuraciones:

Paralelos: tanto la parte eléctrica como la térmica pueden hacer girar las ruedas.

En serie: solo la parte eléctrica da tracción, el motor térmico se utiliza para generar electricidad.

También se pueden clasificar según sea la carga de las baterías.

Regulares: se recargan por el funcionamiento normal del vehículo.

Enchufables: también se recargan conectándose a la red eléctrica.

a. Híbridos en serie

En estos vehículos el motor de combustión proporciona movimiento a un generador que o carga las baterías o suministra la potencia directamente al sistema de propulsión (motor eléctrico) y por lo tanto reduce la demanda a la batería.El dispositivo generador se utiliza principalmente como un ampliador de prestaciones, por lo que en la mayoría de los kilómetros se circula con las baterías. Cuando la duración del viaje excede a las prestaciones de la batería, el dispositivo generador se enciende.

El motor térmico impulsa un generador eléctrico, normalmente un alterador trifásico, que recarga las baterías, una vez rectificada la corriente, y alimenta al motor o motores eléctricos y estos son los que impulsan al vehículo.

La batería se dimensiona en función de los picos de demanda.

Así, a altas velocidades, sólo parte de la energía proviene de las baterías, siendo éstas las que suministran la potencia necesaria para aceleraciones y adelantamientos. A velocidad de crucero, la potencia generada en exceso se utiliza para recargar las baterías. Este sistema resulta eficiente si el 80% de los kilómetros recorridos son alimentados por la energía de las baterías que se han recargado desde la red.

La desventaja de este tipo de vehículos es que toda la energía producida por el motor térmico tiene que atravesar el generador eléctrico sufriendo muchas pérdidas, debido a la transformación de energía mecánica a eléctrica, y toda la energía para la tracción tiene que pasar por el motor eléctrico.

b. Híbridos en paralelo

Este tipo de vehículo utiliza dos sistemas de tracción en paralelo. Según esta configuración ambos proveen de potencia a las ruedas de modo que los dos sistemas pueden ser utilizados independientemente o simultáneamente para obtener una potencia máxima.

Aunque mecánicamente más complejo, este método evita las pérdidas inherentes a la conversión de energía mecánica en eléctrica que se da en los híbridos en serie. Además como los picos de demanda de potencia le corresponden al motor de combustión interna, las baterías pueden ser mucho menores.El motor a gasolina entra en funcionamiento cuando el vehículo necesita más energía. Y al detenerse, el híbrido aprovecha la energía normalmente empleada en frenar para recargar su propia batería (frenado regenerativo).

Como los patrones de uso de los automóviles tienden a viajes cortos y frecuentes, un híbrido en paralelo trabajará la mayor parte del tiempo sólo con motor eléctrico (este funcionamiento seria el ideal, aunque la realidad demuestra que actualmente las baterías de los híbridos tienen muy poca autonomía y por lo tanto estos vehículos funcionan mayormente impulsados por el motor térmico).

Dentro de los vehículos híbridos "paralelos" podemos distinguir dos arquitecturas: los que usan un generador independiente para cargar las baterías, o los que aprovechan el motor eléctrico para funcionar también como generador.

Con generador independiente: su inconveniente es que tiene mas componentes, el generador, el conversor de corriente alterna a corriente continua y la transmisión ente el motor térmico y el generador por lo que será más pesado y caro. Sin embargo tiene la ventaja que el generador al estar diseñado para funcionar sólo como generador, será más eficiente que el motor funcionando como generador.

El vehículo híbrido paralelo con generador independiente también se le clasifica como vehículo híbrido "paralelo-serie". Esta configuración combina las ventajas de ambos sistemas y es la mas utilizada por los fabricantes de automóviles como por ejemplo: Toyota en su modelo Prius.

Los tiempos de funcionamiento del motor eléctrico (motor) y del motor térmico (engine) se reparten en distinta proporción dependiendo de la configuración del vehículo híbrido. Para verlo mas claro tenemos la gráfica inferior donde se ve que en el híbrido "serie" los tiempos de funcionamiento se reparten por igual al 50%, en el híbrido "paralelo" sin embargo funciona mucho mas el motor térmico, en el híbrido "paralelo/serie" funciona mas tiempo el motor eléctrico.

Conclusiones

Es importante recalcar, que la tecnología hibrida nos presenta una gran alternativa, no solo de energía sino también en costos y en modelos quizá más adecuados para una variedad de gustos exigentes: además que presentan una ventaja al momento de recargar la energía vehícular.

Este tipo de autos son el futuro principalmente para el bien ambiental. En muchos países la tecnología híbrida ya se presenta en algunos vehículos pero aun el principal impedimento para adquirirlos es el costo, por lo tanto no presentan una mayoría en cantidad del patio vehicular en la mayoría de los países del mundo.

Bibliografía

[1] http://www.mecanicavirtual.org/hibridos.htm

[2] http://blog.espol.edu.ec/luisluna/2010/11/16/57/

[3] http://155.210.144.53/contenidos/cursos/AEI/10-11/Programa_10_11.pdf

[4] http://www.news.com/New-Samsung-panel-pictures-inch-

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[5] http://www.slideshare.net/gruponumero3/vehiculos-hibridos-531086813

[6] http://pubs.acs.org/subscribe/journals/tcaw/10/i11/html/11felto

[7] http://www.calameo.com/books/000480403cb6198939a73

[8] http://expodime.cucei.udg.mx/sep2004/memoria/Folio_15.pdf

Autor:

Jorge Aucay Pauta