Rafael Alvarez

Automovil

¿ Cómo funciona un coche híbrido ?

Escrito por rafael-alvarez 08-01-2013 en Automovil. Comentarios (2)

Cómo funcionan y por qué son tan eficientes. En base al principio de que, la energía ni se crea ni se destruye solo se transforma. Cuando hablamos de automoción, los híbridos aprovechan las pérdidas energéticas. rafael-alvarez.blog.galeon.com

Al pisar el freno convertimos energía cinética en calor en los discos de freno, en un motor de combustión solo se aprovecha el 30%. de la energía el resto se disipa en forma de calor, así como los rozamientos mecánicos, resistencia aerodinámica, consumo al ralentí... estas realidades suponen que del combustible que echamos al depósito se aprovecha menos de un tercio en movimiento útil.

Los coches híbridos tratan de minimizar estas pérdidas todo lo que sea posible, en cada uno de los aspectos. Por ejemplo, en cuanto a aerodinámica, el diseño de los híbridos es de tipo kammback (o media gota de agua) su diseño obedece fundamentalmente a la eficiencia en detrimento de diseños actuales. rafael-alvarez.blog.galeon.com

Entran en esta definición Honda Insight, Toyota Prius, Chevrolet Volt, Opel Ampera, etc. Los Lexus, Honda Civic Hybrid y adaptaciones híbridas de modelos que sí se venden con motores convencionales no tienen una aerodinámica tan trabajada. Un híbrido ahorra energía en cada cable, cada bombilla, cada circuito… al máximo. Hasta reducen peso allí donde se puede.

Componentes del sistema híbrido

Este tipo de vehículos tiene varios componentes comunes independientemente de la arquitectura (híbrido en serie, paralelo o combinado). Si fuese un vehículo 100% eléctrico no tendría motor térmico, y el resto es igual. rafael-alvarez.blog.galeon.com

  • Motor térmico: Suele ser gasolina (ciclo Otto, Atkinson o Miller) o diesel. También podría funcionar con gas o biocombustibles. Tienen poca cilindrada respecto a un modelo equivalente de motor convencional y prima el par máximo sobre la potencia.
  • Motor eléctrico: Puede haber más de uno y siempre va conectado a la transmisión o empuja directamente a las ruedas, como es el caso de los motores in-wheel o dentro de la rueda. Su sonoridad es prácticamente nula y dan casi todo el par en un régimen muy bajo de revoluciones. El rendimiento de un motor eléctrico ronda el 98% afael-alvarez.blog.galeon.com

Cómo ahorra un híbrido

Conocidos sus componentes, discriminaremos estas situaciones de conducción: rafael-alvarez.blog.galeon.com

  • Arranque desde parado: El motor eléctrico se utiliza para mover el coche con o sin el motor térmico (con poca demanda de aceleración). La transición de parado a movimiento es lo más suave posible, alcanzada cierta velocidad el motor de gasolina entra en funcionamiento. Así evitamos un momento de gran ineficiencia del motor térmico. Los semihíbridos siempre arrancan con los dos motores. rafael-alvarez.blog.galeon.com
  • Aceleración: Cuando el motor térmico necesita un extra de energía (punta de potencia), el eléctrico se utiliza para ayudarle a empujar durante un tiempo determinado (no valdría para un 0-punta). Al tener que hacer menos esfuerzo el consumo del térmico es menor y el comportamiento similar a tener más potencia. rafael-alvarez.blog.galeon.com
  • Generador: Recupera energía en las frenadas, retenciones y deceleraciones en las que el motor térmico entregue potencia de más. Lo normal es que el mismo motor eléctrico desempeñe esta función siempre que no esté empujando. rafael-alvarez.blog.galeon.com
  • Baterías: Suelen ser de plomo-ácido (Pb), níquel-metal hidrido (NiMh), níquel-cadmio (NiCd) o ión litio, en orden de eficiencia. Se alojan normalmente en la parte trasera y añaden mucho peso al coche. Necesitan un sistema de refrigeración pero no mantenimiento por parte del usuario. Independientes de la batería de 12V de todos los vehiculos. rafael-alvarez.blog.galeon.com
  • Sistema de gestión: Independientemente de que hablemos de un modelo manual (muy raro) o de uno automático, para que un híbrido sea más eficiente debe esta gestionado por un ordenador con múltiples sensores, que decida qué combinación es más eficiente en cada momento.

  • Velocidad de crucero baja: En zona urbana y en determinadas circunstancias el motor eléctrico puede realizar toda la labor de empuje mientras el nivel de carga de las baterías lo admita. El consumo de combustible pasa a ser cero, no hay emisiones y el sonido del vehículo se limita al ruido de rodadura de los neumáticos.
  • Velocidad de crucero media/alta: Es el motor térmico el que empuja al vehículo, con puntuales asistencias del eléctrico para ligeras pendientes, en caso contrario se almacena en las baterías cualquier excedente de potencia del motor térmico. En este caso, la alta eficiencia del motor térmico rebaja el consumo. Es mucho más fácil en términos de esfuerzo mantener una velocidad que hacer variaciones en ella (aceleración en este caso). rafael-alvarez.blog.galeon.com
  • Frenado: Si la potencia de frenada exigida es baja, en vez de utilizarse los frenos de disco el generador ofrece una gran resistencia al avance y convierte el movimiento del vehículo en electricidad para recargar baterías. Si exigimos más potencia de frenado actúa el sistema convencional además del regenerativo. rafael-alvarez.blog.galeon.com

  • Detenciones: Cuando estamos detenidos no funciona ninguno de los motores a menos que las baterías estén bajas de carga. No hacemos ningún ruido, ni gastamos, ni emitimos ningún gas. Los peatones pensarán que se nos ha calado el coche. El sistema de aire acondicionado tirará de la energía almacenada en las baterías para evitar el ralentí, una gran pérdida de energía.

Carga y recarga de las baterías

Excepto en los modelos recargables mediante red eléctrica (PHEV o REHEV) las baterías se recargan únicamente con el movimiento. El motor térmico trata de trabajar siempre a un régimen máximo de eficiencia, así que el sonido que percibimos es fundamentalmente el mismo, como un ciclomotor pero más agradable. rafael-alvarez.blog.galeon.com

Si la potencia suministrada por el motor es excesiva se almacena el excedente en las baterías, pasando el motor eléctrico a ser un generador. Si en cambio la potencia del motor térmico es insuficiente, el motor eléctrico utiliza la energía previamente almacenada para realizar la asistencia. En algunos casos el motor eléctrico ni empuja ni recarga, está inactivo, como en cruceros a velocidad media/alta.

¿Qué ventaja tiene hacer funcionar al motor térmico en su régimen ideal? Es mucho más eficiente, maximiza la distancia recorrida por combustible consumido, pero además es medioambientalmente muy útil ya que reduce mucho la emisión de óxidos de nitrógeno (NOx), partículas sólidas, hidrocarburos sin quemar (HC), monóxido de carbono (CO), etc.

Cuando el motor térmico no está empujando al estar apagado o en retención, no inyecta nada de combustible, de modo que el consumo es nulo, y las emisiones son cero. Eso significa que podríamos respirar el aire que saldría del tubo de escape con total seguridad. El motor eléctrico no produce contaminación de ningún tipo, es más, ni necesita aire. rafael-alvarez.blog.galeon.com

Por razones de eficiencia, casi todos los híbridos tienen un cambio de variación contínua de múltiples velocidades, aunque pueden tener relaciones prefijadas para simular tener marchas, como el Honda Insight Executive o el Lexus GS 450h. Con un cambio manual o automático de otro tipo (DSG, Tiptronic…) no se aprovecharía el potencial del sistema híbrido.

Donde más ahorra un híbrido es en zona urbana, y donde menos en cruceros a alta velocidad por autovía, ya que las baterías no permiten asistencia del eléctrico el tiempo suficiente y el motor térmico puede ir un poco forzado, especialmente si es de poca potencia. Por ejemplo, los Honda Civic Hybrid, Insight o Prius (I o II) recurren a motores térmicos de menos de 95 CV.

Si hablamos de híbridos en serie (sin conexión mecánica del motor térmico a las ruedas) entonces hablamos de una eficiencia máxima. Algunos modelos son capaces de prescindir del motor térmico por completo durante una distancia superior a 32 km e inferior a 100 km, los denominados PHEV yREHEV. Al bajar las baterías de carga reactivan sus motores térmicos.

Dejando al margen los cruceros a velocidades no legales en la mayor parte del Mundo y las tandas en circuito, los híbridos siempre aprovechan mejor el combustible que un modelo convencional, ya que convierten en energía eléctrica lo que de otro modo se perdería en rozamientos, calor o ruido. rafael-alvarez.blog.galeon.com

Hoy día algunos modelos convencionales tratan de imitar a los híbridos desconectando el alternador en las fases de aceleración (lo que se llama regeneración de energía en las frenadas o retenciones) o utilizando sistema microhíbrido o Stop&Start para evitar el ralentí en las detenciones.

Está claro por dónde van los tiros, ¿no? Cuanta menos energía desperdicie el vehículo, más lo agradecerá su propietario a la hora de repostar. La mayor parte de lo que pagamos en la gasolinera no son impuestos, es contaminación pura y dura.

Toyota Prius - motorpasion rafael-alvarez.blog.galeon.com
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Honda FXC Clarity:primer coche eléctrico que funciona con hidrógeno

Escrito por rafael-alvarez 21-12-2012 en Automovil. Comentarios (6)

A diferencia del resto, reposta hidrógeno comprimido que mediante una pila de combustible convierte en electricidad que alimenta el motor eléctrico. El vapor de agua y el calor son los únicos subproductos. rafael-alvarez.blog.galeon.com

Acaba de iniciar una gira europea mientras algunas unidades ruedan en fase de prueba en California (EE.UU.) desde hace meses. En esta, su cuarta edición -entre las evoluciones del modelo precedente, nacido en 1999, y las experimentadas por el que nos ocupa-, va dotado de una moderna pila V Flowligeracompacta y de alto rendimientomás delgada y capaz de una generación de electricidad más estable, además de arrancar incluso a -30º C -el drenaje de agua mejorado posibilita una mayor potencia inmediatamente después de la puesta en marcha del vehículo, mientras que el menor volumen de refrigerante y el diseño de una sola caja que permiten los separadores de canales de flujo ondulados genera una masa de calor un 40% inferior que en pilas anteriores-. rafael-alvarez.blog.galeon.com

Pero el Clarity también incluye transmisión electrónicadirección asistida eléctrica EPS integrada en el control de estabilidad VSA, control de velocidad adaptativo ACC, de tracción TCS,suspensiones de doble brazo y baterías ion-litio -ofrece asistencia energética y almacenamiento más eficiente de la energía regenerada en el frenado-, entre otros. rafael-alvarez.blog.galeon.com

Por otra parte, el diseño de su carrocería persigue criterios de seguridad frente a impactos desde todos los ángulos: reducción de lesiones a peatones, la mitigación de impactos CMBS vista en los CR-V Honda Accord Tourer 2.4 i-VTEC Aut. … El habitáculo incluye pretensores en los cinturones de seguridad delanteros, airbag de cortina, laterales delanteros y frontales, junto a un conjunto de medidas de seguridad relativas al hidrógeno y la alta tensión, además de otras que tocan a la recarga de hidrógeno. Longitudinalmente partido en 2, va revestido en tonos brillantes. Agrega una ventana trasera adicional de policarbonato para preservar la privacidad, materiales interiores premium, 4 asientos independientes -los delanteros calefactados- realizados en fibra biológica Honda (Bio-Fabric), un material de alta calidad de origen vegetal, panel de instrumentos de corte futurista, multitud de huecos portaobjetos, maletero de volumen equiparable al de un compacto…

Su futurista diseño derivado de un compacto tren de potencia y de una configuración coaxial de la transmisión con el motor eléctrico permite un habitáculo de gran tamaño. La marca ha desarrollado una nueva plataforma con un bajo centro de gravedad y larga distancia entre ejes. Exteriormente destaca por su color granate brillante que cambia de tonalidad en función de la incidencia solar.

En el ámbito mecánico, aumenta el rendimiento operativo un 60% disminuyendo la demanda de combustible un 20%, lo que incrementa la autonomía un 40% -alcanza unos 400 km-. La característica más distintiva del vehículo de pila de combustible (aparte de la célula de combustible en sí misma) es la variedad en la disposición arquitectónica gracias a que la unidad motriz y el tren de potencia se pueden distribuir por todo el vehículo. Para aprovechar al máximo esta característica, cada componente de la unidad motriz -motor eléctrico, transmisión, unidad motriz, batería, depósito de hidrógeno y radiadores- debe ser muy compacto. En el Clarity la pila V Flow va dentro del túnel central y la batería de ion-litio bajo el asiento trasero. Además, la válvula de cierre, el regulador, el sensor de presión y otros componentes del sistema de recarga y suministro se integraron en un solo módulo en el depósito, lo que reduce el número de componentes un 74%rafael-alvarez.blog.galeon.com

Impulsado por un motor eléctrico con una potencia equivalente a unos 134 CV, transmite un empuje instantáneo suave y lineal, con aceleración uniforme. No hay vibraciones ni ruido de combustión. Sus tiempos de arranque aceleración son equivalentes a los de un vehículo con motor de combustión interna 2.4, pero sin cambios de velocidades que interrumpan el suministro de energía.

Hay sensores de seguridad por todo el vehículo para advertir en el improbable caso de fuga de hidrógeno. Si se produce, se activa un sistema de ventilación y un dispositivo automático cierra las válvulas principales del depósito de hidrógeno o los conductos de abastecimiento, según sea necesario. Las líneas de alta tensión están aisladas eléctricamente, y los sensores advierten en caso de conexión a tierra. Si se produce una colisión, los contactores de alta tensión cortan la línea de la fuente de alimentación.

Para prevenir el flujo inverso desde el depósito, la tapa del depósito de hidrógeno lleva una válvula de control, y el mecanismo de entrada del hidrógeno está diseñado para prevenir la contaminación proveniente de otros gases o de partículas incompatibles con el hidrógeno almacenado. rafael-alvarez.blog.galeon.com

A todo ello, Honda ha utilizado una estación de hidrógeno experimental de electrólisis del agua alimentada por energía solar en la sede americana de Honda R&D, en Torrance, California. Emplea el módulo de electrólisis del agua y utiliza la próxima generación de paneles solares de capa delgada -consistente en un compuesto de cobre, indio, galio y selenio (CIGS)- desarrollada y producida por la firma japonesa. El diseño gana una eficiencia de producción de hidrógeno a alta presión del 52 al 66%rafael-alvarez.blog.galeon.com

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