MOTORES HÍBRIDOS

INTRODUCCIÓN

Con sólo unas pocas excepciones, los vehículos modernos están equipados con motores de gasolina o diesel. Las excepciones se conforman de los vehículos que funcionan con GNC (gas natural comprimido) o GLP (gas licuado de petróleo). Los vehículos que utilizan la electricidad o el hidrógeno como su energía de propulsión en la actualidad aún conservan el estado de las aplicaciones "convenientes". El motor a gasolina ocupa actualmente una cuota de mercado mundial de algo más del 90%, el motor a diesel en torno al 10%. Las razones para fuentes alternativas de energía, se pueden encontrar en las circunstancias locales o se orientan en torno a la disponibilidad de fuentes de energía independientes en un país o región en particular. En el pasado, el petróleo crudo se disponía de suficiente energía como la forma original para la gasolina y el diesel, pero las alternativas de búsqueda se ha ampliado enormemente en los últimos años. Las razones esenciales para ello son las siguientes:

• Muchos estados están tratando de hacer su uso de energías menos dependientes de los dictados de los países productores de petróleo. En consecuencia, la producción de aceite crudo se está convirtiendo cada vez más compleja y costosa.

• Las emisiones de dióxido de carbono deben reducirse significantemente. Parte de la culpa del calentamiento global de la atmósfera se atribuye a este gas. El dióxido de carbono se produce en la combustión de cualquier fuente de energía que contiene carbono. El acuerdo entre la ACEA y la Comisión de la Unión Europea especifica la reducción de la producción de CO2 de los vehículos nuevos que entran en el mercado europeo a 140 g/km de CO2 para el año 2008.

• Hay un deseo de vehículos totalmente libres de emisiones.

Los factores mencionados anteriormente deben tenerse en cuenta en la evaluación de la utilización de energías alternativas para sistemas de propulsión del vehículo.

El tipo de energía utilizada es de importancia decisiva para la evaluación de los sistemas de propulsión. Esto, por supuesto, incluye la recuperación del crudo, preparación y procesamiento (refinación), el transporte y el consumo en el vehículo.

OBJETIVO

El objetivo del presente trabajo es difundir los componentes, funcionamiento, aplicaciones, puntos a favor y en contra de los motores híbridos.

Con ello se pretende promover socialmente y en la industria el conocimiento de esas tecnologías, induciendo así su demanda por parte de los ciudadanos en beneficio de ahorro de costos, seguridad y medio ambiente.

Finalmente se pretende que los estudiantes se mantengan al margen de los nuevos sistemas desarrollados, comprenderlos, y a partir de ello mejorar estos en un futuro.

MOTORES HÍBRIDOS

¿Qué es un motor híbrido?

Como una definición general, los vehículos de sistemas de propulsión híbridos son aquellos que tienen dos sistemas de propulsión diferentes y dos instalaciones de almacenamiento de energía diferentes. En la práctica, se pueden dar diferentes combinaciones energéticas duales: motor eléctrico que se alimenta de baterías conectadas a una pila de combustible, una turbina de gas combinada con un motor eléctrico alimentado con baterías, un motor de combustión combinado con otro eléctrico, etcétera.

Los vehículos híbridos que se comercializan en la actualidad utilizan un motor eléctrico y otro de combustión interna o convencional. El origen de la energía utilizada para la propulsión sería por tanto dual: el depósito de combustible alimentaría al motor de combustión convencional y la batería al motor eléctrico.

Funcionamiento

El funcionamiento de un vehículo híbrido se basa en la combinación de dos tipos de motores, uno eléctrico y otro convencional o de combustión interna, a través de un sofisticado sistema de control híbrido y de un paquete de baterías.

En general, un vehículo híbrido funciona como uno convencional al que se le ha unido un motor eléctrico cuya misión es bien ayudar al motor de combustión cuando se precise una mayor potencia o bien impulsar él solo al vehículo, con el motor de combustión desconectado, cuando la potencia requerida sea pequeña, por ejemplo en condiciones favorables de conducción.

Los vehículos híbridos se clasifican en tres tipos atendiendo al modo en que se conectan ambos motores: híbridos en serie, híbridos en paralelo e híbridos mixtos.

Componentes

Durante el desarrollo del funcionamiento del motor híbrido y sus distintas configuraciones se hacen presentes en cada una de ellas los siguientes componentes:

1. Motor a Gasolina: Este es similar al que tienen los automóviles convencionales. Sin embargo, el motor en un híbrido es más pequeño y cuenta con tecnología avanzada que reduce las emisiones e incrementa la eficiencia del mismo.

2. Tanque de Gasolina: El tanque de combustible del híbrido es la fuente de energía del motor a gasolina. La gasolina tiene mayor densidad energética que las baterías. Por ejemplo, toma alrededor de 500 Kg de baterías para almacenar energía equivalente a un galón (3.5 Kg) de gasolina.

3. Motor Eléctrico: El motor eléctrico de un auto híbrido es muy sofisticado. Electrónica avanzada permite que éste actúe correctamente como motor y generador. Por ejemplo, cuando es necesario, puede tomar energía de las baterías para acelerar el auto. Pero como generador, puede disminuir la velocidad para recargando las baterías.4. Generador: Es parecido a un motor eléctrico, pero este sólo trabaja para producir energía eléctrica. Se usa más en vehículos híbridos que tienen configuración en serie.

5. Baterías: Las baterías en un auto híbrido son 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 a gasolina, el motor eléctrico en el auto híbrido puede suministrar energía a las baterías, así como obtenerla de estas.

6. Transmisión: La transmisión en un automóvil híbrido cumple la misma función básica que en un auto convencional. Algunos híbridos, como el Honda Insight, tienen un sistema de transmisión convencional, a diferencia de otros como el Toyota Prius, que cuenta con una transmisión completamente distinta.

Motor híbrido en serie

En los híbridos en serie el vehículo es impulsado enteramente por el motor eléctrico gracias a la electricidad suministrada por el motor de combustión, el cual arrastra a su vez un generador eléctrico. La batería actúa por lo tanto como acumulador de la electricidad (energía) sobrante y, cuando está cargada, permite la desconexión temporal del motor de combustión, de forma que el vehículo puede impulsarse momentáneamente de manera totalmente eléctrica.

Los flujos energéticos característicos de la configuración en serie son los siguientes:

a) El motor de combustión, a través del generador, puede alimentar al motor eléctrico y también cargar la batería.

b) La batería puede alimentar al motor eléctrico pero también, gracias a la capacidad de éste de actuar como freno regenerativo, el motor eléctrico puede, a su vez, recargar la batería. El frenado regenerativo consiste en decelerar el vehículo no del modo convencional basado en el rozamiento de las pastillas contra los discos de freno, sino invirtiendo el funcionamiento del motor eléctrico y haciéndolo funcionar como un generador de electricidad. Una analogía puede servir para explicar el concepto de freno regenerativo: del mismo modo que un ventilador emplea electricidad para hace girar sus aspas mientras que un aerogenerador utiliza el viento para obtener electricidad, un motor eléctrico en un automóvil puede emplear electricidad para impulsarlo o bien utilizar dicho impulso para generar electricidad, en la figura 1 se puede observar el esquema a bloques de este tipo de configuración.

Motor híbrido en paralelo

En los híbridos con arquitectura paralela tanto el motor de combustión como el motor eléctrico trabajan simultáneamente para impulsar las ruedas del vehículo. El sistema de tracción no es excesivamente complejo mecánicamente en esta arquitectura, puesto que el motor eléctrico simplemente trabaja en paralelo con el motor de combustión, la figura 2 muestra el diagrama a bloques de este sistema. Esto supone una notable simplificación a la hora de desarrollar una hibridación por parte de cualquier fabricante.

Los flujos energéticos característicos de la configuración en serie son los siguientes:

a) El motor de combustión, a través del motor eléctrico, puede también impulsar al vehículo y, también, cargar la batería funcionando éste último como un alternador.

b) La batería puede alimentar al motor eléctrico y, gracias a la capacidad del freno regenerativo, el motor eléctrico puede también recargar la batería.

Motor híbrido mixto

Esta configuración proporciona la posibilidad de propulsar al vehículo enteramente mediante el motor de combustión, enteramente mediante el motor eléctrico o mediante una combinación de ambos motores.

El concepto de un vehículo mixto es el de un vehículo híbrido con arquitectura serie en el que se ha conectado el motor de combustión directamente a las ruedas. Así, tanto el motor de combustión como el generador y el motor eléctrico están todos ellos interconectados a través de un sistema de engranajes diferencial el cual, a su vez, está conectado a la transmisión del vehículo.

El flujo de la energía en los vehículos con arquitectura mixta sería el siguiente:

a) El motor

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