Motores Hibridos

Se dice "híbrido" de todo lo que es producto de elementos de distinta naturaleza.

Un motor hibrido consiste de un sistema que combina un generador de energía eléctrica y un motor convencional de gasolina. El concepto de motor híbrido gasolina/vapor difiere bastante de las combinaciones híbridas habituales que suelen ser gasolina/eléctrico, aunque que sería aplicable también a éstos.

Es considerado a Alexander Severinsky como el padre del motor híbrido patentado en 1999

En un motor de gasolina normal (incluyendo el que llevan los coches híbridos gasolina/eléctricos) se quema una mezcla de aire y combustible. Al prenderse la mezcla (por acción de la bujía en los motores de gasolina o “espontáneamente” en los motores diésel) la expansión de los gases producidos impulsa el pistón a lo largo del cilindro para mover el cigüeñal.

En el motor híbrido gasolina/vapor el funcionamiento básico es el mismo descrito, aunque con una variación: en una primera carrera el pistón es impulsado por los gases en expansión originados de la combustión del combustible. Esta ignición calienta la temperatura de la cámara de combustión hasta los 800 grados centígrados, momento en el que se inyecta agua a presión en la cámara de combustión: el agua se vaporiza al instante incrementando su volumen unas 1.600 veces y empujando de nuevo el pistón, elemento que vuelve a realizar su carrera por el cilindro sin haber quemado una gota de combustible. Para el siguiente ciclo (en tanto el agua ha enfriado la temperatura del cilindro) volverá a inyectarse combustible y así sucesivamente.

El motor eléctrico funciona en el arranque, que es el momento en el que se consume más gasolina. Cuando las baterías del motor eléctrico se agotan o es necesaria mayor potencia entra en funcionamiento el motor convencional (aplicado a vehículos híbridos).

Estructura

La configuración de un vehículo híbrido depende de la disposición de los elementos que lo componen, por lo que se pueden clasificar en híbridos serie e híbridos en paralelo.

Híbrido 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. Para viajes más largos, el dispositivo generador puede ser conectado automáticamente cuando las baterías alcanzan un nivel predeterminado de descarga.

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.

Dependiendo del rango de velocidades que se quieran ofrecer el dispositivo generador debe ser mayor o menor. En un principio se propusieron soluciones de bajo rango de velocidades, pero la tendencia hoy en día es la de ir a un rango mayor. Esto implica sistemas de generación mucho mayores. 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. En caso contrario es difícil la justificación de este tipo de propulsión híbrida ya que la energía eléctrica de las baterías proviene en realidad de la combustión del motor térmico.

La principal ventaja que ofrece este diseño frente al de en "paralelo" es la de un diseño mecánico simple. Se dispone de un motor térmico diseñado y optimizado para trabajar siempre en el mismo régimen de revoluciones.

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.

Híbrido 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

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