motor hibrido
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Díaz Avendaño Francisco German
MOTOR HIBRIDO
EL MOTOR ELÉCTRICO
Es una máquina eléctrica rotatoria que transforma una energía eléctrica en mecánica a partir de diferentes interacciones electromagnéticas para producir el movimiento deseado. Aunque hay algunos motores que son capaces de hacer esta transformación al in revés, es decir, transformar la energía mecánica a eléctrica.
HISTORIA DEL MOTOR ELECTRICO
Después del descubrimiento de la relación entre la electricidad y el magnetismo en 1821 por el químico danés Hans Christian Ørsted, los físicos británicos Michael Faraday y Peter Barlow crearon dispositivos años después que demostraban la transformación de la corriente eléctrica en movimiento.
El primer motor eléctrico, que usaba electroimanes y que rotaba, fue demostrado por Ányos Jedlik en 1828. Este desarrollo más adelante un motor de gran alcance para propulsar un vehículo.
En 1832, el científico británico Esturión de Guillermo invento el motor eléctrico continuo capaz de un uso práctico.
El motor moderno de la C.C. fue inventado por accidente en 1873 a manos de Gramo de Zénobe. La máquina del gramo, así conocida, era el primer motor eléctrico que era acertado para la industria.
El practicable motor de CA fue inventado en 1888 por Nikola Tesla además del sistema polifásico de la transmisión de energía.
Un motor eléctrico es una máquina electromecánica capaz de transformar la energía eléctrica en energía mecánica.
Los motores eléctricos son reversibles: son capaces de producir electricidad si se les hace girar por un medio mecánico.
Un motor eléctrico de corriente alterna puede llegar a ser un alternador, y un motor eléctrico de corriente continua también se puede utilizar como una dinamo (máquina dinamoeléctrica). Es por eso que los expertos prefieren hablar de máquinas eléctricas.
Si usted fuera a atar una batería al imán de tal forma que el extremo norte del tornillo que se muestra, la ley básica del magnetismo le dirá que pasará: el polo norte del imán será repelido del extremo norte de la herradura del imán y atraída al extremo sur de la herradura del imán. El extremó sur del imán será repelido de forma similar. El tornillo se movería una media vuelta y se colocaría en la posición mostrada.
La clave para un motor eléctrico es entonces ir al paso, al momento en que ese movimiento de media vuelta se complete, el campo del electroimán cambie. El cambio hace que el electroimán haga otra media vuelta.Usted cambia el campo magnético simplemente cambiando la dirección del flujo de electrones en el alambre.
FUNCIONAMIENTO
Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación.
El motor de corriente continua es alimentado por pilas, baterías, la corriente producida por una dinamo o con mucha frecuencia hoy en día, por un alternador que lleva instalado un dispositivo rectificador de la corriente.
La ventaja de los motores de corriente continua es su facilidad para variar la velocidad, su par y su sentido de rotación.
Su principal inconveniente es el desgaste de las escobillas (fijas) que frotan en el colector (en movimiento). Además, estos motores son muy lentos.
Existen, sin embargo, para algunas aplicaciones, motores modernos de corriente continua sin escobillas, motores que ya no tienen ninguna de estas desventaja
Motores de corriente alterna Hay tres tipos de motores de corriente alterna:
motor universal;
motor síncrono;
motor asíncrono.
Motor universalUn motor universal puede ser alimentado ya sea por corriente continua o alterna.Estos motores tienen un bajo rendimiento, pero un costo de producción muy bajo. Su par es débil, pero su velocidad es importante.Se utilizan principalmente en los electrodomésticos (aspiradoras...) y en herramientas eléctricas de baja potencia (taladros...) hasta de aproximadamente 1200 W. Su velocidad se controla fácilmente con dispositivos electrónicos baratos.
Motor síncrono
Se utiliza a menudo como un generador. Entonces se llama alternador.
Para la generación de energía, las plantas de energía utilizan alternadores cuya potencia puede llegar alrededor de 1500 MW.La velocidad de estas máquinas es proporcional a la frecuencia de las corrientes que las atraviesan.
Máquinas síncronas también se utilizan en los sistemas de tracción ferroviaria (por ejemplo, en el TGV).Motor asíncrono
O máquina de inducción es una máquina de corriente alterna, sin conexión entre el estator y un rotor.El motor asíncrono ha sido muy cuestionado por el motor síncrono de alta potencia, hasta el advenimiento de la electrónica de potencia. Se encuentra en el transporte (metro, trenes, barcos), industria (máquinas herramientas), los aparatos eléctricos.
También se utilizan como un generador, como en los aerogeneradores.
EL COCHE ELÉCTRICO
El coche eléctrico fue uno de los primeros automóviles que se desarrollaron, hasta el punto que existieron eléctricos anteriores al motor de cuatro tiempos sobre el que Diésel (motor diésel) y Benz (gasolina), basaron el automóvil actual.
Entre 1832 y 1839 (el año exacto es incierto), el hombre de negocios escocés Robert Anderson, inventó el primer vehículo eléctrico puro.
El profesor Sibrandus Stratingh de Groninga, en los Países Bajos, diseñó y construyó con la ayuda de su asistente Christopher Becker vehículos eléctricos a escala reducida en 1835.
La mejora de la pila eléctrica, por parte de los franceses Gaston Planté en 1865 y Camille Faure en 1881, allanó el camino para los vehículos eléctricos.
En la Exposición Mundial de 1867 en París, el inventor austríaco Franz Kravogl mostró un ciclo de dos ruedas con motor eléctrico. Francia y Gran Bretaña fueron las primeras naciones que apoyaron el desarrollo generalizado de vehículos eléctricos.
En noviembre de 1881 el inventor francés Gustave Trouvé demostró un automóvil de tres ruedas en la Exposición Internacional de la Electricidad de París.
Los automóviles eléctricos, producidos en los Estados Unidos por Anthony Electric, Baker, Detroit, Edison, Studebaker, y otros durante los principios del siglo XX tuvieron relativo éxito comercial.
Debido a las limitaciones tecnológicas, la velocidad máxima de estos primeros vehículos eléctricos se limitaba a unos 32 km/h, por eso fueron vendidos como coche para la clase alta y con frecuencia se comercializan como vehículos adecuados para las mujeres debido a conducción limpia, tranquila y de fácil manejo, especialmente al no requerir el arranque manual con manivela que si necesitaban los automóviles de gasolina de la época
La introducción del arranque eléctrico del Cadillac en 1913 simplificó la tarea de arrancar el motor de combustión interna, que antes de esta mejora resultaba difícil y a veces peligroso.
Esta innovación, junto con el sistema de producción en cadenas de montaje de forma masiva y relativamente barata implantado por Ford desde 1908 contribuyó a la caída del vehículo eléctrico.
Además las mejoras se sucedieron a mayor velocidad en los vehículos de combustión interna que en los vehículos eléctricos.
A finales de 1930, la industria del automóvil eléctrico desapareció por completo, quedando relegada a algunas aplicaciones industriales muy concretas, como montacargas (introducidos en 1923 por Yale), toros elevadores de batería eléctrica, o más recientemente carros de golf eléctricos, con los primeros modelos de Lektra en 1954.
Los modelos 100% eléctricos demostraban que quedaba mucho por hacer, las baterías daban prestaciones muy pobres y muy poca autonomía, así que los híbridos eran la alternativa más viable. En 1970 se emite la Clean Air Act en Estados Unidos, que pide reducir las emisiones un 95% para 1976.
MOTOR HIBRIDO
Entre 1968 y 1971 tres científicos investigaron sobre combinaciones de sistemas híbridos. Baruch Berman, George H. Gelb y Neal A. Richardson desarrollaron y patentaron un sistema de transmisión electromecánica que conseguía más eficiencia utilizando un motor pequeño de combustión interna. Muchas de sus ideas se han utilizado en híbridos modernos.
La alemana Volkswagen desarrolló en 1973
el Volkswagen Taxi, que se mostró en salones de Estados Unidos principalmente. El Taxi tenía la habilidad de funcionar tanto con gasolina como con
motor eléctrico alternativamente o a la vez, logrando más
eficiencia que ningún híbrido hasta la fecha. Recorrió casi
13.000 kilómetros en pruebas.En 1973, Victor Wouk y Charlie Rosen construyen un prototipo de híbrido sobre un 1972 Buick Skylark cedido por General Motors. Se eligió ese
modelo por el volumen que tenía su vano motor, dentro alojaron un
motor eléctrico de 20 CV y un motor rotativo del Mazda RX-2.
En Japón Toyota empieza el desarrollo de coches híbridos también,
mostrando en 1976 un prototipo de deportivo híbrido en serie movido por turbina de gas (GT) y motor eléctrico.
Se llamaba Toyota GT Hybrid Concept, basado en el Toyota
Sports 800 de 1969.Los híbridos vuelven al mercado
En 1997 Audi lanza al mercado el Audi Duo III, con un motor 1.9 TDI de 90 CV
y un motor eléctrico de 29 CV, en configuración paralela y tracción delantera. Fue el primer híbrido
europeo moderno de producción, pero sólo se vendieron 60 unidades y fue un fracaso comercial por su elevado
precio.
Es finalmente Toyota la que se moja y lanza al mercado japonés el Toyota Prius (en latín, “pionero”)
en diciembre de 1997, es el primer híbrido de producción masiva del mundo. el primer año de
ventas fue un éxito, 18.000 unidades.
A finales de 2000 se vendió en otros mercados con algunos cambios.
Entre 2003 y 2005 se vende el Honda Civic IMA como respuesta al Prius, con cambio manual.
En 2004 aparece el primer híbrido de comercialización masiva americano, también el primer SUV híbrido del Mundo, Ford Escape Hybrid. Tiene un motor Atkinson 2.3 de 156 CV y módulo eléctrico de 94 CV, en versiones 4×2 y 4×4. Su consumo de combustible en autovía es 7,6 l/100 km (4×2) u 8,1 l/100 km (4×4). En su día fue el SUV más eficiente del mercado americano.
Un vehículo híbrido es un vehículo de propulsión alternativa combinando un motor eléctrico y un motor de combustión.
Los modelos más recientes y usados se fundan en patentes del ingeniero Víctor Wouk, llamado el "Padre del coche híbrido“
COMPONENTES DEL SISTEMA HÍBRIDO
Motor térmico: Suele ser gasolina 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.
Los dos motores trabajan en conjunto, prendiéndose y apagándose individualmente según las circunstancias y apoyándose cuando se requiere.
El motor eléctrico de un vehículo híbrido es bastante poderoso.
La función principal del motor eléctrico es mantener el coche prendido (sin quemar gasolina) en situaciones que no requieren de mucho poder: el tráfico en la hora pico, los semáforos tardados, o las tres horas de fila para cruzar la frontera de Tijuana a San Diego.
En estas condiciones el motor de combustión interna se apaga; ya no se oye el zumbido conocido del coche prendido y no se producen emisiones. Por eso el coche híbrido ahorra gasolina en áreas urbanas.
Generador: Recupera energía en las frenadas, retenciones y aceleraciones 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
Baterías: Suelen ser de plomo-ácido (Pb), níquel-metal hidrido (NiMh), níquel-cadmio (NiCd) o ión litio, en orden de eficiencia. Se almacenan normalmente en la parte trasera y añaden mucho peso al coche. Necesitan un sistema de refrigeración pero no mantenimiento por parte del usuario. Van aparte de la batería de 12V de siempre.
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.
CÓMO AHORRA UN HÍBRIDO
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 mueve el coche también si no lo ha hecho ya. Así evitamos un momento de gran ineficiencia del motor térmico. Los semihíbridos siempre arrancan con los dos motores.
Aceleración: Como el motor térmico es de potencia más ajustada, el eléctrico se utiliza para ayudarle a empujar durante un tiempo suficiente. Al tener que hacer menos esfuerzo el térmico su consumo es menor y el comportamiento similar a si tuviese más potencia.
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).
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.
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.
Para frenar, el motor eléctrico aplica resistencia a la transmisión, provocando una reducción en la velocidad de la rotación de las ruedas. A cambio, la energía de las ruedas hace girar al motor, el cual funciona como un generador - así se aprovecha la energía que normalmente se desperdicia durante el frenado - y se almacena en la batería hasta que sea requerida.
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.
¿CÓMO SE CARGAN LAS BATERÍAS DE UN COCHE HÍBRIDO?
Normalmente el coche híbrido no se enchufa para cargarse, sino que se carga aprovechando las fuerzas del movimiento y la fricción durante su uso normal; el movimiento de las ruedas se convierte en energía mediante un generador para cargar la batería. Esto ocurre cuando el coche está rodando y al frenar.
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.
¿Cuánto es el rendimiento de un carro híbrido?
En promedio rinden entre 30 y 60 millas por galón.
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.
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.
VENTAJAS La combinación de un motor de combustión operando siempre a su máxima eficiencia, y la recuperación de energía del frenado (útil especialmente en los tramos cortos), hace que estos vehículos alcancen un mejor rendimiento.
Muchos sistemas híbridos eléctricos permiten recoger y reutilizar la energía cinética, que se escapa en forma de calor al frenar, gracias al uso de frenos regenerativos.
Los vehículos híbridos eléctricos obtienen la energía del motor de combustión y con la recuperación de energía durante el frenado.
DESVENTAJAS Toxicidad de las baterías que requieren los motores eléctricos.
Utilización importante de materias escasas (neodimio y lantano en el caso del Prius [1]).
Mayor peso que un coche convencional (hay que sumar el motor eléctrico y, sobre todo, las baterías), y por ello un incremento en la energía necesaria para desplazarlo.
Más complejidad, lo que dificulta las revisiones y reparaciones del mismo.
Su elevado precio.
Cuando usan el motor de combustión contaminan igual que cualquier otro.
Las baterías (extremadamente caras) tienen una vida útil muy inferior a la del vehículo
Se han presentado problemas con las baterías.
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.