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No todos los híbridos tienen motores eléctricos y baterías

No todos los híbridos tienen motores eléctricos y baterías

Cuando se trata de transporte, la hibridación no es nueva. Los automóviles y camiones híbridos que combinan un motor eléctrico con un motor de gasolina se remontan a principios del siglo XX. Las locomotoras híbridas diesel-eléctricas han estado en funcionamiento durante años, y en la década de 1970, comenzaron a aparecer pequeñas cantidades de autobuses diesel-eléctricos. En una escala más pequeña, un ciclomotor es un híbrido: combina la potencia de un motor de gasolina con la potencia del pedal del conductor.

Por lo tanto, cualquier vehículo que combine dos o más fuentes de energía se considera un vehículo híbrido (HV). Hoy, cuando el híbrido y el vehículo se usan juntos, piense en Toyota Prius, Ford Fusion Hybrid o Honda Civic Hybrid, ese vehículo, según el Departamento de Energía de EE. UU., Es un vehículo eléctrico híbrido (HEV). Cada uno de estos vehículos combina un motor de combustión interna (ICE) y un motor eléctrico que recibe electricidad de una batería.

Los sistemas híbridos eléctricos de gasolina y diesel de hoy en día son maravillas muy complejas y de alta tecnología en diseño y operación. Los componentes incluyen controladores, generadores, convertidores, inversores, frenado regenerativo y, por supuesto, un paquete de baterías, ya sea hidruro de níquel-metal o iones de litio.

Los HEV ofrecen beneficios que sus contrapartes convencionales de gasolina o diésel no tienen: mayor economía de combustible y menos emisiones nocivas que salen del tubo de escape. Pero para lograr los mismos resultados, no todos los vehículos híbridos requieren motores eléctricos y baterías.

Aquí hay un vistazo a tres sistemas híbridos alternativos. Uno ahora está empleado en grandes camiones y podría llegar a los automóviles, uno probablemente aparecerá en un BMW 2016 y el tercero podría estar en la carretera en tres años.

Hidráulico: no solo para los perros grandes

En agosto pasado presenté un artículo sobre un sistema híbrido hidráulico que se ha abierto camino en grandes camiones de basura diesel, los que vienen una vez por semana y recogen nuestra basura. En un buen día, un transportista de basura tendrá 4 a 5 mpg. Luego están todos esos contaminantes repugnantes y desagradables que salen de las pilas de escape.

Pero gracias a la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), sí, esas mismas personas del gobierno que supervisan las leyes ambientales y las pruebas de consumo de combustible, un sistema híbrido hidráulico que fueron pioneros aumenta la economía de combustible en las grandes plataformas hasta en un 33 por ciento y reduce el carbono dióxido (CO2) en un 40 por ciento.

El principio del sistema hidráulico es similar a un HEV. Recupera una parte de la energía que normalmente se pierde como calor por los frenos del vehículo. Pero en lugar de un paquete de baterías, un sistema hidráulico utiliza pistones para capturar la energía desperdiciada al comprimir el gas nitrógeno almacenado en un tanque, llamado acumulador.

Cuando el conductor suelta el pedal del acelerador, las ruedas impulsan una bomba hidráulica que bombea fluido hidráulico para comprimir el gas nitrógeno y reduce la velocidad del camión. Cuando el conductor acelera, el nitrógeno se expande y empuja un pistón en un cilindro lleno de fluido hidráulico. Esta acción ayuda al motor diesel a girar las ruedas traseras.

El sistema hidráulico funciona notablemente bien en los grandes camiones para perros, pero ¿qué pasa con los camiones ligeros o los turismos? El Centro de Energía Fluida Compacta y Eficiente (CCEFP), un Centro de Investigación de Ingeniería de la Fundación Nacional de Ciencias en Minneapolis, Minnesota, está trabajando en eso.

El vehículo "Generación 2" del centro, una camioneta Ford F-150, utiliza una transmisión hidráulica dividida de potencia variable continua construida a medida. Se complementa con acumuladores hidráulicos para permitir la operación híbrida.

Para ser competitivo, el sistema debe demostrar ventajas sobre los BEV. Las especificaciones de diseño para el vehículo incluyen: vibración y aspereza comparables a un vehículo de pasajeros; un tiempo de 0 a 60 mph de 8 segundos; subir una pendiente del 8 por ciento; emisiones que cumplen con los estándares de California; y el grande, economía de combustible de 70 mpg bajo los ciclos de manejo federales.

Al vapor

Los hermanos gemelos Francis y Freelan Stanley, inventores del Stanley Steamer, probablemente aprobarían el uso innovador de BMW del mismo principio que trabajó para impulsar sus automóviles con motor de vapor hace más de 100 años para mejorar la eficiencia en los vehículos modernos. Llamado Turbosteamer, este sistema utiliza energía térmica desperdiciada de los gases de escape desperdiciados de un motor para aportar energía al automóvil.

Este sistema de asistencia de vapor comienza con un intercambiador de calor ubicado entre el motor y el catalizador que convierte el agua en vapor. El vapor presurizado se lleva a lo que es esencialmente una pequeña máquina de vapor. Una segunda máquina de vapor más pequeña produce un poco más de energía mecánica.

Comencé a seguir esta tecnología en 2005 cuando BMW dijo que las dos máquinas de vapor combinadas generaban 14 caballos de fuerza y ​​15 libras-pie de torque en un motor de cuatro cilindros y 1.8 litros. Además, la economía de combustible mejoró en un 15 por ciento en la conducción general.

El fabricante de automóviles también dijo que tenía la intención de preparar el Turbosteamer para la producción en volumen en varios de sus vehículos en una década. Bueno, son 10 años después, ¿verá producción?

Desde entonces, los investigadores e ingenieros se centraron en reducir el tamaño de los componentes y simplificar el sistema para mejorar la dinámica. Se les ocurrió una turbina de expansión innovadora basada en el principio de la turbina de impulso. El sistema ahora es más pequeño, cuesta menos y los desarrolladores dicen que el consumo de combustible se reduce hasta en un 10 por ciento durante la conducción en carretera.

Si bien el Turbosteamer no puede comparar su verdoridad con el automóvil totalmente eléctrico BMW i3, una mejora del 10 por ciento en el ahorro de combustible para una "Máquina de conducción definitiva" no es nada despreciable. Es posible que el próximo año se presente un vehículo BMW equipado con Turbosteamer.

No solo un montón de aire caliente

La idea de que el aire comprimido podría impulsar un automóvil viable de cero emisiones ha sido perseguida durante años por muchos ingenieros respetados. En 2000, hubo mucho ruido sobre un nuevo vehículo de aire comprimido y cero contaminación del inventor francés y fabricante de motores de Fórmula Uno, Guy Nègre. Su compañía, Motor Development International (MDI), lanzó un automóvil, taxi, camioneta y camioneta de tamaño urbano que funcionaban con un motor de aire. En lugar de esas minúsculas, minúsculas explosiones de gasolina y oxígeno que empujan los pistones hacia arriba y hacia abajo, como en un motor de combustión interna normal, el motor de aire de cuatro cilindros de aluminio utiliza aire comprimido para el trabajo.

Se afirmaba que una versión híbrida, que usaba un pequeño motor de gasolina para alimentar un compresor a bordo para un suministro constante de aire comprimido, podía viajar de Los Ángeles a Nueva York con solo un tanque de gasolina.

En 2007, MDI firmó un acuerdo con Tata Motors, el mayor fabricante de automóviles de la India para producir automóviles en 2008, seguido de la versión híbrida en 2009. No se produjeron automóviles. Esa es quizás una de las razones por las que los automóviles con aire comprimido han sido objeto de bromas entre la comunidad de automóviles ecológicos.

Hoy, el número de chistes ha disminuido. Ese es el resultado de la presentación de Peugeot del prototipo 208 HYbrid Air 2L en el Paris Auto 2014 en octubre. (Revision completa). Emplea un tanque de aire comprimido que hace girar un motor hidráulico para potencia adicional o conducción en la ciudad con cero emisiones en lugar de una batería para las mismas funciones.

Al igual que un BEV, durante la conducción normal, el automóvil funciona con el motor de gasolina. Se requiere aire comprimido para obtener potencia adicional al pasar o atravesar una colina. En esta situación, la potencia tanto del motor como del motor hidráulico se dirige a las ruedas delanteras a través de una transmisión epicíclica, similar a la transmisión del conjunto de engranajes planetarios utilizada por el Toyota Prius.

En la conducción en la ciudad, donde se necesita menos energía y la conducción libre de emisiones es la prioridad, en lugar de la energía provista por una batería, el aire comprimido solo motiva al automóvil. El tanque de aire comprimido se recarga al frenar o al usar parte de la energía desarrollada por el motor de gasolina de tres cilindros para comprimir el aire.

Durante el Pairs Show, Peugeot dijo que si otro gran fabricante de automóviles comprara la tecnología para permitir la producción en cantidades suficientes para asegurar la asequibilidad de fabricación, el HYbrid Air podría estar en el mercado en aproximadamente tres años. Dos informes de Europa sugieren, sin nombrar a la compañía automotriz, que Peugeot ha encontrado un socio interesado.

Ultima palabra

No es seguro que ninguno de estos tres sistemas híbridos alternativos esté disponible en vehículos de producción, y si lo son, qué tipo de impacto tendrán en el mercado. Lo que está claro es que la electricidad en la transmisión no es la única forma de hibridar un vehículo.