VEHICULOS HIBRIDOS

LUIS DUQUE CARREÑO

FARID MORENO QUEVEDO

DIEGO QUINTANA GOMEZ

EDISON FABIAN GORDILLO

JUAN CAMILO SUAREZ

Instructora

SONIA LUCIA RUIZ

SENA CTT (CENTRO DE TECNOLOGIA Y TRANSPORTE)

MANTENIMIENTO MECATRONICO DE AUTOMOTORES

AREA DE INFORMATICA

BOGOTA D.C.

CONTENIDO

INTRODUCCION

1. VEHICULOS HIBRIDOS

1.1 ESTRUCTURA

1.1.1 HIBRIDOS EN SERIE

1.1.2 HIBRIDOS EN PARALELO

1.2 MOTORES

1.3 VEHICULOS HIBRIDOS EN EL MERCADO

1.3.1 KÍA POP ELÉCTRICO

1.3.2 PEUGEOT EX1, VEHÍCULO ELÉCTRICO DE RECORD

1.3.3 CHEVOLET CRUZE EV

1.3.4 OPEL VIVARO E-CONCEPT

1.3.5 SAAB 9-3 EPOWER, EL PRIMER VEHÍCULO ELÉCTRICO DE SAAB

1.3.6 HYUNDAI BLUE-WILL PARA EL SALÓN DEL AUTOMÓVIL DE SEÚL

1.3.7 TOYOTA PRIUS

INTRODUCCION

Actualmente los vehículos híbridos están ayudando a evolucionar la industria automotriz. Así mismo buscan ayudar el medio ambiente bajando la emisión de gases en una cifra considerable y al poco consumo de combustible.

Por esta razón las firmas automotrices más reconocidas del mercado mundial están haciendo una producción en masa en esta nueva clase de vehículos y buscando nuevas innovaciones tecnológicas

1. VEHICULOS HIBRIDOS

El término híbrido hace referencia a vehículos que trabajan con dos motores: uno de combustión interna (gasolina-diesel) tradicional que llamaremos térmico y otro eléctrico, alimentado por baterías adicionales a las ya conocidas. Existen desde hace varios años y sus principales características son menor consumo de combustible y una disminución sensible de las emisiones de gases nocivos por kilómetro recorrido.

Su principal característica es que son capaces de recuperar energía en las bajadas o al aplicar los frenos, siendo esto una gran ventaja pues en los vehículos normales ésta se desecha en forma de calor al aplicar los frenos.

Existen algunos de ellos que utilizan el motor térmico también para generar electricidad y almacenarla en las baterías, para luego mover el vehículo con el motor eléctrico. Este proceso se realiza de forma muy eficiente y es muy conocido desde hace muchos años en sistemas de ferrocarril, con sus locomotoras diesel-eléctricas.

Existen diferentes configuraciones para el funcionamiento de los motores, en algunos casos trabajan en forma simultánea, en otros solo el eléctrico y el térmico solo genera electricidad, y en otros primero el eléctrico y posteriormente el térmico. Últimamente, se ha desarrollado un nuevo tipo de vehículo híbrido llamado enchufable, que permite ser cargado con la red eléctrica.

Esto añade una ventaja adicional, y es que la energía tomada de allí es mucho más económica que la generada con el motor térmico. Así el vehículo puede funcionar en muchos recorridos solo con energía eléctrica, sin consumir un solo gramo de combustible.

La tecnología de los híbridos muy pronto se verá en nuestros países, pues los países desarrollados ya la han incorporado a sus medios de transporte desde hace varios años y, en general, todas las marcas de trayectoria tienen ya sus modelos en el mercado.

Su costo es alto hoy en día, pero la masificación de su producción y la llegada de nuevas tecnologías harán que se equiparen muy pronto a los precios de los vehículos con motores térmicos. Adicionalmente, el temor a la tecnología eléctrica y su mantenimiento irá desapareciendo, pues la realidad es que son mecanismos mucho más confiables que los actuales y con una vida útil mucho mayor. 

1.1 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.

1.1.1 HÍBRIDOS 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 muchos 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.

1.1.2 HIBRIDOS 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 muchos 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 más componentes, el generador, el conversor de corriente alterna a corriente continua y la transmisión ente el motor térmico y el generador por lo que será más pesado y caro. Sin embargo tiene la ventaja que el generador al estar diseñado para funcionar sólo como generador, será más eficiente que el motor funcionando como generador.

Usando el motor eléctrico como generador : se disminuye el número de componentes, pero puede disminuir el rendimiento.

El vehículo híbrido paralelo con generador independiente también se le clasifica como vehículo híbrido "paralelo-serie". Esta configuración combina las ventajas de ambos sistemas y es la más utilizada por los fabricantes de automóviles como por ejemplo: Toyota en su modelo Prius.

1.2 MOTORES

Los automóviles normalmente tienen motores de combustión interna que rondan entre los 60 y 180 CV de potencia máxima. Esta potencia se requiere en situaciones particulares, tales como aceleraciones a fondo, subida de grandes pendientes con gran carga del vehículo y a gran velocidad. El hecho de que la mayoría del tiempo dicha potencia no sea requerida supone un despilfarro de energía, puesto que sobredimensionar el motor para posteriormente emplearlo a un porcentaje muy pequeño de su capacidad, sitúa el punto de funcionamiento en un lugar donde el rendimiento es bastante malo. Un vehículo medio convencional, si se emplea mayoritariamente en ciudad o en

recorridos largos y estacionarios a velocidad moderada, ni siquiera necesitará desarrollar 20 caballos.

El hecho de desarrollar una potencia muy inferior a la que el motor puede dar supone un despilfarro por dos motivos: por una parte se incurre en gastos de fabricación del motor superiores a lo que requeriría realmente, y por otra, el rendimiento de un motor que pueda dar 100 caballos cuando da sólo 20 es muy inferior al de otro motor de menor potencia máxima funcionando a plena potencia y dando esos mismos 20 caballos. Este segundo factor es el principal responsable de que el consumo urbano de un mismo vehículo equipado con un motor de gran potencia consuma, en recorridos urbanos, muchísimo más que uno del mismo peso equipado con un motor más pequeño. En conclusión, el motor ha de ser el idóneo para el uso al que se destina.

Otro factor que penaliza el rendimiento brutalmente en recorridos urbanos es la forma de detener el vehículo. Ésta detención se realiza mediante un proceso tan ineficiente cómo es disipar y destruir la energía en forma de movimiento, energía cinética, que lleva el vehículo para transformarla en calor liberado inútilmente al ambiente.

Sin embargo, tampoco parece razonable limitar la potencia máxima de un motor en demasía en pro de conseguir excelentes consumos, puesto que en ciertas ocasiones es estrictamente necesario disponer de potencia para determinados esfuerzos tan puntuales como inevitables, tales como adelantamientos y aceleraciones en pendiente. He aquí donde el sistema híbrido toma su mayor interés. Por una parte combina un pequeño motor térmico, suficiente para el uso en la inmensa mayoría de las ocasiones, de buen rendimiento y por tanto bajo consumo y emisiones contaminantes, con un sistema eléctrico capaz de realizar dos funciones vitales.

Por una parte desarrolla el suplemento extra de potencia necesario en contadas, pero inevitables, situaciones como las anteriormente citadas. Por otra, no supone en absoluto ningún consumo extra de combustible. Al contrario, supone un ahorro, puesto que la energía eléctrica es obtenida a base de cargar las baterías en frenadas o retenciones del vehículo al descender pendientes, momentos en los que la energía cinética del vehículo se destruiría (transformaría en calor irrecuperable para ser más exactos) con frenos tradicionales. Además, no sólo aporta potencia extra en momentos de gran demanda de ésta, sino que posibilita emplear solo la propulsión eléctrica en arrancadas tras detenciones prolongadas (semáforos por ejemplo) o aparcamientos y mantener el motor térmico parado en éstas situaciones en las que no es empleado, o se requiere de él una potencia mínima, sin comprometer la capacidad para retomar la marcha instantáneamente. Esto es posible porque tiene la capacidad de arrancar en pocas décimas de segundo el motor térmico en caso de necesidad.

Además de la altísima eficiencia, la posibilidad de emplear los motores eléctricos, exclusivamente, durante un tiempo permite evitar la producción de humos en situaciones molestas, como por ejemplo en garajes.

En conclusión, desde el punto de vista de la eficiencia energética, el vehículo híbrido representa un avance importante tanto en la reducción del consumo de combustible y de la contaminación. Sin embargo, no todos son ventajas actualmente los costes de producción de baterías, el peso de las mismas y la escasa capacidad de almacenamiento limitan aún su empleo generalizado.

El gran problema actual con el que se encuentra el motor eléctrico para sustituir al térmico en el vehículo es la capacidad de acumulación de energía eléctrica, que es muy baja en comparación con la capacidad de acumulación de energía en forma de combustible. Aproximadamente, 1 kg de baterías puede almacenar la energía equivalente de 18 gramos de combustible, si bien este cálculo no tiene en cuenta el escaso aprovechamiento energético de esa energía en un motor de combustión, en comparación con un motor eléctrico. Aun así esto supone una barrera tecnológica importante para un motor eléctrico.

Los motores eléctricos han demostrado capacidades de sobra para impulsar otros tipos de máquinas, como trenes y robots de fábricas, puesto que pueden conectarse sin problemas a líneas de corriente de alta potencia. Sin embargo, las capacidades de almacenamiento energético en un vehículo móvil obligan a los diseñadores a usar una complicada cadena energética multidisciplinar, e híbrida, para sustituir a una sencilla y barata cadena energética clásica depósito-motor-ruedas. La electricidad, como moneda de cambio energética, facilita el uso de tecnologías muy diversas, ya que el motor eléctrico consume electricidad, independientemente de la fuente empleada para generarla.

1.3 VEHÍCULOS HIBRIDOS EN EL MERCADO

1.3.1 KÍA POP ELÉCTRICO

Kía ha presentado nuevas imágenes oficiales del Kia Pop eléctrico, un prototipo que veremos en el Salón de París y que debiera ser la propuesta del fabricante en el segmento de los coches urbanos eléctricos con un diseño que no deja indiferente a nadie. Kia quiere marcar un precedente y no

quedarse atrás en la carrera de la construcción de coches eléctricos urbanos presentando su prototipo Kia Pop eléctrico.

El Kia Pop eléctrico, un prototipo de coche urbano de tres plazas situadas en una disposición 2+1 y que además de diseño entrega un nuevo concepto de movilidad y comodidad en un espacio interior de reducidas dimensiones, presentado un diseño de asiento frontal que sugiere un cómodo sofá.

1.3.2 PEUGEOT EX1, VEHÍCULO ELÉCTRICO DE RECORD

El prototipo eléctrico EX1 de Peugeot, un biplaza roadster realizado en fibra de carbono, ya ha batido seis nuevos records de aceleración en la categoría de vehículos eléctricos.

Bajo su espectacular carrocería se han dispuesto dos motores, ambos junto a

unos ejes a los que proporcionan una potencia conjunta de 340 CV y 240 Nm de par. Lo que no lleva es caja de cambios, sino una transmisión regulada, junto con la inyección, por una centralita. No hay caja de cambios en el EX1 porque sería un sobrepeso excesivo, que los sacaría de la categoría A/8/2 de la FIA, limitada a mil kilos.

Gracias a una aceleración de 1G que le permite pasar de 0 a 100 km/h en 3,58 s, el EX1 ha cubierto el octavo de milla en 8,89 segundos (a una velocidad final de 81,45 km/h), el cuarto de milla en 14,40 s (a 100,42 km/h); el medio kilómetro en 16,81 s (107 km/h); el kilómetro en 28,16 s (127,8 km/h); y la milla en 41,09 s (140,98 km/h).

Peugeot ha conseguido un avance al incluir baterías de 800 voltios, cifra que hasta ahora jamás había sido alcanzada en ningún otro vehículo. Éstas están repartidas entre la parte frontal, la central (bajo las dos plazas) y la trasera, y su manejo sólo se confía a un técnico cualificado debido al riesgo que entrañan por su alto voltaje.

1.3.3 CHEVOLET CRUZE EV

Todas las marcas quieren estar en el Salón de Paris con alguna novedad y Chevrolet no quiere perderse la cita. Y para ello presentará el Cruce EV.

El Chevrolet Cruze EV montará un motor eléctrico de 200 CV. Las baterías que lo alimentan tienen una

capacidad de 31 kWh, aunque la firma no ha anunciado qué tecnología utilizan (ión-litio, hidruro de níquel…). La autonomía es de 100 millas, es decir, 161 km.

El tiempo de recarga total puede llegar hasta las 10 horas en un enchufe estándar de 230 V. GM no dice nada, pero lo lógico sería que tuviera la opción de aumentar la tensión para disminuir dicho tiempo. Las prestaciones son correctas: alcanza los 100 km/h en 8.5 segundos y tiene una velocidad máxima de 169 km/h. Este último dato es superior al de otros coches eléctricos.

Por el momento solo es un prototipo experimental que no saldrá a la venta en el mercado, pero del cuál Chevrolet fabricará algunas unidades para realizar pruebas.

1.3.4 OPEL VIVARO E-CONCEPT

En el próximo Salón de Hannover, del 23 al 30 de septiembre, se podrá ver una de las grandes novedades de Opel. Se trata de la nueva Vivaro e-Concept, un furgón eléctrico que presenta una autonomía extendida de más de 400 Km y con el que la marca alemana pretende

demostrar que la movilidad eléctrica también es viable en este tipo de vehículos y no sólo en pequeños urbanos.

La Opel Vivaro e-Concept cuenta con unas baterías de ion litio de 111 kWh junto con 370 Nm, lo que le permite una autonomía totalmente eléctrica de 100 Km. Sin embargo para desplazamientos más largos se conectan el propulsor de autonomía extendida que la amplia hasta los 400 Km.

Estas baterías se pueden enchufar y recargar en cualquier enchufe doméstico de 230 voltios. Además la Opel Vivaro e-Concept permite una capacidad de carga de hasta cinco metros cúbicos, siendo capaz de transportar

un máximo de 750 kilos de peso, esto hace que sea idónea para una gran mayoría de repartidores urbanos

1.3.5 SAAB 9-3 EPOWER, EL PRIMER VEHÍCULO ELÉCTRICO DE SAAB

La marca sueca Saab quiere tener disponibles para los dos próximos años una flota de 70 coches eléctricos que recorrerán la geografía sueca con el fin de ser probados en diferentes condiciones. 

En otras ocasiones Saab había presentado

prototipos híbridos, pero no totalmente eléctricos. El motor eléctrico empleado consigue desarrollar una potencia máxima de 183 CV. Equipado con una caja de cambios automática, el automóvil eléctrico consigue un buen registro acelerando hasta 100km/h desde parado en 8,5 segundos y su velocidad llega a 150km/h. 

Las baterías son de iones de litio, con una capacidad máxima de 35,5 kWh, consiguiendo una autonomía máxima de 200 kilómetros en los que no será preciso recargar las mismas. Como todo vehículo eléctrico, las emisiones contaminantes del mismo son totalmente nulas.

El Saab 9-3 ePower se presentará en el Salón del Automóvil de París 2010, evento que abrirá sus puertas el próximo 2 de octubre. Saab pretende sorprender a los aficionados con su primer coche eléctrico.

El Saab 9-3 ePower contará con las baterías de litio de Boston-Power, un fabricante especializado en baterías de iones de litio, un motor de Electroengine y diversos componentes pertenecientes a otras empresas externas, es decir, el Saab 9-3 ePower será un coche eléctrico de pruebas de todas las empresas que han participado en su desarrollo. Una de las diferencias que destacan del nuevo Saab eléctrico es la refrigeración de las baterías, que se realizará con aire en lugar de utilizar líquido.

1.3.6 HYUNDAI BLUE-WILL PARA EL SALÓN DEL AUTOMÓVIL DE SEÚL

Hyundai Blue-Will para el Salón del Automóvil de Seúl, concretamente en Corea del Sur, que abrirá sus puertas a partir del día 2 de Abril, será donde tendremos la gran oportunidad de ver por primera vez, estos nuevos coches concept.

La marca coches Hyundai, nos sorprenderá con un nuevo modelo enchufable, el cual pertenece a la nueva

generación de coches híbridos, y se puede conectar a cualquier red eléctrica.

Para que no fuese un coche muy pesado, se han utilizados materiales como la fibra de carbono y plásticos biodegradables “bio-plásticos”, por lo que al ser un material extraído de las plantas, se trata de una gama de coches ecológicos.

Y ahí no queda todo, porque también incluye placas solares, las cuales estarán alojadas, en los laterales de su techo y de su maletero de cristal.

En el exterior de este coche podemos ver, unas líneas muy parecidas a los últimos coches prototipos presentados por la marca, pero este tiene un morro bastante exagerado, con unas líneas laterales bastantes vanguardistas y futuristas, con una parte trasera algo respingona.

1.3.7 TOYOTA PRIUSSistemaTipo: Híbrido eléctrico-gasolinaPotencia: 136 CV Motor térmicoDisposición: Delantero longitudinalNº Cilindros: CuatroCilindrada: 1.798 ccPotencia: 73 CV a 5.200 rpmPar máximo: 142 Nm a 4.000 rpm

Motor eléctricoTipo: Corriente alternaTensión nominal: 650Potencia: 98CV a 5.200 rpmPar máximo: 207 Nm TransmisiónTracción: DelanteraNº Cilindros: Automático de variador contínuoDimensiones y pesoLongitud: 4.460 mmAnchura: 1.745 mmAltura: 1.490 mmBatalla: 2.700 mmPeso: 1.370 kgFrenosSistema: EBC, sistema de frenos controlado electrónicamenteDelante: Disco ventilado (255 mm)Detrás: Disco (259 mm)Prestaciones y consumosVelocidad máxima: 180 km/hAceleración de 0 a 100 km/h: 10,4 segundosConsumo urbano: 3,9 (llanta 15”)/4,0 (llanta 17”)Consumo extraurbano: 3,7 (llanta 15”)/3,8 (llanta 17”)Consumo medio: 3,9 (llanta 15”)/4,0 (llanta 17”)Emisiones de C02 (gr/km): 89 (llanta 15”)/92 (llanta 17”)

El coche más avanzado del mundo. Auténtica innovación que mejora su vida cada día.

El Prius, equipado con el revolucionario sistema Hybrid Synergy Drive de

Toyota produce una experiencia de conducción inolvidable, plena de suavidad

y potencia, logrando unas emisiones de CO2 extraordinariamente bajas y un

impresionante ahorro de combustible. En definitiva, el híbrido más eficiente y

dinámico fabricado hasta la fecha.

El compromiso medioambiental de Prius empieza bastante antes de que usted

tome los mandos. Nos hemos cuestionado cada detalle de su diseño; desde su

fabricación, hasta su utilización y disposición final para asegurar que durante su

ciclo de vida provoque el menor daño posible al planeta.

CONCLUSIONES

Aprendimos a conocer un poco mas todo sobre vehículos híbridos.

Conocimos las nuevas marcas de automóviles que están produciendo estos vehículos.

Conocimos el funcionamiento de los vehículos híbridos.

Aprendimos nuevas innovaciones en cuanto a los sistemas híbridos.

Aprendimos qué los automóviles híbridos son más económicos y eficientes que un carro de solo gasolina.

Conocimos la diferencia entre automóviles híbridos en serie y los híbridos paralelos.