1.29.1. Sistemas de propulsión ecológicos

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Video resumen 1.29.1. Sistemas de propulsión ecológicos

En los primeros tiempos del automóvil no se contemplaban objetivos relacionados con la contaminación emitida, se buscaba una adecuada dinámica como medio de trasporte para las personas.

Con su posterior masificación aparecieron los primeros síntomas de que los gases que salían por el escape eran nocivos para las personas.

Las evoluciones técnicas han ido reduciendo la contaminación, pero hay más coches y se han de encontrar soluciones para reducir y eliminar la contaminación del automóvil.

Se investiga en muchos aspectos, entre los que el sistema de propulsión es prioritario.

El automóvil y el medioambiente

Hace años que se comenzó a tener en cuenta la contaminación del automóvil, el estado norteamericano de California fue pionero en la década de 1.960.

Hay diversas fuentes de contaminación en nuestro planeta, industrias que generan gases nocivos, calefacciones de las casas, basuras sin reciclar, centrales de electricidad y otras muchas más
Hay directivas al respecto, pero sigue aumentando la contaminación
La contaminación del automóvil se concentra en los núcleos urbanos, ciudades y poblaciones donde viven muchas personas, lo que hace que sus efectos sean más detectables y sensibles
Hay que encontrar soluciones para el automóvil con el fin de mejorar la calidad del aire de las ciudades
En los inicios del automóvil y primeras evoluciones el control de la alimentación de combustible y encendido eran mecánicos, con combustiones poco eficientes que producían gran cantidad de gases contaminantes
En estas condiciones la gran difusión del automóvil incrementó la contaminación exponencialmente, por lo que se tomaron medidas para reducir los efectos
Las primeras soluciones llegaron mediante el control electrónico de la alimentación de combustible (inyección) y encendido, incorporando además sistemas de limpieza de gases contaminantes para reducir los que salen por el escape
Hubo mejoras, pero al aumentar el número de automóviles la contaminación sigue creciendo
El objetivo está claro, que el automóvil no genere contaminación por su sistema de propulsión
Los medios para logarlo son dos genéricamente; propulsión eléctrica por baterías y pila de combustible de hidrógeno, esta que tardará más en llegar y consolidarse parece una buena opción
El automóvil eléctrico es una buena solución para recorridos urbanos a velocidades medias bajas, pero la autonomía no es suficiente para viajes, además a más velocidad la autonomía de las baterías disminuye mucho y necesita bastante tiempo de recarga
Mientras se estudian posibles evoluciones de las baterías para el automóvil y llega la pila de combustible de hidrógeno, hay una tecnología de transición, es la propulsión híbrida, que combina en el mismo automóvil la térmica (gasolina o diésel) y eléctrica con diferentes soluciones técnicas
Con el sistema de propulsión híbrido el automóvil puede circular por ciudad con el motor térmico parado en bastantes tramos del recorrido, o no utilizar el motor térmico en ciudad y circular en eléctrico dejando el térmico para recorridos extraurbanos, depende de las tecnologías híbridas utilizadas
En este capítulo se van a ver la propulsión eléctrica y la híbrida

En los capítulos 1.12.2 y 1.13.1 se explica la contaminación de los motores de gasolina y diésel, así como los medios para reducirlas en lo posible.

En este capítulo se contemplan los gases contaminantes como un conjunto global, solamente unos comentarios sobre el dióxido de carbono CO₂; no es un contaminante directo, está en las bebidas carbónicas, pero potencia el efecto del calentamiento global del planeta, por lo que se han de reducir sus emisiones a la atmósfera, en el automóvil es proporcional al consumo de combustible en los motores de gasolina y diésel.

Propulsión eléctrica con baterías

Con este sistema de propulsión la contaminación generada por el motor es nula, hay otras causadas sobre todo por los desgates de neumáticos y frenos, como en los demás automóviles térmicos, por eso se contempla la emitida por el sistema de propulsión para comparar.

El automóvil eléctrico tiene estos componentes:

Baterías de propulsión en el piso, para bajar el centro de gravedad que beneficia la estabilidad
Un calculador electrónico, supervisor, controla las transiciones de electricidad
La electricidad de las baterías controlada por el supervisor llega al motor eléctrico de propulsión, que mediante un piñón reductor (o más) engrana con el diferencial de transmisión, en este caso es tracción (delantera)
Las conexiones eléctricas de alta tensión de propulsión tienen cableado de color naranja, para prevenir de posibles riesgos de manipulación
Solamente hay dos pedales, freno y acelerador que informan al supervisor
Una batería de servicio de 12 voltios es para las funciones eléctricas ajenas a la propulsión
Dispone de cargador de las baterías de propulsión
Una palanca similar a las de la caja de cambios pilotada o automática controla los desplazamientos del automóvil; P aparcamiento, R marcha atrás, N punto muerto (esta posición puede no estar), D marcha hacia delante
Se parte de batería con carga eléctrica completa
En marcha atrás R el automóvil emite sonidos de aviso pues no hace ruido al desplazarse
En marcha hacia delante D, al acelerar las baterías aportan la electricidad reduciendo su carga, al decelerar el motor eléctrico actúa como generador recargando parcialmente las baterías
Circulando normalmente las baterías se van descargando, aunque haya fases de recarga al decelerar y frenar
En carretera al funcionar prácticamente a velocidad mantenida la descarga es mayor al no haber casi retenciones, además de que se va a más velocidad
Al llegar al límite de descarga se han de recargar las baterías
Se conecta el cargador incorporado en el automóvil a la Red eléctrica y se realiza la carga, que puede llevar bastante tiempo, luego se explican las diferentes opciones
La tensión de las baterías del coche eléctrico es +/– 400 V (voltios), circula por los cables de color naranja
Se pueden producir lesiones físicas si no se manipula correctamente la instalación eléctrica de propulsión
La potencia de las baterías se da en kilovatios KW y el consumo en KW/h (hora) (1KW = 1,36 CV)
El consumo se produce al utilizar la electricidad (KW) de las baterías de propulsión. Este consumo es proporcional a la velocidad y a la aceleración
El consumo medio de un coche eléctrico está en el entorno de 13 KW/h cada 100 km, pero es bastante variable en función de la velocidad y las aceleraciones
La autonomía está entre 160 y 500 km según la homologación, disminuye con más velocidad de marcha
- Los objetivos son aumentar la autonomía circulando en carretera y reducir el tiempo de recarga
Los neumáticos del coche eléctrico son más estrechos y de bajo rozamiento (1.20.3 Ruedas) para reducir el rozamiento y resistencia al giro
En los automóviles térmicos se montan neumáticos más anchos por imagen más que utilidad práctica

El supervisor desarrolla bastantes funciones, entre estas transformar la corriente continua y alterna, adaptar el par y la potencia a las demandas y necesidades, determinar las secuencias de descarga y recarga de las baterías, transformar la tensión (voltaje) según los elementos a los que afecta, adaptar la carga del motor eléctrico en fase generador al decelerar o frenar (puede ser seleccionable por el conductor ya que produce un efecto de retención más o menos fuerte), entre otras.

Para trabajar en los sistemas de propulsión del automóvil eléctrico, conectados por el cableado naranja, es necesaria una formación y certificados específicos.

Hasta unos 50 voltios no hay riesgo de daños físicos, pero el coche eléctrico funciona con tensiones bastante superiores.

Carga normal de baterías

Las baterías se van descargando al circular, cuando lleguen a un valor predeterminado se han de recargar o el automóvil se parará.

Los elementos de propulsión eléctrica de este automóvil son:

Baterías con la carga eléctrica completa
Motor eléctrico de propulsión con engranajes de reducción
Calculador electrónico de energía eléctrica, supervisor
Cargador de baterías de propulsión
Cableado de propulsión en color naranja
Circula el automóvil y se van descargando progresivamente las baterías
Antes de que lleguen al límite de descarga admitido, el automóvil ha de acceder a un poste de carga
Es un poste de carga eléctrica normal, se conecta el cargador en este programa y se espera
La carga completa de las baterías suele llevar de 6 a 8 horas, tras este tiempo se ha recuperado la autonomía total homologada

Particularidades de carga normal de las baterías:

Comprobar y adaptar las características de la toma de corriente para asegurar la compatibilidad
Comprobar que el entorno de carga es adecuado; humedad, ventilación …
La duración media de carga es de 6 a 8 horas a la intensidad nominal de 16 A (amperios)
La autonomía es muy sensible a la velocidad y aceleraciones
Posible contaminación durante la carga según la generación de electricidad de la Red

La carga lenta protege a las baterías y completa con efectividad su carga.

Carga rápida de baterías

Con la autonomía del automóvil eléctrico, además muy variable según la velocidad y aceleraciones, se puede llegar al límite antes de completar el recorrido previsto.

Se puede solucionar si se ha tenido en cuenta esta posibilidad localizando en el itinerario algún poste de carga rápida, de alta intensidad.

Los elementos de propulsión eléctrica son; baterías cargadas, motor eléctrico, calculador electrónico (supervisor), cargador y cableado naranja de conexión
Circula el automóvil eléctrico a más velocidad de la habitual, lo que propicia más consumo eléctrico y una sensible disminución de la autonomía
Antes del alcanzar las baterías de propulsión el valor de máxima descarga admitida se ha de encontrar un poste de recarga
Se localiza un poste de recarga rápida de alta intensidad, específico para automóvil eléctrico de hasta 64 A
Se conecta el cargador del automóvil a la salida del cargador de alta intensidad y se programa el proceso
En aproximadamente media hora se llega a completar la carga en un entorno del 80%

Particularidades de la carga rápida de baterías de propulsión:

Es necesaria una toma de corriente de alta intensidad
Comprobar y controlar el entorno de carga para alta intensidad
La duración media de carga rápida es de 20 a 30 minutos y llega más o menos al 80%
El uso frecuente de la carga rápida puede afectar a la duración de las baterías
La autonomía es muy sensible a la velocidad y uso de consumidores específicos (aire acondicionado y calefacción)
Hay cargadores especiales que pueden llegar a 400 A reduciendo el periodo de carga rápida, si la tecnología de las baterías de propulsión lo permite
Puede haber contaminación durante la recarga según la generación de electricidad

Con 400 A se podrían lograr recargas al 80% en unos cinco minutos, pero si se hace con frecuencia puede llegar a deteriorar prematuramente las baterías.

Carga por inducción

El hecho de tener que desplegar y conectar el cableado de recarga, para desconectarlo, plegarlo y guardarlo de nuevo al terminar el proceso de carga puede suponer un engorro para determinadas personas.

Con el objetivo de facilitar el proceso de carga de las baterías se están buscando soluciones, esta que se va a explicar tiene bastantes posibilidades de difundirse y además aporta una interesante propuesta adicional:

Se identifican los elementos; baterías de propulsión cargadas, motor eléctrico, calculador (supervisor), cargador que no se va utilizar, cableado naranja de propulsión y placa de carga por inducción debajo de las baterías
Circula el automóvil, la descarga es proporcional a la velocidad y aceleraciones
Se ha de localizar un cargador antes de llegar al límite de descarga de las baterías de propulsión
Se accede a un poste que dispone de sistema de recarga por inducción
Se coloca el coche según las indicaciones y se procede a la carga por inducción, sin conexiones
La duración del proceso es similar a la carga lenta, pero puede agilizarse con las tecnologías adecuadas

Particularidades de la carga por inducción:

Se coloca el automóvil sobre una zona de recarga por inducción
Se programa la recarga que se efectúa sin conexiones
La autonomía es muy sensible a la velocidad
¿Será posible la recarga por inducción circulando?
Puede haber contaminación durante la carga según la generación de electricidad

Una solución para poder utilizar el automóvil eléctrico en viajes largos es que la red viaria disponga de un sistema de carga de baterías por inducción durante la circulación.

Es una de las áreas de investigación para ampliar el uso del coche eléctrico.

Cambio de baterías

Una solución más, pero compleja por la estandarización que requiere, así como inversiones, infraestructuras y coordinación de diferentes ámbitos afectados es sustituir las baterías descargadas por otras cargadas:

Se ven las baterías cargadas, motor eléctrico, calculador electrónico (supervisor), cargador que no se va a utilizar y cableado naranja de propulsión
Se aprecian bajo las baterías, a cada lado unos anclajes móviles
Tras haber recorrido el automóvil la distancia permitida por las baterías se ha de proceder a su recarga
En este caso llega el automóvil a una estación de sustitución de baterías
Se coloca el automóvil sobre la señalización y se programa el proceso de cambio de baterías
Se liberan los anclajes móviles de las baterías descargadas del automóvil y se abre bajo el coche la trampilla de cambio de baterías
La estación trae las baterías cargadas y retira las descargadas del automóvil, a la vez que las sustituye por la cargadas y se cierran los anclajes móviles
La estación coordina la recarga de las baterías de propulsión descargadas para su reutilización en otro automóvil

Particularidades del cambio de baterías de propulsión:

Se coloca el automóvil sobre la zona en la estación de cambio de baterías
Se programa la operación de cambio
Se sustituyen las baterías vacías automáticamente por otras cargadas
Se requiere estandarizar el anclaje de las baterías y su conexión
Puede haber contaminación durante la recarga según la generación de electricidad

El sistema de cambio de baterías de propulsión generalizado requiere acuerdos y estandarizaciones, que serían viables si el coche eléctrico es la solución para todo tipo de usos.

Contaminación del coche eléctrico

Que el coche eléctrico no contamina es una verdad incompleta, pues en realidad si se han de cargar sus baterías para poder circular si puede haber contaminación, más o menos.

El coche eléctrico no contamina por emisión de gases de su sistema de propulsión
Pero cuando se descargan las baterías y se procede a su recarga por la Red eléctrica sí que puede haber contaminación, que depende de cómo obtenga la electricidad la Red de suministro
Generación de electricidad; en función de la tecnología empleada así serán las emisiones contaminantes, pero también influyen bastantes variables que hacen necesario analizar individualmente cada caso, aunque hay algunos sistemas claramente más limpios que otros, estos son los principales métodos de generación de electricidad:
Promediando la contaminación de las centrales eléctricas se llega a un valor estimado representativo de la emisión de CO₂ cada 100 km del coche eléctrico; 2.61 gr

Los datos de contaminación del coche eléctrico, sumado a la generada durante la recarga de las baterías llega a ser muy diferente para el mismo modelo en función del país y zona por donde circula, pues depende de la tecnología de las centrales eléctricas que suministran a la Red y sus particularidades.

Otros enlaces

Propulsión alternativa