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Balance energ�tico para un veh�culo h�brido basado en pila de combustible y ventajas en la seguridad de usuarios

 

Energy balance for a hybrid vehicle based on fuel cell and advantages in user safety

 

Balan�o energ�tico para um ve�culo h�brido baseado em c�lula de combust�vel e vantagens na seguran�a do usu�rio

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: victor.toalombo@espoch.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de marzo de 2022 *Aceptado: 12 de junio de 2022 * Publicado: 8 de julio de 2022

 

1. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Ecuador.
2. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Ecuador.
3. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Ecuador.

Resumen

Actualmente la tecnolog�a automotriz crece a pasos gigantes brindando mayores beneficios y seguridad a los usuarios, esto se ha hecho posible gracias a la electr�nica, la cual cada vez tiene mayor grado de influencia en los sistemas mec�nicos del autom�vil logrando mayor eficiencia y versatilidad.

Mediante este proyecto permite conocer la evaluaci�n de los veh�culos h�bridos de modo de establecer un proceso de investigaci�n para el estudio del sistema hibrido de un veh�culo.

Un transporte hibrido es un veh�culo, en el cual la energ�a el�ctrica que lo impulsa proviene de bater�as y alternativamente de un motor de combusti�n interna que mueve un generador. Normalmente, un motor de combusti�n interna tambi�n puede impulsar las ruedas en forma directa. En este tipo de veh�culos se dispone un sistema electr�nico para determinar que motor usar y cuando hacerlo.

El funcionamiento del sistema hibrido se basa en principios b�sicos de una trasmisi�n autom�tica; el caso hibrido no se limita s�lo a utilizarla para sincronizar cambios si no ya es parte de la conexi�n de fuerzas propulsoras del veh�culo, esto se lo realiza mediante un sistema de engranajes planetario el cual permite manejar altos torques y establecer una f�cil conexi�n.

Los veh�culos h�bridos se pueden clasificar por el modo en que est�n dispuestos sus componentes en el tren de potencia, y tambi�n por la capacidad del motor el�ctrico de propulsar de manera independiente al veh�culo; los veh�culos h�bridos presentan m�s ventajas, adem�s de ecol�gicas, entre estas esta la reducci�n de peso y volumen de trenes de potencia sin reducir el trabajo �til que estos pueden hacer, eso le da versatilidad al dise�o del veh�culo. Los veh�culos con tracci�n delantera o trasera podr�an recibir AWD el�ctrico sin grandes modificaciones de la plataforma.

Palabras Clave: Eficiencia; versatilidad; bater�a; bater�a recargable; caja autom�tica; celdas de bater�a; transmisi�n.

 

Abstract

Currently, automotive technology is growing by leaps and bounds, providing greater benefits and safety to users. This has been made possible thanks to electronics, which has a greater degree of influence on the mechanical systems of the automobile, achieving greater efficiency and versatility.

Through this project it allows to know the evaluation of hybrid vehicles in order to establish a research process for the study of the hybrid system of a vehicle.

A hybrid transport is a vehicle, in which the electrical energy that drives it comes from batteries and alternatively from an internal combustion engine that moves a generator. Typically, an internal combustion engine can also drive the wheels directly. In this type of vehicle, an electronic system is available to determine which engine to use and when to do it.

The operation of the hybrid system is based on basic principles of an automatic transmission; the hybrid case is not limited only to use it to synchronize changes if it is not already part of the connection of the vehicle's propulsive forces, this is done through a planetary gear system which allows handling high torques and establishing an easy connection.

Hybrid vehicles can be classified by the way their components are arranged in the power train, and also by the ability of the electric motor to independently propel the vehicle; hybrid vehicles have more advantages, in addition to being ecological, among these is the reduction in weight and volume of power trains without reducing the useful work they can do, which gives versatility to the vehicle's design. Front or rear-wheel drive vehicles could receive electric AWD without major platform modifications.

Keywords: Efficiency; versatility; drums; rechargeable battery; automatic box; battery cells; transmission.

 

Resumo

Atualmente, a tecnologia automotiva cresce a passos largos, proporcionando maiores benef�cios e seguran�a aos usu�rios, o que � poss�vel gra�as � eletr�nica, que tem maior influ�ncia nos sistemas mec�nicos do autom�vel, alcan�ando maior efici�ncia e versatilidade.

Atrav�s deste projeto permite conhecer a avalia��o de ve�culos h�bridos a fim de estabelecer um processo de pesquisa para o estudo do sistema h�brido de um ve�culo.

Um transporte h�brido � um ve�culo em que a energia el�trica que o aciona vem de baterias e alternativamente de um motor de combust�o interna que movimenta um gerador. Normalmente, um motor de combust�o interna tamb�m pode acionar as rodas diretamente. Nesse tipo de ve�culo, um sistema eletr�nico est� dispon�vel para determinar qual motor usar e quando faz�-lo.

O funcionamento do sistema h�brido � baseado nos princ�pios b�sicos de uma transmiss�o autom�tica; a caixa h�brida n�o se limita apenas a utiliz�-la para sincronizar as mudan�as caso ela ainda n�o fa�a parte da conex�o das for�as propulsoras do ve�culo, isso � feito atrav�s de um sistema de engrenagem planet�ria que permite lidar com altos torques e estabelecer uma conex�o f�cil.

Os ve�culos h�bridos podem ser classificados pela forma como seus componentes est�o dispostos no trem de for�a e tamb�m pela capacidade do motor el�trico de impulsionar o ve�culo de forma independente; os ve�culos h�bridos t�m mais vantagens, al�m de serem ecol�gicos, dentre elas est� a redu��o de peso e volume dos trens de for�a sem diminuir o trabalho �til que podem realizar, o que confere versatilidade ao design do ve�culo. Ve�culos com tra��o dianteira ou traseira podem receber tra��o integral el�trica sem grandes modifica��es na plataforma.

Palavras-chave: Efici�ncia; versatilidade; bateria; bateria recarreg�vel; caixa autom�tica; c�lulas de bateria; transmiss�o.

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Introducci�n

En los �ltimos tiempos hemos presenciado y escuchado dialogar de la evoluci�n tecnol�gica que el sector automotriz est� palpitando, con frases como �autos de energ�a h�brida� o �automatizaci�n de sistemas en la seguridad del auto�. No obstante, en la exhausta pesquisa de energ�as alternativas a los originados del petr�leo, y para desarrollarlos se han creado los veh�culos denominados fuel cell (expresi�n inglesa para �celda de combustible�, que se ha extendido a lo largo del mundo), lo cual en a�os antiguos era considerado como algo futurista y dif�cil de conseguir. (1)

Se designa coche el�ctrico h�brido el cual se propulsa de energ�a el�ctrica mediante bater�as y, disyuntivamente, de un motor de combusti�n interna que mueve un generador. Usualmente, el motor tambi�n puede impulsar las ruedas en forma directa.

Usualmente, el motor tambi�n puede impulsar las ruedas en forma directa. En el dise�o de un autom�vil h�brido, el motor t�rmico es la fuente de energ�a que se usa como �ltima alternativa, y se dispone un sistema electr�nico para disponer qu� motor utilizar y cu�ndo ejecutarlo.

En el caso de h�bridos gasolina-el�ctricos, cuando el motor de combusti�n interna funciona, lo hace con su m�xima eficiencia. Si se genera m�s energ�a de la necesaria, el motor el�ctrico se usa como generador y carga las bater�as del sistema. En otras situaciones, funciona s�lo el motor el�ctrico, aliment�ndose de la energ�a guardada en la bater�a.

�En algunos es posible recuperar la energ�a cin�tica al frenar, convirti�ndola en energ�a el�ctrica. La combinaci�n de un motor de combusti�n operando siempre a su m�xima eficiencia, y la recuperaci�n de energ�a del frenado (�til especialmente en la ciudad), hace que estos veh�culos alcancen mejores rendimientos que los veh�culos convencionales.

Todos los coches el�ctricos utilizan bater�as cargadas por una fuente externa, lo que les ocasiona problemas de autonom�a de funcionamiento sin recargarlas. Esta queja habitual se evita con los coches h�bridos.(2)

1.1 Configuraci�n de un Veh�culo H�brido de Pila de Combustible

La puesta en marcha del VHPC facilita un empleo m�s eficiente de la alta densidad de energ�a de la pila y de la alta densidad de potencia de la bater�a. Cuando el requerimiento de potencia es elevado, como el caso de la aceleraci�n, las bater�as suministran la potencia ideal y necesaria para realizar dicha acci�n.

�Cuando la demanda de potencia es baja, como en condiciones de velocidad crucero, la pila proporciona la potencia. Las bater�as se recargar�n durante los periodos de baja potencia.

As� pues, dependiendo de los requerimientos de potencia y de energ�a, la pila se podr�a dise�ar bajo el punto de vista de velocidad crucero, y la bater�a para proporcionar potencias pico. (3)

 

Resultados y discusi�n

2.1Ventajas y desventajas de autos h�bridos. (Mec�nicamente)

El sistema de tracci�n h�brido-el�ctrico promete un gran cambio en relaci�n con los autom�viles de la actualidad. El sistema de tracci�n de un autom�vil habitual consiste en un motor de combusti�n interna mec�nicamente acoplado al tren motriz mediante un embrague, una caja de cambios y un diferencial con sus juntas homocin�ticas. La efectividad de este sistema de tracci�n se ve desfavorecida, adem�s de por su peso, ya que el motor debe proporcionar una potencia reformable.

La m�xima eficiencia de un motor se logra bajo ciertos requisitos de funcionamiento, con una carga y una velocidad de giro fijas. Si una o cualquiera de las dos var�a, este rendimiento baja susceptiblemente. En un trayecto cualquiera normal las circunstancias de velocidad y carga del veh�culo deben variar obligatoriamente por uno o m�s factores tanto mec�nicos como ambientales, es necesario sobredimensionar ampliamente el motor, para que sea capaz de responder a estos cambios sin que disminuyan dr�sticamente las prestaciones.

La eficiencia del sistema de tracci�n convencional puede mejorarse notablemente incorporando un sistema h�brido � el�ctrico, muy parecido al que incorporan los veh�culos el�ctricos, impulsados por bater�as que mueven sus motores el�ctricos, pero con la diferencia de que este sistema incorpora un peque�o A.P.U. (del ingl�s Auxiliary Power Unit) que es un motor de combusti�n interna u otro dispositivo auxiliar cuya funci�n es generar la electricidad para alimentar estas bater�as de forma eficiente. Con esta configuraci�n se obtienen grandes ventajas sobre el veh�culo el�ctrico, como son:

2.1.1. Ventajas

-        Son capaces de conseguir una eficiencia doble, lo que se consigue por la supresi�n de la mayor parte de las p�rdidas de potencia que se producen en los veh�culos tradicionales.

-        El sistema de frenado tiene a su vez capacidad regenerativa de la potencia absorbida, lo que reduce las p�rdidas de eficiencia.

-        Los sistemas h�bridos permiten recoger y utilizar nuevamente la energ�a cin�tica en el frenado. Esto hace que los veh�culos tengan un alto nivel de rendimiento a comparaci�n de los autos convencionales, en especial en carreteras con mayor tr�nsito, como sucede en nuestro pa�s.

2.1.2.� Desventajas

-        Mayor peso que un coche convencional (hay que sumar el motor el�ctrico y, sobre todo, las bater�as), y por ello un incremento en la energ�a necesaria para desplazarlo.

-        M�s complejidad, lo que dificulta las revisiones y reparaciones del mismo. (4)

2.2 Ventajas y desventajas de autos h�bridos. (Ambientalmente)

El nivel de contaminaci�n medioambiental es cada vez m�s fuerte en nuestro pa�s y entre las causas m�s influyentes se encuentran las malas condiciones y antig�edad del parque automotor, que no se renueva con la misma velocidad con la que ingresan modelos nuevos. Ante esta situaci�n, los veh�culos h�bridos se presentan como una opci�n; estos combinan un motor el�ctrico con uno de combusti�n para reducir los gases contaminantes gracias a su bajo consumo.

2.2.1 Ventajas

-        El motor se dimensiona solo para una potencia promedio, ya los picos de potencia los proporciona la fuente de energ�a alternativa.

-        La eficiencia del combustible se incrementa notablemente, lo que se traduce en reducci�n de las emisiones.

-        Producen menos ruido que un motor de gasolina, sin necesidad de perder potencia.

-        La pareja hidr�geno-pila de combustible es una gran aliada de la naturaleza. La oxidaci�n del hidr�geno �sea en un motor de explosi�n, sea a trav�s de una pila no genera emisiones de SO2, hidrocarburos no quemados y, sobre todo, CO2.

-        Por el tubo de escape de un coche a pila s�lo sale vapor de agua. (5)

2.2.2 Desventajas

-        La producci�n de bater�as y motores el�ctricos requiere el uso de una gran cantidad de materiales t�xicos como n�quel, aluminio y cobre, de ah� que el impacto por acidificaci�n es mucho mayor.

-        Es contraproducente promocionar la producci�n de este tipo de veh�culos en regiones donde la electricidad es producida principalmente a partir de lignito, carb�n o incluso combusti�n con aceite. (6)

El inevitable agotamiento de las reservas de petr�leo y las dificultades para obtener en las pr�ximas d�cadas energ�a abundante y limpia obligan a buscar combustibles alternativos, lo que nos llevar�a a una soluci�n a largo plazo en problemas energ�ticos. (7)

La pila de combustible, es un dispositivo de conversi�n energ�tica y renovable, permite convertir energ�a qu�mica a el�ctrica en un solo paso, a diferencia de un proceso t�rmico convencional en el cual tenemos una serie de pasos que van desde energ�a qu�mica, t�rmica, luego mec�nica y por ultimo a electr�nica, es decir, no necesita de la combusti�n. Su objetivo principal es disminuir dr�sticamente emisiones de gases contaminantes y reducir el impacto ambiental generando energ�a de modo limpio y eficiente.�

Podr�amos decir que esta es el futuro de la generaci�n de energ�a el�ctrica tanto para veh�culos como para equipamientos. (7)

Esta produce una serie de ventajas como:

-        Eficiencia energ�tica. - es decir, su rendimiento no est� limitado por el ciclo de Carnot. (7)

-        �Reducci�n del nivel de contaminaci�n medioambiental. - ya que no existe emisiones de gases contaminantes, por lo que si impacto en el medio ambiente es m�nimo. (7)

-        �Car�cter modular. - la accesibilidad de las mismas como m�dulos independientes genera una ventaja adicional, ya que un cambio de escala en la potencia que necesitamos la podemos conseguir f�cilmente mediante la interconexi�n de m�dulos. (7)

-        �Facilidad en su operaci�n. -una pila puede operar a alto rendimiento y sin interrupciones en un amplio rango de potencias suministradas. Adem�s, se puede realizar variaciones r�pidas de potencia. Por el contrario, los sistemas convencionales son muy inflexibles, debi�ndose mantener la carga de combustible siempre por encima del 80% para garantizar una correcta operaci�n. (7)

-        Accesibilidad para diferentes tipos de combustible. -cualquier tipo de combustible es apto para ser modificado, siempre y cuando este tenga presente el hidrogeno en su composici�n. Han sido usados con �xito combustibles tan dispares como el gas natural, el gas�leo, el carb�n gasificado o el metanol. Es m�s eficiente energ�ticamente que los motores de combusti�n interna. (7)

-        Silencio en su funcionamiento. -se estima que su nivel de ruido a treinta metros es de cincuenta y cinco decibelios, lo que sugiere su uso en recintos urbanos. (7)

-        Menor impacto est�tico. - debido a la inexistencia de tubos de emisi�n de gases ni torres de refrigeraci�n, su impacto visual es m�nimo. (7)

-        Confiabilidad. - podemos automatizar el funcionamiento de una pila de combustible, reduciendo al m�nimo su intervenci�n manual que vamos a requerir. (7)

-        R�pida instalaci�n. - la infraestructura es innecesaria. (7)

As� como tenemos ventajas, podemos encontrar ciertas desventajas como:

-        Tecnolog�a emergente. - ciertos problemas a�n no resueltos no nos permiten tener un buen funcionamiento de las pilas de combustible, especialmente en su vida �til, lo que no permite una libre comercializaci�n. (7)

-        Elevados costos. - al ser una tecnolog�a en desarrollo y al haber todav�a una baja demanda de unidades, su precio no puede competir con el de las tecnolog�as convencionales. (7)

-        Sensibilidad hacia los venenos catal�ticos. - los electrodos empleados incorporan catalizadores para ayudar al desarrollo de las reacciones electroqu�micas. Al contacto de estas sustancias con los llamados venenos catal�ticos, tales como el mon�xido de azufre o los compuestos de azufre, se provoca su inactivaci�n irreversible. (7)

Se trata en realidad de un proceso qu�mico sencillo, inverso al electr�lisis del agua. En ella, mediante la aportaci�n de energ�a, el agua se descompone en ox�geno e hidr�geno:

2H2O + energ�a: 2H2 + O2. (7)

En la pila de combustible el proceso es el inverso. Si se aportan ox�geno e hidr�geno, en la pila de combustible se consigue que reaccionen y formen agua, liberando energ�a el�ctrica, que se puede utilizar para, por ejemplo, hacer girar un motor:

2H2 + O2: 2H2O + energ�a (8)

Las pilas de combustible convierten la energ�a qu�mica de una reacci�n en energ�a el�ctrica. Su construcci�n modular, ausencia de ruidos y vibraciones, flexibilidad de operaci�n, baja contaminaci�n y una eficiencia alta de transformaci�n hace que estos equipos sean llamativos para el futuro del sector energ�tico. Uno de los trabajos m�s dif�ciles es la obtenci�n de un material de sellado que permita la estanqueidad de las SOFCs a la temperatura de trabajo. Dados los requerimientos que debe cumplir el sello, el material m�s adecuado para esta aplicaci�n es un vidrio o vitrocer�mico. Este trabajo consiste en una revisi�n bibliogr�fica sobre los distintos sistemas v�treos y vitrocer�micos utilizados en la soldadura de SOFC (Solid oxide fuel cell u Optimizaci�n de c�todos de pilas de combustible), sus propiedades, las ventajas e inconvenientes de su uso como material sellante, as� como una breve descripci�n de la tecnolog�a de las pilas de combustible de �xido s�lido (SOFC). Finalmente, se propone como l�nea de trabajo la preparaci�n y caracterizaci�n de materiales vitrocer�micos dentro del sistema SiO2-BaO-RO-Al2O3 como posibles candidatos para el sellado de SOFC. (9)

El pronosticado cenit del petr�leo, las regulaciones ambientales y el precio del crudo han incentivado la b�squeda de nuevos dispositivos para producir energ�a de forma eficiente y poco contaminante. Sin lugar a dudas, las pilas de combustible son dispositivos que cumplen estas caracter�sticas, pues son m�s eficientes que la mayor�a de m�quinas de combusti�n y generan menos emisiones. Gracias a estas ventajas, el mercado de las pilas de combustible se ha venido ampliando. En este art�culo se revisa el mercado potencial de las pilas de combustible y los retos a los cuales se enfrentan sus desarrolladores para poder posicionarlos en el mercado. (10)

Celdas de combustible.

La mayor parte de las pilas de combustible son en realidad un conjunto de pilas individuales a las que se les denomina celdas de combustibles.

La estructura b�sica de una celda en base a la que se construye una pila de combustible, consiste en una capa de electrolito en contacto con un �nodo y un c�todo a ambos lados. El combustible es suministrado por la parte del �nodo y el ox�geno se suministra por la parte del c�todo. Las reacciones electroqu�micas tienen lugar en los electrodos, produci�ndose una corriente el�ctrica de carga positiva a trav�s del electrolito y su flujo de electrones a trav�s del circuito externo que se conecte en los extremos de la pila (11)

Los componentes de la celda tienen otras funciones adem�s de las comentadas. As�, el electrolito conduce la carga i�nica entre los electrodos, con lo cual, cierra el circuito el�ctrico. Adem�s, act�a como barrera f�sica para evitar la mezcla directa del combustible y el ox�geno. Respecto a los electrodos, otras funciones son: conducir electrones para ser enviados o recogidos desde el circuito externo, asegurar que los gases reactivos se repartan uniformemente por toda la zona activa y tambi�n que los gases de los productos sean expulsados correctamente. (12).

En resumen, estas constan de dos electrodos, �nodo y c�todo, que contienen un porcentaje de platino; estos se encuentran separados por un electrolito el cual es una membrana ya sea esta s�lida o l�quida. En la parte del �nodo es donde se produce la reacci�n del hidr�geno donde se separa en 2 electrones y 2 protones. Los protones fluyen a trav�s del electrolito hacia el c�todo en cambio los electrones como no pueden atravesar esta membrana estos circulan a trav�s de un circuito el�ctrico conectando as� los dos electrodos. Este flujo de electrones es la corriente el�ctrica lo que alimentara en este caso al motor del veh�culo, as� pues, el �nico residuo que se genera es agua pura. Dependiendo de la tecnolog�a utilizada, el combustible puede tratarse de hidr�geno puro, gas natural o metanol (13)

Estado energ�tico actual

El consumo mundial de energ�a en 2009, seg�n la fuente que la produce, fue 33,1% petr�leo, 27,2% carb�n, 20,9% gas, 9,7% biomasa, 5,8% nuclear, 2,3% hidroel�ctrica y 1% otros. (14)

Las emisiones m�s relevantes de gases con efecto invernadero (CO2, CH4, N2O y H2O) se iniciaron a comienzos del siglo XX, asociadas a la quema de masas forestales y de matorral para ampliar las zonas cultivables. Sin embargo, las emisiones masivas de estos gases asociadas al uso generalizado de combustibles f�siles han producido un aumento de hasta un 25% de los niveles de algunos de estos gases. Modelos num�ricos han demostrado que la evoluci�n de la temperaturaa media global no puede deberse �nicamente a fuentes naturales, siendo la combinaci�n de fuentes naturales y antropog�nicas la que m�s se aproxima a las temperaturas reales. (15)

La utilizaci�n de petr�leo a vasta escala ha urbanizado el mundo, como nunca hab�a sucedido en la historia humana, hasta el punto que hoy por primera vez habita en las ciudades un poco m�s del 50 por ciento de la poblaci�n mundial, una tendencia que se incrementar� en los a�os por venir, marcando la desruralizaci�n del planeta. En las ciudades se reproduce a escala planetaria la diferenciaci�n social, entre una minor�a opulenta que reproduce el American Way of Life y una mayor�a que vive en la m�s espantosa pobreza, sin tener acceso a los servicios p�blicos fundamentales, api�ados en tugurios y sin contar con lo b�sico para vivir en forma digna, constituyendo las ciudades de la miseria. (16)

Seg�n Duncan, la �poca del petr�leo puede considerarse como una fiesta de corta duraci�n que va a durar s�lo un siglo y al cabo de la cual terminar� el derroche energ�tico emprendido por el capitalismo, a lo que se llegar� en escasas dos d�cadas, cuando se retorne a otra era, en la cual ya no habr� petr�leo, que puede catalogarse como el regreso a Olduvai. Este nombre es significativo, si se recuerda que as� se ha denominado a una de las grutas, localizada en Tanzania (�frica), en las que se encontraron algunos de los restos humanos m�s antiguos, y cuya sociedad no conoc�a la luz artificial. (17)

Lo verdaderamente cr�tico radica en que �el pico del petr�leo ser� un punto de inflexi�n hist�rico, cuyo impacto mundial sobrepasar� todo cuanto se ha visto hasta ahora, y eso pasar� en la vida de la mayor�a de las personas que viven hoy en el planeta� (18). De igual forma, la crisis alimenticia est� vinculada con las modificaciones clim�ticas en marcha puesto que estas �ltimas inciden en forma directa en la disminuci�n de las cosechas, sobre todo en las zonas m�s pobres del mundo. As�, por los cambios en la temperatura y en el volumen de precipitaciones se calcula que en los pr�ximos a�os caer�n los rendimientos de los principales productos alimenticios en diversos lugares del mundo: la ca�a de az�car en un 3 por ciento en los Andes; el arroz en un 10 por ciento en Asia Meridional; el ma�z en un 47 por ciento en el sur de �frica; el trigo en un 3 por ciento en Asia oriental. (19)

Uso de biog�s en pilas de combustible. -

Dentro de todas las energ�as renovables, el empleo del biog�s est� siendo uno de los m�s desarrollados, puesto que es el producto de una tecnolog�a de transformaci�n de la biomasa secundaria que permite reducir dr�sticamente la carga org�nica de los residuos. Presenta un gran potencial dado que la biomasa representa dos tercios de las energ�as renovables en Europa. (20,21)

El biog�s es un tipo de energ�a de biomasa, que se obtiene producto de la digesti�n anaer�bica o fermentaci�n de la materia org�nica (residuos animales y vegetales) y que puede presentar diferentes usos energ�ticos, como calefacci�n, alumbrado o electricidad. Esta mezcla gaseosa, combustible, est� compuesta por metano (55-70%), anh�drido carb�nico (30-45%), m�s otros elementos traza tales como, ox�geno (200 ppm - 1%), nitr�geno (menor a 5%), vapor de agua y sulfuro de hidr�geno (50 ppm - 3%). La concentraci�n de los distintos gases en el biog�s depender� de la composici�n de las materias primas, las condiciones de descomposici�n, tiempo de retenci�n hidr�ulica en el biodigestor, entre otros. (22)

Otra ventaja de la revalorizaci�n del biog�s es que, en el proceso de fermentaci�n anaer�bica, tambi�n se genera un digestato rico en nutrientes (N, P, K, Ca, etc.) y materia org�nica, con un menor �ndice de olores y cuyo destino fundamental es el uso agr�cola como abono �rgano mineral de los cultivos. (23)

Se resume y analiza algunas tecnolog�as que se han implementado para la purificaci�n de biog�s usado en la generaci�n el�ctrica. Se sabe que el biog�s puede contener algunas impurezas y elementos traza que deben ser removidas antes de su uso en la matriz energ�tica. Las tecnolog�as tradicionales para la purificaci�n de biog�s est�n basadas fundamentalmente en el empleo de m�todos f�sicos y qu�micos, los cuales, adem�s de generar contaminantes secundarios, a menudo tienen un alto costo. Como una alternativa, la purificaci�n de biog�s mediante procesos biol�gicos utilizando microorganismos parece atractiva. Los microorganismos pueden remover las sustancias consideradas contaminantes, especialmente para la eliminaci�n de sulfuro de hidr�geno. Ser concluye que se trata de un m�todo econ�mico, con bajos gastos energ�ticos e inocuo para el medio ambiente y la salud humana. (24)

Clasificaci�n de pilas de combustible (25,26,27)

Los mencionados a continuaci�n son aquellas pilas de baja temperatura los cuales no da�an el electrolito empleado en ellos y necesitan de una fuente de hidrogeno externa estas constan con un arranque r�pido; estas se utilizan en aplicaciones port�tiles y de automoci�n. Dentro de este conjunto se encuentran las pilas tipo: Pilas de Membrana Polim�rica (PEM), Pilas Alcalinas (AFC), Pilas de �cido Fosf�rico (PAFC) y Pilas de Metanol Directo (DMFC).

Otro tipo de estas bater�as como las Pilas de Carbonato Fundido (MCFC) y las Pilas de �xido S�lido (SOFC) trabajan con temperaturas mayores a 600�C las cuales no necesitan de una fuente de combustible externo y adem�s que se pueden emplear otros combustibles adem�s del hidrogeno puro. Sin embargo, este tipo no es recomendable pues el material de su electrolito debe ser muy especial para que no se degrade r�pidamente por su reacci�n electroqu�mica exot�rmica, adem�s no es este tipo de pilas combustibles recomendado para un arranque r�pido sino m�s bien para plantas de potencia estacionarias. (pg.: 47)

Pila de tipo PEM.
Este tipo de pila es alimentado por hidr�geno dado por una combinaci�n de agua e hidr�xido de litio. As� se facilitaba la entrega de combustible en actividades que se desarrollaban en zonas alejadas pues es compacto y transportable, sin embargo, el electrolito de platino era una desventaja de esta pila. La temperatura con la que opera es baja (60 � 80 �C), dando as� un arranque m�s r�pido que en las pilas de alta temperatura. Tienen alta densidad de potencia y pueden variar con relativa velocidad su punto de funcionamiento. La potencia m�xima suministrada por este tipo de pilas var�a entre unos poco watios hasta varias decenas de kilowatios.

Ventajas:

-        Gracias a que el separador de �nodo y c�todo es una pel�cula de pol�mero s�lido y que la celda trabaja a temperaturas relativamente bajas, las manipulaciones y montajes son m�s sencillas.

-        Ya que emplea un electrolito no corrosivo desaparece la necesidad de manipular su �cido.

-        Son tolerantes al CO2, por lo que pueden emplear el propio aire atmosf�rico.

-        Presentan alta tensi�n, corriente y densidad de potencia.

-        Pueden trabajar a baja presi�n (1 o 2 bares), lo que a�ade seguridad.

Desventajas:

-        Son muy sensibles a las impurezas del hidrogeno.

-        No toleran m�s de 50 ppm de CO.

-        Presentan una baja tolerancia a part�culas de azufre.

-        Emplean catalizador de platino y una membrana de pol�mero solido muy costosos. (pg.: 48)

Pila de tipo AFC.
En este tipo de pilas su electrolito est� formado por una mezcla de alcalina fundida de hidr�xido de potasio (KOH) que puede ser m�vil o no; los electrodos de gas-difusi�n aumentaban el �rea de reacci�n entre electrodo, electrolito y el combustible. Se usa el hidrogeno comprimido para resguardar los poros de los electrodos del electrolito.

A diferencia del tipo PEM, ele electrolito conduce iones de hidr�xido desde el c�todo hacia el �nodo.

La temperatura de operaci�n oscila entre 65 � y 220 �C; su presi�n es de una atmosfera. Cada celda de la pila puede entregar entre 1,1 v y 1,2 V.

�Ventajas:

-        Trabajan a baja temperatura.

-        Tienen un r�pido arranque.

-        Alta eficiencia.

-        Emplean muy poca cantidad de catalizador lo que disminuye costes.

-        No tiene problemas de corrosi�n.

-        Tienen una operaci�n sencilla.

-        Poseen bajo peso y volumen.

�Desventajas:

-        Son extremadamente sensibles al CO2 (m�ximo 350 ppm) y muestran cierta intolerancia al CO.

-        Emplean un electrolito l�quido, lo que supone problemas de manipulaci�n.

-        Requieren un tratamiento de evacuaci�n del agua.

-        Tienen un tiempo de vida relativamente corto. (pg.: 49- 50)

 

Pila de tipo PAFC

Estas pilas han sufrido un progreso m�s lento que las dem�s debido a la baja conductividad de su �cido; su electrolito formado por �cido fosf�rico dentro de la matriz de carburo de silicio, en algunas ocasiones est� formado de �cido sulf�rico, el que conduce iones de hidr�geno del �nodo al c�todo. Esta pila funciona con aire y no con ox�geno y emplea un electrolito que es 35% �cido y 65% de polvo silicio.
Las pilas tipo PAFC tienen una gran extensi�n comercial pues tiene una gran eficiencia en la producci�n de electricidad y todav�a una mayor en la cogeneraci�n.
Trabajan a una temperatura entre 150� y 200� C y a presiones de una atm�sfera adem�s que las celdas pueden dar alrededor de 1.1 V.

�Ventajas:

-        Tolerancia de CO2 por ello pueden emplearse al aire directamente.

-        El calor residual sirve para realizar cogeneraci�n.

-        Emplean un electrolito estable que resiste temperaturas mayores a los 200�

�Desventajas:

-        Tienen una tolerancia muy baja al CO.

-        Tiene un electrolito l�quido corrosivo que da problemas de manipulaci�n en temperaturas medias.

-        Permite la entrada de agua que puede diluir el electrolito �cido.

-        Son grandes y pesadas.

-        Deben tener una temperatura especifica durante todo el funcionamiento.

Pila de tipo DMFC

Este tipo de pilas vienen reemplazando a las bater�as comunes en algunas aplicaciones y se estima que su comercializaci�n aumente pues estas poseen un mayor tiempo de vida �til y pueden ser recargadas f�cilmente. Emplean un electrolito de membrana polim�rica y presentan una eficiencia del 40% y trabajan alrededor de los 130� C.�

Ventajas:

-        Usan combustible l�quido por lo que el deposito es m�s peque�o.

-        No necesita proceso de reformado

Desventajas:

-        Se requiere una gran cantidad de metal noble para la electro-oxidaci�n en el �nodo.�

1.     Hidr�geno -.

La demanda energ�tica mundial se cubierta por m�s de un 87% por combustibles f�siles y esta dependencia ha tra�do graves problemas ambientales por lo que se requiere buscar una alternativa de energ�a limpia y renovable.

Las pilas de combustible de hidrogeno parecen ser la respuesta m�s favorable ya que este elemento puede ser generado a trav�s de otras fuentes primarias renovables lo que disminuir�a el impacto ambiental ya que el �nico resido generado es agua y sobre todo este lograr�a alimentar la dependencia energ�tica de la sociedad.

Sin embargo, la implementaci�n del hidrogeno como fuente de energ�a tiene barreras por lo que su implementaci�n no ser�a inmediata pues necesita de una gran tecnolog�a, econom�a y social para su producci�n. (28)

Uno de sus mayores impedimentos es el hecho de su almacenamiento, pues debido a la baja densidad de potencia energ�tica se necesitar�an enormes vol�menes de hidrogeno para poder generar energ�a sufriente para alimentar procesos de alta demanda de energ�a. Aunque la soluci�n posible a este problema se ha estado desarrollando el cual ser�a el comprimir el combustible que ser�a el hidrogeno para as� no necesitar de enormes dep�sitos de este.

Otro problema es que, aunque el hidrogeno es un gas muy estable debido a su configuraci�n electr�nica sencilla este tambi�n es un problema a la seguridad pues es altamente inflamable y explosivo en contacto con el ox�geno atmosf�rico. (29).
Producci�n de hidr�geno. (30)

En la actualidad, aproximadamente el 96% de la producci�n mundial de hidr�geno se obtiene a partir de materias primas f�siles. Todos estos m�todos pasan por la obtenci�n de gas de s�ntesis mediante alguno de los siguientes procesos, cuyas reacciones principales se describen a continuaci�n:�

-        Reformado con vapor de gas natural o naftas ligeras:

-        CH4 + H2O → CO + 3H2 ��������������������

-        CO + H2O → CO2 + H2 ����������������������

-        CH4 + CO2 → 2CO + 2H2

-        Oxidaci�n de fracciones petrol�feras pesadas y (gasificaci�n) carb�n

-        C_n H_m + [(2n+m) /4]O2 → nCO + (m/2) H₂O���������������

-        C_nH_m+ nH₂O → nCO + [(2n+m) /2]H₂

-        C + O₂ → CO₂����������������

-        C + �O₂ → CO��������������

-        C + CO₂ → 2CO

-        C+ H₂O → CO+ H₂

-        C+ 2H₂ → CH₄

-        CO + H₂O → CO₂ + H₂

Como se puede ver, el gas de s�ntesis consiste en mezclas de hidr�geno, mon�xido de carbono (productos principales), di�xido de carbono, vapor de agua a�adido en exceso y otros productos formados en reacciones secundarias. La proporci�n entre los distintos componentes depende tanto de las materias primas empleadas como del proceso de obtenci�n. Es necesario eliminar los componentes restantes hasta conseguir el hidr�geno de suficiente pureza para las posteriores aplicaciones, que pueden ser tan exigentes como algunas c�lulas de combustible que requieren valores muy altos.

Comparaci�n entre las pilas de combustible, los motores de combusti�n interna, las bater�as y los ultracondensaores.

 

Pilas de combustible y bater�as

Tanto las pilas de combustible como las bater�as est�n construidas mediante celdas galv�nicas por lo que tienen muchas similitudes (31), (32). La estructura b�sica de ambas consiste en una celda formada por un �nodo y un c�todo que rodean un electrolito. La generaci�n de energ�a el�ctrica se realiza, en los dos casos, mediante la conversi�n de energ�a qu�mica en energ�a el�ctrica a trav�s de una reacci�n electroqu�mica. Dicha reacci�n sucede en el �nodo y en el c�todo forzando la transferencia de electrones a trav�s de una carga externa en base a completar la reacci�n (cerrar el�ctricamente el circuito). Cada mono celda de una pila de combustible y de una bater�a genera una tensi�n muy peque�a, por lo que es necesario combinarlas en serie para alcanzar valores considerables de tensi�n y potencia.

La curva de polarizaci�n de una pila de combustible y de una bater�a son bastante parecidas. Ambas presentan un comportamiento excelente a cargas parciales, ya que la tensi�n entre sus extremos disminuye a medida que aumenta la carga. Por tanto, ambas son electroqu�micamente igual de eficientes.

Por contra, las pilas de combustible difieren de las bater�as en la naturaleza del �nodo y del c�todo. En una bater�a, ambos electrodos son metales (normalmente zinc o litio en el �nodo y �xidos met�licos en el c�todo). En una pila de combustible, el �nodo y el c�todo se forman a partir de poner en contacto un gas con un catalizador de platino para propiciar la reacci�n que genera la energ�a el�ctrica. El gas que se suele emplear en el �nodo es el hidr�geno, mientras que para el c�todo es el ox�geno.

Otro de los aspectos en los que se diferencian las pilas de combustible de las bater�as es el m�todo fundamental por el que se almacenan los reactivos qu�micos. En una bater�a, el �nodo y el c�todo forman una parte integral de la estructura de la bater�a y son consumidos durante el uso de la propia bater�a. Por tanto, una bater�a s�lo puede estar funcionando hasta que estos materiales son completamente consumidos. Despu�s de esto, la bater�a debe ser recargada (necesitando una fuente de potencia el�ctrica para la recarga) o reemplazada, dependiendo de la naturaleza de los materiales. En una pila de combustible, los reactivos qu�micos se suministran desde una fuente externa, por lo que la pila de combustible puede estar trabajando de forma continua todo el tiempo, mientras se est�n suministrando reactivos y los productos de la reacci�n se vayan expulsando.

Cuando se emplean ambas fuentes en aplicaciones de automoci�n, los sistemas de bater�as necesitan de un inversor y un motor el�ctrico, mientras que las pilas requieren de un sistema de compresi�n del aire y un complejo equipamiento de refrigeraci�n y reformado de combustible. Las bater�as como sistema de almacenamiento de potencia son m�s pesadas que las pilas de combustible.

En definitiva, si bien en muchas aplicaciones las pilas de combustible est�n sustituyendo ya a las bater�as, hasta ahora suelen ser complementarias, ya que las pilas tienen un tiempo de respuesta inferior a las bater�as y, adem�s, el BOP de las pilas de combustible necesita inicialmente, hasta que lo puede hacer la propia pila, estar alimentado por bater�as.

 

Pilas de combustible y motores de combusti�n interna

Una de las similitudes que comparten las pilas de combustible con los motores de combusti�n interna es que ambos emplean un combustible gaseoso extra�do de una fuente de almacenamiento externa (33), (34). Ambos usan combustible rico en hidr�geno. Las pilas emplean hidr�geno puro o una mezcla de gas reformado. En general, los motores de combusti�n interna emplean directamente combustibles f�siles que contienen hidr�geno, aunque pueden ser configurados para trabajar con hidr�geno puro.

Ambos sistemas emplean aire comprimido como oxidante. En una pila de combustible, el aire se comprime mediante un compresor externo. En un motor de combusti�n, el aire se comprime internamente mediante la acci�n de un pist�n. Ambos sistemas necesitan tambi�n unidades de refrigeraci�n.

En cambio, existen otros aspectos en los que ambos sistemas se diferencian. En una pila de combustible, el combustible y el oxidante reaccionan electroqu�micamente mientras que, en un motor de combusti�n, como su propio nombre indica, la reacci�n es por combusti�n. Adem�s, en una pila de combustible existen dispositivos de estado s�lido que generan energ�a el�ctrica, mientras que en un motor de combusti�n existen dispositivos mec�nicos que generan energ�a mec�nica.��

Desde el punto de vista de las emisiones nocivas, los niveles de contaminaci�n generados dependen de la composici�n del combustible y de la temperatura de reacci�n. Los motores que funcionan con pilas de combustible trabajan con hidr�geno puro y no producen emisiones nocivas, tan s�lo aquellos que funcionan con reformado rico en hidr�geno llegan a producir cierta cantidad de contaminaci�n dependiendo de la naturaleza del proceso de reformado. De la misma forma, los motores de combusti�n interna que trabajan con hidr�geno puro, pueden ser dise�ados para no generar emisiones nocivas, mientras que los que funcionan con combustibles convencionales producen importantes niveles de contaminaci�n.

Las pilas de combustible son m�s eficientes a baja y media carga mientras que los motores de combusti�n interna trabajan m�s eficientemente a plena carga.

Respecto al peso del sistema completo, los sistemas de pilas de combustible (incluyendo el almacenamiento de combustible) son m�s pesados que los sistemas con motor de combusti�n para valores de potencia similares.

Atendiendo al combustible, el origen del mismo es un aspecto importante a la hora de valorar la eficiencia global del sistema y poder efectuar comparativas. Para alimentar al motor de combusti�n interna, es necesario un proceso de refinado a partir del petr�leo. Una pila de combustible implica producir hidr�geno a partir de combustibles f�siles, mediante la electrolisis del agua o mediante la producci�n de combustibles secundarios tales como el metanol utilizando un reformador a bordo. En general, la evaluaci�n de costes en este sentido es compleja, ya que el an�lisis y evaluaci�n de estos factores depende del origen del combustible, la dificultad en la manipulaci�n, tratamiento y transporte del mismo, la energ�a requerida para comprimir o licuar el combustible final, etc.�

 

Pilas de combustible, ultracondensadores y bater�as

Los ultracondensadores son, m�s que dispositivos alternativos a las pilas de combustible, dispositivos auxiliares o complementarios (35), (36). Es decir, por sus caracter�sticas, los ultracondensadores pueden compensar las limitaciones que presentan las propias pilas. Por ejemplo, los ultracondensadores tienen alta densidad de potencia, es decir, pueden entregar valores altos de potencia en instantes cortos de tiempo. En cambio, en una pila de combustible, debido a los sistemas mec�nicos auxiliares que necesita (compresor, equipo de refrigeraci�n, etc.), la respuesta din�mica de una pila es lenta, no pudiendo llegar a suministrar instant�neamente toda la potencia que se le solicite. Por contra, los ultracondensadores poseen baja densidad de energ�a, es decir, no son capaces de suministrar energ�a durante periodos largos de funcionamiento; sin embargo, en una pila de combustible, su funcionamiento continuo est� asegurado mientras exista suministro de combustible.

Los ultracondensadores alcanzan valores altos de corriente en la carga y en la descarga, por lo que son muy recomendables en aplicaciones de automoci�n para aceleraciones bruscas o cuando se pretende aprovechar la energ�a liberada durante la frenada (frenada regenerativa). En una pila de combustible no es posible almacenar energ�a de forma inversa. La �nica posibilidad de almacenar energ�a en una pila de combustible es a trav�s del hidr�geno, emple�ndolo como vector energ�tico.

Comparando ultracondensadores con bater�as, los primeros tienen una gran capacidad de almacenamiento de energ�a, por lo que, en t�rminos de volumen y peso, es m�s eficiente emplear ultracondensadores que bater�as. Adem�s, tienen un ciclo de vida mayor que el de las bater�as. No obstante, los ultracondensadores no soportan suministros continuos a cargas, con lo cual, salvo en aplicaciones muy espec�ficas, las bater�as y los ultracondensadores son complementarios.

 

Autos h�bridos

Introducci�n a los autos h�bridos

�Se denomina Veh�culo o Autom�vil el�ctrico h�brido a un veh�culo en el cual la energ�a el�ctrica que lo impulsa proviene de bater�as y, alternativamente, de un motor de combusti�n interna que mueve un generador.

�Normalmente, el motor tambi�n puede impulsar las ruedas en forma directa. En el dise�o de un autom�vil h�brido, el motor t�rmico es la fuente de energ�a que se utiliza como �ltima opci�n, y se dispone un sistema electr�nico para determinar qu� motor usar y cu�ndo hacerlo. En el caso de h�bridos gasolina-el�ctricos, cuando el motor de combusti�n interna funciona, lo hace con su m�xima eficiencia. Si se genera m�s energ�a de la necesaria, el motor el�ctrico se usa como generador y carga la bater�a del sistema. En otras situaciones, funciona s�lo el motor el�ctrico, aliment�ndose de la energ�a guardada en la bater�a. En algunos es posible recuperar la energ�a cin�tica al frenar, convirti�ndola en energ�a el�ctrica. La combinaci�n de un motor de combusti�n operando siempre a su m�xima eficiencia, y la recuperaci�n de energ�a del frenado (�til especialmente en la ciudad), hace que estos veh�culos alcancen mejores rendimientos que los veh�culos convencionales. Todos los coches el�ctricos utilizan bater�as cargadas por una fuente externa, lo que les ocasiona problemas de autonom�a de funcionamiento sin recargarlas. Esta queja habitual se evita con los coches h�bridos. (37)

 

Componentes del sistema h�brido

Este tipo de veh�culos tiene varios componentes comunes independientemente de la arquitectura (h�brido en serie, paralelo o combinado). Si fuese un veh�culo 100% el�ctrico no tendr�a motor t�rmico, y el resto es igual.

Motor t�rmico. - Suele ser gasolina (ciclo Otto, Atkinson o Miller) o Di�sel. Tambi�n podr�a funcionar con gas o biocombustibles. Tienen poca cilindrada respecto a un modelo equivalente de motor convencional y prima el par m�ximo sobre la potencia.

Motor el�ctrico. - Puede haber m�s de uno y siempre va conectado a la transmisi�n o empuja directamente a las ruedas, como es el caso de los motores in-Wheel o dentro de la rueda. Su sonoridad es pr�cticamente nula y dan casi todo el par en un r�gimen muy bajo de revoluciones.

Generador, -No es una pieza sino una funci�n. Recupera energ�a en las frenadas, retenciones y aceleraciones en las que el motor t�rmico entregue potencia de m�s. Lo normal es que el mismo motor el�ctrico desempe�e esta funci�n siempre que no est� empujando.

Bater�as. - Suelen ser de plomo-�cido (Pb), n�quel-metal hibrido (NiMh), n�quel-cadmio (NiCd) o ion litio, en orden de eficiencia. Se almacenan normalmente en la parte trasera y a�aden mucho peso al coche. Necesitan un sistema de refrigeraci�n, pero no mantenimiento por parte del usuario. Van aparte de la bater�a de 12V de siempre.

Sistema de gesti�n. - Independientemente de que hablemos de un modelo manual (muy raro) o de uno autom�tico, para que un h�brido sea m�s eficiente debe est� gestionado por un ordenador con m�ltiples sensores, que decida qu� combinaci�n es m�s eficiente en cada momento. (38)

Frenado regenerativo. - El frenado regenerativo recaptura la energ�a que normalmente se pierde durante el frenado o durante el movimiento en punto muerto. Utiliza el movimiento hacia adelante de los neum�ticos para mover el motor. Esto genera electricidad y ayuda a detener el veh�culo.

Asistente del motor el�ctrico. - El motor el�ctrico provee fuerza adicional para auxiliar al acelerar, para rebasar a otro auto, o en una pendiente. Esto permite que se utilice un motor m�s peque�o m�s eficientemente. En algunos veh�culos, el motor por s� solo proporciona la energ�a cuando se maneja en condiciones de baja velocidad, y que es cuando generalmente el motor de combusti�n interna es menos eficiente.

Encendido/apagado autom�tico. - Apaga el motor cuando el veh�culo se detiene y lo enciende cuando se pisa el acelerador. Esto previene que se desperdicie energ�a cuando el auto se deja encendido, pero sin mover. (39)

 

C�mo ahorra un h�brido

Ahora que sabemos sus componentes, discriminaremos estas situaciones de conducci�n:

Arranque desde parado. - El motor el�ctrico se utiliza para mover el coche con o sin el motor t�rmico (con poca demanda de aceleraci�n). La transici�n de parado a movimiento es lo m�s suave posible, alcanzada cierta velocidad el motor de gasolina mueve el coche tambi�n si no lo ha hecho ya. As� evitamos un momento de gran ineficiencia del motor t�rmico. Los semih�bridos siempre arrancan con los dos motores.

Aceleraci�n. - Como el motor t�rmico es de potencia m�s ajustada, el el�ctrico se utiliza para ayudarle a empujar durante un tiempo suficiente (no valdr�a para un 0-punta). Al tener que hacer menos esfuerzo el t�rmico su consumo es menor y el comportamiento similar a si tuviese m�s potencia.

Velocidad de crucero baja. - En zona urbana y en determinadas circunstancias el motor el�ctrico puede realizar toda la labor de empuje mientras el nivel de carga de las bater�as lo admita. El consumo de combustible pasa a ser cero, no hay emisiones y el sonido del veh�culo se limita al ruido de rodadura de los neum�ticos.

Velocidad de crucero media/alta. - Es el motor t�rmico el que empuja al veh�culo, con puntuales asistencias del el�ctrico para ligeras pendientes, en caso contrario se almacena en las bater�as cualquier excedente de potencia del motor t�rmico. En este caso, la alta eficiencia del motor t�rmico rebaja el consumo. Es mucho m�s f�cil en t�rminos de esfuerzo mantener una velocidad que hacer variaciones en ella (aceleraci�n en este caso).

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 veh�culo en electricidad para recargar bater�as. Si exigimos m�s potencia de frenado act�a el sistema convencional adem�s del regenerativo.

Detenciones. - Cuando estamos detenidos no funciona ninguno de los motores a menos que las bater�as est�n bajas de carga. No hacemos ning�n ruido, ni gastamos, ni emitimos ning�n gas. Los peatones pensar�n que se nos ha calado el coche. El sistema de aire acondicionado tirar� de la energ�a almacenada en las bater�as para evitar el ralent�, una gran p�rdida de energ�a.

 

Carga y recarga de las bater�as

Excepto en los modelos recargables mediante red el�ctrica (PHEV o REHEV) las bater�as se recargan �nicamente con el movimiento. El motor t�rmico trata de trabajar siempre a un r�gimen m�ximo de eficiencia, as� que el sonido que percibimos es fundamentalmente el mismo, como un ciclomotor, pero m�s agradable.

Si la potencia suministrada por el motor es excesiva se almacena el excedente en las bater�as, pasando el motor el�ctrico a ser un generador. Si en cambio la potencia del motor t�rmico es insuficiente, el motor el�ctrico utiliza la energ�a previamente almacenada para realizar la asistencia. En algunos casos el motor el�ctrico ni empuja ni recarga, est� inactivo, como en cruceros a velocidad media/alta.

Cuando el motor t�rmico no est� empujando al estar apagado o en retenci�n, no inyecta nada de combustible, de modo que el consumo es nulo, y las emisiones son cero. Eso significa que podr�amos respirar el aire que saldr�a del tubo de escape con total seguridad. El motor el�ctrico no produce contaminaci�n de ning�n tipo, es m�s, ni necesita aire.

Por razones de eficiencia, casi todos los h�bridos tienen un cambio de variaci�n continua de m�ltiples velocidades, aunque pueden tener relaciones prefijadas para simular tener marchas, como el Honda Insight Executive o el Lexus GS 450h. Con un cambio manual o autom�tico de otro tipo (DSG, Tiptronic�) no se aprovechar�a el potencial del sistema h�brido.

Donde m�s ahorra un h�brido es en zona urbana, y donde menos en cruceros a alta velocidad por autov�a, ya que las bater�as no permiten asistencia del el�ctrico el tiempo suficiente y el motor t�rmico 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 t�rmicos de menos de 95 CV.

Si hablamos de h�bridos en serie (sin conexi�n mec�nica del motor t�rmico a las ruedas) entonces hablamos de una eficiencia m�xima. Algunos modelos son capaces de prescindir del motor t�rmico por completo durante una distancia superior a 32 km e inferior a 100 km, los denominados PHEV y REHEV. Al bajar las bater�as de carga reactivan sus motores t�rmicos.

Dejando al margen los cruceros a velocidades no legales en la mayor parte del Mundo y las tandas en circuito, los h�bridos siempre aprovechan mejor el combustible que un modelo convencional, ya que convierten en energ�a el�ctrica lo que de otro modo se perder�a en rozamientos, calor o ruido.

Hoy d�a algunos modelos convencionales tratan de imitar a los h�bridos desconectando el alternador en las fases de aceleraci�n (lo que se llama regeneraci�n de energ�a en las frenadas o retenciones) o utilizando sistema microh�brido o Stop&Start para evitar el ralent� en las detenciones. (38)

 

Funcionamiento del motor h�brido

Este tipo de motores se compone de una serie de engranajes que conectan cada uno de los motores a una cadena que aporta movimiento a las ruedas. El motor el�ctrico es quien inicia el movimiento del veh�culo haciendo girar el engranaje exterior, ganando velocidad sin consumir una gota de gasolina. En cambio, a partir de una cierta velocidad, el motor de combusti�n interna se activa haciendo girar los 4 engranajes del divisor de potencia y aumentando la potencia del coche.

El sistema se completa con un engranaje central conectado a un generador que carga las bater�as, accionado por el motor de gasolina y que aporta potencia extra al motor el�ctrico. Esta es la clave del funcionamiento del motor h�brido, pero veamos los dos tipos de motores que existen. (40)

 

H�brido en paralelo

Aunque los coches h�bridos m�s comunes son los llamados h�bridos en paralelo, existe otra tipolog�a de h�bridos en serie con diferencias notables en funci�n de la contribuci�n del motor de gasolina al movimiento y el �mbito de uso del veh�culo. Es decir, en funci�n de si circulamos habitualmente en ciudad o en carretera, el h�brido en paralelo o en serie aporta unas prestaciones u otras.

En el caso de los h�bridos en paralelo, tanto el motor el�ctrico como el de combusti�n interna est�n conectados a las ruedas del veh�culo, pudiendo trabajar de forma conjunta o por separado. Esta particularidad los hace especialmente interesantes desde el punto de vista del consumo y las emisiones.

Circulando en ciudad, donde no hace falta mucha potencia, el motor el�ctrico permite un ahorro notable de combustible y cero emisiones a la atm�sfera, alimentado con la energ�a almacenada en las bater�as instaladas en el coche. Estas bater�as pueden recargarse estando parado mediante una toma-corriente o bien en marcha a trav�s del generador acoplado al motor de combusti�n interna. En este �ltimo caso, la fuerza que llega a las ruedas procede tanto del motor el�ctrico, alimentado por la electricidad que producen el generador, como del motor de combusti�n. Una excelente opci�n para los que necesitan m�s prestaciones y autonom�a en carretera

 

H�bridos en serie

En cambio, en los h�bridos en serie, el veh�culo se mueve con la potencia que suministra el motor el�ctrico, utilizando la electricidad suministrada por el generador accionado por el motor de combusti�n interna. La ventaja de este tipo de veh�culos reside en las prestaciones y autonom�a que aporta el motor el�ctrico en ciudad, a trav�s del generador y de las propias bater�as (40)

 

Veh�culo con motor a hidr�geno

�Un veh�culo de hidr�geno es un veh�culo de combustible alternativo que utiliza hidr�geno como su fuente primaria de energ�a para propulsarse. Estos veh�culos utilizan generalmente el hidr�geno en uno de estos dos m�todos: 1. En la combusti�n, el hidr�geno se quema en un motor de explosi�n, de la misma forma que la gasolina. 2. En la conversi�n de pila de combustible, el hidr�geno se convierte en electricidad a trav�s de pilas de combustible que mueven motores el�ctricos - de esta manera, la pila de combustible funciona como una especie de bater�a.

El veh�culo con pila de combustible se considera un veh�culo de cero emisiones porque el �nico subproducto del hidr�geno consumido es el agua, que adicionalmente puede tambi�n mover una micro-turbina. El veh�culo con motor de combusti�n interna adem�s produce emisiones de di�xido de carbono. Inconvenientes: En t�rminos de energ�a por unidad de volumen, el hidr�geno l�quido necesita mucho m�s espacio para almacenar la misma cantidad de energ�a que otros combustibles. Por cada litro de gasolina se necesitar�an cuatro litros de hidr�geno l�quido para conseguir la misma energ�a.

�El reto para convertir el hidr�geno en combustible est� en su almacenaje. Existen 2 opciones:

-        El hidr�geno l�quido a �253 �C

Mayor autonom�a (400 km), pero debe evacuarse hidr�geno para evitar que el calor ambiental provoque sobrepresiones.

-        El presurizado a 700 bares.

Menor autonom�a (unos 270 km) pero con mayor seguridad. Adem�s, el presurizado tiene a su favor que es m�s f�cil de conservar en las hidrogeneras o estaciones de servicio para recargar los dep�sitos de combustible. (37)

 

Tabla 1 Comparativo entre autos h�bridos, el�ctricos y de combusti�n. �Cu�l es mejor? (41)

	Auto hibrido	Auto el�ctrico	Auto de combusti�n
Ventajas	-Reducci�n de contaminaci�n. -Menor contaminaci�n ac�stica. -Eficacia en el consumo de combustible f�sil -Motor silencioso y tiene una respuesta m�s r�pida que el motor convencional. -Puede funcionar con solo el motor el�ctrico en tramos cortos. -La recarga es mucho m�s r�pida con auto el�ctrico. -Descuento en el seguro del veh�culo.	-Reducci�n significativa de contaminaci�n. -Menor contaminaci�n ac�stica. -No necesita mantenimientos. -Amortizaci�n de la compra a corto plazo. -Descuento en el seguro del veh�culo.	-El precio de los autos convencionales es menor. -Variedad de modelos. -F�cil acceso al combustible. -F�cil adquisici�n de repuestos en el mercado. -Motor eficiente. -Velocidad medias 180km/h.
Desventajas	-El costo es mayor a los autos convencionales. -Dificultad en reparar alg�n da�o. -Dificultad en la adquisici�n de repuestos. -En algunos casos las bacterias pueden ser t�xicas. -M�s pesado que un Auto convencional.	-Mayor costo en comparaci�n a los autos convencionales e h�bridos. -Velocidad media de 130km/h. -Dificultad en reparar alg�n da�o. -La vida �til de la bater�a es de 4 a 6 a�os. -Tiene una autonom�a de m�ximo 150km. -Tiempo de recarga es de m�s de 6h. -Dificultad en acceder a redes de carga.	-Altas emisiones de contaminaci�n. -Contaminaci�n Ac�stica. -Necesita varios mantenimientos. -Existen impuestos. -Varios de los modelos no pueden circular a diario. -Pago de tenencias y verificaciones.

 

Conclusiones

-        Si nos ponemos a reflexionar sobre el �mbito automotriz podremos concluir que el medio ambiente es la principal preocupaci�n en la actualidad, ya que el constante uso de combustibles f�siles, hidrocarburos y dem�s derivados del petr�leo han puesto en riesgo los ecosistemas del mundo, por tal motivo los autos h�bridos llegan como una gran esperanza ya que por el momento es el medio m�s viable para empezar a reducir las emisiones de gas carb�nico a la atm�sfera.

-        El desarrollo de celdas de combustibles con reformador de gas natural es una alternativa interesante. Por el momento, esta tecnolog�a no parece suficientemente madura, y quiz�s haya que esperar algunos a�os para ver su evoluci�n y sus potencialidades.

-        Igualmente, los gobiernos de diferentes pa�ses deben promocionar y aminar a las personas, para que utilicen los medios de transporte cotidianos como buses y trenes h�bridos para evitar a�n m�s contaminaci�n. (42)

-        Las pilas de combustible son una innovaci�n para poder llevar al cabo la idea revolucionaria de los autos h�bridos que ser�n de gran utilidad en un futuro no muy lejano.

-        Los pa�ses del primer mundo deben dar ejemplo en fabricar y utilizar estos veh�culos para una revoluci�n tecnol�gica y ambiental en favor de nuestro planeta, y pa�ses del tercer mundo poder adoptar estos cambios.

-        En esta investigaci�n pude averiguar mucho porcentaje de disminuci�n en la contaminaci�n del medio ambiente.

-        En los pa�ses desarrollados es donde m�s podemos apreciar veh�culos h�bridos.

-        Las pilas de combustible son una nueva tecnolog�a que viene a impulsarse m�s en el mercado ya que en la actualidad est�n en desarrollo.

-        Con la tecnolog�a actual en base a los autos que usan pilas de combustible nos podemos dar cuenta de manera muy clara que estamos muy pr�ximos a reducir considerablemente las emisiones de CO2 en el ambiente.

-        En esta investigaci�n podemos visualizar el futuro de c�mo ser�n los nuevos medios de transportes, buses, trenes, aviones, etc.

-        �A los autos h�bridos podemos considerar como los autos del futuro.

-        Estos tipos de transportes est�n previstos para un futuro a largo plazo por lo que tal vez no nos sirva a nosotros, pero si a las nuevas generaciones.

-        Las pilas de combustible est�n tomando fuerza en diferentes tipos de mercado debido a que son ecol�gicas

-        Esto favorece de gran manera al medio ambiente, ya que al usar pilas de combustible reducir�amos casi al m�nimo la contaminaci�n.

-        este tipo de tecnolog�a tiene un alto costo de producci�n debido a que es una nueva tecnolog�a.

-        Es realmente necesario que la poblaci�n tome conciencia de esto, para as� encontrar una alternativa a los veh�culos convencionales ya que los veh�culos de este tipo generan muy altas cantidades de CO2.

-        Los autom�viles el�ctricos e h�bridos sustituyen la combustion interna por lo que cuidan y protegen el planeta.

La industria automotriz tiene una tarea muy importante y es tratar de buscar una energ�a li9mpia. �

 

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