Cómo los coches de eficiencia avanzada pueden salvar los quemadores de gas
Aunque el gobierno estadounidense está presionando a los fabricantes de automóviles para que casi dupliquen el promedio de ahorro de combustible para 2025, los fabricantes de automóviles se resisten a abandonar sus enormes inversiones en motores de combustión interna. Para ayudar, están recurriendo a las tecnologías de los automóviles híbridos y eléctricos para encontrar formas de mejorar la eficiencia del combustible en sus automóviles de gas. Y las están encontrando.
Los híbridos y los vehículos eléctricos se desarrollaron principalmente para reducir el uso de la gasolina, y para que esto ocurriera, los ingenieros tuvieron que dar importantes saltos en las tecnologías de eficiencia en varios frentes, incluyendo la reducción de peso, la reducción de la fricción, mejoras aerodinámicas y nuevos sistemas para crear o conservar la energía.
Ahora, con varios millones de híbridos y decenas de miles de automóviles eléctricos en las carreteras, los fabricantes de automóviles están reconociendo que pueden aplicar algunas de esas mejoras a los vehículos convencionales para ayudar a alcanzar diversos objetivos nacionales de eficiencia.
La Academia Nacional de Ciencias dice que al menos el 80 por ciento de la energía del tanque de gasolina de un vehículo convencional se desperdicia a través de pérdidas térmicas, de fricción y de ralentí en el motor y el sistema de escape. Cualquier cosa que se pueda hacer para reducir esas pérdidas termina por mejorar la eficiencia del combustible.
Así pues, desde los sistemas “micro-híbridos” de parada y arranque y las guías de entrenamiento para la conducción ecológica hasta los frenos asistidos eléctricamente y los neumáticos de fricción reducida, muchos de los ajustes que ayudan a dar a los híbridos y a los vehículos eléctricos su economía de combustible de clase mundial pronto podrán encontrarse en los coches y camiones convencionales.
A continuación se presentan algunas de las tecnologías que los vehículos de combustión interna convencionales están – o pronto estarán – adaptando de los coches híbridos y eléctricos.
Sistemas de Auto-Stop-Start
La mejor manera de mejorar la economía del combustible es no quemar combustible, y ahí es donde
Los sistemas de autoparada y arranque pueden ayudar. Como parte estándar de todo sistema de coche híbrido, el auto stop-start apaga automáticamente el motor de un vehículo en ralentí y lo reinicia inmediatamente cuando el conductor pisa el acelerador o levanta los pedales de freno o embrague.
En los coches híbridos, sin embargo, las grandes y costosas baterías de níquel e hidruro metálico o de iones de litio proporcionan todo el jugo que un sistema de parada y arranque necesita para hacer su trabajo. Los ingenieros que estudiaron la migración de los sistemas de parada y arranque a los vehículos convencionales primero tuvieron que averiguar cómo hacerlos funcionar con pequeñas baterías de plomo a un costo menor.
Una avanzada batería de plomo de alta potencia llamada batería de alfombra de vidrio absorbido resultó ser la respuesta. Johnson Controls, uno de los principales proveedores mundiales de esas baterías, estima que hasta el 40 por ciento de todos los automóviles y camiones ligeros nuevos que se vendan en los Estados Unidos en 2015 podrían estar equipados con sistemas automáticos de parada y arranque.
Utilizados en automóviles y camiones convencionales, los sistemas de parada y arranque pueden reducir el consumo de combustible combinado de la ciudad y la carretera y las emisiones de gases de efecto invernadero en un 3-10 por ciento. Al eliminar el ralentí del motor, los sistemas de parada y arranque también reducen las emisiones tóxicas y las que causan el smog en el tubo de escape. Los sistemas ofrecen sus mejoras en el ahorro de combustible en situaciones de la ciudad que implican mucha conducción con paradas y arranques. Y pueden hacerlo a un costo relativamente bajo para el consumidor. La Ford Motor Company, por ejemplo, anunció recientemente una opción de parada y arranque en su
2013 Fusion por sólo 295 dólares.
Frenos electrohidráulicos
Los coches eléctricos y algunos vehículos híbridos no desarrollan el vacío del motor necesario para activar los sistemas de frenos hidráulicos utilizados en los coches y camiones convencionales, por lo que los fabricantes de automóviles desarrollaron sistemas de frenos hidráulicos de activación eléctrica.
En una configuración convencional totalmente hidráulica, el vacío creado por el motor de combustión interna aumenta la fuerza necesaria para empujar el fluido hidráulico a través de las líneas de freno para activar los frenos en cada rueda.
Los sistemas electrohidráulicos utilizan motores eléctricos para compensar la falta de impulso de vacío. Cuando el conductor acciona el pedal de freno, eso activa los motores, que a su vez accionan el pistón del cilindro maestro de freno, empujando el líquido de freno a través de las líneas de freno.
El beneficio de la eficiencia de combustible de los sistemas de frenos electrohidráulicos es que pesan menos que los sistemas hidráulicos convencionales, hasta 7 libras. No es mucho por sí mismo, pero puede ser un ingrediente clave en el plan de pérdida de peso de un modelo de coche en particular. Los fabricantes de automóviles ven la reducción del peso de los vehículos como una pieza importante de la estrategia de mejora de la eficiencia del combustible: Cada 100 libras de un auto o camión puede aumentar la economía de combustible en un 1-2 por ciento.
TRW Automotive, que suministró la tecnología para las camionetas híbridas y los SUV de GM a partir de 2007, espera que los frenos electrohidráulicos comiencen a aparecer en los vehículos convencionales para 2016. Continental AG, que fabrica los sistemas de frenos electrohidráulicos utilizados en los coches híbridos Escape y Fusion de Ford, dice que tiene contratos con otros tres grandes fabricantes de automóviles para desarrollar sistemas para coches y camiones convencionales.
Además de su beneficio de reducción de peso, los frenos electromecánicos ofrecen una característica de seguridad potencialmente importante. Se activan más rápidamente que los frenos convencionales, dando a la computadora de a bordo de un vehículo valiosos milisegundos para calcular la probabilidad de un choque y activar otros sistemas de seguridad activa.
Aerodinámica Avanzada
La aerodinámica automotriz no es estrictamente una tecnología híbrida y EV. Pero el advenimiento de esos coches altamente eficientes ha dado lugar a avances en la aerodinámica que una vez se consideraron demasiado costosos para los modelos de coches cotidianos.
Estas tecnologías incluyen una aerodinámica activa, como las persianas motorizadas que cierran las aberturas de las rejillas de los vehículos a mayor velocidad para mejorar el flujo de aire y reducir la resistencia del combustible.
Otras mejoras que se están utilizando en la corriente principal después de su uso generalizado en los mercados de automóviles híbridos y eléctricos son las carrocerías inferiores totalmente selladas, las partes traseras cuadradas y los desviadores del flujo de aire. Estos últimos suelen ser pequeñas aletas, colocadas debajo de los parachoques o diseñadas en las carcasas de los faros, que mantienen el aire fluyendo suavemente sobre y alrededor del vehículo en movimiento para evitar que se formen turbulencias que provoquen arrastre.
Espere ver más de las técnicas aerodinámicas que se perfeccionaron para los VE e híbridos entrar en uso en todo tipo de coches y camiones, dice Christopher Chapman, jefe de diseño de Hyundai Design North America.
Frenado regenerativo
Los coches híbridos y eléctricos producen parte de su propia energía a través de un proceso llamado frenado regenerativo, en el que los motores eléctricos de un coche cambian de polaridad y actúan como un generador cuando el conductor pisa el pedal del freno o libera la presión del acelerador.
Los coches y camiones convencionales no tienen las grandes baterías y los motores eléctricos que se encuentran en los coches híbridos, pero los ingenieros han descubierto recientemente varias formas de utilizar la energía de frenado de un vehículo para reducir el consumo de combustible.
En este caso, los sistemas de frenado regenerativo convierten el alternador del vehículo en un generador cuando el conductor aplica los frenos o levanta el acelerador. Utilizan la electricidad que produce el alternador para recargar la batería de 12 voltios o, en algunos casos, para cargar un condensador, que es un dispositivo de almacenamiento que puede retener la energía y liberarla muy rápidamente.
Los híbridos y los vehículos eléctricos utilizan la energía de sus sistemas de frenado regenerativo para hacer funcionar sus motores eléctricos. Los coches y camiones convencionales los utilizan para alimentar los codiciosos aparatos electrónicos de a bordo, incluyendo faros, luces traseras, luces interiores, el panel de instrumentos y los sistemas de audio e información y entretenimiento.
Puede requerir hasta 10 caballos de fuerza para hacer funcionar un alternador con el motor de un coche, por lo que el uso de un sistema de frenado regenerativo que reduzca o elimine ese drenaje parasitario puede aumentar la eficiencia del combustible en un 5 por ciento o más.
Neumáticos de baja resistencia al rodaje
Un vehículo gasta alrededor de un tercio de su consumo de energía para superar la fricción en el motor, en sus otras partes mecánicas y de los neumáticos que ruedan por la carretera. La fricción de los neumáticos por sí sola representa hasta el 15 por ciento del consumo de combustible de un vehículo de pasajeros, según el Departamento Federal de Energía.
Por lo tanto, es lógico que la reducción de esa fricción, que también se conoce como “resistencia al rodaje”, ayude a mejorar el ahorro de combustible.
Los fabricantes de automóviles y las compañías de neumáticos perfeccionaron los neumáticos de baja resistencia al rodaje para los híbridos y los vehículos eléctricos, vehículos en los que cada onza de gasolina o cada vatio de energía eléctrica importa. Pero los fabricantes de automóviles no tardaron en comprender que si los neumáticos de resistencia reducida funcionaban para ayudar a los híbridos a ahorrar gasolina, seguramente funcionarían igual de bien en los coches convencionales.
Hoy en día, la mayoría de los automóviles nuevos vienen de serie con neumáticos de baja resistencia a la rodadura, que pueden mejorar la eficiencia del combustible entre un 1,5 y un 4,5 por ciento, dependiendo del grado de reducción de la resistencia de los neumáticos.
Los consumidores pueden asegurar una eficiencia consistente en el consumo de combustible de sus vehículos envejecidos reemplazando siempre las llantas estándar por llantas de igual -o menos- resistencia a la rodadura. La mayoría de los fabricantes de neumáticos ofrecen una o más marcas de baja resistencia a la rodadura, y la información sobre la resistencia a la rodadura está disponible en los vendedores de neumáticos.
Pantalla de entrenamiento de conductores
Los árboles verdes, las frondosas enredaderas y otros iconos “verdes” aparecieron por primera vez en los paneles de instrumentos de los automóviles híbridos para indicar a los conductores si estaban haciendo un buen trabajo al aplicar técnicas de eficiencia como la aceleración constante y controlada, el descenso de la cuesta y la evitación de los arranques rápidos.
Los fabricantes de automóviles aprendieron de los dueños de los híbridos que
Las herramientas de entrenamiento para conductores pueden ayudar a los conductores que buscan eficiencia a superar las técnicas de desperdicio de combustible. Ford Motor Company, por ejemplo, afirma que su función EcoMode, que califica y recompensa la conducción eficiente de combustible mostrando hojas verdes en el panel de instrumentos, puede mejorar la eficiencia del combustible hasta en un 20 por ciento.
Ahora las pantallas de entrenamiento están empezando a aparecer en los vehículos convencionales. Ford los hace estándar en la línea del Focus. Hyundai hace su sistema telemático BlueLink, con una función EcoGuide, disponible en cinco modelos no híbridos.
Planificación de la Eco Ruta
Otra herramienta que primero se desarrolló para los vehículos eléctricos e híbridos y que ahora se está impulsando a los automóviles y camiones convencionales es el mapeo de las rutas más eficientes en cuanto al combustible.
Esos sistemas utilizan el sistema de navegación del vehículo o una aplicación de teléfono inteligente para mostrar rutas que no sólo son las más rápidas, panorámicas o libres de autopistas, sino que minimizan el ascenso de colinas y evitan la congestión del tráfico para proporcionar el camino más eficiente en cuanto al consumo de combustible de un lugar a otro.
BMW, que ofrece la función de eco-mapeo en todos sus modelos, también está trabajando en mejoras que se coordinarán con los llamados sistemas de tráfico inteligente a medida que varias ciudades los instalen. Una versión se comunicaría con los semáforos para predecir cuándo cambiarán las luces.
“Eso permitirá que el coche diga a los conductores cuándo deben alterar su velocidad para que no se detengan en los semáforos en rojo, lo cual es un gran desperdicio de combustible”, dice Dirk Rossberg, jefe de la oficina de tecnología de BMW en el Silicon Valley de California.
Todo se suma
Utilizada por sí sola, ninguna de las tecnologías que se están transfiriendo de los automóviles híbridos y eléctricos a los quemadores de gas convencionales puede proporcionar un aumento sustancial en la economía del combustible.
Pero cuando se agrupan, estas características pueden ayudar a mantener a los coches y camiones con motores de combustión interna competitivos en la carrera por mejorar la economía del combustible. Son especialmente eficaces cuando se combinan con otras tecnologías que aumentan la eficiencia, como los motores de tamaño reducido y las aleaciones y compuestos ligeros y superresistentes que se utilizan en la construcción de la carrocería y el bastidor.
Estas tecnologías y características son sólo el comienzo del esfuerzo de la industria automotriz para recoger ideas de ahorro de combustible de sus vehículos más eficientes.
“Hay mucho más en camino”, dice Larry Nitz, jefe del programa de electrificación de vehículos de GM.