31
Ing. José Quiroz Erazo
Ing. Juan Castro Castillo
Ing. Francisco Castillo
Ing. Andrés Torres
Email :
jlquiroz@espe.edu.ec
jtcastro@espe.edu.ec
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maenza s/n
Latacunga - Ecuador
ANÁLISIS ENERGÉTICO DEL RENDIMIENTO, CONSUMO Y EMISIONES
GENERADAS POR LOS VEHÍCULOS HÍBRIDOS
Resumen:
Debido a la necesidad de reducción de emisiones
contaminantes por parte de los vehículos y a los
elevados costos que los combustibles convencionales
han logrado alcanzar en los últimos tiempos se ha
implementado tecnologías alternativas, que permitan
desarrollar un sistema de gestión energética para
mejorar las condiciones de propulsión de los
vehículos, reduciendo los contaminantes generados
por los motores de combustión interna.
El vehículo híbrido utiliza un motor de combustión
interna que trabaja alternadamente con un motor
eléctrico, que también puede ser generador en algu-
nas condiciones, dispone de una batería de alto
voltaje para almacenar carga eléctrica, mientras el
sistema de frenos regenerativo se encarga de man-
tener la carga de las mismas.
Dado que el mayor consumo de los vehículos
híbridos se da en carretera, constituyen un ahorro
energético notable, mientras que un motor térmico
necesita incrementar sus revoluciones para aumentar
su par, el motor eléctrico en cambio tiene un par
(fuerza del motor) constante, es decir produce la
misma aceleración al comenzar la marcha que
con el vehículo en movimiento. Esta tecnología ha
permitido conseguir que el consumo de combustible
sea de un 20% hasta un 60% menor que en vehículos
comparables de tipo convencional.
I. VEHÍCULOS HÍBRIDOS
El término propulsión híbrida es utilizado para
referirse a vehículos con más de una fuente de
propulsión. La base importante de un vehículo
híbrido está dada por un motor de combustión
interna que trabaja de forma alternada con un motor
eléctrico, este motor puede ser también generador en
algunas condiciones y todo el sistema utiliza una
batería de alto voltaje para almacenar carga eléctrica.
El medio de transporte que más aceptación ha tenido
es el motor de combustión interna, al que corresponde
más de un 80 % de la totalidad de la energía producida
en el mundo. Estos motores son los responsables
también en gran medida de las aportaciones de
contaminantes gaseosos a la atmósfera y causante
del aumento del efecto invernadero
II. EL SISTEMA DE PROPULSIÓN
Los vehículos híbridos son clasificados por la
división de poderes entre las fuentes, ambas fuentes
pueden funcionar en paralelo para dar al mismo
tiempo de aceleración, o pueden operar en serie con
una fuente exclusivamente proporcionando la
aceleración y el segundo se utiliza para aumentar la
reserva de la primera potencia.
Las fuentes también se pueden utilizar tanto en serie
y en paralelo cuando sea necesario, el vehículo que
está siendo impulsado principalmente por una
fuente, la segunda es capaz de proporcionar una
aceleración adicional directa si es necesario.
En algunos vehículos híbridos se aplica el ciclo
Atkinson, que consiste en que los tiempos de
admisión, compresión, expansión y escape se
produzcan en la misma vuelta del cigüeñal, no en
dos vueltas como en el Ciclo Otto, con un diseño
especial de este elemento para que la relación de
expansión difiera de la relación de compresión.
Este tipo de vehículos cuentan con un complejo mecanismo
de funcionamiento el cual alterna la operación del motor
eléctrico y el motor de combustión interna, para que todo
este revolucionario sistema opere de forma segura y fiable
debe medir y controlar gran número de variables de forma
independiente, como por ejemplo: temperatura de la batería,
temperatura de los inversores, entre otras, para esto el
sistema debe ser descentralizado teniendo unidades de
control independiente, pero relacionándolas todas a través
del bus de datos.
La operación del sistema híbrido requiere que
gran número de condiciones estén establecidas
antes que la Unidad HV comience la estrategia
de operación del motor de combustión y los
Motores Generadores. El conjunto está
formado por los dos Moto Generadores y el
motor de combustión, todo unido a través del
conjunto sistema planetario, este último
permite el aporte de potencia de cada uno de
los elementos. En la gráfica inferior se observa
cómo están relacionados mecánicamente.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS
32
III. PRUEBAS DE RENDIMIENTO:
El desempeño y rendimiento de los motores se
obtuvo de los vehículos Ford Escape Híbrido y
Toyota Prius Híbrido. Estas pruebas consideran:
Desempeño del sistema híbrido Toyota Prius
Desempeño del sistema híbrido Ford Escape
Potencia y Torque Toyota Prius
Potencia y Torque Ford Escape
Potencia y Torque Vehículos convencionales
PRUEBAS DE EMISIONES DE GASES
El análisis dará a conocer si existen contaminantes
en exceso en el gas de escape, con ello se logrará
determinar si realmente los vehículos híbridos reducen
las emisiones contaminantes.
PRUEBAS DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE
Se somete a los vehículos: Toyota Prius, Ford
Escape y Chevrolet Optra a un recorrido de carretera
y ciudad, establecido bajo las mismas condiciones
que nos permita conocer los índices de consumo de
estos vehículos para el respectivo análisis y cuadro
comparativo.
PRUEBAS DE RUÍDO:
Con la utilización de un sonómetro digital se obtiene
la medición del valor real de contaminación auditiva
(ruido) que pueden llegar a generar los vehículos,
enfocándonos en el motor de combustión interna
para la realización de esta prueba. Los valores a
obtener nos darán a conocer mediante el respectivo
análisis, las ventajas que presentan los vehículos
híbridos respecto a un convencional en cuanto a la
disminución de ruido. Las unidades de medida para
esta prueba son los decibeles (db).
PRUEBAS ELÉCTRICAS Y ELECTRÓNICAS:
Reconocer establecer las diferentes pruebas
eléctricas y electrónicas que se pueden realizar en los
vehículos híbridos Toyota Prius y Ford Escape, en los
diferentes sistemas como la inyección electrónica
empleada para el desempeño del motor y el sistema
hibrido, tomando en cuenta las normas de seguridad
y los peligros que esto representa al trabajar con alto
voltaje.
Figura 1. Composición del vehículo híbrido
Tabla 1 Ahorro de combustible Toyota Prius
IV. CONCLUSIONES
Los vehículos híbridos representan una alternativa al
momento de reducir las emisiones contaminantes,
especialmente cuando se encuentran circulando en
ciudad, ya que los motores eléctricos pasan más
tiempo en funcionamiento cuando son requeridos.
En las pruebas de desempeño se pudo constatar que
debido a las condiciones de carretera existentes en
la sierra, los vehículos híbridos logran reducir en
mínimas cantidades las emisiones generadas ya que
el motor de combustión interna pasa a funcionar más
tiempo.
Figura 2 Desempeño Toyota Prius en carretera
Figura 3 Cantidad de C02
Figura 4. Ruido producido por los vehícu-
los de prueba.
Zona
Carretera 100km.
160km.
90km.
47
50
60
Carretera
Ciudad
Distancia
Ahorro de
Combustible
%
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
33
Notablemente el Toyota Prius es el vehículo más
eficiente en cuanto al consumo de combustible,
logrando reducir en un 60% la cantidad de combusti-
ble consumido.
Los vehículos híbridos Toyota Prius y Ford Escape
al ser comparados con vehículos convencionales, se
constató que tienen similares características en
cuanto a torque y potencia, por lo cual no son
vehículos de bajo desempeño, se encuentran a la par
e incluso superan a muchos de los vehículos
existentes en el mercado nacional.
Luego de realizar las pruebas de desempeño, se
determinó que si es posible llegar a niveles de
contaminación cero en los vehículos híbridos, única-
mente cuando se encuentra funcionando solo el
motor eléctrico.
Se determinó mediante las pruebas de ruído, que los
vehículos híbridos no generan contaminación audi-
tiva, tanto en el interior como en el exterior del
vehículo, cuando se encuentra funcionando el motor
eléctrico mientras el MCI se encuentre apagado.
V. RECOMENDACIONES
• Al conocer la existencia de componentes
tóxicos en la batería de alto voltaje presente en
los vehículos híbridos y debido al peligro que
representan para el medio ambiente, se
recomienda devolver este componente a sus
lugares de fabricación, luego de terminar con su
vida útil.
• Al trabajar en el sistema de alto voltaje de
los sistemas híbridos es recomendable tomar
muy en cuenta las normas de seguridad, se
sugiere utilizar el equipo adecuado para protec-
ción personal.
• Es necesario tomar en cuenta la contami-
nación vehicular existente en nuestro país, ya
que mediante datos obtenidos de la Corpaire
existen niveles de alerta en el aire de Quito, pese
a que existe un control. Por lo tanto es necesario
dar mayor impulso a los vehículos híbridos.
VI. BIBLIOGRAFÍA
CROUSE - ANGLIN, Puesta a punto y rendimiento
de un motor. Editorial Alfaomega.
GARCÍA R , ESPINOSA ,H. El Impacto del trans-
porte automotor en el medio ambiente. Volumen X.
Desarrollo de vehículos híbridos disponible en
http:/www.hybrid-vehicle.org/hybrid-vehicle-
history.html http://www.educar.org/inventos
/transportes/automovil.asp
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
