* Autos híbridos a gasolina y electricidad
UNA RESPUESTA DE LOS GRANDES FABRICANTES A LA CONTAMINACIÓN: AUTOS HÍBRIDOS A GASOLINA Y ELECTRICIDAD
* Gasoline-electric hybrid cars
En las películas solemos ver a los autos del futuro como minicajas movidas a limpia electricidad. Pero para autos de tamaño, desempeño y confort normal lo mejor sigue siendo el motor de combustión interna. ¿Qué tal combinar las dos tecnologías?
El gran problema de los autos eléctricos no es el motor eléctrico, que se puede fabricar casi de cualquier potencia, sino que son las baterías. Para conseguir almacenar suficiente electricidad tienen que ser de tamaño y peso considerables, con lo que se hace muy difícil arrastrarlas de un lugar a otro. Así es que los fabricantes se encuentran con el dilema de que para conseguir alto desempeño deben colocar motores eléctricos potentes, con lo que la autonomía del vehículo será muy corta, o al contrario, para conseguir muchas horas de utilización los autos tienen que tener un consumo de electricidad muy bajo, o sea, motores eléctricos pequeños, sin potencia para mover otra cosa que no sea una liviana pero apretada minicarrocería.
Un ejemplo claro de esto es que el primer automóvil en pasar la marca de los 100 km/h (hazaña conseguida en París en 1899) fue justamente un vehículo eléctrico, el “Jamais contente”, construido por el belga Camille Jenatzy. Pero después de cubrir como una flecha los 1000 metros reglamentarios para establecer el record, tuvo que ser remolcado por caballos: sus baterías acabaron completamente descargadas.
Es así que otros grandes ingenieros de los comienzos de la era automotriz que también estaban experimentando con automóviles eléctricos, como el legendario Ferdinand Porsche, llegaron a la misma conclusión que Karl Benz: un vehículo sólo será práctico si consigue llevar consigo suficiente cantidad de energía. La manera más práctica y eficiente de almacenar energía sigue siendo, aún un siglo después, la misma que descubrió Benz en sus investigaciones: mediante un líquido combustible, preferentemente algún derivado del petróleo como la gasolina.
EL PETRÓLEO: UN DOLOR DE CABEZA
Un siglo y millones y millones de automóviles después, el petróleo ya no nos parece la mejor solución. Una consecuencia que ni Porsche ni Benz habían previsto es que ahora se cree que la quema de los derivados del petróleo está matando al planeta.
Un análisis de la realidad científica de esto es difícil, porque el tema del calentamiento global lastimosamente se ha politizado. Pero supongamos que la hipótesis en boga es la que acabe torciendo las voluntades.
Varios estudios muestran que muy probablemente todavía tendremos petróleo hasta el año 2040, pero para esas fechas el derretimiento del Polo Norte ya sería alarmante. La primera víctima posiblemente será el oso polar, por estar adaptado a cazar solamente en el hielo. Los problemas climáticos seguirán hasta alcanzarnos a nosotros. Así que muy probablemente tendremos que dejar de usar petróleo antes de que éste se acabe. Paradójicamente, la verdadera crisis del petróleo no es su escasez, sino que su abundancia.
Los estudios todavía tienen muchas incógnitas, especialmente porque no se sabe si el clima se va a estabilizar si paramos de quemar petróleo. La corriente filosófica de la hipótesis en boga dice que lo mejor es ser precavidos y dejar de experimentar con la atmósfera de nuestro planeta, porque si la destruimos ni la Luna ni Marte podrán ofrecernos un hábitat equivalente. Sea como sea, las cosas están así.
ALTERNATIVAS
Los motores eléctricos parecen ser la mejor opción para mantener el aire limpio. Así que volvimos a pensar en autos como la “Jamais contente”. Luego de más de un siglo las baterías han mejorado muchísimo, pero todavía están lejos de competir con los líquidos combustibles como método para almacenar energía. Una alternativa serían las células de combustible a limpio hidrógeno, que son las “baterías” eléctricas usadas en el transbordador espacial. Pero mientras esa tecnología no sale de la NASA rumbo a nuestros "garages", muchos fabricantes están nuevamente buscando combinar lo mejor de los dos tipos de auto: motores eléctricos limpios con combustibles convencionales de fácil transporte.
EL AUTOMÓVIL HÍBRIDO
¿Qué tiene de limpio un automóvil que todavía tiene caño de escape? La estrategia en este caso en particular no es tanto ayudarle al motor eléctrico, sino que el motor eléctrico sea el que le ayude al motor de combustible a superar dos grandes deficiencias de los automóviles actuales.
La primera gran deficiencia es que todo aquel esfuerzo que el motor hace para poner al auto en movimiento se pierde al llegar al próximo semáforo. Los frenos literalmente tiran por la borda toda esa energía cinética o del movimiento duramente desarrollada. Si hubiera una manera de recuperar algo de esa energía sería un gran avance. Y aparece la luz al final del túnel al recordar lo que nos decían en la escuela: la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. En la práctica quiere decir que podemos conectar las ruedas a unos generadores eléctricos, de manera a que recarguen unas baterías. Al aplicar el freno, los generadores eléctricos entran en acción y roban energía de las ruedas, con lo que la velocidad del automóvil disminuye. Esto es similar a los frenos eléctricos que se usan desde hace muchos años en trenes y camiones muy pesados, con la diferencia que esa electricidad ahora se manda a las baterías para su almacenamiento. Después, cuando el semáforo se pone en verde y el conductor acelera, la energía recuperada en las baterías vuelve a las ruedas, por medio de unos motores eléctricos obviamente. Con todos estos pasos la energía del movimiento es reciclada y el desperdicio disminuye.
La segunda gran deficiencia es que al variar la posición del pedal del acelerador modificamos grandemente el llenado de los cilindros del motor de combustión interna. Y no sólo eso: la velocidad del automóvil varía mucho, con lo que las revoluciones del motor también varían, aún con las cajas de cambio modernas. Esto es un problema porque para tener eficiencia máxima el motor a combustible debe girar a una velocidad de rotación óptima y con un llenado de los cilindros óptimo. Ahí saldrá la máxima energía con mínimo de consumo. Así, lo ideal es mantener al motor siempre a la misma velocidad de rotación, con la válvula del acelerador siempre en la misma posición, como si fuese un tren.
¿Cómo variar la velocidad de un auto sin variar la rotación de su motor de combustible? Colocando una transmisión eléctrica. De la siguiente manera: la energía del motor de combustible ahora se usará para mantener a una gran batería constantemente cargada, y luego, de esa batería, la energía almacenada pasará a un motor eléctrico para mover las ruedas. Ahora el chofer ya no controla con su pie al motor de combustible, sino que simplemente al eléctrico, que es el que va a mover al auto. Así el motor de combustible se mantiene girando a su velocidad óptima, generando toda la energía con mucha eficiencia, y el motor eléctrico es el que hace variar la velocidad del auto.
A nivel masivo, versiones preliminares de este sistema existen desde hace mucho tiempo en trenes y grandes camiones, pero, aparte de esfuerzos aislados, sólo ahora se pueden instalar en autos normales, gracias a los avances en computación. Son unas computadoras las que deciden cuándo debe funcionar el motor de combustible para recargar las baterías; y con computadoras se controla el singular sistema de frenos para recuperar la energía y mandarla de vuelta a las baterías. Además, si es que el conductor necesita aceleración adicional, las computadoras se encargan de hacer llegar la fuerza del motor de gasolina directamente a las ruedas. Todo este sistema permite mantener el confort y el desempeño, con economía de combustible y baja contaminación. Aunque no sea la solución definitiva, el auto híbrido está en la dirección correcta.
EN LA PRÁCTICA
El consumo de combustible de un automóvil híbrido es similar al de un automóvil Diesel, sólo que, evidentemente, contamina mucho menos que un auto Diesel. Los híbridos suelen consumir menos en ciudad que en ruta, al revés que un auto normal.
Si el conductor necesita poca potencia la mayor parte de la marcha se da exclusivamente con el motor eléctrico, y el motor a gasolina funciona sólo esporádicamente para mantener las baterías recargadas. Si el conductor necesita potencia adicional, por ejemplo en una subida o al adelantar a otro vehículo, el motor de combustible entra inmediatamente en acción y transmite, por medio de un diferencial mecánico, su potencia plena a las ruedas. Los fabricantes continúan usando motores de gasolina de tamaño tradicional, por lo que esta aceleración máxima continúa siendo la misma, o incluso mejor, puesto que ahora hay dos motores.
No se eliminan los frenos tradicionales, por las paradas de emergencia. La dirección asistida funciona ahora con electricidad, y se pierde algo de espacio en la "valijera" por causa de la batería especial. No hay que enchufar el auto a la pared durante la noche.
El costo de un automóvil híbrido es más elevado que el de uno normal, similar al precio extra que se paga por un auto Diesel. Pero en muchos lugares existen incentivos fiscales.
Los fabricantes están ofreciendo garantías de post venta similares a las garantías de sus autos normales, o incluso mejores todavía.
El primer auto híbrido moderno fue el Toyota Prius, presentado al mercado en 1997. Este vehículo fue exclusivamente diseñado para esta tecnología alternativa, con una carrocería muy aerodinámica y otros detalles. Hasta el año 2003 se vendieron más de 100 000 unidades y para 2004 apareció un Prius mejorado, de tamaño similar a un Corolla. El Prius de 2017 tiene un motor a gasolina de 1,8 L de 71 kW (96 cv; 95 hp), junto con un motor eléctrico de 53 kW (72 cv; 71 hp). La potencia máxima combinada es de 90 kW (123cv; 121 hp). Este Prius de cuarta generación, con equipamiento básico, se vende para 2017 a un precio sugerido de 23,575 dólares en el mercado de los Estados Unidos y viene con garantía para la parte híbrida de 8 años ó 160 000 km.
Otros fabricantes también presentaron sus híbridos: Honda lanzó un modelo especial llamado Insight en 1999. En el 2003 se decidió adaptar la tecnología a un modelo convencional, el Honda Civic. Para el 2005 se presentó la primera camioneta todoterreno híbrida, una versión de la Ford Escape. El 2006 la Toyota finalmente adaptó la tecnología al auto más vendido en los Estados Unidos, el Camry. Del total de 4 389 851 Camrys que los estadounidenses compraron hasta 2017, unos interesantes 382 276 tienen motor híbrido. Y este es sólo uno de entre decenas de modelos híbridos disponibles para la venta al público actualmente.
A través de los últimos años Mazda, Mercury, Lexus, Lincoln, Cadillac, Chevrolet, GMC, Chrysler, Nissan, Saturn, BMW, Porsche, Volkswagen, Buick, Infiniti, Hyundai, Kia, Acura, Audi y Mercedez-Benz también lanzaron sus versiones, a tal punto que hoy ya hay en circulación un par de millones de unidades de autos híbridos en todo el mundo.
A. L.
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Publicado originalmente en ABC Color, el 29 de abril de 2007. Fotografía: el prototipo Lohner-Porsche "Semper Vivus", ca. 1900, introdujo el sistema "Mixte", híbrido a gasolina y electricidad: detrás del asiento delantero se ven dos motores de combustión interna de Dion - Bouton de un cilindro y 2,6 kW (3,5 cv; 3,5 hp) cada uno, conectados a dos generadores eléctricos independientes de 90 volts y 20 amperes (1,8 kVA) cada uno abajo del asiento y una batería eléctrica de plomo-ácido de 44 celdas debajo del piso. Estos a su vez alimentan a los motores eléctricos de 2 kW (2,7 cv; 2,7 hp) en el centro de cada rueda delantera. Visibles, en los laterales de la nariz, están los radiadores de refrigeración por circulación de líquido, el cual contaba con un tanque de almacenamiento debajo del asiento trasero. El tanque de combustible era el respaldo del mismo, mientras que los gordos cilindros negros verticales junto al conductor son las bobinas de inducción del sistema de encendido. No había cambio de marchas, o de hecho, engranaje alguno en la transmisión puramente eléctrica: la palanca de mano que se ve en el lado del conductor es el acelerador. El equipamiento incluye frenos en las cuatro ruedas: eléctrico en las delanteras y mecánico a cinta y corona en las traseras, más freno de estacionamiento. El chasis de tubos metálicos (los paneles eran de madera) no tiene suspensión, aunque cuenta con ruedas neumáticas y la caja de la batería, con los asientos encima, está montada sobre resortes. Los acumuladores eléctricos podían mover al automóvil independientemente de los motores de combustión interna. Con una masa de unos 1200 kg, debido principalmente al plomo de las baterías de la época, el "Semper Vivus" conseguía sin embargo una velocidad de 35 km/h y la respetable autonomía de 200 km. Este notable vehículo fue uno de los primeros que llevó el apellido del Dr. Ferdinand, el legendario ingeniero austriaco de autos deportivos. Crédito: Jacob Lohner & Co., Viena. Con permiso de Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Germany.
