Comprobar de manera sencilla la pérdida de energía

Una sencilla manera de comprobar las pérdidas de energía que se generan en un vehículo híbrido es la siguiente: Prueba a seleccionar la temperatura interior del climatizador a un valor elevado. Observarás cómo vuelve a conectarse el motor térmico o se activa tras breves instantes, para proporcionar el calor necesario al habitáculo.

Esta observación se realiza más fácilmente en invierno, pero con temperaturas elevadas, el vehículo también precisa un gasto energético adicional para proporcionar calor a ciertos sistemas. En circulación muy intensa o en atascos en verano, si se encuentra activado el compresor del aire acondicionado, los electroventiladores se activan y también sobre-enfrían el motor térmico. Se observa por tanto que en verano, el motor térmico se revoluciona más y la tracción eléctrica parece muy inferior, sobretodo cuando se emplea el aire acondicionado de manera intensiva.

En un vehículo, hay importantes sumideros de energía calorífica. Algunos de ellos son la calefacción del habitáculo, el sistema de calentamiento del colector de admisión en vehículos de gasolina o el calentamiento del combustible en vehículos de gasoil. Este consumo energético es suplido ampliamente por el reducido rendimiento termodinámico de los motores de combustión interna.

Al ralentí, un motor térmico debe producir unos 2 kW para mantener su propia inercia y los consumos auxiliares mínimos. Este valor se incrementa hasta 5 ó 10 kW en función de los accesorios y el tamaño del motor. El proceso de mantener un motor en régimen de ralentí implica que aproximadamente dos veces la energía que se produce, debe ser disipada al medio ambiente en forma de calor.

En los modernos vehículos híbridos no existe un intervalo de tiempo de régimen de ralentí, por lo que no se debe disipar esta cantidad de calor. Esto es debido a que el motor térmico se detiene cuando no es preciso el desplazamiento y en otras circunstancias. El proceso de extraer calor del motor térmico para su propio funcionamiento o bien para proporcionar confort a los ocupantes, degrada el rendimiento global del conjunto en valores comprendidos, según las mediciones efectuadas, en valores superiores a un 10% y que pueden alcanzar un 30%.

En la época actual y con la tecnología disponible, consideramos un derroche consumir combustible con el único objetivo de calentar el entorno y por tanto planteamos una mejora que evita pérdidas energéticas en forma de calor.

El sistema propuesto permite aprovechar esta energía calorífica de desecho, reduciendo apreciablemente el consumo de combustible.

Realmente, ¿se obtiene una mejora al eliminar las pérdidas de calor y mantener una mayor homogeneidad en la temperatura del circuito de refrigeración?

La respuesta es SI. Esta mejora en el rendimiento se produce no sólo en vehículos híbridos, sino también en vehículos convencionales dotados de sistemas electrónicos de gestión del motor. Cuanto mayor es el rendimiento del vehículo y menor su consumo, mayor degradación se produce en el rendimiento al producirse oscilaciones térmicas en el propulsor. Según los resultados que hemos obtenido en vehículos convencionales con propulsor de gasóleo, el consumo de carburante se reduce en un valor promedio del 8%.

Una explicación técnica la obtenemos directamente del Fabricante (Toyota Technical Support Articles, Engine Performance, nº32 Sensors, pag 4)

“High resistance in the temperature circuit will cause the ECM to think that the temperature is colder than is really is. For example, as the engine warms up, ECT resistance decreases, but unwanted extra resistance in the circuit will produce a higher voltage drop signal. This will most likely be noticed when the engine has reached operational temperatures. Note that at the upper end of the temperature/resistance scale, ECT resistance changes very little. Extra resistance in the higher temperature can cause the ECM to think the engine is approximately 20ºF – 30ºF colder than actual temperature. This will cause poor engine performance, fuel economy, and possibly engine overheating.”

Un valor de alta resistencia en el circuito medidor de temperatura causará que el módulo de control electrónico (ECM) interprete que la temperatura es menor que la real. Por ejemplo, cuando el motor se calienta, la resistencia eléctrica del sensor de temperatura del refrigerante (ECT) disminuye, pero un aumento en la resistencia no esperado producirá una mayor caída de tensión en la señal. Esto se aprecia más habitualmente cuando el motor alcanza su temperatura de funcionamiento. Nótese que en el umbral superior de la escala de temperatura/resistencia eléctrica, el valor de resistencia eléctrica del ECT varía muy poco. Un valor extra de resistencia eléctrica en el rango de mayor temperatura([i] ver nota al final de la página) causará que el ECM interprete que la temperatura del motor es unos 11 a 17ºC más fría que la temperatura actual. Esto causará un peor rendimiento del motor, mayor consumo y un posible sobrecalentamiento (*).

(*) Claramente en los vehículos híbridos no se producirá un sobrecalentamiento, pero las grandes oscilaciones térmicas provocarán que el ECM interprete que esto puede estar sucediendo y degradará el funcionamiento del motor, como sucede en el vehículo de serie.

En las lecturas que hemos realizado en los dos últimos modelos de vehículos híbridos sometidos a ensayo (Toyota Prius de 2006 y Toyota Prius de 2010), la degradación en el funcionamiento del motor térmico y del sistema híbrido en general suele producirse cuando la oscilación térmica se produce por debajo de los umbrales grabados en sus ECM específicas (82ºC para el modelo de 2004 – 2009 y 85ºC para el modelo posterior a 2009).

Con el equipo de tapado automático, las oscilaciones térmicas hacia valores inferiores prácticamente son eliminadas, lográndose una mejora notable del rendimiento. Esta mejora comienza apreciándose con el descenso de revoluciones en el funcionamiento del motor térmico y con una tracción y regeneración eléctrica mucho más acusada. Por tanto se logra un mayor agrado de uso –principal inconveniente que muestran los usuarios al percibir las elevadas revoluciones que se producen en el vehículo de serie, sin ser necesario realizar aceleraciones especialmente contundentes– y una muy notable reducción del consumo, como se explica en la presente Web.

En las pruebas que se están realizando en ambas versiones del Toyota Prius, también se logran reducciones del consumo superiores al 12%, con temperaturas ambiente por encima de los 30ºC.

Con el tapado automático no se han obtenido lecturas de la temperatura superiores a la apertura máxima de la válvula termostática de los vehículos, que si puede llegar a suceder con tapados fijos. Por tanto, el equipo de tapado automático no pone en riesgo en ningún momento la fiabilidad ni la durabilidad del vehículo, aumentando ambas considerablemente, puesto que los sistemas mecánicos trabajan a una temperatura mucho más constante y homogénea, que además se logra en un menor tiempo. Por tanto, los desgastes del motor se reducen notablemente.

En el caso del Prius de tercera generación, con el tapado automático se logra un mejor control de la oscilación térmica y reducción de la sobre-refrigeración, puesto que está equipado con una bomba principal de líquido refrigerante eléctrica y no cuenta con el inconveniente de su detención al pararse el motor térmico.

Tampoco se han observado valores que difieran de los parámetros de serie en la temperatura y desempeño del sistema eléctrico, en ninguno de los vehículos en los que se están tomado datos (motores eléctricos, inversores o temperatura de aire en la admisión).

Como muchos usuarios han confirmado, restricciones fijas de la refrigeración pueden repercutir negativamente en el consumo en ciertas circunstancias, al elevar la temperatura de los sistemas eléctricos de tracción y/o la temperatura del aire en el colector de admisión.

Como dato adicional, los tapados fijos u otras protecciones para la pérdida de calor del vano motor, no reducen la oscilación térmica. Solamente reducen la refrigeración, pero no de manera controlada, por lo que únicamente cumplen su objetivo, de manera parcial, en épocas muy frías.