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UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS DE MADRID

Estudio preliminar de las ITV para vehículos híbridos y eléctricos

Proyecto fin de carrera

Autor: Sofía Cobo de Guzmán Domínguez

Director: Juan de Norverto Moriñigo

Mayo de 2011

ÍNDICE DE LA MEMORIA

II

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL

Índice de la memoria

Parte I Memoria .................................................................................................. 2

Capítulo 1 Introducción ...................................................................................... 3

1.1 Estudio de los trabajos existentes / tecnologías existentes ................................ 3

1.2 Motivación del proyecto ...................................................................................... 5

1.3 Objetivos ............................................................................................................... 8

1.4 Metodología / Solución desarrollada .................................................................. 9

1.5 Recursos / herramientas empleadas ................................................................. 10

Capítulo 2 Tecnologías de los vehículos híbridos y eléctricos ......................... 11

2.1 Vehículos híbridos .............................................................................................. 11 2.1.1 Configuración en serie .................................................................................................. 12 2.1.2 Configuración en paralelo y en paralelo compleja ....................................................... 14 2.1.3 Grado de hibridación eléctrica ...................................................................................... 16 2.1.4 Funcionamiento ............................................................................................................ 18

2.2 Vehículos eléctricos ............................................................................................ 20

2.3 Retos tecnológicos .............................................................................................. 23 2.3.1 Vehículos híbridos ........................................................................................................ 23 2.3.2 Vehículos eléctricos ...................................................................................................... 24

Capítulo 3 Análisis de la situación actual de las ITV ...................................... 26

3.1 Introducción ....................................................................................................... 26

3.2 ¿Qué se revisa? ................................................................................................... 28

3.3 Requisitos de las estaciones de ITV .................................................................. 31


III



3.4 Legislación .......................................................................................................... 33

Capítulo 4 Componentes de los nuevos vehículos ............................................ 35

4.1 Batería ................................................................................................................. 36 4.1.1 Introducción .................................................................................................................. 36 4.1.2 Funcionamiento ............................................................................................................ 36 4.1.3 Características y tipos ................................................................................................... 38

4.2 Ultracondensadores ........................................................................................... 47

4.3 Enchufe ............................................................................................................... 49

4.4 Máquina eléctrica ............................................................................................... 53 4.4.1 Máquinas asíncronas o de inducción ............................................................................ 53 4.4.2 Máquinas síncronas ....................................................................................................... 56 4.4.3 Máquinas de reluctancia conmutada ............................................................................. 58 4.4.4 Motores de flujo axial ................................................................................................... 58 4.4.5 Motores de corriente continua sin escobillas ................................................................ 59

4.5 Convertidor electrónico ..................................................................................... 60

4.6 Unidad de control ............................................................................................... 63

4.7 Grupo diferencial ............................................................................................... 64

4.8 Generador de ruido ............................................................................................ 65 4.8.1 El ruido ......................................................................................................................... 65 4.8.2 Aplicación a los vehículos ............................................................................................ 67

4.9 Freno regenerativo ............................................................................................. 70 4.9.1 Introducción .................................................................................................................. 70 4.9.2 Funcionamiento ............................................................................................................ 71

4.10 Paneles solares .................................................................................................. 77

Capítulo 5 Diseño de pruebas ........................................................................... 78

5.1 Batería y cableado .............................................................................................. 79 5.1.1 Seguridad en caso de accidente .................................................................................... 80 5.1.2 Objeto de la prueba ....................................................................................................... 81 5.1.3 Procedimiento ............................................................................................................... 83

5.2 Ultracondensadores ........................................................................................... 84


IV



5.3 Enchufe ............................................................................................................... 84

5.4 Máquina eléctrica y controladores electrónicos .............................................. 85 5.4.1 Normativa actual ........................................................................................................... 86 5.4.2 ¿Sería necesaria una prueba? ........................................................................................ 87

5.5 Grupo diferencial ............................................................................................... 89

5.6 Generador de ruido ............................................................................................ 90 5.6.1 Objeto de la prueba ....................................................................................................... 90 5.6.2 Procedimiento ............................................................................................................... 94 5.6.3 Coste de implantación ................................................................................................... 95

5.7 Freno regenerativo ............................................................................................. 98 5.7.1 Objeto de la prueba ....................................................................................................... 98 5.7.2 Procedimiento ............................................................................................................. 102

Capítulo 6 Conclusiones .................................................................................. 103

Bibliografía 105

Parte II Anexos ................................................................................................ 107

Capítulo 1 ANEXO I: Aparatos de medida .................................................... 108

Capítulo 2 ANEXO II: Laboratorio de medida de emisiones ........................ 113

ÍNDICE DE FIGURAS

V



Índice de figuras

Figura 1.1: Previsión de vehículos hasta 2050. ....................................................... 4

Figura 1.2: Previsión de ventas globales de vehículos híbridos enchufables y

eléctricos hasta 2050 (datos en millones de unidades). ........................................... 4

Figura 1.3: Atlas de polución. ................................................................................. 5

Figura 1.4: Emisiones de gases contaminantes según el tipo de vehículo. ............. 6

Figura 1.5: Tipos de vehículos en España. .............................................................. 7

Figura 2.1: Configuración serie de un vehículo híbrido. ....................................... 13

Figura 2.2: Configuración paralelo de un vehículo híbrido. ................................. 14

Figura 2.3: Configuración paralelo-serie de un vehículo híbrido. ........................ 15

Figura 2.4: Clasificación de los VH en función de los GHE. ............................... 17

Figura 2.5: Funcionamiento de un vehículo híbrido. ............................................ 19

Figura 2.6: Funcionamiento según estado de conducción. .................................... 19

Figura 2.7: Eficiencia energética de un VE. .......................................................... 22

Figura 4.1: Funcionamiento del vehículo híbrido ................................................. 38

Figura 4.2: Gráfico de densidad de energía por masa y por volumen. .................. 44

Figura 4.3: Tensión de salida del ultracondensador. ............................................. 48

Figura 4.4: Máquina asíncrona de rotor bobinado. ............................................... 55

Figura 4.5: Máquina asíncrona de rotor de jaula de ardilla. .................................. 56

Figura 4.6: Circuito del Rectificador-Inversor. ..................................................... 62

Figura 4.7: Engranajes planetarios ........................................................................ 64

Figura 4.8: Motores y sistema de transmisión de un VH serie-paralelo. .............. 65

ÍNDICE DE FIGURAS

VI



Figura 4.9: Fuentes principales del ruido urbano .................................................. 67

Figura 4.10: Funcionamiento del generador de ruido de Nissan. .......................... 70

Figura 4.11: Configuración de un sistema de frenado ........................................... 72

Figura 4.12: Relación de distribución de las fuerzas hidráulicas y regenerativas de

las ruedas traseras y delanteras. ............................................................................. 75

Figura 4.13: Característica de la válvula de compensación. ................................. 76

Figura 5.1: Espectros de ruido típicos de módulos inversores basados en IGBT’s

............................................................................................................................... 88

Figura 5.2: Curvas de Fletcher y Munson. ............................................................ 92

Figura 5.3: Comprobador de velocímetro. ............................................................ 97

ÍNDICE DE TABLAS

- 1 -



Índice de tablas

Tabla 2.1: Ventajas e inconvenientes de los VH ................................................... 12

Tabla 2.2: Comparativa de las distintas configuraciones de vehículos híbridos. .. 16

Tabla 2.3: Ventajas e inconvenientes de los VE. .................................................. 21

Tabla 3.1: Precio ITV para turismos en el año 2010. ............................................ 28

Tabla 4.1: Motor y Batería de algunos vehículos híbridos y eléctricos. ............... 36

Tabla 4.2: Características y aplicaciones principales de las baterías recargables. 42

Tabla 4.3: Ventajas e inconvenientes de las baterías de Pb-ácido. ....................... 43

Tabla 4.4: Comparativa características de las baterías de Pb-ácido, Ni-MH y Li-

ión. ......................................................................................................................... 46

Tabla 4.5: Tiempos de carga de algunos VE. ........................................................ 51

Tabla 4.6: Características de los distintos tipos de motores eléctricos. ................ 60

Tabla 4.7: Tipos de convertidores ......................................................................... 61

Tabla 4.8: Niveles de intensidad del sonido. ......................................................... 66

Tabla 5.1: Normas sobre EMC en automoción. .................................................... 87

Tabla 5.2: Niveles de presión sonora y efectos en el oído humano ...................... 93

Tabla 6.1: Resumen de las pruebas nuevas propuestas. ...................................... 103

Introducción

- 2 -



Parte I MEMORIA

Introducción

- 3 -



Capítulo 1 INTRODUCCIÓN

En los dos primeros capítulos se hace una introducción del estado del arte y de la

motivación que ha hecho posible este proyecto.

En el capítulo 3 se analiza el estado actual de las estaciones de ITV.

Posteriormente, en la sección 4, se explican detalladamente varios componentes

de los vehículos híbridos y eléctricos y, en la sección 5, se proponen

modificaciones o creaciones de pruebas con las que se debería comprobar la

seguridad de estos vehículos.

1.1 ESTUDIO DE LOS TRABAJOS EXISTENTES /

TECNOLOGÍAS EXISTENTES

En la actualidad no existe ninguna estación de ITV en España que realice pruebas

distintas según si un vehículo es convencional, ya sea gasolina o diesel, o si es

híbrido o eléctrico. Pero es algo que se debería plantear a corto plazo ya que,

según el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), la

demanda prevista de vehículos híbridos y eléctricos aumentará progresivamente

según se estima en la figura 1.1.

Introducción

- 4 -



Figura 1.1: Previsión de vehículos hasta 2050.

(Fuente: IDAE)

Y si se considera sólo la demanda de vehículos híbridos y eléctricos, sin

especificar el tipo, se puede observar en la figura 1.2, que para 2050 se espera que

ya haya tantos vehículos híbridos enchufables como eléctricos.

Figura 1.2: Previsión de ventas globales de vehículos híbridos enchufables y eléctricos hasta 2050

(datos en millones de unidades).

(Fuente: IEA, 2009)

Lo que sí existe ya es un reglamento, concretamente el Reglamento nº 100 de la

Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa (CEPE/ONU), en el

que se indica qué aspectos deben cumplir los nuevos vehículos en lo que se refiere

a seguridad eléctrica. Estos aspectos deberán ser comprobados por los fabricantes

Introducción

- 5 -



de cara a obtener la homologación del vehículo, por lo que en él se explica

detalladamente el procedimiento de medida y comprobación.

1.2 MOTIVACIÓN DEL PROYECTO

Durante los últimos años han surgido nuevas alternativas al vehículo

convencional, con motor de combustión interna, con el fin de hacer que nuestro

sistema de transporte sea lo más sostenible posible. Esto es, crear una conciencia

social de respeto al medio ambiente y reducir las emisiones de gases de efecto

invernadero como el CO2, como se ilustra en la figura 1.3.

Figura 1.3: Atlas de polución.

(Fuente: www.e-missionneutral.com)

Introducción

- 6 -



Veamos ahora por qué es tan importante reducir las emisiones de los turismos. Si

se observan las figuras 1.4 y 1.5, se puede ver que en 2008 en España más del

70% de los vehículos, de un total de entorno a 30 millones, eran turismos y que

éstos eran responsables de casi un 50% de las emisiones de CO2 del sector

transporte en España (sector que depende fuertemente del petróleo). Esto, unido a

que estamos muy lejos de cumplir el límite de emisiones pactado en el protocolo

de Kyoto, hace que la popularización de los nuevos vehículos sea muy necesaria.

Por otro lado, el uso de estos vehículos aumentará la calidad de vida en las

grandes ciudades, que son un foco de emisiones nocivas por contaminación tanto

acústica como del aire.

Figura 1.4: Emisiones de gases contaminantes según el tipo de vehículo.

(Fuente: INSIA)

Introducción

- 7 -



Figura 1.5: Tipos de vehículos en España.

(Fuente: DGT, 2008)

Las dos formas alternativas que más se han impuesto han sido los vehículos

eléctricos, que están alimentados por baterías, y los vehículos híbridos, que

además de un motor de combustión interna, tienen un motor eléctrico. La

combinación de un motor de combustión operando siempre a su máxima

eficiencia y la recuperación de energía de frenado, hace que estos vehículos

alcancen un mejor rendimiento que los vehículos convencionales, especialmente

en entornos urbanos, donde se centra la mayor parte del tráfico, de forma que se

reducen significativamente tanto el consumo de combustible como las emisiones

contaminantes. Los vehículos eléctricos utilizan baterías recargadas por una

fuente externa lo que les ocasiona problemas de autonomía.

El sector de los vehículos eléctricos representa un sector creciente y plantea

excelentes oportunidades, principalmente porque las grandes empresas del sector

automovilístico se han mantenido al margen, pues han centrado sus esfuerzos en

las tecnologías híbridas. Además gracias a ellos se puede fomentar una mayor

presencia de energías renovables dentro del mix de generación eléctrica.

Introducción

- 8 -



Los objetivos de la implantación de estos vehículos son, por tanto, reducir las

emisiones de CO2 para combatir contra el cambio climático, mejorar la calidad del

aire en las ciudades y disminuir la dependencia del petróleo.

Ante la creciente demanda de este tipo de vehículos vista en el apartado anterior,

se debe analizar si sus diferencias con los vehículos convencionales hacen que sea

necesaria una modificación de la ITV actual, para comprobar el correcto

funcionamiento de éstos y garantizar así la seguridad de los pasajeros como de los

demás usuarios de la vía pública.

1.3 OBJETIVOS

El primer objetivo de este proyecto es realizar un análisis de la situación actual de

la ITV. Esto permite saber el tipo de pruebas que se están realizando actualmente,

para comprobar que las distintas partes de los vehículos funcionan correctamente,

y así garantizar la seguridad de los pasajeros como de los demás usuarios de la vía

pública.

Después habría que ver si sería conveniente modificar alguna de las pruebas

existentes en función del tipo de vehículo o crear una prueba nueva dirigida a

estos nuevos vehículos.

Para ello habrá que indagar cuáles son los componentes de estos nuevos vehículos

y sus diferencias con los vehículos convencionales, porque en ellas residen los

factores determinantes para realizar las modificaciones.

Una vez vistos los aspectos que deberían ser comprobados en las nuevas pruebas,

realizar una propuesta de prueba, describiendo el tipo de inspección, su

procedimiento de actuación, la tecnología a usar, el tiempo necesario para realizar

Introducción

- 9 -



la prueba y el coste de implantación para las concesiones de ITV, ya que esto

supondrá un incremento en el precio actual de inspección a pagar por los usuarios.

Como la inspección no puede durar más de un cierto tiempo ni los costes de

implantación pueden ser demasiado elevados, habrá que hacer un análisis de

viabilidad de la propuesta de prueba para concluir si debería añadirse y por tanto

la ITV debería ser modificada o si, por el contrario, no debería añadirse y la ITV

debería quedarse como está actualmente.

1.4 METODOLOGÍA / SOLUCIÓN DESARROLLADA

El proyecto consta de tres fases:

1) Obtención de información 2) Análisis y diagnóstico 3) Análisis económico y viabilidad de las propuestas

En la fase 1, se buscará información acerca de los vehículos híbridos y eléctricos,

así como de los diferentes tipos que pudiera haber y se elegirá un modelo de

vehículo representativo para cada tipo. De cada modelo se buscará información

relativa a las especificaciones técnicas.

También habrá que ver cómo funciona la ITV actual, esto es, en qué consisten las

pruebas y para qué se hace cada una.

En la fase 2, se analizará en profundidad cada uno de los tipos de vehículos, para

ver si algún aspecto de los mismos no está contemplado en las pruebas actuales de

las ITV y debería ser objeto de análisis en las mismas para garantizar la seguridad

del vehículo. Esta fase no se podrá realizar en paralelo con la fase 1 ya que esta

última es la base del análisis.

Introducción

- 10 -



Una vez concluido este análisis, se debe decidir, en el caso de que se hayan

encontrado factores que deberían ser comprobados en las ITV, cómo se va a llevar

a cabo esa prueba y qué tecnología se va a emplear. Por tanto, habrá que buscar

información relacionada con esa tecnología necesaria para realizar la prueba así

como si ésta existe o no.

En la fase 3, se calculará el coste de implantación de la/s prueba/s nueva/s y se

analizará la viabilidad de la/s propuesta/s concluyendo si se debería realizar

alguna modificación a la actual ITV o si, por el contrario, debería quedarse como

está. Esta fase se podrá ir realizando en paralelo con la fase 2 en la medida en que

se vaya teniendo alguna propuesta. Sin embargo, se deberá esperar hasta el final

de la fase 2 para tener una solución final que englobe todo el análisis anterior y

finalizar así con este proyecto.

1.5 RECURSOS / HERRAMIENTAS EMPLEADAS

Para llevar a cabo la correcta finalización del proyecto se hará uso de los

siguientes recursos:

• Herramientas de software: Microsoft Word, Excel. • Internet para la búsqueda de documentación en los temas de estudio y/o

análisis. • Bibliografía referente a los vehículos híbridos y eléctricos, así como de los

procesos de inspección y pruebas actuales. • Legislación relativa al tema en cuestión.

Tecnologías de los vehículos híbridos y eléctricos

- 11 -



Capítulo 2 TECNOLOGÍAS DE LOS VEHÍCULOS

HÍBRIDOS Y ELÉCTRICOS

2.1 VEHÍCULOS HÍBRIDOS

Los vehículos híbridos son aquellos vehículos que además de un motor térmico

poseen un motor eléctrico. Están concebidos como una transición entre los

vehículos convencionales y los vehículos eléctricos, al ser más eficientes que los

convencionales pero no tan limpios, de cara al medio ambiente, como los

eléctricos.

El motor térmico se utiliza para aumentar la autonomía del vehículo, para recargar

la batería o para proporcionar energía.

Además este tipo de vehículos cuenta con una batería que, a diferencia de la de los

vehículos eléctricos, que tiene que almacenar una gran cantidad de energía para ir

liberándola poco a poco, está continuamente interviniendo en los ciclos de carga y

descarga. Esto se verá más en detalle en el Capítulo 4 apartado 4.1.

En la tabla que se muestra a continuación (Tabla 2.1), se pueden ver las ventajas e

inconvenientes de este tipo de vehículos en comparación con los vehículos

convencionales.


- 12 -



VENTAJAS INCONVENIENTES

Recuperación de parte de la energía durante

las deceleraciones (frenado regenerativo).

Mayor peso que un vehículo convencional debido

fundamentalmente al peso añadido por el motor

eléctrico y las baterías.

Menor consumo y emisiones de CO2 al

tratarse de un motor más pequeño que

trabaja en el punto de rendimiento óptimo.

Más complejo, más posibilidad de averías.

El motor térmico tiene una potencia más

ajustada al uso habitual (funcionamiento

óptimo o cerca de él).

Mayor coste en comparación con los vehículos

convencionales.

Tabla 2.1: Ventajas e inconvenientes de los VH

(Fuente: “Vehículos híbridos y eléctricos”, Monografías ASEPA, 2010)

.

Existen, principalmente, tres tipos de configuraciones de vehículos híbridos:

Ø Serie Ø Paralelo Ø Paralelo-serie o paralelo compleja

2.1.1 CONFIGURACIÓN EN SERIE

En esta configuración, el motor térmico es el encargado de mover el motor

eléctrico. Esto significa que sólo la parte eléctrica da tracción y el motor térmico

se utiliza para generar electricidad. El motor térmico es el encargado de hacer

girar al generador produciendo corriente alterna. Esta corriente alterna será

convertida a continua por el rectificador y otra vez a alterna por el inversor para

mover el motor eléctrico. En caso de haber un exceso de energía (generar más

energía de la necesaria), la que no se utilice para mover el motor eléctrico puede

ser usada para cargar la batería, que está conectada entre los dos convertidores

electrónicos.


- 13 -



En las figuras 2.1 se representa el diagrama de cajas y de flujo de energía de esta

configuración.

Figura 2.1: Configuración serie de un vehículo híbrido.

(Fuente: www.mecanicavirtual.org y Toyota)

El motor térmico está diseñado para operar en su rango de mayor rendimiento y,

de este modo, poder conseguir un ahorro energético importante. Una ventaja de

este tipo de configuración es la separación de los dos motores en cuanto a

montaje. Esto se traduce en un mejor reparto del peso del sistema de propulsión

del vehículo.

Un ejemplo de vehículo híbrido con configuración serie es el Chevrolet Volt o el

Opel Ampera. Se trata de vehículos eléctricos con extensión de autonomía gracias

a la incorporación de un pequeño motor térmico que se usa para cargar la batería


- 14 -



sobre la marcha, de ahí a que se clasifiquen como vehículos híbridos con

configuración serie.

2.1.2 CONFIGURACIÓN EN PARALELO Y EN PARALELO COMPLEJA

En esta configuración los dos motores pueden dar tracción. El motor eléctrico se

mueve gracias a la energía eléctrica almacenada en la batería y el térmico por la

quema de combustible. Los dos motores están acoplados mediante un engranaje

planetario que combina los pares de ambas fuentes de energía. Si además en ese

engranaje está acoplado un generador (figuras 2.3), se trata de una configuración

en paralelo compleja (o paralelo-serie), pero si no lo está (figura 2.2), la máquina

eléctrica puede funcionar como motor o como generador. Cuando esté

funcionando como generador cargará la batería y cuando esté funcionando como

motor estará dando potencia a eje.

Figura 2.2: Configuración paralelo de un vehículo híbrido.

(Fuente: Toyota)


- 15 -



En el caso de configuración paralelo, el motor eléctrico sólo sirve para dar apoyo

al térmico en los picos de potencia (aceleraciones) ya que se trata de un motor

normalmente pequeño que no es capaz de arrancar el vehículo.

La potencia propulsiva requerida en el motor eléctrico es menor que en el caso de

configuración serie ya que el motor térmico se encarga de complementarlo, por lo

que el tamaño del motor eléctrico puede ser menor.

Figura 2.3: Configuración paralelo-serie de un vehículo híbrido.

(Fuente: www.jcpais.cl y Toyota)


- 16 -



Algunos ejemplos de este tipo de vehículos son: el Toyota Prius en el caso de

configuración paralelo compleja enchufable, el Toyota Auris en el caso de

configuración paralelo compleja y los Honda Insight y Civic Hybrid en el caso de

configuración en paralelo.

Veamos una tabla (tabla 2.2) resumen de los diferentes tipos de vehículos

híbridos:

Tabla 2.2: Comparativa de las distintas configuraciones de vehículos híbridos.

(Fuente: Toyota)

2.1.3 GRADO DE HIBRIDACIÓN ELÉCTRICA

En la figura 2.4 se puede apreciar la clasificación de los vehículos híbridos en

función de la relación entre la potencia eléctrica y la potencia total de tracción

(grado de hibridación eléctrica).


- 17 -



Figura 2.4: Clasificación de los VH en función de los GHE.


Ø Vehículos con GHE bajo: son los llamados “micro hybrid”. Llevan incorporado un sistema start/stop, que para el motor de combustión interna cuando se detiene el vehículo y lo vuelve a arrancar al pisar el acelerador. Se evita así el consumo de energía cuando el motor se encuentra en ralentí, economizando el combustible (5-10%) y disminuyendo las emisiones.

Ø Vehículos con GHE medio: son los llamados “mild hybrid”. Llevan incorporada una máquina eléctrica que proporciona un par de asistencia en la aceleración y en la frenada recuperan energía con el freno regenerativo, pero no pueden proporcionar tracción exclusivamente eléctrica. Ambos motores están dispuestos en configuraciones paralelo. Se pueden conseguir ahorros de combustible del 15-20%.

Ø Vehículos con GHE alto: son los llamados “full hybrid”. Pueden funcionar en modo eléctrico a bajas velocidades o en una combinación de los dos motores. Si su uso es principalmente urbano, se puede reducir el consumo de combustible hasta un 25% usando el modo eléctrico.

Ø Vehículos híbridos enchufables: son los llamados “plug-in hybrid”. Pueden cargar la batería si son enchufados a la red, además de a través del freno regenerativo. Esto hace que su autonomía en modo eléctrico aumente, aprovechando su uso como vehículo eléctrico al máximo. Este tipo de vehículos es atractivo para el uso urbano e interurbano, mientras que el eléctrico sólo sería ideal para un entorno urbano. Hoy por hoy es el


- 18 -



tipo de vehículo con mejores prestaciones en cuanto a funcionamiento y a reducción de impacto ambiental sin tener problemas de autonomía.

2.1.4 FUNCIONAMIENTO

Se procede a analizar el funcionamiento de los vehículos híbridos teniendo en

cuenta el estado de conducción:

Ø Arranque Ø Crucero normal Ø Aceleración Ø Deceleración Ø Parada

Si el vehículo se encuentra parado y se disponen a arrancarlo, se estará utilizando

el motor eléctrico ya que proporciona pares de arranque mayores (los motores

eléctricos generan mayor par a velocidades bajas que los de MCI) y además no

produce emisiones de CO2. Una vez que se supere la velocidad de 50 km/h,

arrancará el motor térmico y será el encargado de proporcionar el par necesario a

las ruedas. En el momento en el que se necesite una mayor aceleración, el motor

eléctrico actuará en combinación con el térmico para conseguir ese par mayor.

Cuando se quiera frenar total o parcialmente el vehículo, el motor térmico se

parará o estará girando sin consumir y se podrá recuperar parte de la energía

gracias a la frenada regenerativa, por la cual será capaz de cargar la batería. Una

vez que el vehículo esté completamente parado se pararán ambos motores para

reducir un poco más el consumo y las emisiones. Todo esto está reflejado en la

figura 2.5.


- 19 -



Figura 2.5: Funcionamiento de un vehículo híbrido.

(Fuente: www.mecanicavirtual.org)

Todo lo descrito anteriormente se refiere a configuraciones paralelo en las que los

dos motores pueden dar tracción por separado (configuración paralelo-serie), ya

que los dos se encuentran unidos al eje de las ruedas. Se puede observar en la

figura 2.6 un resumen del funcionamiento de los vehículos híbridos con

configuración paralelo compleja.

Figura 2.6: Funcionamiento según estado de conducción.



- 20 -



Como ya se ha comentado con anterioridad, el motor eléctrico en configuraciones

paralelo sólo es un motor de apoyo, por lo que el vehículo arrancará con el motor

térmico. Durante el crucero funcionará también con éste hasta que necesite una

potencia mayor, proporcionada por el motor eléctrico durante una aceleración. En

deceleración recupera parte de la energía mediante el freno regenerativo, ya que la

máquina eléctrica es reversible y, si está parado, se apaga el motor térmico.

En configuraciones serie el motor térmico no va unido a las ruedas, por lo que

sólo el eléctrico da tracción gracias a la energía eléctrica generada por el motor

térmico. En este caso, en crucero se puede cargar la batería si hay un exceso de

energía generada y en aceleración no habría tal exceso, ya que se emplearía en

acelerar el vehículo. En el resto de estados, el funcionamiento es igual para las dos

configuraciones.

2.2 VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

Los vehículos de tracción exclusivamente eléctrica cuentan con una máquina

eléctrica conectada al eje de las ruedas, para darles tracción o para convertir la

energía cinética de las ruedas en electricidad y cargar la batería. No cuentan, por

tanto, con un motor térmico. La energía eléctrica para mover el motor se

encuentra almacenada en la batería y a ésta llega a través del freno regenerativo o

si se enchufa el vehículo y se deja cargando.

Tienen un motor eléctrico de elevado rendimiento, robustez, flexibilidad en el

control del par y de la velocidad y mantenimiento limitado que ofrece su par

máximo a bajas velocidades. El motor está alimentado por la batería a través de

un convertidor electrónico.


- 21 -



Dependiendo del control, se pueden eliminar componentes como la caja de

cambios mecánica o la marcha atrás y dependiendo del número de motores se

puede eliminar el diferencial, al acoplar los motores directamente a cada rueda.

Su gran ventaja es que no producen emisiones contaminantes como CO2, CO,

NOx y SOx cuando circulan y su principal inconveniente es la baja autonomía que

tienen en la actualidad. Contrástense el resto de ventajas e inconvenientes de estos

vehículos (tabla 2.3):

VENTAJAS DE LOS VE REQUERIMIENTOS DE LOS VE PARA

SU PENETRACIÓN EN EL MERCADO

CO2 neutro utilizando energía renovable. Aseguramiento adecuado de la autonomía.

Alto rendimiento del sistema propulsor. Seguridad en el sistema de almacenamiento de energía

eléctrica.

Bajo coste de operación. Amplia disponibilidad de puntos de carga.

Funcionamiento silencioso. Tiempos de carga aceptables.

Red eléctrica existente. Uso de energías renovables para el suministro de la

energía eléctrica.

Emisiones cero en el punto de uso. Reducción del coste inicial del sistema de

almacenamiento de energía eléctrica.

Tabla 2.3: Ventajas e inconvenientes de los VE.


Con ellos se pretende reducir la dependencia de combustibles fósiles y lograr una

mayor eficiencia energética, incorporando energía proveniente de fuentes

renovables para conseguir emisiones contaminantes nulas. Además el ruido que

producen es escaso.


- 22 -



Cabe destacar el alto rendimiento del motor eléctrico (60-85%) frente al del motor

de combustión interna (15-20%). Esto unido a la reducción de emisiones

consagra al vehículo eléctrico como la forma de movilidad futura. Obsérvese el

rendimiento de cada componente de un vehículo eléctrico en la figura 2.7.

Figura 2.7: Eficiencia energética de un VE.

El uso de este tipo de vehículos está especialmente indicado para entornos

urbanos en los que, a causa del tráfico, se está continuamente acelerando y

decelerando. Gracias al freno regenerativo se puede recuperar más de la mitad de

la energía que se invierte en superar los efectos de inercia.

Algunos ejemplos de vehículos eléctricos son:

Ø Nissan Leaf Ø Mitsubishi i-Miev Ø Renault Twizy Ø Cuadriciclos como, por ejemplo, coches de golf.


- 23 -



2.3 RETOS TECNOLÓGICOS

La implantación de estas nuevas tecnologías presenta una serie de retos

tecnológicos que deberán ser vencidos en un plazo medio para poder lograr la

aceptación que se pretende en el mercado. Además se tiene que conseguir una

producción a gran escala para que el precio de mercado no sea disparatado ya que

si estos nuevos vehículos no son atractivos económicamente, el mercado se

mostrará reacio a comprarlos.

Por eso, es especialmente importante que los gobiernos contribuyan y favorezcan

su desarrollo por medio de subvenciones.

2.3.1 VEHÍCULOS HÍBRIDOS

Al llevar más componentes pesan más. Esto hace que haga falta un mayor

consumo de combustible para mover el vehículo. Por eso estos vehículos deben

ofrecer el máximo rendimiento con las menores emisiones posibles.

La electrónica de potencia para controlar todos los componentes tanto de los

vehículos híbridos como de los eléctricos, necesita seguir desarrollándose para

lograr un sistema compacto de gestión térmica eficiente, fiable y duradera con un

coste moderado.

El precio del vehículo también es importante a la hora de elegir un vehículo

híbrido frente a uno convencional, por lo que el comprador debe percibir el ahorro

en combustible a costa de un mayor precio de compra. Los componentes que

contribuyen especialmente al precio son la electrónica de potencia y la batería.


- 24 -



Sólo al conseguir una mayor producción y estandarización se lograrán disminuir

los precios.

También hay que considerar la batería, ya que es un componente clave de la

propulsión eléctrica. Se necesita mejorar el precio, el peso, la seguridad y la

duración para su implantación en futuras generaciones de vehículos híbridos y

eléctricos.

Actualmente se está investigando acerca de la posibilidad de introducir una pila de

combustible en vehículos híbridos para tener una ventaja en cuanto a la autonomía

en modo eléctrico.

2.3.2 VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

El principal problema de estos vehículos es la autonomía. La duración de una

batería totalmente cargada es de aproximadamente 100-150 km (cubre

necesidades del transporte urbano diario, 50 km) lo que los hace poco atractivos si

el cliente quiere un vehículo para realizar viajes de largo recorrido. Con lo cual,

este tipo de vehículos está, hoy en día, orientado al uso urbano donde sí tienen un

gran potencial para recuperar energía en las frenadas y aumentar así su autonomía.

El causante de este problema es la batería. Se necesita, cada vez más, ser capaces

de almacenar una mayor densidad energética y eso conlleva problemas de

dimensionamiento y peso de la batería, de costes mayores y de seguridad. Debido

a la creciente conciencia de protección medioambiental, deberían poder ser

reciclables o tener un bajo impacto ambiental.

Además, a todo esto, hay que sumarle el miedo de los conductores a quedarse

tirados. El miedo constituye una poderosa arma que juega en contra de su


- 25 -



implantación en el mercado y es, por tanto, un factor decisivo para la masificación

de este tipo de vehículos, además del precio.

Al poder conectarlos a la red para cargarlos, al igual que los vehículos híbridos

enchufables, se necesita la disponibilidad de una infraestructura de carga segura y

la creciente incorporación de fuentes de energía renovables.

Análisis de la situación actual de las ITV

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Capítulo 3 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN

ACTUAL DE LAS ITV

3.1 INTRODUCCIÓN

Según el Manual de Procedimiento de Inspección de las estaciones I.T.V., el

término inspección significa:

“examen de un diseño de producto, servicio, proceso o instalación y la determinación de su conformidad con requisitos específicos o bien con requisitos generales, en base a un juicio profesional”.

La Inspección Técnica de Vehículos (ITV) es un tipo de mantenimiento legal

preventivo periódico por el cual se somete a una revisión a los componentes que

afectan a la seguridad del vehículo para certificar que el vehículo cumple con las

normas de seguridad, en materia de seguridad activa y pasiva. El objetivo de las

distintas pruebas, según el manual citado anteriormente, es el siguiente:

“Todas las operaciones de inspección, salvo las de identificación, tienen como finalidad fundamental detectar anomalías que afecten a los órganos esenciales del vehículo y a la calidad del medio ambiente, aumentando su corrección, nivel de seguridad vial y de calidad ambiental.”

Dependiendo del tipo de vehículo la periodicidad exigida por ley cambia. Para un

turismo la primera inspección será a los cuatro años de la matriculación. Desde

ese momento deberá hacerse cada dos años hasta que cumpla los diez años y

anualmente a partir de entonces.


- 27 -



Existen los siguientes métodos de inspección:

Ø Inspección mecanizada: se realiza con algún equipo existente en la estación.

Ø Inspección visual: se realiza mediante la observación y escucha de las distintas partes del vehículo atendiendo a las vibraciones o ruidos anómalos, corrosiones, soldaduras, taladros u otras operaciones de mecanizado que puedan ser causas de peligro.

En caso de encontrar alguna anomalía en estas inspecciones, se deberá indicar el

tipo de defecto. Según el RD 224/2008, los defectos se clasifican en:

Ø Leves (DL): “Defectos que no tienen un efecto significativo en la seguridad del vehículo o protección del medio ambiente y con los que el vehículo puede circular temporalmente”.

Ø Graves (DG): “Defectos que disminuyen las condiciones de seguridad del vehículo, ponen en riesgo a otros usuarios de las vías públicas o a la protección del medio ambiente.”

Ø Muy graves (DMG): “Defectos que constituyen un riesgo directo e inmediato para la seguridad vial.”

En España, las estaciones de ITV son concesiones administrativas y el precio de la

inspección varía según la comunidad autónoma y según el tipo de vehículo, como

se puede observar en la tabla 3.1.

Comunidad autónoma Precio turismos año 2010 (con IVA)

Gasolina Gasolina sin catalizador Diésel

Andalucía 32,24 € 32,24 € 36,98 € Aragón 30,93 € 32,29 € 49,28 € Asturias 24,26 € 24,26 € 24,26 € Baleares 23,57 € 29,08 € 42,83 € Canarias 26,10 € 30,17 € 37,63 € Cantabria 33,93 € 42,40 € 48,00 € Castilla-La Mancha 25,83 € 33,61 € 42,81 € Castilla y León 35,37 € 46,18 € 55,90 € Cataluña 34,52 € 35,51 € 40,37 €


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Ceuta 27,55 € 38,15 € 45,25 € Comunidad Valenciana 40,53 € 47,34 € 61,66 € Extremadura 25,17 € 25,17 € 25,17 € Galicia 28,91 € 33,31 € 40,56 € La Rioja 28,34 € 28,34 € 36,80 € Madrid 33,19 € 33,19 € 48,14 € Melilla 25,13 € 29,70 € 34,28 € Murcia 26,01 € 31,91 € 44,20 € Navarra 26,90 € 26,90 € 26,90 € País Vasco 38,60 € 38,60 € 38,60 € * Falta sumar la tasa de tráfico a todos los precios: 3,54€ Mínimo 23,57 € 24,26 € 24,26 € Media 29,11 € 32,51 € 38,71 €

Tabla 3.1: Precio ITV para turismos en el año 2010.

(Fuente: www.facua.org)

La duración total de la inspección está comprendida entre 20 y 30 minutos.

3.2 ¿QUÉ SE REVISA?

Las pruebas que se realizan en la ITV, recogidas en el Manual de Procedimiento

de Inspección de las estaciones I.T.V., el cual tiene como objetivo estandarizar los

procedimientos de las distintas estaciones, se pueden clasificar en 10 grandes

grupos, que son:

1. Identificación: 1.1 Documentación (Permiso de circulación y Tarjeta de Inspección Técnica y

comprobación de marca y modelo). 1.2 Número de bastidor. 1.3 Placas de matrícula.

2 Acondicionamiento exterior, carrocería y chasis

2.1 Antiempotramiento delantero 2.2 Carrocería y chasis 2.3 Dispositivos de acoplamiento 2.4 Guardabarros y dispositivos antiproyección 2.5 Limpia y lavaparabrisas


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2.6 Protecciones laterales 2.7 Protección trasera 2.8 Puertas y peldaños 2.9 Retrovisores 2.10 Señales en los vehículos 2.11 Soporte exterior de rueda de repuesto 2.12 Vidrios de seguridad 2.13 Elementos exclusivos de vehículos M2 y M3

3 Acondicionamiento interior

3.1 Asientos y sus anclajes 3.2 Cinturones de seguridad y sus anclajes 3.3 Dispositivo de retención para niños 3.4 Antihielo y antivaho 3.5 Antirrobo y alarma 3.6 Campo de visión directa 3.7 Dispositivos de retención de la carga 3.8 Indicador de velocidad 3.9 Salientes interiores 3.10 Elementos exclusivos de vehículos M2 y M3

4 Alumbrado y señalización

4.1 Luces de cruce y carretera 4.2 Luz de marcha atrás 4.3 Luces indicadoras de dirección 4.4 Señal de emergencia 4.5 Luces de frenado 4.6 Luz de la placa de matrícula trasera 4.7 Luces de posición 4.8 Luces antiniebla 4.9 Luz de gálibo 4.10 Catadióptricos 4.11 Alumbrado interior 4.12 Avisador acústico 4.13 Luz de estacionamiento 4.14 Señalización de apertura de puertas 4.15 Señalización luminosa específica

5 Emisiones contaminantes

5.1 Ruido


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5.2 Vehículos con motor de encendido por chispa 5.3 Vehículos con motor de encendido por compresión

6 Frenos

6.1 Freno de servicio 6.2 Freno secundario (de socorro) 6.3 Freno de estacionamiento 6.4 Freno de inercia 6.5 Dispositivo antibloqueo 6.6 Dispositivo de desaceleración 6.7 Pedal del dispositivo de frenado 6.8 Bomba de vacío o compresor y depósitos 6.9 Indicador de baja presión 6.10 Válvula de regulación del freno de mano 6.11 Válvulas de frenado 6.12 Acumulador o depósito de presión 6.13 Acoplamiento de los frenos de remolque 6.14 Servofreno. Cilindro de mando (sistemas hidráulicos) 6.15 Tubos rígidos 6.16 Tubos flexibles 6.17 Forros 6.18 Tambores y discos 6.19 Cables, varillas, palancas, conexiones 6.20 Cilindros del sistema de frenado 6.21 Válvula sensora de carga 6.22 Ajustadores de tensión automáticos

7 Dirección 7.1 Desviación de ruedas 7.2 Volante y columna de dirección 7.3 Caja de dirección 7.4 Timonería y rótulas 7.5 Servodirección

8 Ejes, ruedas, neumáticos y suspensión

8.1 Ejes 8.2 Ruedas 8.3 Neumáticos 8.4 Suspensión


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9 Motor y transmisión 9.1 Estado general del motor 9.2 Sistema de alimentación 9.3 Sistema de escape 9.4 Transmisión 9.5 Vehículos que utilizan gas como carburante

10 Otros

10.1 Transporte de mercancías peligrosas 10.2 Transporte de mercancías perecederas 10.3 Transporte escolar 10.4 Tacógrafo 10.5 Limitación de velocidad 10.6 Reformas no autorizadas

El Manual recoge estas pruebas según la categoría del vehículo a examinar, no

existiendo todas ellas para cada tipo de vehículo.

3.3 REQUISITOS DE LAS ESTACIONES DE ITV

Mediante el Real Decreto 2822/98 se aprobó el Reglamento General de

Vehículos, en cuyo artículo 10, “Inspecciones Técnicas de Vehículos” dice

textualmente:

“Los vehículos matriculados o puestos en circulación deberán someterse a inspección técnica en una de las estaciones ITV al efecto autorizadas por el órgano competente en materia de industria en los casos y con la periodicidad, requisitos y excepciones que se recoge en el anexo I.

La inspección técnica, una vez comprobada la identificación del vehículo, versará sobre las condiciones del vehículo relativas a seguridad vial, protección del medio ambiente, inscripciones reglamentarias, reformas y, en su caso, vigencia de los certificados para el transporte de mercancías peligrosas y perecederas”.


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En el preámbulo del Manual de Procedimiento de Inspección de las estaciones

I.T.V. se recoge las principales características o requisitos de las pruebas que

tendremos que tener muy en cuenta a la hora de diseñar una modificación o una

creación de una prueba. Las que más nos interesan son:

Ø Simples y directas. Ø No se desmontarán elementos ni piezas del vehículo. Ø Deberá poder realizarse en un tiempo determinado. Ø La inspección de un elemento no presupone que se tenga que hacer por

completo o en una sola operación parcial. Ø Se aceptará cualquier configuración incluida en la homologación del

vehículo.

En el anexo I del RD 224/2008 se pueden encontrar los requisitos generales, los

de calidad, los de los equipos de inspección y los de las inspecciones que deben

cumplir las estaciones que realizan la inspección técnica.

De cara al diseño de posibles pruebas nuevas, lo que es relevante de este Real

Decreto es:

“Los procedimientos de inspección deberán incluir, como mínimo, la siguiente información: a) Equipos necesarios para realizar la inspección. b) Secuencia de operaciones. c) Registros de datos que se vayan a utilizar. d) Formato de informe. e) Criterios de aceptación y rechazo y categorización de defectos. f) Medidas de seguridad del personal.”

En cuanto a los equipos, se recoge en este RD lo siguiente:

“Los equipos de inspección utilizados en cada inspección deberán quedar identificados y documentados. Los equipos de medida deberán ser utilizados de tal manera que aseguren que la incertidumbre de las medidas es conocida y adecuada a la magnitud que se está midiendo. La estación ITV deberá garantizar que los equipos de inspección son utilizados, mantenidos y almacenados de forma que se asegure la idoneidad continuada


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para el uso al que están destinados. Los equipos de inspección deberán estar protegidos contra posibles manipulaciones. Los instrumentos de medida utilizados en la estación ITV estarán sujetos al control metrológico del Estado, de acuerdo con lo establecido en el capítulo III de la Ley 3/1985, de 18 de marzo, de Metrología, y en el Real Decreto 889/2006, de 21 julio, por el que se regula el control metrológico del Estado sobre instrumentos de medida y sus normas de aplicación y desarrollo, cuando exista legislación metrológica al respecto. La estación ITV deberá asegurar que todos los equipos utilizados en las inspecciones son clara y completamente descritos en la documentación del fabricante que acompaña a la nota de entrega, incluyendo: a) Tipo, clase e identificación. b) Especificaciones técnicas. c) Si es necesario, normas que debe cumplir.”

También se especifica en base a qué documento se realizan las inspecciones y

quién es el encargado de elaborarlo o modificarlo:

“En la inspección técnica de vehículos se seguirán los criterios técnicos de inspección descritos en el «Manual de Procedimiento de Inspección de las Estaciones ITV» elaborado por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, de acuerdo con los órganos competentes de las comunidades autónomas. Este manual estará disponible para consulta de los titulares de los vehículos sometidos a inspección en todas las estaciones ITV. El manual será actualizado cuando varíen los criterios técnicos de inspección, tanto de carácter nacional como internacional, en esta materia.”

3.4 LEGISLACIÓN

La legislación actual que regula los diferentes aspectos concernientes a las

estaciones de ITV y otros aspectos relevantes del proyecto es la siguiente:

Ø Reglamento General de Vehículos: Inspecciones periódicas de los vehículos, aprobado por el Real Decreto 2822/1998.

Ø Real Decreto 2042/1994, de 14 de octubre, por el que se regula la inspección técnica de vehículos.


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Ø Real Decreto 1987/1985, de 24 de septiembre, sobre normas generales de

instalación y funcionamiento de las estaciones ITV.

Ø Real Decreto 833/2003, de 27 de junio, por el que se establecen los requisitos técnicos que deben cumplir las estaciones de inspección técnica de vehículos (ITV) a fin de ser autorizadas para realizar esa actividad.

Ø Directiva 96/96/CE del Consejo, de 20 de diciembre de 1996, sobre la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros relativa a la inspección técnica de los vehículos a motor y de sus remolques. Es necesario restablecer el régimen de funcionamiento y los requisitos a cumplir por las estaciones ITV que permitan garantizar la alta calidad y homogeneidad de la inspección técnica de vehículos en todo el territorio nacional, sin perjuicio de las competencias estatutarias de las comunidades autónomas. En esta directiva se dice textualmente respecto a la inspección técnica: “debería ser relativamente simple, rápida y barata”.

Ø Real Decreto Legislativo 339/1990, de 2 de marzo, por el que se aprueba el texto articulado de la Ley sobre Tráfico, Circulación de Vehículos a Motor y Seguridad Vial.

Ø Real Decreto 2140/85 relativo a “Normas sobre homologación de tipos de vehículos automóviles, remolques y semirremolques, así como de partes y piezas de dichos vehículos”, expresa esta condición en su artículo 1.1.

Ø Real Decreto 224/2008 en el que se definen los diferentes tipos de inspección que se realizan en las estaciones ITV.

Componentes de los nuevos vehículos

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Capítulo 4 COMPONENTES DE LOS NUEVOS

VEHÍCULOS

Los componentes de estos nuevos vehículos más destacables son:

Ø Batería Ø Ultracondensadores Ø Enchufe Ø Máquina eléctrica Ø Convertidor electrónico Ø Sistema de control de tracción Ø Grupo diferencial Ø Generador de ruido Ø Freno regenerativo Ø Paneles solares

Antes de explicar cada uno de ellos, obsérvese la siguiente tabla con componentes

de algunos coches que se han estudiado:

Vehículo Tipo Motor eléctrico Generador eléctrico Batería

Toyota Prius híbrido paralelo complejo

síncrono de imanes

permanentes

síncrono de imanes

permanentes Ni-‐MH

Toyota Prius enchufable

híbrido paralelo complejo

síncrono de imanes

permanentes

síncrono de imanes

permanentes Li-‐ión

Toyota Auris híbrido paralelo complejo

síncrono de imanes

permanentes

síncrono de imanes

permanentes

Hidruro de níquel

Honda Insight híbrido paralelo

brushsless DC de imanes

permanentes

brushsless DC de imanes

permanentes Ni-‐MH

Opel Ampera híbrido serie Li-‐ión


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Mitsubishi i-‐Miev eléctrico

síncrono de imanes

permanentes

síncrono de imanes

permanentes Li-‐ión

Nissan Leaf eléctrico síncrono -‐ Li-‐ión Renault Twizy eléctrico asíncrono -‐ Li-‐ión

Tabla 4.1: Motor y Batería de algunos vehículos híbridos y eléctricos.

4.1 BATERÍA

4.1.1 INTRODUCCIÓN

Una batería o acumulador es un dispositivo capaz de almacenar energía eléctrica

mediante reacciones químicas de oxidación/reducción.

Es el componente esencial para el desarrollo de los vehículos eléctricos, ya que,

cuanto más se consiga aumentar su densidad de energía, más autonomía

presentará este tipo de vehículos, con lo que la sociedad se mostrará menos reacia

a adquirirlos y a colaborar así en la reducción de emisiones del transporte y en la

protección del medio ambiente.

De ella dependen también la velocidad máxima, el tiempo de recarga y el coste

del vehículo. Por eso es el aspecto clave en el campo de los vehículos eléctricos.


Dependiendo de si el vehículo de estudio es híbrido o eléctrico se puede encontrar

un diferente funcionamiento del sistema de carga o descarga de la batería.


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Si el vehículo es híbrido, durante el arranque y hasta velocidades en torno a 50

km/h, la batería se va descargando, ya que al arrancar se estará activando el motor

eléctrico y funcionará en este modo hasta que se superen esos 50 km/h.

Una vez que el motor térmico arranque, por encima de los ya comentados 50

km/h, el exceso de energía producida puede ser usada para cargar la batería.

Durante el crucero el motor térmico estará actuando en su zona óptima de

funcionamiento, entregando potencia para mover el vehículo y a la vez para

cargar la batería.

Por último, durante el proceso de frenado, el motor térmico se para y se puede

recuperar parte de la energía que se perdería en forma de calor en las ruedas al

frenar, cargando nuevamente la batería.

Todo este proceso de carga y descarga está reflejado en la figura 4.1, donde se

puede ver en amarillo el proceso de descarga y en verde el proceso de carga de la

batería. Además, la línea roja representa el funcionamiento del motor eléctrico,

mientras que la azul representa el funcionamiento del motor térmico según se esté

arrancando, acelerando, en velocidad de crucero, decelerando o parados.

En caso de que se tratase de un vehículo híbrido enchufable, la batería se puede

cargar si se conecta a la red a través del enchufe.


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Figura 4.1: Funcionamiento del vehículo híbrido


Si, por el contrario, se trata de un vehículo eléctrico puro, la batería se estaría

descargando durante los procesos de arranque, aceleración y velocidad de crucero.

Sólo se podría cargar, mientras está en marcha, a través del freno regenerativo.

El vehículo eléctrico está pensado para ser cargado a través del enchufe. No

obstante, para poder recuperar energía en el frenado en cualquiera de los dos tipos

de vehículos nuevos, es necesario que las baterías admitan cargas rápidas.

4.1.3 CARACTERÍSTICAS Y TIPOS

Existe una clasificación en función de la capacidad de recarga. Las que no se

pueden recargar se llaman baterías primarias y son de un solo uso. Pero las que se

van a encontrar en los vehículos son aquellas llamadas baterías secundarias o

recargables. Se caracterizan por una elevada densidad de potencia, un buen

rendimiento a temperaturas bajas y perfiles de descarga planos. Por el contrario,

presentan desventajas respecto a las baterías primarias ya que la densidad de

energía, energía específica y retención de carga de las baterías secundarias son


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menores que en las primarias. Estas desventajas se han ido reduciendo gracias al

desarrollo de baterías de materiales de mayor capacidad energética.

En este apartado se tratarán sólo las secundarias ya que son las que van a utilizar

estos nuevos vehículos.

Las baterías están formadas por celdas que a su vez están formadas por dos

electrodos separados por un electrolito. Las características de las celdas no son

homogéneas, lo que influirá en el rendimiento y la seguridad de la batería. Cada

ciclo de carga y descarga las puede desequilibrar y modificar sus características

considerablemente. Para evitar problemas, es necesario un control de fin de carga

o de descarga, así como un control de la tensión (limitada entre un valor máximo,

a partir del cual se producen daños irreversibles, y otro mínimo, por debajo del

cual bajará la capacidad de la batería) y de la corriente para evitar sobrecargas o

sobredescargas. Con este control la aceptación de carga por parte de la batería es

progresivamente más baja según se va estando más cargada.

La energía máxima que una batería nos puede dar depende de los tipos de

materiales activos usados (determina la tensión) y de su cantidad (determina la

capacidad). Cuanto mayor sea la tensión de las celdas, se necesitará conectar un

menor número de celdas en serie para aumentar el voltaje nominal de la batería.

La capacidad, expresada en amperios-hora (Ah), indica la carga total que es capaz

de almacenar. La energía específica es la energía que es capaz de almacenar

dividida entre la masa (Wh/kg) o el volumen (Wh/l). Tambíen hay que tener en

cuenta los ciclos de vida, definidos como el número de ciclo de carga-descarga

que pueden soportar hasta que la capacidad sea el 80% de la nominal.

La densidad de corriente está relacionada con el tamaño de la batería, por lo que

para comparar distintas baterías es necesario calcular su densidad específica y ver

si es más conveniente usar una batería de mayor tensión formada por muchas


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celdas pequeñas o de menor tensión de pocas celdas que además sean grandes con

un convertidor para aumentar su tensión. Para aumentar la vida de las mismas es

necesario aumentar su tamaño y reducir la densidad de corriente.

Las pilas que tienen mayor rendimiento sacrifican capacidad, ya que los

electrodos tienen mayores superficies y en ellas se ha minimizado la resistencia

interna y se ha aumentado la densidad de corriente.

El tamaño y forma de la pila y la forma en que se aprovechando su volumen

interno afectan a la cantidad de energía que se puede obtener. Asimismo, tienen

que estar diseñadas térmicamente para evitar un acumulamiento de calor en el

interior de las mismas y los puntos calientes. Para prevenir un posible defecto a

causa de la temperatura, deben estar controladas en todo momento para

comprobar que funcionan en el rango definido por el fabricante. Se pueden usar

termistores, termostatos, fusibles térmicos o dispositivos de coeficiente de

temperatura (CTP).

A continuación se muestra una tabla (tabla 4.2) con los tipos de baterías

secundarias existentes, sus características principales y las aplicaciones que tienen

en la actualidad.

SISTEMA CARACTERÍSTCAS APLICACIONES

Pb-‐ácido: automoción

Bajo coste, rendimiento moderado con baja energía específica y a baja temperatura; sin mantenimiento.

Arranque de automóviles, carros de golf, cortacéspedes, tractores, aeronaves, marina.

Pb-‐ácido: tracción (motores)

Diseñadas para descargas intensas de 6 a 9h, servicio en ciclos.

Carretillas, manejo de materiales, vehículos eléctricos e híbridos, tipos especiales para energía submarina.


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Pb-‐ácido: estacionario

Diseñadas para una flotación en espera, larga duración, diseños VRLA.

Energía de emergencia, servicios auxiliares, telecomunicaciones, Sals, nivelación de carga, almacenamiento de energía.

Pb-‐ácido: portátil

Herméticas, sin mantenimiento, bajo coste, carga en flotación, ciclo de vida moderado.

Herramientas portátiles, aparatos y dispositivos pequeños, televisiones y equipos electrónicos portátiles.

Ni-‐Cd: industrial

Buena capacidad a alta frecuencia y baja temperatura, tensión plana, ciclo de vida excelente.

Baterías para aeronaves, aplicaciones industriales y de emergencia, equipos de comunicación.

Ni-‐Cd: portátil

Herméticas, sin mantenimiento, buen rendimiento a alta frecuencia y baja temperatura, ciclo de vida excelente.

Equipos ferroviarios, electrónica de consumo, herramientas portátiles, buscapersonas, dispositivos, equipos fotográficos, potencias de reserva, memorias de seguridad.

Ni-‐MH

Herméticas, sin mantenimiento, más capacidad que las baterías de Ni-‐Cd.

Electrónica de consumo y otras aplicaciones portátiles, vehículos eléctricos e híbridos.

Fe-‐Ni Duraderas, de fabricación resistente, larga vida útil, baja energía específica.

Manejo de materiales, aplicaciones estacionarias, vagones ferroviarios.

Ni-‐Zn Elevada energía específica, corto ciclo de vida y gran capacidad.

Bicicletas, motocicletas, motores de arrastre.

Ag-‐Zn

Energía específica más elevada, muy buena capacidad a alta frecuencia, bajo ciclo de vida, coste elevado.

Electrónica portátil ligera y otros equipos, aviones telecontrolados, submarinos, otros equipos militares, vehículos lanzaderas y sondas espaciales.

Ag-‐Cd

Elevada energía específica, buena retención de carga, ciclo de vida moderado, coste elevado.

Equipos portátiles que requierem una batería ligera y de alta capacidad, satélites espaciales.


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Ni-‐H Largo ciclo de vida bajo descargas poco profundas, larga duración.

Especialmente para aplicaciones aeroespaciales, como los satélites LEO y GEO.

Tipos "primarios" recargables a temperatura ambiente [Zn/MnO2]

Bajo coste, buena retención de carga, herméticas, sin mantenimiento, ciclo de vida y duración de descarga limitados.

Aplicaciones de pilas cilíndricas, sustitución recargable para baterías primarias alcalinas, electrónica de consumo (temperatura ambiente)

Li-‐ión Elevada energía específica y densidad de energía, largo ciclo de vida.

Equipos electrónicos portátiles y de consumo, vehículos eléctricos y aplicaciones espaciales.

Tabla 4.2: Características y aplicaciones principales de las baterías recargables.

(Fuente: Guía del vehículo eléctrico)

A continuación se describirán únicamente aquellas que son de importancia para su

utilización en los nuevos vehículos.

Ø Baterías de Pb-ácido:

En los vehículos tradicionales se usan baterías de plomo-ácido de 12V. Están

formadas por una serie de placas de plomo enrolladas con un separador-

electrolito de ácido sulfúrico al 37% en peso, metidas dentro de un depósito.

Las placas positivas están impregnadas de dióxido de plomo (PbO2) y las

negativas, separadas de las anteriores por aislantes resistentes al ácido, están

formadas por plomo.

Este tipo de baterías también se usaron en el GM-EV1, el primer coche

eléctrico comercializado en serie, y actualmente se usan en coches como el

Reva-i. La batería del Reva-i está formada por un sistema de 8 baterías de Pb-

ácido de tensión nominal 48V, capacidad 195Ah y una energía de 9,36kWh.

Tarda en cargarse 8 horas conectado a un enchufe convencional (monofásico)

y su autonomía está entre 65 y 80 km.


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Véase en la tabla 4.3 las principales ventajas y limitaciones de este tipo de

baterías.

VENTAJAS INCONVENIENTES Dentro de las baterías con electrolitos acuosos, son las que tienen mayor tensión nominal (2V).

Baja energía específica consecuencia del elevado peso de los compuestos de plomo.

Elevada potencia: son capaces de suministrar una elevada intensidad de corriente, aspecto muy útil en la aceleración de los VE.

Moderada ciclabilidad: cuando se hacen descargas profundas, el número de ciclos de carga-‐descarga que pueden realizar es moderado (400-‐800 ciclos). Esto reduce su vida media cuando se usan en VE.

Tecnología fácil de implementar y madura.

Componentes fácilmente reciclables.

Desprendimiento de gases durante la carga, típicamente hidrógeno y oxígeno

Bajo coste: es la tecnología de acumuladores electroquímicos más barata del mercado.

Fuerte impacto ambiental de los compuestos de Pb y de la existencia de elementos altamente tóxicos (As y Sb).

Tabla 4.3: Ventajas e inconvenientes de las baterías de Pb-ácido.


Según los vehículos híbridos y eléctricos analizados, se ha notado una cierta

tendencia al uso de baterías de níquel-hidruro metálico en vehículos híbridos y de

ión litio en vehículos eléctricos. Mirando la figura 4.2, que representa la

capacidad de almacenamiento de energía de las baterías secundarias, se entiende

por qué esto es así.


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Figura 4.2: Gráfico de densidad de energía por masa y por volumen.

(Fuente: www.deltavolt.pe/baterias)

Ø Baterías de Ni-MH:

Viendo la figura 4.2 se puede decir que tienen una energía específica mayor

que las baterías de Pb-ácido o Ni-Cd que está en torno a 60-80 Wh/kg. Estas

baterías son capaces de admitir cargas rápidas (1-3 horas). Tienen menor

impacto ambiental que las de Ni-Cd ya que su catión Cd es tóxico, aun en

cantidades diminutas y no requieren mantenimiento.

Por el contrario, este tipo de baterías presentan inconvenientes como su

número de ciclos de carga-descarga relativamente bajo que pueden realizar sin

que se estropeen, debido a las temperaturas más elevadas que alcanzan en las

cargas o en el uso. Son bastante más caras que las de Pb-ácido, como se verá

en la tabla 4.4, presentan un efecto memoria moderado; es decir, su capacidad

se ve reducida moderadamente a causa de cargas incompletas, aunque es


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menor que en las baterías de Ni-Cd. A diferencia de estas últimas, las de Ni-

MH tienen menores prestaciones electroquímicas a alta corriente.

Estas baterías se implementaron en los primeros vehículos híbridos ya que

eran las que mejor cumplían los requisitos exigidos por éstos en el momento

en que fueron diseñados. Un ejemplo de vehículo que lleva baterías de este

tipo es el Toyota Prius. Su batería es un sistema de 28 módulos de 6 celdas de

Ni-MH de 1,2V, conectados en serie para dar 201,6V. Su capacidad es de

6,5Ah y su energía almacenada 1,31kWh.

Ø Baterías de Li-ión:

Las baterías de ión litio presentan una serie de propiedades que han permitido

un diseño más pequeño y liviano. Como se puede observar en la figura 4.2,

tienen una elevada densidad energética, esto es, son capaces de acumular más

energía por unidad de peso y volumen. Además pesan menos si se comparan

con otras baterías con la misma cantidad de carga almacenada y son de menor

espesor. Cada célula proporciona 3,7 voltios, lo mismo que tres de Ni-MH o

Ni-Cd (1,2 V cada una). Son baterías que presentan poco efecto memoria.

Durante su descarga, el voltaje de la batería apenas cambia lo que hace posible

prescindir de un circuito regulador. Tienen una tasa de autodescarga de menos

del 6% en un mes. Para el mismo periodo una batería de Ni-MH tendría una

autodescarga de más de un 20% mensual. Soportan un número bastante alto de

ciclos de carga-descarga, entre 500 y 3000, mucho mayor que las de Ni-MH.

Su capacidad después de 1000 ciclos es superior al 90%. Además es

destacable su bajo impacto ambiental, al igual que las de Ni-MH.

A pesar de todas estas ventajas, también se pueden encontrar varios

inconvenientes en las baterías de ión-litio.


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Hasta que no se produzcan en masa seguirán siendo caras, igual que las de Ni-

MH. Pueden sobrecalentarse pudiendo llegar a explotar ya que sus materiales

son inflamables; por tanto, necesitan circuitos electrónicos para controlarlas en

todo momento. Además sufren una pérdida significativa de sus propiedades

electroquímicas a temperaturas por encima de 50ºC. Su duración media

depende de la carga que almacenen. Cualquier batería, si se almacena sin

carga, se deteriora. Además, ofrecen un rendimiento inferior a las de Ni-MH a

bajas temperaturas.

Un ejemplo de vehículo eléctrico que tiene baterías de ión litio es el Nissan

Leaf. Están laminadas y eso da lugar a potencias 1,5 veces mayores que las del

resto de baterías de Li-ión. La energía que pueden almacenar es de 24kWh, su

tensión nominal es 345V y tarda en cargarse menos de 8 horas en un enchufe

normal. Además este coche cuenta con una batería auxiliar de 12V la cual

puede ser cargada, opcionalmente, por paneles solares instalados en el techo

del vehículo.

Por último, se muestra en la siguiente tabla (tabla 4.4) una comparativa de los tres

tipos de baterías que se han explicado con anterioridad, para tener una idea más

clara de entre qué valores se mueve cada una de ellas.

Pb-‐ácido Ni-‐MH Li-‐ión Tensión [V] 2 1,2 3 -‐ 4,5 Energía específica [Wh/kg] 10 -‐ 40 60 -‐ 80 80 -‐ 170 Energía específica [Wh/l] 50 -‐ 100 250 170 -‐ 450 Ciclos carga-‐descarga 400 -‐ 800 300 -‐ 600 500 -‐ 3000 Precio [$/kWh] 100 -‐ 125 220 -‐ 400 250 -‐ 800 Impacto ambiental Alto Bajo Moderado-‐bajo

Tabla 4.4: Comparativa características de las baterías de Pb-ácido, Ni-MH y Li-ión.



- 47 -



Una batería ideal para un vehículo eléctrico sería capaz de almacenar mucha

energía y ser ligera (alta densidad de energía, alta energía específica y alta

potencia específica). Además se debería poder cargar muchas veces y descargarse

casi por completo sin deteriorarse y cargarse en un tiempo corto. Tendría también

un rendimiento bueno en un rango amplio de temperaturas y sería segura,

reciclable y de bajo coste.

4.2 ULTRACONDENSADORES

Los ultracondensadores son condensadores de gran densidad de energía para

suplir necesidades instantáneas de potencia. Almacenan energía eléctrica

separando las cargas en positivas y negativas y no como las baterías que lo hacen

a través de un proceso químico. Hasta el año 2007, la energía que podían

almacenar no era comparable a la que puede almacenar una batería pero poco a

poco se van acercando. Las baterías tienen una densidad de energía alta y los

ultracondensadores, una alta prestación de potencia.

Los ultracondensadores pueden cargarse y descargarse mucho más rápido que una

batería y tardan más en romperse. La tensión que dan depende del estado de carga

del condensador. Hay un constante descenso de la tensión mientras se está

descargando, a diferencia de las beterías que mientras se descargan dan una

tensión prácticamente constante. Esto permite conocer el estado de carga con

medir la tensión en bornes del ultracondensador. Al introducir un convertidor de

potencia en serie con el ultracondensador se puede anular este efecto y dar una

tensión constante hasta que esté completamente descargado, como se observa en

la figura 4.3.


- 48 -



Figura 4.3: Tensión de salida del ultracondensador.

(Fuente: www.ideaspike.com)

Los ultracondensadores pueden soportar una gran cantidad de ciclos de carga y

descarga sin estropearse.

Para su uso en vehículos es necesario que los ultracondensadores soporten un

amplio rango de temperaturas (las baterías no funcionan bien a bajas

temperaturas), para que duren el tiempo que dure el vehículo, y una gran

eficiencia en capturar la energía del frenado regenerativo. Su capacidad de

absorción de los picos de intensidad hace que se prolongue la vida de la batería.

Para aumentar la vida útil de la batería se instalan dispositivos de electrónica de

potencia para limitar la tasa de carga y la profundidad de la descarga, por lo que

es necesario sobredimensionarlas para obtener un funcionamiento adecuado.

Los ultracondensadores pueden complementar o sustituir a las baterías en las

siguientes aplicaciones:

Ø Freno regenerativo: pueden absorber la energía procedente del frenado. Cuanto mayor sea su eficiencia, más energía recuperarán y menos mantenimiento necesitará el freno hidráulico. Esa energía que almacenan puede ser usada si se necesita una mayor aceleración por lo que se reduce


- 49 -



el consumo de combustible. Como el proceso de frenado ocurre en apenas unos segundos, se puede imaginar lo rápido que tiene que poder cargarse. Para hacer eso posible, habría que sobredimensionar la batería para aumentar su vida útil, lo que añadiría peso al vehículo, por lo que el uso de ultracondensadores sería ventajoso.

Ø Tecnología Start/Stop: los condensadores hacen que el motor se vuelva a encender cuando se acelera después de haber estado un tiempo parados.

Ø Soporte al consumo de potencia: para cubrir las necesidades de mayor

potencia para el aire acondicionado o la dirección asistida y complementar así a la batería en los picos de demanda.

Ø Estabilización de la red de a bordo: en los consumos sensibles, como la

ECU (Electronic Control Unit) las caídas de tensión por arranques u otras sobrecargas pueden provocar que se reinicie. Para evitarlo basta con estabilizar la red interna con condensadores.

4.3 ENCHUFE

Constituye el principal elemento de carga para los vehículos eléctricos. No todos

los vehículos híbridos son “enchufables” por lo que sólo se analizará este aspecto

en los que sí lo son. Los vehículos híbridos susceptibles de ser enchufados a la red

para recargar la batería son aquellos que presentan una configuración paralelo

compleja o una configuración serie, no siendo posible en aquellos vehículos

híbridos que presentan una configuración en paralelo.

Para los vehículos eléctricos, que tienen una dependencia total de la electricidad,

existen tres tipos de carga: la carga lenta, la semi-rápida y la carga rápida,

existiendo para tales efectos dos enchufes: uno monofásico y otro trifásico.


- 50 -



El de carga lenta es un enchufe monofásico, como de los que se encuentran en las

casas, que carga el vehículo en aproximadamente 6 horas a 220 V y una

intensidad de 15 A. Es un tipo de carga estandarizado y todos los fabricantes la

aceptan.

La carga semi-rápida lo hace en tan solo 50 minutos usando una corriente trifásica

de hasta 63 A y a 400 V. Este tipo de carga sólo la aceptan algunos vehículos pero

se prevé que vaya a ser bastante común.

La carga rápida será a unos 500 V, 250 A y 220 kW en la que se tardará más o

menos 5 minutos. Para la carga rápida se está intentando implantar una carga en

corriente continua de hasta 600 A y 400 V con la que se tardará apenas unos 10

minutos. Este tipo de carga está concebida para más a largo plazo por sus

complicaciones técnicas aunque hay algunos fabricantes que ya la aceptan. Un

equipo de estudiantes del MIT (Massachusetts Institute of Technology) está

intentando implementar este tipo de recarga aumentando la potencia de carga a

350 kW. Para ello la batería debe ser capaz de soportarla y absorberla. Por eso,

van a usar una batería de fosfato de litio-hierro. El paquete de baterías es de 60

kWh. Su idea es la de crear puestos de recarga cuyo tiempo de recarga se asemeje

al tiempo de repostaje en una gasolinera.

En el caso de vehículos híbridos enchufables como el Toyota Prius enchufable, la

carga se realiza mediante una toma convencional y el tiempo de carga aproximado

es de 1,5 horas.

En el caso de los distintos vehículos eléctricos que se están analizando se pueden

observar, en la tabla 4.5, los distintos tiempos de carga.


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Vehículo Tiempo de carga Tipo de toma

Renault Twizy 3h30 -‐ 100%

lenta, 10A 3h -‐ 80%

Nissan Leaf 7h -‐ 100% lenta

30min -‐ 80% rápida

Mitsubishi i-‐Miev

6h -‐ 100% -‐ 16A lenta 7h -‐ 100% -‐ 13A

9h -‐ 100% -‐ 10A 30 min -‐ 80% rápida

Tabla 4.5: Tiempos de carga de algunos VE.

La Comisión Europea ha solicitado a los órganos de estandarización europeos la

normalización de un cargador común para motos, coches y bicicletas eléctricas

para mediados de 2011.

En cuanto al conector, en el estándar internacional IEC 62196 (International

Electrotechnical Commission) se hace referencia a los modos de carga y los

conectores eléctricos para los vehículos eléctricos. En él se hace referencia a otro

estándar, el IEC 61851, en el que se describe un mecanismo por el que una vez

que un vehículo esté conectado al punto de recarga no le dejará moverse hasta que

no esté desconectado del mismo. Los cuatro modos de recarga son:

1. Modo 1: Conexión del VE a corriente alterna sin superar 16A, ya sea a 250V monofásico o a 480V trifásico y además utilizando una toma de tierra.

2. Modo 2: Conexión del VE a corriente alterna sin superar 32A, ya sea a 250V monofásico o a 480V trifásico y además utilizando una toma de tierra y una protección entre el coche y el enchufe contra un shock eléctrico.

3. Modo 3: A través de los conectores de 32A se puede usar una carga rápida de hasta 250A.


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4. Modo 4: Carga en corriente continua asegurando que el vehículo está preparado para este tipo de carga. Es un tipo de recarga rápido con corrientes de hasta 400A.

En el estándar IEC 60309 se especifica los requisitos funcionales y de seguridad

de los conectores eléctricos. Asimismo aclara que el voltaje máximo debe ser

690V en alterna o continua, la corriente más elevada, 250A y para frecuencias no

superiores a 500Hz. El rango de temperatura dentro de cual está previsto su

correcto funcionamiento es desde -25ºC hasta 40ºC. En esta norma se pueden ver

los códigos de colores de los distintos conectores en función de sus características

y configuración eléctricas y el uso de los mismos para distintas aplicaciones.

Los conectores que se recogen en la norma IEC 62196 son los aceptados para la

conexión de cargadores para automóviles. Se distinguen tres tipos:

1. Tipo 1: Acoplador monofásico. 2. Tipo 2: Acoplador trifásico. 3. Tipo 3: Acoplador trifásico con obturador.

Algunos fabricantes como Nissan están investigando un tipo de recarga por

inducción.

El objetivo sería implantar puntos de carga rápida en la vía pública y usar la

recarga lenta en las casas por las noches, para fomentar la carga en las horas valle

ya que costará menos el consumo de electricidad en esas horas y así se aplanará la

curva de demanda.

Otro tipo de recarga que se está estudiando es establecer un sistema de alquiler de

baterías por el que, según llegas a una estación de recarga en carretera, te cambian

tu batería por una completamente cargada. En consecuencia, la batería debe estar

medianamente accesible para poder extraerla. Esto solucionaría el problema de la


- 53 -



autonomía y haría que los vehículos eléctricos fuesen atractivos también para el

uso en carretera siempre y cuando el viaje sea corto, ya que parar cada hora no

siempre agrada.

4.4 MÁQUINA ELÉCTRICA

En esta parte se analizarán los distintos tipos de motores eléctricos existentes, no

teniendo en cuenta los motores térmicos ya que no suponen un cambio con

respecto a los vehículos convencionales.

Los motores eléctricos tienen la ventaja de ser máquinas reversibles; es decir,

pueden funcionar como motor (consumiendo energía) o como generador

(recuperando energía).

Los principales tipos de máquinas eléctricas, utilizadas en tracción de vehículos,

son:

1. Máquinas asíncronas o de inducción 2. Máquinas síncronas 3. Máquinas de reluctancia conmutada 4. Motores de flujo axial 5. Motores de corriente continua sin escobillas (Brushless DC)

4.4.1 MÁQUINAS ASÍNCRONAS O DE INDUCCIÓN

Es el motor industrial de corriente alterna por excelencia debido a su robustez,

sencillez y seguridad de funcionamiento. Se le llama motor de inducción debido a

que por los bobinados del rotor circulan corrientes producidas por la inducción de

fuerzas electromotrices en ellos.


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Constan fundamentalmente de dos partes: una quieta, estator, y otra móvil, rotor.

El estator está formado por chapas aisladas entre sí para reducir las corrientes

parásitas. Ambas partes están separadas mediante un hueco denominado

entrehierro y en cada una de ellas hay unos devanados, que crearán un campo

magnético cuando por ellos circule la corriente.

El funcionamiento de la máquina se basa en la interacción de los dos campos

magnéticos senoidales que se van a formar: uno en el rotor y otro en el estator.

Cuando el campo del rotor vaya adelantado con respecto al del estator, la máquina

estará funcionando como generador y si ocurre lo contrario y, por tanto, el campo

del estator va adelantado con respecto al del rotor, entonces estará funcionando

como motor. El par electromagnético en el caso de funcionamiento como motor

será a favor del sentido de giro del eje y en el caso de generador, en contra.

El circuito eléctrico del estator está formado por tres devanados distanciados 120º

eléctricos (máquinas trifásicas) y, si las corrientes están equilibradas, el campo,

girará a una velocidad proporcional a la frecuencia de las corrientes de

alimentación e inversamente proporcional al número de pares de polos de la

máquina.

n1 =60 ! fp(rpm) = 2! f

p(s"1) [1]

En el funcionamiento como generador, la velocidad del eje será mayor que la

velocidad de sincronismo (n1) y en funcionamiento como motor será menor.

En función del tipo de circuito eléctrico del rotor, se pueden distinguir dos tipos

de máquinas asíncronas:

Ø Máquina de rotor bobinado (figura 4.4): el circuito del rotor es como el del estator y las tres fases van conectadas en estrella. Los extremos libres están conectados a tres anillos de cobre rozantes que giran solidariamente


- 55 -



con el eje. Haciendo contacto con ellos, se encuentran unas escobillas que permiten realizar la conexión de los devanados rotóricos desde el exterior, lo que constituye una gran ventaja.

Figura 4.4: Máquina asíncrona de rotor bobinado.

(Fuente: www.tuveras.com)

Ø Máquina de jaula de ardilla (figura 4.5): el devanado del rotor está constituido por barras de aluminio o cobre unidas en sus extremos por anillos del mismo material, no pudiendo acceder al rotor. Son más pequeños, robustos, más baratos y necesitan menor mantenimiento, pero su intensidad de arranque es más elevada.


- 56 -



Figura 4.5: Máquina asíncrona de rotor de jaula de ardilla.

(Fuente: www.mnve.mil.ve)

4.4.2 MÁQUINAS SÍNCRONAS

Se utilizan fundamentalmente en aplicaciones de generación de energía eléctrica

porque tienen mayor rendimiento y densidad de potencia que las maquinas

asíncronas.

Igual que en las máquinas asíncronas, si el campo del rotor va por delante del

campo del estator, éste se opondrá al movimiento (par resistivo) y la máquina

funcionará como generador. Por el contrario, si es el campo del estator el que va

adelantado, la máquina estará funcionando como motor y el par estará actuando

para acelerar al rotor y hacerlo girar a esa velocidad. Este tipo de máquinas gira

siempre a la velocidad de sincronismo, que es la velocidad del campo magnético

generado en ella, condición necesaria para dar un par constante en régimen

permanente. Al igual que las máquinas asíncronas, están formadas por un estator y


- 57 -



un rotor. El rotor tiene un devanado de campo (excitado en corriente continua a

través de unos anillos rozantes) y puede tener un devanado en cortocircuito

(devanado amortiguador) que impide que la máquina gire a una velocidad distinta

de la de sincronismo, normalmente en máquinas de polos salientes.

Dependiendo de la ubicación del devanado de campo, también llamado devanado

de excitación, y de la forma del rotor se distinguen los siguientes tipos de

máquinas síncronas:

Ø Máquina síncrona de polos salientes: el rotor tiene expansiones polares que dan lugar a un entrehierro variable. El diámetro es mucho mayor que la longitud axial para poder poner más pares de polos. Se utilizan en aplicaciones de muchos pares de polos y velocidades bajas, como por ejemplo en generadores hidroeléctricos.

Ø Máquina síncrona de rotor cilíndrico: tiene el rotor liso sin salientes por lo que el entrehierro es constante. El devanado de campo está distribuido en varias bobinas situadas para crear un campo senoidal. El diámetro de la máquina está diseñado para ser mucho menor que la longitud axial. Se utiliza en aplicaciones de pocos pares de polos y altas velocidades, como por ejemplo en generadores de centrales térmicas.

Gracias al desarrollo de nuevas posibilidades para este devanado de excitación,

surgió la idea de crear el campo magnético con imanes permanentes solidarios al

rotor compuestos por una aleación de Neodimio-Hierro-Boro. Con esto el circuito

de excitación queda sustituido por imanes de alta energía (excitación fija).

Los imanes tienen una mayor densidad de potencia por lo que se pueden construir

máquinas aproximadamente un 30% más pequeñas y de mayor eficiencia (10-15%

más eficientes). Es más fácil la implementación de un mayor número de pares de

polos para aplicaciones de baja velocidad.


- 58 -



Los imanes no consumen energía eléctrica durante el funcionamiento por lo que

pueden producir el campo sin tener pérdidas por efecto Joule. Al no tener partes

rozantes se disminuyen las perdidas mecánicas y se evita la refrigeración de la

máquina.

Según cómo estén dispuestos los imanes, se tendrán:

Ø Motores de imanes superficiales (SPM) Ø Motores de imanes interiores (IPM)

4.4.3 MÁQUINAS DE RELUCTANCIA CONMUTADA

Las bobinas del estator están concentradas y el rotor está formado por una chapa

metálica en vez de bobinados. Se caracterizan por tener un elevado par debido a la

variación de la reluctancia a lo largo del entrehierro, por ser sencillas y robustas y

por necesitar un control sencillo. Aun así necesitan un sistema de detección de

posición lo que es un inconveniente además de tener un rizado de par y un factor

de potencia bajo.

4.4.4 MOTORES DE FLUJO AXIAL

Por su reducido tamaño pueden ser integrados directamente en la ruedas del

vehículo, optimizando espacio ya que se pueden eliminar parte de los

acoplamientos mecánicos. Además tienen todas las ventajas de las máquinas

síncronas de imanes permanentes.

El rotor y el estator están dispuestos de manera longitudinal para crear un campo

magnético paralelo al eje. Por ello sufren mayores esfuerzos radiales.


- 59 -



4.4.5 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS

Tienen la ventaja de no tener delgas ni escobillas, que por rozamiento producen

pérdidas en forma de fricción, por lo que tienen un rendimiento mayor y requieren

menor mantenimiento. Funcionan gracias a ir alimentando de forma secuencial

(conmutación electrónica) cada una de las fases del estator por lo que se necesitan

unos sensores de posición del rotor (como las máquinas de reluctancia

conmutada), en vez de hacerlo a través de las delgas y las escobillas (conmutación

mecánica). Al estar alimentados en corriente continua, la electrónica de potencia

utilizada es más simple. Incorporan imanes permanentes en el rotor, por ello son

costosas.

El Honda Insight utiliza un motor de corriente continua sin escobillas, de alta

potencia, compacto y de poco peso, el cual funciona como generador durante el

frenado.

Las características de cada uno quedan resumidas en la siguiente tabla (tabla 4.6)

Motores de inducción

Motores síncronos de

imanes permanentes

Motores de reluctancia conmutada

Motores de flujo axial

Motores de CC sin

escobillas

·∙ más desarrollados y usados en la industria.

·∙ velocidad de giro igual a la del campo magnético

·∙bobinas del estator concentradas

·∙Uso como motores en ruedas

·∙ muy adaptables a tracción terrestre

·∙ bajo coste ·∙ rendimiento elevado

·∙ fácil fabricación y montaje

·∙ menor espacio

·∙conmutación electrónica

·∙ escaso mantenimiento

·∙ mayor densidad de potencia

·∙ elevado par y robustez

·∙ reducción elementos mecánicos

·∙ sensores detección posición


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·∙ robustos

·∙ simplicidad de electrónica y control

·∙ mayores esfuerzos radiales

·∙ sensores detección posición

·∙ sensibles a Tª, suciedad, rizado de par

·∙ bajo factor de potencia

Tabla 4.6: Características de los distintos tipos de motores eléctricos.

(Fuente: INSIA)

En los vehículos anteriormente citados en la tabla 4.1, tanto híbridos como

eléctricos, casi siempre se utilizan máquinas síncronas de imanes permanentes por

ser más compactos, más eficientes y sencillos.

4.5 CONVERTIDOR ELECTRÓNICO

El convertidor electrónico de potencia, el cual es el encargado de convertir la

corriente continua de la batería en corriente alterna regulable para alimentar el

motor, se llama inversor. Si funciona al revés, esto es convierte la corriente alterna

del generador eléctrico en corriente continua para cargar la batería, se llama

rectificador.

A continuación se puede ver en la siguiente tabla (tabla 4.7) los tipos de

convertidores que hay en función del tipo de corriente de entrada y de salida.


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Tipo convertidor Nombre Salida Aplicación

CA -‐> CC Rectificadores aplanada regulación velocidad motores CC

CC -‐> CC Choppers o Recortadores CC de menor valor

regulación velocidad trenes

metropolitanos

CC -‐> CA Inversores u Onduladores

ondas rectangulares

o escalonadas

regulación velocidad motores CA

CA -‐> CA

CA-‐>CC-‐>CA Rectificador + Inversor

ondas rectangulares

o escalonadas

regulación velocidad motores síncronos y

asíncronos

CA-‐>CA por control de

fase

Triacs: tiristores en paralelo inverso

onda misma frecuencia y

menor amplitud

control alumbrado incandescente y

motores monofásicos de CA

pequeños

CA-‐>CA directa Cicloconvertidores

onda frecuencia menor

regulación velocidad motores CA

trifásicos de gran potencia

Tabla 4.7: Tipos de convertidores

(Fuente: “Máquinas eléctricas”, Jesús Fraile Mora)

El convertidor es el encargado de la regulación del motor síncrono. Como ya se ha

explicado, un motor síncrono gira siempre a la velocidad de sincronismo, que

depende del número de pares de polos de la máquina y de la frecuencia (Ecuación

[1]). Para su aplicación en un vehículo se necesita poder controlar la velocidad del

motor, lo que implica variar la frecuencia. La tarea del convertidor consiste, por

tanto, en adaptar de forma eficiente la curva de par-régimen del motor a la carga.

Esto se realiza mediante la regulación de la intensidad. En la práctica esto se

traduce en ir excitando los bobinados, seleccionando cada vez al par de polos

contiguo.


- 62 -



En el caso de que la máquina síncrona vaya a funcionar como motor y como

generador, el convertidor será el encargado de controlar, además del módulo, el

ángulo de la corriente para pasar de un modo de funcionamiento a otro.

Por tanto el convertidor irá conectado entre la batería y la máquina eléctrica

(figura 4.6). El flujo de corriente irá hacia la batería si el vehículo está

decelerando (freno regenerativo) y hacia el motor en caso de aceleración. Si la

batería está cargada y se está decelerando, se necesita evacuar esa energía en

algún sitio para que no se estropee, por lo que se contará con un conmutador que

conectará una resistencia en paralelo a la batería. Así se impide que la batería

evacúe sobre la resistencia y se pierda la energía almacenada en ella. El

conmutador cerrará la posición de la resistencia, dejando desconectada

momentáneamente a la batería (hasta que se vuelva a acelerar) y se mandará una

señal para que actúe el freno hidráulico. Recuérdese que el estado de carga de la

batería está constantemente registrado por un sensor de carga.

Figura 4.6: Circuito del Rectificador-Inversor.

(Fuente: www.infoplc.net)


- 63 -



Los componentes electrónicos de los inversores, como los transistores que se ven

en la figura 4.6, están controlados por el microprocesador.

Aparte de la batería principal del vehículo, puede existir una auxiliar de apoyo

para pequeños consumos. En ocasiones, cuando no haya una batería auxiliar,

puede existir un convertidor de continua a continua para reducir la tensión y así

alimentar los distintos sistemas del vehículo como el equipo de música o las luces

interiores.

En el caso del Prius regula la tensión entre 202 y 650V para alimentar al motor y

el convertidor de continua a continua baja los 202V a 14V para alimentar a los

distintos accesorios del coche.

4.6 UNIDAD DE CONTROL

La unidad que se encarga del control electrónico del vehículo es la ECU

(Electronic Control Unit). Está formada por un microprocesador que es un circuito

integrado compuesto por varios registros, una unidad aritmético-lógica, una

unidad de control y, dependiendo del tipo, una unidad en coma flotante.

Recibe información de los distintos captadores y sensores y gracias a ellos

controla funciones automáticas del vehículo. Es el encargado de controlar al

inversor que alimenta al motor eléctrico de tracción y de controlar el tipo de freno,

entre otras cosas.


- 64 -



4.7 GRUPO DIFERENCIAL

El grupo diferencial, llamado Power Split Device (PSD), es un engranaje

planetario de tipo epicicloidal que es el encargado de acoplar los dos motores y el

generador (en caso de haberlo) al sistema de transmisión. Gracias a él cada motor

puede dar tracción a las ruedas por separado. En la figura 4.7, se puede ver el

alzado de los engranajes planetarios y, representados en colores distintos, con qué

componente están unidos rígidamente. El motor térmico hace girar la corona, el

eléctrico el porta-satélites y el generador es movido por el planetario.

Figura 4.7: Engranajes planetarios


El grupo diferencial, como no podía ser de otra forma, va unido al eje de las

ruedas a través de unos engranajes y del diferencial (sistema de transmisión),

como se muestra en la figura 4.8.


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Figura 4.8: Motores y sistema de transmisión de un VH serie-paralelo.

(Fuente: www.mecanicavirtual.com)

En el nuevo Toyota Prius se incorpora otro engranaje como éste de reducción con

el que se multiplica el par del motor eléctrico 2,64 veces.

Este tipo de engranaje se utiliza también en las cajas de cambio automáticas y

como diferencial central en algunos vehículos de tracción a las cuatro ruedas.

4.8 GENERADOR DE RUIDO

4.8.1 EL RUIDO

El ruido se define como un sonido no deseado. En las ocasiones en las que ruido

es sinónimos de contaminación acústica, se trata de un sonido de gran intensidad

que puede ser perjudicial para la salud humana.


- 66 -



Su intensidad se mide en decibelios (dB). Como el oído humano no percibe todas

las intensidades de sonido, se creó el dB(A) para suprimir las que no somos

capaces de detectar (las altas y las muy bajas frecuencias). Por eso los dB(A) son

una buena medida del riesgo auditivo.

El límite aceptado por la OMS es 65 dB. Por debajo de 80dB el oído humano no

presenta alteraciones definitivas. Como se puede ver en la tabla 4.8 el umbral del

dolor se sitúa en 140 dB al que se llegaría después de haber sufrido un deterioro

grave de la capacidad auditiva.

180 dB Explosión del Volcan Krakatoa. Se cree que es el mayor sonido registrado en la historia.

140 dB Umbral del dolor

130 dB Avión despegando

120 dB Motor de avión en marcha

110 dB Concierto / acto cívico

100 dB Perforadora eléctrica

90 dB Tráfico / Pelea de dos personas

80 dB Tren

70 dB Aspiradora

50/60 dB Aglomeración de gente

40 dB Conversación

20 dB Biblioteca

10 dB Respiración tranquila

0 dB Umbral de audición

Tabla 4.8: Niveles de intensidad del sonido.

(Fuente: www.wikipedia.org)


- 67 -



4.8.2 APLICACIÓN A LOS VEHÍCULOS

El ruido en la ciudad oscila entre 35 y 85 dBA y entre 60 y 65 dBA se ubica el

umbral re ruido que empieza a ser molesto. Las medias europeas están en torno a

65 dB de día y 55dB de noche.

El ruido es uno de los agentes contaminantes más perjudiciales para la salud

humana. Como ilustra la figura 4.9, su principal fuente es el tráfico, aunque no

suele ser la más denunciada.

Figura 4.9: Fuentes principales del ruido urbano

(Fuente: www.ruidoentusoidos.blogspot.com)

Los coches eléctricos e híbridos, cuando están funcionando sólo con el motor

eléctrico, a bajas velocidades no producen suficiente ruido como para ser

detectados hasta que no están demasiado cerca.


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El ruido que se detecta, proveniente de un vehículo, es mayormente producido por

el rozamiento de las ruedas con el suelo, seguido del ruido del motor y del claxon.

El único aspecto que cambia en este nuevo tipo de vehículos es, por tanto, el ruido

proveniente del motor. El ruido que produce un motor eléctrico es prácticamente

nulo en comparación con un motor de combustión interna, de ahí que sea muy

difícil detectar por dónde se acerca el vehículo a velocidades inferiores a 25-

30km/h.

Mientras unos ven el descenso del ruido como una ventaja de los vehículos

eléctricos, otros sectores de la población podrían verse tremendamente afectados.

Es el caso de ancianos, invidentes, niños y ciclistas, entre otros.

Los peatones no son conscientes de lo mucho que se guían por el sonido de los

coches para cruzar, siendo posible reconocer si el vehículo está acelerando o

decelerando. Por tanto podría suponer un peligro para muchos despistados.

Según un estudio de la Universidad de Riverside, en California (EE.UU.)

realizado por el profesor de Psicología Lawrence Rosenblum, desvela unos datos

cuanto menos alarmantes. El estudio fue realizado sobre una serie de personas a

las que se distribuyeron auriculares y se les pedía que identificaran desde qué

dirección se aproximaba el vehículo. Las grabaciones contenían sonidos de

vehículos con motor de combustión interna y de vehículos híbridos, ambos a

8km/h para asegurar el funcionamiento exclusivamente eléctrico en el vehículo

híbrido. Se podía apreciar como ambos vehículos se aproximaban desde dos

direcciones.

Los individuos conseguían identificar el ruido del vehículo híbrido cuando

estaban un 74% más cerca que los de combustión interna y juzgaban

correctamente la aproximación del vehículo híbrido cuando estaba a 8,5 m de


- 69 -



distancia. Sin embargo, sólo conseguían juzgar la dirección de proveniencia

cuando estaban a 2 m de distancia, esto es, a tan solo un segundo de distancia.

En otro estudio realizado por la National Highway Traffic Safety Administration

de EE.UU. han llegado a la conclusión de que un vehículo híbrido tiene el doble

de probabilidad de ocasionar una lesión a un peatón que un vehículo convencional

dando marcha atrás o maniobrando para estacionar.

Hasta ahora parece ser que este aumento de ruido sí es necesario, aunque aún no

está muy claro si se debería poder desconectar voluntariamente. Probablemente

no. La seguridad de las personas estará por encima de lo molesto que pueda ser el

sonido para el conductor. También se plantean aspectos como el de si se podrá

personalizar ese sonido, lo cual no es factible y se tendrá que estandarizar ese

sonido para ser fácilmente identificable.

Actualmente se está trabajando en la sonoridad mínima que deberán emitir para

evitar problemas.

Toyota va a incluir un generador de ruido en la tercera versión del Toyota Prius,

coche de mayor venta en Japón. El dispositivo consiste en un altavoz que emite un

zumbido que cambia con la aceleración del vehículo, aumentando o reduciendo su

frecuencia. Nissan también adaptará al Nissan Leaf un sistema de emisión de

sonido para velocidades bajas, hasta 30km/h, cuyo funcionamiento está

representado en la siguiente figura (figura 4.10).


- 70 -



Figura 4.10: Funcionamiento del generador de ruido de Nissan.

(Fuente: Nissan)

4.9 FRENO REGENERATIVO

4.9.1 INTRODUCCIÓN

Es un sistema que permite reducir la velocidad de un vehículo transformando

parte de su energía cinética en electricidad. Este sistema de frenado ayuda a

recuperar energía cargando la batería y, en un vehículo eléctrico, produce una

extensión de su autonomía de alrededor de un 15% en comparación con un

vehículo eléctrico que sólo usase un freno mecánico. La energía que se pierde por

fricción al frenar en forma de calor, quedaría reducida con la actuación del freno

regenerativo.

El uso de este sistema no quiere decir que se deje de usar el freno hidráulico

tradicional, sino que se usaría una combinación de ambos tipos de frenado.

Cuando el vehículo circula a velocidades bajas, el freno regenerativo no es


- 71 -



efectivo y puede fallar y no detener el vehículo en el tiempo requerido. Además si

por algún motivo se tuviése algún fallo en el sistema eléctrico que controla el

freno regenerativo, queda claro que se necesitaría un freno hidráulico para este

caso crítico.

Por eso, en los vehículos híbridos y eléctricos se va a encontrar una combinación

de ambos tipos de frenos: uno hidráulico y otro regenerativo, accionados por el

mismo pedal de freno. Según se va haciendo una mayor presión sobre este pedal,

se pasa de un freno regenerativo a uno hidráulico, sin tener transiciones bruscas.

Las ruedas motrices están equipadas con los dos tipos de freno pero las ruedas

arrastradas sólo cuentan con el freno hidráulico.

El freno regenerativo está condicionado por el estado de carga de la batería en el

momento en el que se produce el frenado. Cuando la batería está cargada por

completo, el frenado se produce por acción del freno hidráulico, disipando

energía.

En caso de que la batería no esté totalmente cargada, el freno regenerativo se

obtendría con un cambio de sentido (inversión) de la intensidad en el circuito

motor-batería durante la deceleración, en la cual el motor, actuando como

generador, manda el flujo de corriente a la batería.


Como ya se ha explicado anteriormente, por seguridad, el freno hidráulico se

utiliza para dar soporte al regenerativo en caso de necesitar una mayor fuerza total

de frenado. La recuperación energética conseguida con el freno regenerativo hace

que se le dé prioridad de actuación.


- 72 -



En la figura 4.11 podemos observar el esquema completo de la configuración de

un sistema de frenado en un vehículo eléctrico.

Figura 4.11: Configuración de un sistema de frenado

(Fuente: Yukihisia Isshii, Hiroyuki Matsuo y Yasushi Aoki; “Method of testing regenerative braking force in electric vehicle”)

1. Batería 2. Motor eléctrico 3. Transmisión 4. Diferencial 5. PDU (Power Drive Unit) – Control del motor 6. ECU (Electronic Control Unit) – Unidad de control electrónico 7. ECU del freno 8. Pedal de freno 9. Cilindro maestro 10. Amplificador de depresión 11. Tanque de depresión 12. Motor de la bomba de depresión 13. Bomba de depresión 14. ABS ECU 15. Modulador – Repartidor de frenada


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16. Cilindros de freno 17. Válvula de compensación 18. Sensores de velocidad de la rueda 19. Sensor de presión hidráulica (Manómetro)

Es un vehículo de cuatro ruedas (Wf – rueda delantera y Wr – rueda trasera) con

tracción delantera, conectadas al motor eléctrico (2) a través de la transmisión (3)

y el diferencial (4). Asimismo la fuente de energía es la batería (1). Entre la

batería y el motor está instalada una unidad de control de la máquina eléctrica (5),

que controla el funcionamiento del motor eléctrico así como la carga de la batería

durante el frenado regenerativo. Esta unidad está conectada a la unidad electrónica

de control (6), unidad central de control del vehículo, que a su vez está conectada

a la unidad de control del freno (7).

El motor (12) acciona la bomba (13) que se encarga de mantener una depresión en

el tanque (11), los cuales están unidos mediante una válvula antirretorno. Estos

tres elementos constituyen el sistema de ayuda a la frenada denominado

servofreno. La salida del tanque está conectada al cilindro maestro (9) al cual

llega la fuerza aplicada sobre el pedal de freno (8) amplificada gracias al

amplificador (10). Su funcionamiento se basa en mantener iguales las presiones a

ambos lados del diafragma si no se pisa el pedal, y si se pisa se crea a uno de los

lados una presión grande, gracias al servofreno, transmitida al circuito hidráulico

gracias al diafragma.

El cilindro maestro tiene dos salidas, una para las ruedas delanteras (9f) y otra

para las traseras (9r) que están conectadas a los cilindros de freno delanteros (16f)

y traseros (16r) respectivamente, a través de un repartidor de presión (15)

controlado por el control electrónico del ABS (14). A la salida 9f del cilindro

maestro están conectados un manómetro (19), el cual envía información de la

presión del aceite al control del freno (7), y una válvula de compensación (17) que

está conectada al repartidor de presión, para aplicar la fuerza de frenado a cada


- 74 -



una de las ruedas delanteras por separado por cuestiones de adherencia y del

sistema antibloqueo de ruedas (ABS).

Los sensores de velocidad de las ruedas delanteras (18f) y traseras (18r) envían

información al control del ABS el cual hace que las ruedas no se bloqueen

actuando sobre el repartidor de presión que a su vez actúa sobre los cilindros de

freno. El control del ABS está controlado por la unidad de control del freno, la

cual determina cuándo debe actuar el sistema antibloqueo de ruedas.

Una vez explicados los componentes del sistema de frenado veamos cómo

funciona:

Al presionar el pedal de freno, se activa el freno regenerativo hasta que la presión

de salida del aceite (Pm) del cilindro maestro (9) llega a la presión de

compensación del aceite (Pmo). Cuando la fuerza regenerativa llega al valor

límite de regeneración (Ro), se inicia el freno hidráulico mientras que se mantiene

la regeneración a Ro (como se puede ver en la figura 4.12). La fuerza de frenado

de una rueda motriz o arrastrada aumenta linealmente con la presión de salida del

aceite (Pm).


- 75 -



Figura 4.12: Relación de distribución de las fuerzas hidráulicas y regenerativas de las ruedas traseras y delanteras.


Viendo la figura 4.12, se puede apreciar el valor de la fuerza de frenado total de

las ruedas arrastradas (Rr) y de las ruedas motrices (Fr). Cuando se pisa el pedal

de freno, la fuerza de frenado de las ruedas arrastradas aumenta cuando aumenta

la fuerza aplicada sobre el pedal mientras que, en las ruedas motrices, conectadas

a la válvula de compensación, no hay frenado hidráulico hasta que la depresión

del pedal tenga un determinado valor (hasta que Pm sea igual a Pmo). Hasta que

ésto pasa, la fuerza de frenado regenerativo aumenta cuando aumenta la fuerza

sobre el pedal y cuando Pm = Pmo, la fuerza regenerativa alcanza el límite de

regeneración (Ro), la presión de salida de la válvula sube (Pv) y comienza a

actuar el freno hidráulico en las ruedas motrices. Mientras que Pm es menor que

Pmo, la presión de la válvula Pv es igual a cero, como está representado en la

figura 4.13.

Ro


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Figura 4.13: Característica de la válvula de compensación.


El estado de carga de la batería condiciona la puesta en marcha del freno

hidráulico; ya que, una vez está completamente cargada, no será capaz de admitir

más corriente. En la figura 4.11 se pueden observar las conexiones de los distintos

controladores que hacen que el sensor de carga de la batería le transmita la

información a la unidad electrónica de control del freno, para poder bloquear el

freno regenerativo y frenar por tanto exclusivamente con el freno hidráulico.

Asimismo la intensidad máxima de diseño soportada por el convertidor

electrónico será el límite máximo de regeneración; aunque puede darse el caso de

que sea mayor, en todo momento, que la intensidad que va a aparecer justo antes

de que la presión de salida del cilindro maestro sea tal que empiece el

funcionamiento del freno hidráulico.


- 77 -



4.10 PANELES SOLARES

La tercera generación del coche Toyota Prius dispone de una versión que contará

con paneles solares dispuestos en el techo del vehículo para alimentar al sistema

de climatización. No vendrán de serie por lo que implantarlos será opcional, ya

que incrementará el precio del vehículo pero se ahorrará más combustible.

En el Nissan Leaf, como ya se ha comentado en el apartado 4.1.3, hay opción de

ponerle paneles solares al vehículo para carga la batería auxiliar de 12V.

Diseño de pruebas

- 78 -



Capítulo 5 DISEÑO DE PRUEBAS

En este capítulo se analizarán únicamente aquellos aspectos de los vehículos

híbridos y eléctricos que no están presentes en los vehículos convencionales o

que, aun estando presentes, son distintos en estos vehículos y, por tanto, no están

siendo considerados ni comprobados en la Inspección Técnica de Vehículos

actual.

Se procederá a analizar los componentes explicados en el Capítulo 4 sólo si

repercuten en la seguridad del vehículo, tanto para los pasajeros del mismo como

para los demás usuarios de la vía pública, o de las personas que acudan al rescate

en caso de accidente, sean o no profesionales.

Se partirá de la base de que cualquier vehículo eléctrico o híbrido estará diseñado,

cuando menos, de acuerdo con el Reglamento nº 100 de la Comisión Económica

de las Naciones Unidas para Europa (CEPE/ONU) — Disposiciones uniformes

relativas a la homologación de vehículos en relación con los requisitos específicos

del grupo motopropulsor eléctrico. Por tanto, se trata de comprobar que los

distintos componentes del vehículo, que pueden afectar a la seguridad, siguen

cumpliendo el Reglamento.

Incluso, se propondrán algunas pruebas de sistemas que ya existen en algunos

modelos fabricados actualmente y que muy posiblemente pasen a ser obligatorios

en el futuro, argumentando las razones para ello.

A la hora de diseñar pruebas nuevas habrá que tener en cuenta que no se puede

desmontar ningún componente del vehículo. Tampoco se podrá sobrepasar un

Diseño de pruebas

- 79 -



determinado tiempo durante la inspección y, por otro lado, habrá que tener en

cuenta el coste que supone introducir esa prueba.

5.1 BATERÍA Y CABLEADO

La batería de estos nuevos vehículos tiene un voltaje muy superior a la de los

vehículos convencionales, por lo que de entrada es muy probable que haya que

comprobarlas más exhaustivamente.

Hasta ahora la comprobación de la batería forma parte de la prueba llamada

“Estado general del motor” dentro del grupo llamado “Motor y transmisión” que

se puede encontrar en el Manual de Procedimiento de Inspección de las estaciones

de ITV. Durante esta prueba el vehículo se encuentra situado encima del foso y

desde él, mediante inspección visual, se comprueba la fijación de la batería al

bastidor, la ausencia de fugas de electrolito y el estado de los bornes y conexiones.

La comprobación del cableado eléctrico también forma parte de esta misma

prueba y se comprueba su estado prestando especial atención al encintado,

fijaciones, aislamiento y su proximidad a puntos calientes o en movimiento.

Como se ha detallado en el capítulo 4, para obtener una mayor eficiencia de los

motores eléctricos y para lograr largas autonomías, se trabaja generalmente con

voltajes de batería dentro del rango de 200 a 400 V, el motor-generador puede

llegar a trabajar incluso a más de 600 V, siendo la tendencia actual de emplear

baterías de iones de litio cada vez mayor.

Diseño de pruebas

- 80 -



5.1.1 SEGURIDAD EN CASO DE ACCIDENTE

Respecto a la seguridad intrínseca de este tipo de batería, en caso de resultar

dañada, puede generar una reacción electroquímica con el oxígeno del aire e

incendiarse a causa de un sobrecalentamiento, y en el peor de los casos explotar.

Por eso resulta importante que sean baterías resistentes a la deformación mecánica

en caso de accidente, que se emplacen en lugares protegidos contra impactos, que

se dividan en módulos, y que se incluyan elementos para su desconexión

automática en caso de accidente. También debe tenerse en cuenta el posible

aplastamiento o posibilidad de cortocircuito de cables de tensiones elevadas,

situando estos elementos también en lugares protegidos contra impactos,

aumentando la seguridad intrínseca del vehículo.

De acuerdo con las recomendaciones de la fundación RACC en un rescate por

accidente debe observarse esencialmente en estos vehículos nuevos cuanto sigue:

Ø Evitar todo contacto con cables dañados o porosos.

Ø Si no se ha efectuado la desconexión automática de la batería, proceder a su desconexión manual.

Ø No confiar en el color de identificación de los cables si no se tiene seguridad de que la batería está completamente desconectada.

Ø No manipular, sin guantes de seguridad con protección superior a 1000 voltios, cualquier elemento de batería desprendido del vehículo o del interior del mismo.

Diseño de pruebas

- 81 -



De cuanto antecede se desprende la conveniencia de que el vehículo:

Ø Lleve una identificación clara de los elementos sometidos a tensiones altas.

Ø Esté dotado de un dispositivo de desconexión automática de la batería y/o de sus módulos, y que cuente con un sistema de señalización fácilmente visible que garantice que se ha efectuado tal desconexión.

Ø Esté dotado de un sistema accesible y redundante de desconexión manual, para el caso de fallo del sistema automático.

Ø Esté dotado de un sistema de detección de sobrecalentamiento de la batería, que avise y, en su caso, actúe sobre la desconexión automática.

5.1.2 OBJETO DE LA PRUEBA

Ø Verificación del funcionamiento del sistema de desconexión manual del

servicio y del sistema de señalización de la desconexión. Se propone por

las razones expuestas en el apartado 5.1.1. Asimismo debería haber más

de un desconector para garantizar su accesibilidad y su accionamiento

tanto desde el interior como desde el exterior del vehículo.

Ø Verificación de que todos los buses eléctricos sometidos a tensiones

elevadas sigan cumpliendo con las prescripciones del apartado 5.1 del

Reglamento nº 100 de la Comisión Económica de las Naciones Unidas

para Europa (CEPE/ONU). En adelante Rgto. nº 100 CEPE/ONU. Tanto

en cuanto a protección contra contactos directos como contra contactos

indirectos, estado del cableado, riesgos de cortocircuito, estado del

cableado con especial atención a encintado, fijaciones, aislamientos y

proximidad a puntos calientes o en movimiento. El cableado de alta

Diseño de pruebas

- 82 -



tensión deberá ser de color naranja para su fácil detección e ir señalizado.

La medición del aislamiento es un requisito indispensable para la

obtención de la homologación. Como la pérdida de aislamiento da lugar a

corrientes elevadas, se produce un calentamiento excesivo cuyos efectos se

pueden detectar visualmente. Si los vehículos estuviesen obligados a llevar

un medidor constante de aislamiento para accionar la desconexión

automática de la batería, bastaría con ver la lectura del medidor y

comprobar si se encuentra entre los valores adecuados.

Ø Que no se produzcan interferencias radioeléctricas en el funcionamiento

normal del vehículo, bien producidas por el grupo motor-generador o sus

sistemas de control, o de cualesquiera otras fuentes posibles. (Esto será

necesario para obtener la homologación del vehículo y se analizará

posteriormente en el apartado 5.4)

Ø Comprobación del deterioro de las baterías recargables, (RESS según la

denominación del Rgto. nº 100 CEPE/ONU), en cuanto a aquello que

pueda comprometer la seguridad, como fijación al bastidor, oxidación,

corrosión, grietas, fugas, etc. Como se mencionó en el capítulo 4, apartado

4.1.3, las baterías necesitan un riguroso control de la tensión y de la

temperatura así como una protección contra cortocircuitos. Para que su

comprobación sea posible, se deberá poder ver la batería con lo que las

tapas deberán ser practicables desde diseño (concepción vehículo original).

Tal y como están hoy dispuestas las baterías en el interior de los vehículos,

es prácticamente imposible comprobar lo que anteriormente se propone.

Diseño de pruebas

- 83 -



5.1.3 PROCEDIMIENTO

Mediante una inspección visual desde el foso y, si fuese necesario, abriendo el

capó, o desde el interior del vehículo se deberá comprobar que:

A) No existen partes sometidas a tensiones altas accesibles, que las tapas o

barreras que impidan el acceso estén bien fijadas y únicamente puedan ser

desmontadas con el empleo de herramientas especiales.

B) Los cables estén bien aislados, no presenten defectos de corrosión, agrietado,

cortes, pinzamientos, ni estén pelados, no existan riesgos de cortocircuito, con

especial atención a encintados, fijaciones, aislamientos y proximidad a puntos

calientes o partes en movimiento.

C) Todas las partes conductoras expuestas tengan conexiones galvánicas con el

chasis eléctrico (Según el Rgto. nº 100 CEPE/ONU está definido como: “el

conjunto formado por las partes conductoras conectadas eléctricamente, cuyo

potencial se toma como referencia.”) mediante cables, soldaduras, tornillos,

etc., de manera que se eviten situaciones de peligro.

D) Estado de las baterías recargables, fijación al bastidor, oxidación, corrosión,

grietas, fugas de electrolito, estado de los bornes, etc.

E) Accionamiento manual de la desconexión de las baterías sin necesidad de

herramientas de clase alguna, verificación del sistema de señalización de la

desconexión.

Diseño de pruebas

- 84 -



5.2 ULTRACONDENSADORES

Este componente maneja intensidades instantáneas muy altas y es susceptible de

perforación. Su fallo puede afectar al funcionamiento del sistema de freno

regenerativo y, por tanto, a la recuperación de energía. No obstante, no se podrá

efectuar ninguna comprobación directa por su inaccesibilidad, sino que se

comprobará indirectamente en la prueba de freno regenerativo.

5.3 ENCHUFE

El enchufe deberá contar con un tapón protector para evitar el contacto con agua o

polvo, el cual deberá estar en perfecto estado.

Como el circuito de recarga exterior cuenta con un rectificador de la corriente

alterna del puesto de recarga formado por diodos, éstos no permitirán el paso de

corriente desde la batería al enchufe por lo que se estará protegido frente a

contactos directos en cuanto al lado del vehículo se refiere. La seguridad del

puesto de recarga deberá ser tal que proteja frente al contacto directo e indirecto,

requisito fundamental para la obtención de la homologación de los puestos de

recarga.

Para su inspección se comprobará visualmente la existencia y el estado del tapón

protector en el enchufe. Posteriormente se procederá a abrir el tapón para observar

si el enchufe tiene síntomas de haber sufrido un calentamiento excesivo o presenta

corrosión u oxidación.

Diseño de pruebas

- 85 -



5.4 MÁQUINA ELÉCTRICA Y CONTROLADORES

ELECTRÓNICOS

Las máquinas eléctricas y otros aparatos electrónicos pueden suponer un riesgo

para la seguridad de los demás vehículos que circulan por la vía pública, en lo que

se refiere a emisiones electromagnéticas producidas por un vehículo que den lugar

a interferencias en los demás vehículos.

Desde el punto de vista de interferencias por emisiones electromagnéticas,

(comúnmente conocidas como EMI, del inglés ElectroMagnetic Interferences), la

integración de la electricidad en los sistemas de tracción de los vehículos híbridos

o eléctricos, representa un importante desafío, ya que éstos son capaces de generar

interferencias por emisiones electromagnéticas diferentes a las que pueden crear

los vehículos convencionales.

En su conjunto, simplemente la potencia requerida por el motor eléctrico de

tracción de estos vehículos es comparativamente mucho mayor que la demanda de

energía del sistema eléctrico de los vehículos convencionales de hoy en día. Ello

supone la utilización de tensiones elevadas, que pueden llegar a alcanzar incluso

más de 600 voltios, por lo que el valor de las EMI, que pueden esperarse en los

vehículos híbridos o eléctricos, es también mucho mayor, a menos que se adopten

medidas encaminadas a reducir drásticamente tales emisiones, esfuerzo que

resulta en la práctica bastante considerable.

Los principales componentes de la nueva unidad eléctrica para estos automóviles

son el motor eléctrico, el convertidor electrónico, la fuente de alimentación

(baterías, etc.) y los cables que conectan entre sí estos componentes. Cada uno de

ellos actúa como un emisor electromagnético. Se sabe que el convertidor de

potencia es la principal fuente de EMI. Se trata en el fondo de un inversor estático

Diseño de pruebas

- 86 -



equipado con transistores de potencia de tipo bipolar de puerta aislada (tipo IGBT,

Insulated Gate Bipolar Transistor), que actúan como interruptores, alimentando

sucesivamente los devanados del motor eléctrico. Como consecuencia, se generan

corrientes y tensiones impulsionales responsables de una importante EMI, dentro

del rango de frecuencias bajas. Esas corrientes impulsionales han de pasar por los

cables del bus de tensión elevada, así como por las celdas de las baterías, por lo

que también son fuentes importantes de EMI.

El resto de los componentes no difiere de los automóviles convencionales en

materia de EMC (compatibilidad electromagnética). Los motores de gasolina

tienen como fuente principal de EMI los cables de encendido de las bujías, que

son de tipo antiparasitario, los cuales son comprobados en la ITV en la prueba

llamada “Estado general del motor” perteneciente al grupo de pruebas “Motor y

Transmisión”. En ella se especifica que se comprobará visualmente que el

cableado del circuito de encendido presenta características antiparasitarias.

Para la reducción de EMI a niveles aceptables, se utilizan técnicas de

apantallamiento y filtrado, así como la reducción de ruido en la propia fuente:

mejorando la tecnología de los IGBT o el propio diseño de los inversores. De esto

se encargan los fabricantes de cara a conseguir la homologación del vehículo.

Hay que considerar dos tipos de EMI: las EMI conducidas, es decir que circulan

por los propios circuitos del vehículo propio, y las EMI radiadas que pueden

afectar a otros vehículos próximos.

5.4.1 NORMATIVA ACTUAL

Sobre compatibilidad de emisiones electromagnéticas en automoción (EMC), hay

multitud de normas, ISO, SAE, FCC, IEC (CISPR), EC. De entre las cuales se

Diseño de pruebas

- 87 -



destacará la directiva europea 72/245/CEE, modificada por las directivas de la

tabla 5.1.

Norma Año 95/54/EC 1995 95/56/EC 1995 97/24/EC 1997

2000/2/EC 2000 2002/24/EC 2002

2003/77/EC 2003

2004/104/EC 2004

Tabla 5.1: Normas sobre EMC en automoción.

(Fuente: www.autoemc.net)

Así como el reglamento internacional: Reglamento nº 100 CEPE/ONU. Por otro

lado, son varios los fabricantes de automóviles que tienen también normas

propias.

5.4.2 ¿SERÍA NECESARIA UNA PRUEBA?

Actualmente se comprueba mediante inspección visual desde el foso, como ya se

ha comentado, que el aspecto del cableado del circuito de encendido presenta

características antiparasitarias así como la fijación del motor al bastidor.

Desde el punto de vista de una ITV, se entiende que en cuanto a vehículos

eléctricos e híbridos resulta importante la evaluación de EMI radiadas, y en

función del posible deterioro de los sistemas de apantallamiento, filtrado, etc., que

con el paso del tiempo pudieran perder su eficacia. En este tipo de vehículos, ya

no sería tan sencillo determinar por el aspecto de los componentes si un

determinado vehículo puede presentar riesgo de EMI radiadas excesivas.

Diseño de pruebas

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Con el estado actual de la técnica en la construcción de vehículos eléctricos o

híbridos, no parece fácil esperar que existan deterioros capaces de representar

incrementos sustanciales de EMI radiadas que representen un problema. Por ello,

no sería preciso recomendar que las ITV dispongan de un banco de ensayos para

la determinación del cumplimiento de las normas en materia de EMI citadas; sino

que bastará con comprobar le existencia de elementos antiparasitarios, como se

hace actualmente.

En la figura 5.1 se observa una comparación entre dos inversores que contienen

transistores tipo IGBT convencionales e IGBT-U4.

Figura 5.1: Espectros de ruido típicos de módulos inversores basados en IGBT’s

(Fuente: “Fuji electric review”, Kouichi Haraguchi, Shuji Miyashita, Yuichi Onozawa.)

Diseño de pruebas

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En los apéndices del 2 al 7 del anexo I de la Directiva 2004/104/CE de la

Comisión del 14 de octubre de 2004, se pueden observar las gráficas de los

valores límite permitidos y en los anexos IV, V, VII y VIII los métodos de medida

en función del tipo de banda ancha o estrecha para vehículos o subconjuntos

eléctricos o electrónicos.

En cuanto a la prueba que se realiza actualmente al motor, se tendrá en cuenta que

en un vehículo híbrido hay dos motores: uno térmico y otro eléctrico y que en uno

eléctrico puede haber dos motores eléctricos acoplados directamente a las ruedas,

por lo que se comprobará visualmente la fijación de cada motor así como, en su

caso, del generador.

5.5 GRUPO DIFERENCIAL

Este grupo forma parte del sistema de transmisión cuya comprobación ya forma

parte de una prueba de ITV. Esta prueba está recogida en el Manual de

Procedimiento de Inspección de las estaciones de ITV, en el capítulo 9 “Motor y

Transmisión”, apartado 9.4 “Transmisión”.

Esta prueba consiste en inspeccionar visualmente y en su caso utilizando un

detector de holguras, mientras el vehículo se encuentre en el foso o en un

elevador, los siguientes aspectos:

• La estanqueidad de los cárteres de la transmisión. • El estado de los guardapolvos, si existen. • El estado de las protecciones de los elementos de la transmisión, si existen. • El estado de los elementos de la transmisión. • Los anclajes de la transmisión al bastidor, con especial atención a efectos de

oxidación o corrosión y presencia de grietas. En caso de que el grupo diferencial se pueda ver desde la parte inferior del

Diseño de pruebas

- 90 -



vehículo deberá ser comprobado como parte integrante del sistema de

transmisión, comprobando los aspectos anteriores. Si no quedase al alcance de la

vista no sería necesario hacer ningún otro tipo de comprobación.

5.6 GENERADOR DE RUIDO

El generador de ruido constituye un elemento fundamental para la detección de un

vehículo híbrido o eléctrico, cuando éste circula a velocidades bajas, a una

distancia media. Ya se ha resaltado que son imprescindibles para ciertos sectores

de la población, por lo que deberían ser exigidos, y en consecuencia, pueden verse

afectados si los generadores no funcionan correctamente.

Por tanto, un mal funcionamiento de este generador puede poner en conflicto la

seguridad de las personas, lo que hace necesario crear una prueba para su

comprobación.

Actualmente se comprueba la existencia y el funcionamiento adecuado de los

avisadores acústicos como el que salta si están las luces puestas, el motor en

marcha y se abre la puerta del conductor (apartado 4.12 “Avisador acústico”

dentro del capítulo llamado “Alumbrado y señalización”).


Una vez que sea obligatorio el uso de este dispositivo, lo primero que habrá que

comprobar es su existencia y, si existe, su correcto funcionamiento.

Diseño de pruebas

- 91 -



Se debe comprobar que a velocidades bajas genera un sonido lo suficientemente

alto como para ser detectado. Teniendo en cuenta que en una estación de ITV

puede haber más de una línea de inspección y que hay pruebas que al realizarse

emiten ruido, se necesita, para poder realizar esta prueba correctamente, un

habitáculo cerrado que aísle el ruido del exterior. Serían necesarios tantos

habitáculos como líneas de inspección haya (caso de motos, cuadriciclos y

turismos).

El habitáculo deberá estar provisto de un par de rodillos sobre los que irán las

ruedas motrices del vehículo para medir la velocidad del mismo. Con esto se

comprobará que para velocidades inferiores a 30km/h, el generador de ruido está

funcionando y al sobrepasar esa velocidad, dejará de funcionar pero el ruido que

se detectará deberá seguir estando por encima del umbral mínimo. Con lo que

necesitaremos un aparato que mida la velocidad.

Para medir la velocidad del vehículo se necesita una generatriz tacométrica unida

a los rodillos. Consiste en un generador que entrega una tensión proporcional a la

velocidad de giro.

Para medir el ruido se hará uso de un sonómetro de clase 1. El sonómetro sirve

para medir niveles de presión sonora, de los cuales depende la amplitud y, por

tanto, la intensidad acústica y su percepción, la sonoridad.

El estándar IEC 61672, reemplaza a los estándares existentes IEC 60651 sobre los

sonómetros y el IEC 60804 sobre los sonómetros integrados o promediadores, y

es el que se encarga de regular que los sonómetros de distintos fabricantes midan

lo mismo ante un nivel de ruido determinado.

Diseño de pruebas

- 92 -



Se medirá la intensidad del sonido en dB(A), que es la ponderación más parecida

a la percepción logarítmica del oído humano, ya que la percepción de la

intensidad sonora (sensación de sonoridad) por parte de éste está fuertemente

ligada a la frecuencia del sonido, como descubrieron Munson y Fletcher en 1933

(figura 52, que relaciona el nivel de presión sonora con la frecuencia y la

percepción humana). Con la ponderación A se establece el nivel de

contaminación acústica y el riesgo que supone para un ser humano expuesto a ella

(es la medida más adecuada para determinar el daño auditivo).

Figura 5.2: Curvas de Fletcher y Munson.

(Fuente: www.fceia.unr.edu.ar)

Pero… ¿Cómo sabemos cuánto es suficientemente alto? En la tabla 5.2 se

muestran para los distintos niveles de presión sonora, expresados en decibelios,

los efectos que producen en el oído humano.

Diseño de pruebas

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Niveles sonoros y respuesta humana

Sonidos característicos Nivel de presión sonora [dB]

Efecto

Zona de lanzamiento de cohetes (sin protección auditiva) 180

Pérdida auditiva irreversible

Operación en pista de jets, Sirena antiaérea 140

Dolorosamente fuerte

Trueno 130 Despegue de jets (60m) Bocina de auto (1m) 120

Máximo esfuerzo vocal

Martillo neumático Concierto de Rock 110

Extremadamente fuerte

Petardos 100 Muy fuerte Camión pesado (15m) Tránsito urbano 90

Muy molesto, Daño auditivo (8h)

Reloj despertador (0,5m) Secador de cabello 80 Molesto Restaurante ruidoso Tránsito por autopista Oficina de negocios 70

Difícil uso del teléfono

Aire acondicionado Conversación normal 60 Intrusivo Tránsito de vehículos livianos (30m) 50 Silencio Líving, Dormitorio, Oficina tranquila 40 Biblioteca, Susurro a 5m 30 Muy silencioso Estudio de radiodifusión 20 10 Apenas audible 0 Umbral auditivo

Tabla 5.2: Niveles de presión sonora y efectos en el oído humano

(Fuente: Noise Pollution Clearinghouse)

Determinar exactamente cuál debería ser el nivel de presión sonora, así como las

demás características del sonido, que debe emitir un vehículo a bajas velocidades

para ser detectado a una distancia media que permita reaccionar a tiempo a un

peatón, teniendo en cuenta que el ruido ambiente en una ciudad es ya de por sí

alto, corresponderá a la autoridad competente. Asimismo se deberá determinar la

Diseño de pruebas

- 94 -



velocidad a partir de la cual no será necesario seguir emitiendo el sonido ya que el

contacto y correspondiente rozamiento de los neumáticos con el asfalto producirá

un sonido suficientemente alto como para ser percibido.

Como aún no hay ningún reglamento que trate este aparato y hay fabricantes que

lo van a implementar en su próxima generación de vehículos híbridos y eléctricos,

como Nissan o Toyota, se supone que éstos han comprobado que debería dejar de

funcionar a partir de 30km/h ya que el rozamiento de los neumáticos con el asfalto

produce un ruido suficientemente intenso como para ser detectado a una distancia

media.

5.6.2 PROCEDIMIENTO

El inspector procederá a subirse al vehículo y, con el coche arrancado, irá pisando

poco a poco el acelerador y al mover los rodillos se podrá medir la velocidad en

todo momento. El sonómetro estará situado frente al vehículo a una distancia de X

metros y, midiendo en intervalos de T milisegundos, enviará los datos a través de

un cable a un ordenador situado en el exterior de la sala, de tal forma que el

ordenador recoja ambos datos (intensidad sonora y velocidad del vehículo) y dé

como resultado una curva de la intensidad sonora en función de la velocidad del

vehículo. Se deberá comprobar que los puntos resultantes de las mediciones

deberán estar situados por encima de la línea horizontal representada en la gráfica

que indica el nivel de intensidad del sonido mínimo aceptable.

Diseño de pruebas

- 95 -



5.6.3 COSTE DE IMPLANTACIÓN

Se deberá adquirir un sonómetro para la realización de la prueba. Se puede

encontrar en la siguiente tabla el precio de algunos de los sonómetros de gama alta

que se pueden encontrar en el mercado:

SONÓMETRO INTEGRADOR PROMEDIADOR DRÄGER

SC 20-C TIPO 1 3.528,00 €

SC-30 2.256,39 €

Diseño de pruebas

- 96 -



PCE CR-811C 2.361,00 € BRÜEL & KJAER 2238

5.240,00 €

BRÜEL & KJAER 2250

8.270,00 €

Por otro lado habrá que comprar el banco de rodillos parecido al de la figura 5.3

que servirá para medir la velocidad del vehículo. Se trata de un comprobador de

velocímetro que tiene las siguientes características:

• Medición electrónica de la velocidad, con indicador digital en el terminal de mano

Diseño de pruebas

- 97 -



• Impresora de datos para indicar la velocidad del tacómetro, la velocidad real, así como la diferencia en tanto por ciento. Se pueden programar libremente la dirección de la empresa, la fecha y la hora.

• Juego de rodillos autoportantes con rodillos proyectados a la llama y

ayuda para la salida.

El equipo se compone de dos parejas de rodillos locos que son accionados por el

eje tractor del vehículo inspeccionado.

Figura 5.3: Comprobador de velocímetro.

(Fuente: www.maha.de)

El precio del comprobador de velocímetro está en torno a 9000€. Sus

características pueden ser consultadas en el Anexo I.

Diseño de pruebas

- 98 -



5.7 FRENO REGENERATIVO

El sistema de frenado es de vital importancia a la hora de garantizar la seguridad

de un vehículo ya que está directamente asociado a la capacidad de reacción del

conductor ante los demás usuarios de la vía pública.

Según se recoge en el Manual de Procedimiento de Inspección de las estaciones

de ITV, cuya última versión es de enero de 2009, “el frenado de servicio debe

permitir controlar el movimiento del vehículo y detenerlo de una forma segura,

rápida y eficaz, cualesquiera que sean las condiciones de velocidad y carga y

para cualquier pendiente ascendente o descendente en la que el vehículo se

encuentre. Su acción debe ser graduable. El conductor deberá poder conseguir

ese frenado desde su asiento, sin separar las manos del órgano de dirección. El

dispositivo de frenado de servicio deberá actuar sobre todas las ruedas del

vehículo”.


El sistema de frenado, en estos nuevos vehículos, está constituido por un freno

hidráulico y uno regenerativo. El freno regenerativo es capaz de frenar al coche

por completo, pero llega un momento en el que no se puede recuperar mucha

energía. Según va disminuyendo la velocidad, teniendo en cuenta la ecuación

, siendo km el coeficiente de inercia rotacional del vehículo (cuyo

valor está entre 1 y 2 típicamente), la energía que recuperas se va acercando a

cero. Este tipo de freno sólo será posible en las ruedas motrices ya que son las que

están acopladas al generador eléctrico. El freno hidráulico es, por tanto, un freno

de seguridad en caso de fallo en el sistema regenerativo, implementado en las

cuatro ruedas del vehículo.

Diseño de pruebas

- 99 -



Por tanto, se deberá comprobar que el sistema de frenado es capaz de frenar al

vehículo. Para ello se necesitará utilizar un frenómetro. Un frenómetro es un

aparato que mide el par de frenada. En la actualidad el frenómetro utilizado en las

estaciones de ITV mide el par resistente de los rodillos, que al ser de diámetro

fijo, es proporcional a la fuerza de frenado de la rueda en contacto con el suelo,

independientemente del diámetro de las ruedas que tenga cada vehículo. Se trata

por tanto de una inspección mecanizada en la que los rodillos arrastran al

principio a las ruedas para ponerlas a girar y luego, al accionar el pedal del freno,

las ruedas son las encargadas de parar los rodillos (lo que se va a medir es el par

en los rodillos).

En la prueba actual, se coloca el eje delantero del vehículo en el frenómetro y un

operario de la ITV realiza la prueba accionando el pedal de freno. A continuación

se realiza la misma prueba en el eje trasero.

Esas fuerzas medidas en cada rueda del vehículo, primero las dos delanteras y

posteriormente las dos traseras, se utilizan para calcular el desequilibrio, la

fluctuación y la eficacia del dispositivo de frenado.

Ø Desequilibrio: es la diferencia de esfuerzos de frenado entre las ruedas de un mismo eje, por lo que habrá que calcularla para cada eje. A continuación se muestra la ecuación para calcular el desequilibrio en un eje, donde Fd y Fi son las fuerzas máximas registradas en las ruedas derecha e izquierda y siempre se calculará como el porcentaje de la rueda que frena menos con respecto a la que frena más.

Se considera el desequilibrio máximo registrado en el momento de máxima frenada.

Ø Fluctuación de las fuerzas de frenado: es la diferencia entre las fuerzas de frenado máxima y mínima registradas en una rueda, manteniendo

Diseño de pruebas

- 100 -



constante la fuerza sobre el pedal de mando. La ecuación para calcularla es la siguiente:

Tanto el desequilibrio como la fluctuación de las fuerzas de frenado afectan a la estabilidad del vehículo y lo desvían de su trayectoria.

Ø Eficacia: es la relación de las fuerzas de frenado respecto a la masa máxima autorizada. Es un valor indicativo del estado y actuación global del sistema de frenos del vehículo. Se calcula de la siguiente manera:

La determinación de la eficacia está condicionada por el estado de carga del vehículo durante la inspección.

Esta prueba está recogida en el apartado de “Frenos” del Manual y se llama

“Freno de servicio”. El objeto de la prueba que se realiza actualmente, según está

recogido en el Manual, es comprobar en cada eje:

• El frenado de las ruedas. • El desequilibrio de las fuerzas de frenado entre las ruedas de un mismo eje. • La progresión no gradual del frenado (agarre). • El retraso anormal en el funcionamiento de los frenos en cualquiera de las

ruedas. • La fluctuación de las fuerzas de frenado de una rueda. • La existencia de fuerzas de frenado en ausencia de acción sobre el mando

del freno. • La eficacia (valores mínimos dados por la Directiva 96/96 CEE).

En el caso de los vehículos híbridos y eléctricos el sistema de frenado es

sustancialmente distinto pero lo importante de cara a la ITV es que el vehículo

frene, cumpliendo las exigencias descritas anteriormente, igual que los vehículos

convencionales. Esto significa que da igual qué tipo de freno se esté usando en

Diseño de pruebas

- 101 -



cada instante, el resultado tiene que ser que el vehículo se detenga cumpliendo los

requisitos de seguridad, rapidez y eficacia descritos en el Manual.

Ante un posible fallo en el sistema de freno regenerativo o ante un estado de

imposibilidad de recuperar energía, en caso de que la batería está totalmente

cargada, ya se ha hecho hincapié en que el sistema de frenado hidráulico tomaría

el relevo, siendo el encargado de frenar el vehículo. Por tanto, sería conveniente

que, además de realizar una prueba conjunta, se pudiera desactivar el freno

regenerativo para realizar una prueba sólo del freno hidráulico, para comprobar

que, efectivamente, es capaz de detener el vehículo.

Esto puede suponer un problema ya que estos vehículos no llevan un sistema de

desconexión del freno regenerativo al estar éste controlado electrónicamente. La

única forma con la que se podría conseguir probarlo sería pidiéndole al fabricante

un sistema de desconexión manual (desconexión manual de la batería, mecanismo

ya solicitado) o cargando la batería por completo, tarea fácil en un vehículo

híbrido enchufable o en uno eléctrico pero que podría requerir demasiado tiempo.

Para los vehículos híbridos que no tienen posibilidad de ser conectados a la red,

habría que ver si el freno regenerativo se acciona al pisar el pedal del freno o si al

poner las ruedas del coche en un banco de rodillos y hacerlas girar se estaría

generando electricidad y, por tanto, estaríamos cargando la batería. De ser así

nuestro problema quedaría solucionado, una vez más si el tiempo de recarga es

bajo. En caso contrario sólo se podría comprobar que el coche frena en el estado

actual de carga de batería sea cual sea (el display del salpicadero del coche

mostraría el estado de carga).

En caso de que se implante obligatoriamente la desconexión tanto automática

como manual de la batería, cosa que parece muy necesaria, se necesitará saber en

todo momento la posición del interruptor de la batería ya que va a condicionar el

tipo de frenado.

Diseño de pruebas

- 102 -



El hecho de que el freno regenerativo cargue bien la batería es algo que deberá

comprobar el fabricante, no siendo necesaria una posterior comprobación. El

usuario se podrá dar cuenta en el display del estado de carga y ver si éste aumenta

en periodos más o menos largos de frenada, a menudo acompañado por un display

que muestra el flujo de la energía.

Por otro lado, los vehículos híbridos pagan impuestos menores al contaminar

menos y será preciso determinar que, efectivamente, es así. Pero su determinación

forma parte de la homologación del vehículo y le compete al fabricante.

5.7.2 PROCEDIMIENTO

El procedimiento de la prueba es igual que el que hay actualmente ya que no se ha

realizado sobre ella ningún cambio. De todas formas se debería pedir la

desconexión manual del sistema de freno regenerativo (bastará con desconectar la

batería, mecanismo ya solicitado anteriormente) para realizar la misma prueba

sólo estando disponible el freno hidráulico, ya que es inviable estar esperando a

que un vehículo recargue por completo su batería para realizar una prueba, por

cuestión de tiempo.

Conclusiones

- 103 -



Capítulo 6 CONCLUSIONES

Después de haber profundizado en los aspectos referentes a la Inspección Técnica

de Vehículos (ITV) en España, cabe decir que ésta debería ser adaptada como

consecuencia de un cambio tecnológico de los vehículos.

Esta modificación tendrá por objeto contemplar los puntos que afectan a la

seguridad en estos nuevos vehículos y que, tal y como está ahora la ITV, no están

siendo contemplados. Asimismo, como resultado de este estudio preliminar, se

deberá exigir a los fabricantes un diseño más apropiado de cara a facilitar la

inspección de cada componente según lo propuesto en el Capítulo 5. En la tabla

6.1 se puede encontrar un resumen de los puntos nuevos a inspeccionar, detallados

a lo largo del Capítulo 5.

Aspectos nuevos a inspeccionar

Batería y cableado

Aislamiento Estado batería y cables Fijación de la batería y protecciones contra contacto directo o indirecto Accionamiento manual de desconexión de la batería

Enchufe Existencia de tapón protector Estado de los contactos

Máquina eléctrica y controladores Fijaciones de los motores o generadores

Grupo diferencial Tener en cuenta el nuevo sistema de transmisión en prueba actual

Generador de ruido Su existencia, si es obligatorio Su correcto funcionamiento

Freno regenerativo Comprobación de los dos tipos de freno por separado

Tabla 6.1: Resumen de las pruebas nuevas propuestas.

Conclusiones

- 104 -



Asimismo no se ha podido determinar con exactitud un rango de valores dentro

del cual debe estar el funcionamiento correcto de cada componente, porque se

escapaba de los objetivos del proyecto.

Esto ha sido debido al vacío de normativa para los componentes nuevos como el

generador de ruido, la batería de tensión elevada o los paneles solares en lo que se

refiere a valores concretos de funcionamiento, en el caso del generador de ruido, o

condiciones de seguridad en caso de accidente de los módulos de las baterías y de

los paneles solares insertados en el techo del vehículo. Es necesaria una rápida

estandarización y homologación de los nuevos componentes así como de los

puntos de recarga.

Dependiendo de lo dura que sea una regulación de emisiones de los vehículos en

un futuro, se deberá estudiar la importancia de las emisiones de CO2 generadas

por los vehículos frente a las exigencias actuales de la ITV. Al requerir más

tiempo, igual sería preciso crear un nuevo organismo para medir únicamente las

emisiones. Actualmente se pueden medir las emisiones de CO, CO2, NOx y HC en

laboratorios como el que tiene el INSIA (Instituto Universitario de Investigación

del Automóvil), el cual se adjunta en el Anexo II.

Nada más comenzar el año 2010 se incorporó en Alemania la medición

obligatoria de emisiones a la “Hauptuntersuchung” o ITV alemana. Esta prueba

puede hacerse por separado con anterioridad (hasta un mes antes), pero hasta que

no se realice todo el conjunto de pruebas, no se obtendrá el certificado de la ITV.

Aunque la prueba no difiera significativamente de la que se realiza actualmente en

la ITV española, la idea de poder separar la prueba de emisiones contaminantes

del resto de pruebas puede hacer, entre otras, que la medida de CO2 que emite

cada vehículo sea una realidad. Ya sólo quedaría considerar cuánto costaría su

implantación y cómo esto repercutiría al aumento del precio de la ITV.

Bibliografía

- 105 -



BIBLIOGRAFÍA

Libros:

[1] Ministerio de Turismo, Industria y Comercio. Manual de Procedimiento de

Inspección de las estaciones de I.T.V. , enero de 2009

[2] Monografías ASEPA. Coordinador: José María López Martínez. Vehículos

Híbridos y eléctricos, 2010.

[3] Coordinadora: Ana Martín Pérez. Guía del vehículo eléctrico, 2009.

[4] Jesús Fraile Mora. Máquinas eléctricas, 2008.

Artículos y Reglamentos:

[5] Reglamento nº100 de la Comisión Económica de las Naciones Unidas para

Europa (CEPE/ONU)

[6] Artículo del RACC. La seguridad en los vehículos eléctricos. Crashtest al

Mitsubishi i-Miev, enero de 2011.

[7] Yukihisa Ishii, Hiroyuki Matsuo y Yasushi Aoki. Method of testing regenerative

braking force in electric vehicle, febrero de 2000.

[8] Jarrad Cody, Özdemir Göl, Zorica Nedic, Andrew Nafalski y Aaron Mohtar.

Regenerative braking in an electric vehicle.

[9] Juan W. Dixon y Micah E. Ortúzar. Ultracapacitors + DC-DC converters in

regenerative braking system.

Páginas web:

[10] www.mecanicavirtual.org

[11] www.itevelesa.com

[12] www.autocity.com

[13] www.automecánico.net

[14] www.mecanicavirtual.com

Bibliografía

- 106 -



[15] www.motorpasion.com

[16] www.ecomove.es

[17] www.cocheseco.com

[18] www.wikipedia.org

[19] www.toyota.es

[20] www.nissan.es

[21] www.econoticias.com

Bibliografía

- 107 -



Parte II ANEXOS

ANEXO I: Aparatos de medida

- 108 -



Capítulo 1 ANEXO I: APARATOS DE MEDIDA

VOL I , T IN I (VOL IV )

V e l o c í m e t r o - T a c ó g r a f o -T a x i m e t r o


- 109 -



El Velocímetro-Tacógrafo-Taxímetro VOL I, TIN I cumple con las siguientes normativas europeas de seguridad:

89/336/CEE, 91/263/CEE, 91/31/CEE, 93/68/CEE, 89/392/CEE, 73/23/CEE, 91/368/CEE, 93/44/CEE, 03/68/CEE

Aparato diseñado para comprobar el velocímetro de los vehículos automóviles, el taxímetro en función del tiempo y de la distancia recorrida y el tacógrafo en función de la velocidad, del tiempo y la distancia. Dispone de un microprocesador de alto rendimiento que le permite realizar todas las operaciones de cálculo de tarifas y además, puede almacenar los datos introducidos mediante los periféricos y mostrarlos a través de las diferentes salidas.

VOL I TIN I

CARACTERÍSTICAS Teclado - Tipo alfanumérico - Cifras 0-9 - Símbolo de retroceso - Símbolo de intro - Conexión de teclado matricial - Posee señal audible al pulsar e incluye un zumbador piezo-eléctrico Display del teclado - Líneas del display: 2 líneas - 2 Caracteres por línea - Retroiluminado de alta luminosidad - Contraste ajustable por potenciómetro - Alto ángulo de visión superior a 70º - Superficie iluminada 64x12 mm. Impresora - Tipo alfanumérica - Sistema de impresión: impacto de aguja - Símbolos imprimibles: ASCII - Tipos de letra: Normal, doble alto, doble ancho - Indicador luminoso de estado ON/OFF - Alimentación en papel contínuo, alojado en el interior, fácilmente accesible. - Cinta recambiable tipo máquina de escribir Mediciones - Por encóder incremental - Alimentación: corriente continua 5 voltios - Número de impulsos por acople: 5 mm. - Diámetro de eje de acople: 5mm. - Máxima frecuencia: 50 Khz. Mando de control - Conector: tipo cannon - Cable: apantallado - Número de teclas 3 - Compatible con teclado de membrana Display numérico 4 dígitos - Tipo: rojos de 47x79 mm. - Alta luminosidad - Segmentos: 7 Microprocesador - Velocidad: 10 Mhz. - Bits: 8 CMOS EPROM

CARACTERÍSTICAS Monitor Unidad Principal Impresora a color Impresora A4, chorro de tinta a color calidad fotográfica Características técnicas

1. Alimentación 230 V alterna. 2. Alimentación placa electrónica 5 V

continua. 3. Fotocélula 12 a 24 V continua.

1. 100 mA 4. Encoder Alimentación 5 V.

1. 20 impulsos por vuelta. 5. Comunicación serie con pc:

1. RS-232 2. 9600 baudios 3. 8 bits de datos 4. 1 bit de parada 5. sin bit de paridad

Software

1. El software recibe de la placa de forma automática el desarrollo de la rueda sobre el banco de rodillos. Introduciendo manualmente el desarrollo de la rueda en carretera, nos calcula de forma automática el coeficiente de corrección, que debemos de aplicar en la prueba. En caso de que no se introduzca el desarrollo de la rueda en carretera, el programa dispone de un valor para este coeficiente que es programable y que únicamente se utiliza si no se puede calcular el coeficiente de forma automática.

2. Permite disponer de diferentes tarifas, todas ellas programables.

3. Permite el uso de mando a distancia para el manejo del programa.

4. Dispone de dos tipos de visualización.


- 110 -



- RAM: 384 Bytes - ROM: 16 Kbytes - Tiempo de instrucción: 0,8 microsegundos - Preparado para comunicaciones - Incluye: conversor analógico<-->digital

5. En formato de indicadores digitales. 6. En formato de tablas. 7. Visualiza y almacena los siguientes datos:

Distancia, tiempo, velocidad, € por distancia, € por tiempo

8. Cada uno de estos parámetros son mostrados en el informe junto con el valor teórico que se almacena junto al tipo de tarifa, y error entre el valor medido y el valor teórico. Se puede visualizar el error absoluto y el error relativo, según cual se desee ver.

9. Impresión de informes. Nos imprime únicamente aquellas variables que tengamos seleccionadas. El valor teórico de la variable, el valor medido en el banco y los dos errores

10. Gestión de clientes. Almacena en la base de datos los clientes que se dan de alta así como las pruebas que se graban de ellos para su posterior recuperación y visualización. Y de este modo realizar comparaciones de los datos obtenidos en pruebas diferentes.

11. El software permite funcionamiento en red, para captura de matrículas y almacenamiento de datos.

BANCADAS PARA VELOCÍMETRO, TACÓGRAFO, TAXÍMETRO - VOL I Banco de rodillos para velocímetro-taxímetro de vehículos ligeros - VOL IV Banco de rodillos con elevación neumática hasta 15 TN. por eje para pesados - 2 carcasas supletorias en Banco de rodillos para instalar Banco de potencia para VOL IV - Motor de arrastre con acoplamiento mediante embrague accionado eléctricamente para ligeros - Motor eléctrico de 5,5 kw y regulación a distintas velocidades con variador continuo para ligeros y pesados


- 111 -



TAC IV

B a n c o d e r o d i l l o s p a r a T a c ó g r a f o s

El Banco de rodillos para tacógrafos cumple con las siguientes normativas europeas de seguridad:

89/336/CEE, 91/263/CEE, 91/31/CEE, 93/68/CEE, 89/392/CEE, 73/23/CEE, 91/368/CEE, 93/44/CEE, 03/68/CEE

Programador de Tacógrafo analógico y digital

Datos Técnicos Programador

Características Técnicas: Los tacógrafos que pueden programar son:

• SERIE VEEDER-ROOT: 8400, 8300, 2400, 1400

• SERIE KIENZLE: 1324, 1319, 1318, 1314

• SERIE MOTOMETER: EGK100

Funciones del programador:

1. Determinación del Factor W 2. Simulación de velocidad 3. Control del Tacógrafo 4. Prueba del Factor K 5. Cálculo de Micros 6. Prueba de Reloj

BANCO DE RODILLOS CON ELEVACIÓN NEUMATICA HASTA 15 TN.


- 112 -



DATOS TÉCNICOS BANCADA - Bastidor monobloc - Carga máx. sobre rodillos: 15 TN. Eje - Medidas de la bancada: Largo: 3.470 mm Ancho: 960 mm. Alto: 430 mm. - Velocidad de prueba: 0-250 km./hora - Ancho máximo de vía: 3.050 mm. - Ancho mínimo de vía: 850 mm. - Longitud de los rodillos: 1.200 mm. - Perímetro de los rodillos: 1.000 mm. - Elevación del eje mediante sistema neumático. - Diámetro mínimo de rueda: R13”. - Diámetro máximo de rueda: Universal - Sistema de medición de impulsos mediante encoder. - Peso aprox.: 1.400 kg.

CONSOLA CON ELECTRÓNICA PARA CONEXIÓN DE PROGRAMADOR TAC IV

- Consola con electrónica para conexión de programador TAC IV, célula fotoeléctrica y encoder.

ACCESORIOS OPCIONALES

Juego de rodillos locos

- 2 carcasas supletorias en Banco de rodillos para instalar Banco de potencia para VOL IV - Tapas para cubrir rodillos - Tapas para cubrir rodillos con bisagras - Juego de rodillos locos para velocímetro

ANEXO II: Laboratorio de medida de emisiones

- 113 -



Capítulo 2 ANEXO II: LABORATORIO DE

MEDIDA DE EMISIONES

Laboratorio de Emisiones

Contaminantes

(LECON)

ETTSI

INSIA

Instituto Universitario de investigación del

Automóvil

Descripción: Laboratorio de Medición de Emisiones Contaminantes

El INSIA cuenta con un Laboratorio de

Medición de Emisiones Contaminantes,

creado a partir de la creciente preocupación

por el impacto ambiental de los Vehículos

Automóviles.

Las actividades del Laboratorio de Medición

de Emisiones Contaminantes se divide en dos

líneas de trabajo:

Sistema de Medida de Emisiones en banco

de rodillos:

Para la realización de ensayos encaminados a

la medición de componentes contaminantes de

vehículos de categoría M1 en ciclo de

conducción sobre banco de rodillos.

Las instalaciones del Laboratorio, disponen de


- 114 -



analizadores de gases para motores de

encendido provocado y de encendido por

compresión, con túnel de dilución y CVS.

Sistema de Medida de Emisiones a bordo

de vehículo.

Para la medición de emisiones a bordo de

vehículos de cualquier categoría,

proporcionando resultados de emisiones

másicas en tiempo real (g/s) y/o emisiones

instantáneas (% o ppm).

El laboratorio tiene implantado un Sistema de

Calidad según ISO/IEC 17025, “Requisitos

Generales para la Competencia de

Laboratorios de Ensayo y Calibración

Contacto Susana López Sánchez

Sistema de Calidad INSIA según

ISO/IEC 17025:2005

e-mail [email protected]

Teléfono/Fax 91 336 52 84 / 91 336 53 02

Dirección Carretera de Valencia km. 7

28031 Madrid

Web http://www.insia.upm.es


- 115 -



Equipamiento: Medición de Emisiones en Banco de Rodillos

Sistema de Medida de Emisiones en Banco

de Rodillos

El banco de rodillos para la medición de

Emisiones en Vehículos de categoría

M1 cuenta con analizadores de gases

para motores de encendido provocado y

de encendido por compresión, con túnel

de dilución y CVS.

§ Las características técnicas principales son:

§ Analizador de infrarrojos no dispersivos para CO y CO2.

§ Analizador de ionización de llama FID para determinación de HC en motores de encendido provocado.

§ Analizador caliente de ionización de llama HFID para determinación de HC en motores de encendido por compresión.

§ Analizador de Quimiluminiscencia para determinación de NOx.

§ Determinación de partículas. § Microbalanza en cabina de pesado

presurizada con luz ultravioleta, para la evaluación de partículas.

§ Potencia máxima de banco 60kW. § Velocidad máxima: 160 km/h. § Generación de Ciclos estándar de

conducción. Tipo de ensayo:

§ Medición de emisiones gaseosas en M1 de CO y CO2, NOX y HC, en conducción en banco de rodillos.

§ Medición de partículas en M1, en conducción en banco de rodillos.

§ Medición de opacidad en M1, en

Ensayo de vehículo en banco de

rodillos


- 116 -



conducción en banco de rodillos.

Sistema de Medida de Emisiones “a Bordo”

Horiba OBS 2200

El INSIA cuenta con un Equipo de

Medición de Emisiones a Bordo para la

realización de ensayos en Vehículos de

cualquier categoría.

Las características técnicas principales son:

§ Analizador de infrarrojos no dispersivos HNDIR para CO y CO2.

§ Analizador caliente de ionización de llama HFID para determinación de HC.

§ Analizador de Quimiluminiscencia para determinación de NOx.

§ Analizadores húmedos. § Medidor de caudal de gases de

escape, con conducto calibrado en tubos de Pitot e incorporando en el mismo conjunto la toma de muestra de gases y sonda de temperatura de escape.

§ GPS y conexión para la toma de datos de centralita de Vehículo.

Tipo de ensayo: Medición de consumo y emisiones gaseosas:

HC, CO y CO2, NO

X, a bordo de vehículos

Detalle de la instalación del Equipo

OBS 2200 en un Autobús

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