Pros y contras de LOS COCHES HÍBRIDOS

En un mundo de constante evolución hacen falta vehículos cada vez más avanzados…

Existen más de un billón de coches en el mundo, invento que hace nuestra vida más fácil día con día al poder trasladarnos en solo minutos. Dejando atrás los carruajes, el 29 de enero de 1886 nació el automóvil como una patente registrada por Carl Benz que se conoció como el primer coche de combustión interna. La firma alemana, que de seguro conoces, Mercedes-Benz fue creada por el ingeniero que ideó su vehículo de tres ruedas con el número de 37.435. Los siguientes proyectos fueron tantos que actualmente se estima que el combustible quemado en las carreteras del mundo equivale a 3,81 billones libras de dióxido de carbono a la atmósfera cada año. Esta realidad contribuye al calentamiento global y por ende surgieron medidas para contrarrestar los efectos, la invención de los coches híbridos, una de ellas.

¿Son garantía de reducir la contaminación? ¿Pueden ser más frágiles y envolver distintos problemas técnicos? A continuación responde estas interrogantes además de conocer cuáles son los beneficios y consecuencias de su uso.

¡Un modelo que revolucionó las carreteras!  

A comienzos del siglo XX el ser humano ya conocía el automóvil, así que los motores eléctricos y de vapor predominaban dejando al olvido los motores de combustión interna de gasolina o bencina.  Sin embargo tenían un detalle que se convirtió en un gran problema, la tecnología de las baterías eléctricas era tan básica que la autonomía se redujo, los tiempos de recarga lentos añadían peso al conjunto, y como alternativa nacieron los coches híbridos.

Los coches eléctricos se remontan a la primera mitad del siglo XIX cuando el húngaro Ányos Jedlik diseñó el primero en su tipo en 1828, sin embargo este no podemos considerarlo un coche. El primer carruaje eléctrico fue obra del escocés Robert Anderson en 1832-1839 y poco después por la invención de la batería recargable se eliminó el problema de los primeros  modelos que al agotarse eran inútiles.

Fue en 1896 cuando los británicos H. J. Dowsing y L. Epstein patentaron ideas sobre la hibridación en paralelo utilizadas en Estados Unidos, Dowsing logró que una dinamo arrancara con un motor de gasolina unido a un generador que lograba recargar las baterías constantemente, obteniendo el que muchos consideran fue el primero de los hibridos en la historia. Los problemas surgieron a raíz de fallas con los acumuladores eléctricos y no tuvo éxito su presentación comercial, por ello no se les reconoce su invención y solo se fabricaron unas pocas unidades.

Te preguntarás entonces cual fue el que cubrió con las expectativas y que tuvo producción mundial, debemos remontarnos al 1899 para descubrirlo justo cuando un empleado de Jacob Lohner & Co realizó un diseño con motor eléctrico y de gasolina. Aquel sujeto que décadas después el mundo conocería era Ferdinand Porsche. Su proyecto consistía en un motor de gasolina que giraba a velocidad constante, este alimentaba una dinamo para cargar las baterías.

La energía eléctrica obtenida se utilizaba para mover los motores eléctricos en el eje delantero y el excedente era almacenado, fue así el primer vehículo de tracción delantera. Denominado como el Lohner-Porsche también se le conoce como Semper Vivus (siempre vivo), su rendimiento impresionó a los entusiastas del mundo automotriz ya que era de 83% y fue mostrado por primera vez el 14 de abril de 1900 en la Exposición Mundial de París. Se fabricaron 300 ejemplares del icónico vehículo catapultando a Porsche como ingeniero.

Toyota presentó la primera generación de Prius en 1997 convirtiéndose en la marca pionera en la fabricación de los coches híbridos ya que combinan un motor térmico y otro eléctrico. Su gran mérito popularizó estos vehículos y demostró que son una alternativa real frente a los de motor térmico ya que sorprendieron con un motor eléctrico de 45 CV que posee baterías recargables por el movimiento del coche, así también un propulsor de gasolina de 1.5 litros de capacidad y 72 CV que le permitía alcanzar los 170 km/h. Actualmente ya cuentan con la tercera generación del Toyota Prius con versiones enchufables y monovolumen.

Para competir contra este se lanzó en 1999 el Honda Insight cuyo propulsor era una de un litro y 68 CV  (56 kg pesaba), acoplado además a un pequeño motor eléctrico de 13 CV que se apoyaba al motor principal pero que no era capaz desplazar por sí solo al auto. Sus ruedas traseras de solución aerodinámica fueron útiles para ahorrar combustible, fue así como logró obtener la distinción del coche más aerodinámico del mundo.

Estos diseños fueron vistosos y populares pero sin duda entre los híbridos más lujosos marcó pauta el RX400h en 2005, impulsado por un propulsor V6 de gasolina acoplado esta vez a dos motores eléctricos (uno en el eje delantero y otro en el trasero). Desarrollaban 61 CV de potencia y movían al RX400h a bajas velocidades, su sucesor RX450h y Lexus permitieron a la marca posicionarse como especialista en híbridos.

Por su parte Chevrolet Volt se presentó en 2010 como una nueva opción determinante en Europa ya que fue el primer vehículo enchufable vendido en dicho continente, mide 4,48 metros de largo y mecánicamente está equipado con un propulsor eléctrico que se alimenta de unas baterías de ión-litio. Además cuenta con un pequeño motor 1.4 gasolina de 82 CV empleado para recargar las mencionadas baterías, gracias a este mecanismo puede recorrer 60 km en modo eléctrico disfrutando de una autonomía total: 500 kilómetros.

¿Cómo funcionan los coches híbridos?

Si algo diferencia a un coche de un carruaje es el principal componente: el motor. Este es el encargado de hacer funcionar el automóvil transformando la energía eléctrica generada por combustión, o mediante ambas, en energía mecánica que resulta en desplazamiento.

El motor de combustión interna es una máquina que obtiene energía mecánica proveniente de la energía química que se obtiene cuando explota el combustible en el interior, el principio de funcionamiento es transformar la energía generada de dicha explosión con la ayuda de los elementos del conjunto como son el pistón, biela y manivela.

A su vez el motor está formado por un conjunto de cámaras, también conocidas como cilindros, dentro de las cuales se producen los cuatro tiempos conocidos como la admisión, compresión, explosión y escape. En la primera etapa, la admisión, el combustible y el aire ingresan a la cámara a través de las válvulas de igual denominación. Luego esta mezcla que contiene aire y combustible se comprime en la segunda etapa pasando hasta el pistón y en el extremo superior del cilindro.

Allí comienza la explosión en donde se libera la energía química de la mezcla para transformarse en energía mecánica llevada al cigüeñal mediante el giro. Finalmente ocurre el escape donde los gases quemados son eliminados por las válvulas para dar paso a nuevo aire y combustible que se utilizará en el nuevo ciclo.

La mayoría de los motores son de combustión interna necesitando diésel o gasolina, y el aire. Aun así cada vez son más los coches fabricados con motores eléctricos y los automóviles híbridos.

La invención de los motores híbridos surgió de la necesidad de mejorar el ahorro del combustible y aumentar su potencia, combinando así las prestaciones de los motores comunes de gasolina con los motores eléctricos. En este caso dos fuentes de potencia pueden trabajar juntas, bien sea por separado o en paralelo, en función del uso para el que inicialmente se diseñan. Debemos conocer el funcionamiento de este tipo para identificar las diferencias que existen y los cambios realizados que permiten que hoy en día que más de 10 millones de autos con este mecanismo recorran las calles del mundo.

Los motores hibridos se componen de una serie de engranajes que conectan cada uno de los motores que poseen a una cadena que aporta el movimiento en las ruedas, el motor eléctrico es quien inicia el desplazamiento haciendo girar el engranaje exterior, lo más ingenioso es que gana velocidad sin consumir una gota de gasolina.

Una vez se comienza a experimentar cierta velocidad, el motor de combustión interna se activa inmediatamente haciendo girar los cuatro engranajes que forman parte del divisor de potencia y así se logra aumentar la potencia del coche.

El sistema es completado con un engranaje central que se conecta al generador responsable de cargar las baterías, accionado directamente por el motor de gasolina y que aporta esa potencia extra al motor eléctrico de la que algunos expertos se refieren.

¿Existe únicamente un solo modelo?

Aunque los coches híbridos más comunes por costumbre son llamados en paralelo, muchas veces podríamos estar en error ya que existen otros modelos con diferencias notables dadas por la contribución del motor de gasolina al movimiento y en general por el uso del vehículo. En otras palabras, en función de si vas a circular habitualmente en tu ciudad o en carretera, uno u otro tipo aporta prestaciones distintas.

Para el caso de los coches híbridos en paralelo, sea el motor eléctrico el de combustión interna se conecta a las ruedas del vehículo, de este modo pueden trabajar de forma conjunta o por separado. Esta particularidad es especial, son interesantes desde el punto de vista que relaciona el consumo y las emisiones. Circulando en ciudad no se requiere mucha potencia, el motor eléctrico permite un ahorro del combustible y sin emisiones a la atmósfera ya que se alimenta con la energía almacenada en las baterías que fueron instaladas. Las mismas pueden recargarse mediante la conexión a una toma corriente o en marcha gracias al generador que está acoplado al motor.

En este último caso la fuerza llega a las ruedas procedente tanto como del motor eléctrico, alimentado por la electricidad producida del generador, como del motor de combustión. Es sin duda una excelente opción para quienes necesitan más prestaciones y autonomía en carretera.

Por otro lado tenemos los coches híbridos en serie, bajo este sistema el vehículo se mueve con la potencia que suministra el motor eléctrico de igual forma por la energía suministrada por el generador; la ventaja de este tipo de vehículos reside en las prestaciones y la autonomía que aporta el motor eléctrico en la ciudad.

En un nivel superior tenemos a los coches híbridos enchufables que cuentan con baterías más grandes y por tener mayor energía pueden recorrer a mayor velocidad sin combustible solo con electricidad. Debemos tener presente que el motor principal sigue siendo el convencional, sin este no viajarían a su potencia máxima. Por esta razón los eléctricos, tengan la potencia que tengan, estarán limitados por la fuerza que pueden darles las baterías.

Algunas de las tecnologías avanzadas incorporan, bien sea en paralelo o en serie, el sistema de frenos regenerativos. Bien conoces la frenada normal en la que los coches tienen discos de frenos que giran junto con la ruedas y al accionarse se pierde energía que permite desacelerar o detenerse. Precisamente para iniciar o continuar nuevamente el recorrido se gasta más gasolina por la pérdida de fuerza y para resolverlo se ideó este mecanismo que es capaz de recuperar esa energía desperdiciada mediante el calor generado por fricción de los frenos. Al mismo tiempo es posible convertir el calor en electricidad siendo una de las aplicaciones más llamativas de este tipo de vehículos que día a día va ganando adeptos.

El mundo cambia constantemente como consecuencia del aprovechamiento de la tecnología que nos ofrece más herramientas y mejores condiciones de vida de acuerdo a nuestras necesidades. Por ello estar en sintonía con los cambios nos permite disfrutar satisfactoriamente de los beneficios proporcionados sin perder ningún detalle de las formas que en algunos años gobernarán. En este sentido la consultora Deloitte realizó una encuesta bastante interesante: quiso conocer las opiniones acerca de los coches híbridos.

Un panorama para nada ajeno a la realidad ya que la consulta se realizó a personas que viven en 16 países desarrollados y subdesarrollados, muchos de los que albergan las grandes compañías que apuestan por estos vehículos. Las conclusiones que arrojó el estudio demostraron que los países donde los consumidores están más interesados en comprar estos coches son China, Argentina, Brasil, EEUU, Europa y Japón.

Además el perfil de los consumidores que se estableció, teniendo en cuenta la opinión de los encuestados, incluye personas con estudios universitarios sensibilizados por los problemas ambientales en las ciudades donde residen y con el deseo de contribuir a la disminución de los agentes contaminantes. De este modo los asocian a conceptos como verde y ecológico, también seguro, elegante pero caro. Los motivos de preocupación que detienen la compra son la autonomía de los vehículos, el alto costo que implican y la poca infraestructura que se ofrecen en las ciudades para la recarga.

Avances sobre cuatro ruedas

Las baterías de los coches híbridos son el componente clave que particularmente permiten que sean más atractivos e interesantes incrementando su popularidad, de este efecto dependen la autonomía, su precio y la vida útil que muchas veces a los nuevos usuarios que dudan de la adquisición.

Desde los primeros automóviles eléctricos destaca una evolución de las baterías, en un comienzo con las de vetustas de plomo-ácido o níquel-hierro, hasta las actuales con iones de litio que permitieron aumentar 12 veces la autonomía.

Gracias a este importante salto tecnológico en los últimos años, cada vez más los fabricantes de coches hibridos que se animan a experimentar y desarrollar nuevos modelos, la capacidad de recorrido aumentaría entre los 400 y 600 km. Ejemplo de ello es el trabajo realizado por Chevrolet que con ligeros cambios estéticos impresiona con lo último en baterías de LG Chem, el componente mide 4,17 m de largo y tiene una capacidad de 60 kWh.

Originalmente se emplea la química de celdas de batería que poseen mayor densidad energética, actualmente para la fabricación de coches eléctricos  las compañías recurren a baterías de iones de litio con electrólito líquido, se fundamenta en que el material entre el cátodo (electrodo negativo) y el ánodo (electrodo positivo), permite la transferencia de electrones de la solución líquida. A su vez existen diferentes subtipos de estas, debido a la composición química, al emplear distintos elementos en el cátodo y el ánodo, o bien proporciones entre estos. El Renault ZOE de 403 km y el Opel Ampera de 520 km son de autonomía (NEDC), llevan baterías fabricadas por LG Chem de litio-níquel-manganeso-cobalto.

Sin embargo normalmente se emplean ánodos de grafito o silicio, y cátodos de litio, níquel, cobalto y aluminio; fabricantes como Panasonic, Renault, Chevrolet, Volkswagen y otros han recurrido a estos materiales. Estas últimas cuentan con la ventaja de que tienen también una mayor vida útil que las batería de iones de litio convencionales, además mejoran ligeramente la velocidad de recarga, eso sí, son más costosas.

Pese a las nuevas alternativas, las baterías de litio con níquel y cobalto aún seguirán en el mercado a disposición de las grandes compañías automotrices encargadas de la elaboración de los híbridos, es necesario que bajen de precio para que además de autonomía, medianamente digna, los coches eléctricos sean de precio asequible. Es un panorama que tardará algo de tiempo, no es posible precisar cuánto, pues existen quienes afirman sea el año 2030 y otros hablan de 2023.

Ahora bien, a partir de aquí entramos en otro terreno, el que implica las baterías que todavía se encuentran en fase de experimentación en un laboratorio, debemos tener en cuenta que tal vez lleguen a comercializarse o no.

Un ejemplo es la batería de litio y azufre que sigue empleando electrólito líquido, el inconveniente es que tienen que también usar grafeno (estructura de carbono), dicho material representa una promesa complicada de estudiar en los híbridos en base a la producción de gran escala por su coste.

Otra importante evolución que se espera en las baterías alcalinas sería pasar de los iones al litio metal, ideal para otorgar protección contra la corrosión. Así también se asegura triplicar la capacidad básica, como propuesta tenemos la Licerion de Sion Power  de 400 Wh/kg de energía específica.

Una apuesta novedosa se refiere a las baterías de estado sólido, en este sentido tanto Samsung como LG Chem se encuentran muy cerca de conseguirlo presentando dispositivos electrónicos móviles según para el año 2020, y posteriormente para vehículos eléctricos tiempo después. En estas pilas la clave es el cambio de un electrolito líquido entre el cátodo y el ánodo, por un electrólito sólido.

Las baterías de estado sólido se harán esperar hasta la próxima década, sin embargo dicen valdrá la pena para poder disfrutar de una mejora indiscutible en la autonomía de los coches eléctricos, más allá de los 650 km. El primer fabricante en anunciar los trabajos con la tecnología explicada es Toyota, que lanzará híbridos con batería de estado sólido para 2022; la marca japonesa desde el año 2008 nos ha presentado su división específica de trabajos de investigación se reconocen las baterías de estado sólido y de metal-aire bajo la denominación de Sakichi.

Aunque no lo creas han sido muchos años de investigación los que dieron estos importantes avances, la competencia entre coches híbridos y los comunes apenas comienza dado que como toda invención tecnológica presentan aspectos positivos y negativos tras su adquisición.