¿Cómo utilizan los diferentes vehículos los frenos regenerativos?
Trabajo: ¿Cuánta energía ahorran los frenos regenerativos? Depende del vehículo. Los vehículos grandes y pesados que se mueven rápidamente (como los trenes eléctricos) acumulan mucha energía cinética, por lo que obtienen el mejor ahorro. Aunque pesan menos y van más despacio, los camiones de reparto que paran y arrancan mucho también pueden conseguir un gran ahorro. Los coches varían en lo que pueden ahorrar, entre un 8 y un 15% (dependiendo del coche y de si circula en el tráfico urbano o en la autopista). Las bicicletas eléctricas son ligeras y van bastante despacio, por lo que los frenos regenerativos consiguen poco. Datos: He utilizado cifras típicas de rango medio de diversas fuentes para trenes (https://goo.gl/J3hZXL), camiones (https://goo.gl/6DRvY5), coches (https://goo.gl/UglXby) y bicicletas (https://goo.gl/N0w7X3), pero es posible que encuentres valores diferentes en otros lugares.
Diferentes vehículos utilizan el frenado regenerativo de diferentes maneras.
Automóviles y trenes eléctricos
En los coches eléctricos e híbridos, los frenos regenerativos cargan el paquete de baterías principal, ampliando efectivamente la autonomía del vehículo entre cargas. Los trenes eléctricos, que se alimentan de líneas eléctricas aéreas o a pie de vía, funcionan de una manera ligeramente diferente. En lugar de enviar la energía de frenado a las baterías, la devuelven a la red eléctrica. Un tren eléctrico moderno típico puede ahorrar entre un 15 y un 20% de su energía utilizando los frenos regenerativos de esta manera. Algunos vehículos utilizan bancos de supercondensadores para almacenar energía en lugar de baterías.
Bicicletas eléctricas
La mayoría de las bicicletas eléctricas no tienen freno regenerativo y obtienen poco o ningún beneficio de su uso. ¿Por qué? Una bicicleta es un vehículo de poca masa y baja velocidad, por lo que gasta mucha menos energía cinética en parar y arrancar que un coche o un tren (un vehículo de gran masa y alta velocidad). Además, los ciclistas aprenden rápidamente a ser más inteligentes a la hora de detenerse y arrancar. La mayoría de los ciclistas utilizan la energía de forma muy eficiente al frenar por inercia o en rueda libre, en lugar de pisar a fondo los frenos, siempre que puedan. A menos que esté haciendo una gran cantidad de paradas y arranques y el ciclismo a velocidades relativamente altas (si usted es un trabajador de la entrega, por ejemplo), la energía que se ahorra con los frenos regenerativos en un electricbicycle va a ser mínima.
Foto: Las bicicletas eléctricas generalmente no tienen frenos regenerativos:a menos que hagas muchas paradas y arranques, no puedes ahorrar suficiente energía para que merezca la pena.
De hecho, los frenos regenerativos en las bicicletas pueden acabar consumiendo más energía de la que ahorran. Para que funcionen eficazmente, los vehículos con sistemas de frenado regenerativo necesitan tener sus motores eléctricos (normalmente los motores de buje en las bicicletas eléctricas) permanentemente conectados y funcionando como motores o generadores todo el tiempo.Eso está bien para un coche eléctrico, pero una bicicleta eléctrica necesita su motor sólo una parte del tiempo: una parte del tiempo se puede ir tranquilamente por el camino.Tener el motor encendido todo el tiempo significa que la bicicleta puede acabar usando mucha más energía en general, por lo que los frenos regenerativos pueden acabar usando más energía de la que ahorran. A menudo, los frenos regenerativos se añaden a las bicicletas eléctricas simplemente como un truco de marketing. Otis, uno de los principales fabricantes, presentó el primer ascensor regenerativo, ReGen™, en 2011, afirmando que ahorra hasta un 75% de la energía que normalmente utiliza. Mientras que un ascensor normal desperdicia la energía de frenado en forma de calor, ReGen la devuelve al sistema eléctrico del edificio.
Otros tipos de frenos que ahorran energía
Ruedas volantes
Los frenos regenerativos pueden parecer muy tecnológicos, pero la idea de tener «depósitos de ahorro de energía» en las máquinas no es nada nuevo. Los motores han utilizado dispositivos de almacenamiento de energía llamados volantes de inercia prácticamente desde que se inventaron.
Foto: El pesado volante de metal unido a este motor ayuda a mantenerlo en funcionamiento a una velocidad constante. Obsérvese que la mayor parte de la pesada masa metálica del volante se concentra alrededor de su borde. Eso le da lo que se llama un alto momento de inercia: se necesita mucha energía tanto para hacerlo girar rápido como para frenarlo. Esta máquina está expuesta en la sala de motores del museo de ciencias Think Tank de Birmingham, Inglaterra.
La idea básica es que la parte giratoria del motorincorpora una rueda con una llanta de metal muy pesada, y ésta impulsa cualquier máquina o dispositivo al que esté conectado el motor. Se tarda mucho más tiempo en hacer girar un motor con volante de inercia, pero, una vez que se ha puesto en marcha, el volante almacena una gran cantidad de energía de rotación. Un volante de inercia pesado es un poco como un camión que va a toda velocidad: tiene un gran impulso, por lo que tarda mucho en detenerse y cambiar su velocidad requiere un gran esfuerzo.Esto puede parecer un inconveniente, pero en realidad es muy útil. Si un motor (tal vez un motor de vapor accionado por cilindros) suministra potencia de forma errática, el volante de inercia lo compensa, absorbiendo la potencia extra y compensando las pausas temporales, de modo que la máquina o el equipo al que está conectado se impulsa con mayor suavidad.
Es fácil ver cómo un volante de inercia podría utilizarse para el frenado regenerativo. En un autobús o un camión, se podría tener un volante de inercia pesado que podría ser conectado o desconectado de la transmisión en diferentes momentos. La próxima vez que arranques, utilizarás el volante para devolver la energía y ponerte en marcha de nuevo, antes de desconectarlo durante la conducción normal.El principal inconveniente del uso de volantes de inercia en los vehículos en movimiento es, por supuesto, su peso extra.Te ahorran energía al almacenar la potencia que de otro modo desperdiciarías en los frenos, pero también te cuestan energía porque tienes que cargar con ellos todo el tiempo.
Las transmisiones avanzadas que incorporan volantes de inercia de alta tecnología se utilizan ahora como sistemas regenerativos en coches de fórmula 1, donde se denominan sistemas de recuperación de energía cinética (KERS).
Foto: Un volante magnético desarrollado por la NASA para aplicaciones espaciales. Obsérvese, una vez más, cómo la mayor parte de la masa se concentra alrededor de la llanta para conseguir un elevado momento de inercia. Foto por cortesía del Centro de Investigación Glenn de la NASA (NASA-GRC).
Fluidos hidráulicos y gas comprimido
Otros tipos de sistemas regenerativos almacenan energía comprimiendo un gas cada vez que un vehículo frena -un poco como la forma en que un resorte de gas en una silla de oficina almacena energía cuando uno se sienta en ella. La energía puede liberarse y reutilizarse dejando que el gas se expanda (del mismo modo que una silla de oficina libera energía cuando se quita el peso de encima con la palanca del ascensor desbloqueada). Otros sistemas (como el HydraulicPower Assist o HPA de Ford) almacenan la energía de frenado bombeando fluido hidráulico a un depósito.
¿Quién inventó los frenos regenerativos?
Ahora puede sonar increíblemente vanguardista que los coches y trenes eléctricos tengan frenos regenerativos, pero un poco de investigación demuestra lo contrario. La patente estadounidense más antigua de un tren eléctrico regenerativo que he encontrado es la patente 714.196: Regenerative system by Martin Kubierschky of Berlin, Germany, se concedió en 1902 y pretendía ahorrar un optimista 40% del consumo habitual de energía. Se cree que el primer freno regenerativo en un coche fue desarrollado por el francés M.A. Darracq y demostrado en el Salón del Ciclo de París en 1897.Al igual que un sistema regenerativo moderno, devolvía la energía de frenado a la batería para ampliar la autonomía del coche (que era de apenas 48 km o 30 millas), pero aseguraba un sorprendente ahorro de energía del 30% (unas tres veces más que el equivalente moderno).
¿Qué sentido tiene?
Sea cual sea su funcionamiento, todos los sistemas de frenado regenerativo tienen algo en común: nos ayudan a utilizar la energía de forma más inteligente. In a world where fuel is becoming ever morecostly, and environmental concerns are mountingby the day, that can only be a good thing!
