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INFORME DE CONSULTA

Climatización Automotriz Máquinas de reconstrucción de motores Integrantes: - Vladimir Cardoso - Carlos Ruales - Juan Urrutia - David Nicolalde - William Salas Carrera: Ingeniería Automotriz

Fecha de realización del informe: 15/10/2017

Curso: 7-TD

Grupo No.

Fecha de presentación del informe: 17/10/2017

Introducción: Gracias a la implementación de nuevas tecnologías y el cuidado del medio ambiento, diversas compañías del mundo han decido orientar su desarrollo y producción hacia los vehículos híbridos y eléctricos en el cual en los últimos 30 años se vienen desarrollando, mejorando y optimizando los mismos. Se puede encontrar en estos vehículos grandes ventajas como son el ahorro de combustible y la reducción de emisiones contaminantes, pero los diseñadores y productores de estos vehículos se han encontrado con un problema diferente que es la refrigeración de estos nuevos sistemas más complejos, principalmente los que es el enfriamiento de las baterías que son prácticamente el corazón de un vehículo eléctrico y un hibrido. Estas debido a la transferencia de energía, los campos electromagnéticos entre otros tienden a sobre calentarse lo cual las deteriora y reduce su tiempo de vida útil, existen distintos métodos para enfriar las mismas, en las cuales unas son más eficientes que otras. Estos metidos se separan en enfriamientos activo, pasivo, por aire y por refrigerante. Objetivos:   

Conocer los diferentes métodos de enfriamiento en vehículos híbridos y eléctricos. Destacar las partes de estos sistemas de enfriamiento Organizar los distintos elementos de enfriamiento.

Marco teórico Una cosa que habrá llamado la atención de aquellos usuarios que dispongan de vehículos híbridos o cien por cien eléctricos es la existencia de tomas de ventilación en la cercanía de los asientos traseros. Los fabricantes anuncian que sirven para la refrigeración del sistema de baterías y que nunca deben encontrarse obstruidas (por ejemplo con una chaqueta, un paraguas, una bolsa, etc.). Pero, ¿cuál es realmente su función? Pues efectivamente su función es precisamente esa, refrigerar el sistema de baterías que normalmente va alojado en la zona del maletero, justo encima del eje posterior o en su defecto en el centro del vehículo entre los asientos. Estos son los lugares más seguros en caso de colisión y por ello se colocan también ahí, ubicadas en el mismo lugar donde hace muchos años los vehículos incorporan los depósitos de combustible.

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Elementos que conforman al sistema de enfriamiento en vehículos híbridos y eléctricos.

Empleando micro canales de componentes electrónicos en los coches híbridos y eléctricos favorece el funcionamiento de sus motores. Fig. 1 Conductos de admisión de aire para refrigerar baterías Prius.

Ventilador Si la temperatura decae por debajo del valor mínimo fijado por el fabricante, la solución es muy fácil: sólo hay que dotar el compartimento de la batería con una serie de resistencias térmicas y, por ejemplo, un ventilador que haga circular este aire caliente por su interior de forma que reparta el calor homogéneamente. Fig. 2 Partes sistema de enfriamiento baterías Prius.

Tomas de aire Por las que el ventilador situado en las proximidades de la batería toma aire y lo distribuye por el interior.

Fig. 3 Toma de aire Prius.

Fig. 4 Rejilla de toma de aire del habitáculo Prius.

Sensores Contiene sensores de temperatura de distribuyen a lo largo del sistema de refrigeración, uno en la zona del aire de entrada y los otros tres a lo largo de los módulos de la batería de forma que se controla uniformemente su temperatura. Una vez que el aire ha circulado por el interior de la batería, otro conducto lo lleva al exterior, en este caso a la zona del maletero, donde existe una salida de aire para tal fin. 2 de 6

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Ejemplo de construcción de una batería Alrededor de ella se suelen encerrar en carcasas metálicas, con el fin de aumentar más si cabe su protección e incluso en muchos casos, el electrolito utilizado es de tipo gel con lo que se minimiza en gran medida el riesgo de fugas que por ejemplo podría existir con el mismo producto pero en estado líquido. Pensemos por ejemplo en una batería de Niquel Metalhidrudo (NiMH) de las que equipa en Toyota Prius. Para que tenga lugar la reacción química en su interior necesaria para poder almacenar energía, se fabrica de la siguiente forma: el polo positivo contiene Hidróxido de níquel (Ni(OH)2), el polo negativo Aleación metálica capaz de almacenar H (M) y por último el electrolito está formado por Hidróxido de potasio (KOH). Durante su carga el calor interior aumenta y estas baterías para su correcto funcionamiento deben operar dentro de unos rangos de temperatura determinados. Así por ejemplo, las baterías NiMH son capaces de operar en descarga con temperaturas desde 20 ºC hasta 50 ºC y en carga desde 0 ºC hasta 45 ºC aproximadamente. Si nos encontramos fuera de estos límites, tendremos que o bien calentar o bien refrigerarlas para así mantenerlas en las condiciones óptimas. La importancia de la refrigeración Si la temperatura decae por debajo del valor mínimo fijado por el fabricante, la solución es muy fácil: sólo hay que dotar el compartimento de la batería con una serie de resistencias térmicas y, por ejemplo, un ventilador que haga circular este aire caliente por su interior de forma que reparta el calor homogéneamente. Pero para la refrigeración se presentan mayores complicaciones ya que es obligatorio tomar aire del exterior y hacerlo circular por el interior. Para ello existen precisamente estas tomas de aire en las proximidades de los asientos traserosque comentábamos al principio y por las que el ventilador situado en las proximidades de la batería toma aire y lo distribuye por el interior. Cuatro sensores de temperatura de distribuyen a lo largo del sistema de refrigeración, uno en la zona del aire de entrada y los otros tres a lo largo de los módulos de la batería de forma que se controla uniformemente su temperatura. Una vez que el aire ha circulado por el interior de la batería, otro conducto lo lleva al exterior, en este caso a la zona del maletero, donde existe una salida de aire para tal fin. En caso de que la temperatura no se mantenga dentro de los parámetros correctos, podemos sufrir el riesgo de acortar la vida de nuestra batería de forma alarmante e incluso que esta quede inservible de forma permanente. De ahí que sea muy importante mantener, como decíamos, despejadas las tomas y tanto los conductos como el ventilador en perfecto estado y limpios. Funcionamiento

Funcionamiento del sistema de refrigeración de los vehículos híbridos y eléctricos Sistema de refrigeración vehículo hibrido

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En el vehículo hibrido, el motor térmico se refrigera del mismo modo que los tradicionales, mediante un líquido refrigerante.

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El sistema de refrigeración del auto tiene como función primordial mantener el motor siempre a temperatura de funcionamiento.

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El funcionamiento del sistema de refrigeración se da cuando un fluido llamado refrigerante circula por el interior del motor, extrayendo el calor generado Fig. 5 Sistema de refrigeración convencional en la combustión, permitiendo que el motor funcione a temperatura constante sin recalentar.

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En el vehículo hibrido el motor eléctrico está sometido a altas intensidades que producen calor lo cual es necesario refrigerar

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Se puede refrigerar por líquido y aire.

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También hay que refrigerar las baterías por lo cual se saben refrigerar con agua o con algún líquido refrigerante

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Igual hay que refrigerar equipos electrónicos equipándolos de radiadores térmicos mediante ventiladores

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El movimiento del aire producido por el desplazamiento del vehículo puede ser suficiente

Sistema de refrigeración vehículo eléctrico •

En el vehículo eléctrico no es necesario contar con un sistema de refrigeración

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En su mayoría es necesario disponer de tomas de aire que abastezcan a las baterías y al mismo motor.

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Simplemente el aire que ingresa al vehículo es suficiente

Bomba de agua eléctrica Las bombas de agua eléctricas usadas por BMW mejoran la eficiencia del motor y reducen las emisiones contaminantes. Las bombas de agua mecánicas son accionadas por el motor a través de una banda, de manera que, mientras el motor esté funcionando, la bomba hará circular el refrigerante a través del motor, aunque no exista la necesidad de enfriarlo. Las bombas de agua eléctricas cuentan con regulación electrónica, se conectan en continuo cuando es 4 de 6

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necesario enfriar el motor, pero, por ejemplo, cuando se arranca el vehículo, la bomba no circula el refrigerante permitiendo que el motor alcance su temperatura optima de funcionamiento más rápidamente. Como la bomba de agua eléctrica no está conectada al motor: 

Mejora la potencia del motor: La potencia del motor que se usa para accionar la bomba de agua, ahora se usará para mover el vehículo.



Optimiza la temperatura: Como la velocidad del motor de la bomba se puede controlar, entonces se puede controlar el flujo de refrigerante y con ello controlar la temperatura del motor con mayor precisión mejorando la eficiencia del mismo.

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Mejora la eficiencia del motor: Permite regular de mejor manera la temperatura optima de funcionamiento del motor, si es necesario que el motor se caliente rápido entonces o no hace circular el refrigerante o hace circular un poco, por el contrario, si es necesario enfriarlo, puede funcionar a mayor velocidad que si estuviera conectada al motor enfriándolo más rápido.

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Reduce el consumo de combustible y por lo tanto las emisiones: Al quitarle la carga de la bomba al motor, el vehículo circulará más kilómetros por litro, mejorando el rendimiento.

Fig. 6 Bomba de agua eléctrica. BMW.

Materiales usados para la construcción de los sistemas de enfriamiento en vehículos híbridos y eléctricos. Se utilizan principalmente lo que son polímeros termoestables debido a su fácil moldeado y bajos costos que los podemos encontrar en los ventiladores, ductos de flujo de aire y mangueras. Otros materiales que podemos encontrar son aleaciones de aluminio para alivianar componentes y tener una óptima transferencia de calor como son:        

Placas refrigerantes para ECU. Panel de enfriamiento entre celdas para baterías y Fig. 7 Panel de enfriamiento entre celdas líquido refrigerante. Chevrolet Radiadores para la climatización del habitáculo. Extensiones del radiador principal. Placa de enfriamiento electrónico para el inversor. Ranuras de enfriamientos para baterías por aire. Enfriador del estator.

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Conclusiones 

El sistema de refrigeración en vehículos con sistemas híbridos es de vital importancia ya que de su correcto funcionamiento dependerá la vida útil de las baterías pudiendo alargar su tiempo de funcionamiento.

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En los vehículos híbridos el motor térmico es refrigerado de igual forma que en un vehículo convencional, mientras que el motor eléctrico y sus componentes son refrigerados con el aire ingresado y que circula por el vehículo gracias al desplazamiento del mismo.

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Tanto los vehículos híbridos como eléctricos necesitan de un buen sistema de refrigeración, principalmente en el área de las baterías, el inversor, la ECU y el motor eléctrico como es el área de estator.

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Existen distintos métodos de refrigeración ya sean activos o pasivos como también por aire o líquido refrigerante.

Bibliografía:

Bibliography AVID Technology. (2017, Marzo 17). Avid Technology. Retrieved from http://avidtp.com/what-is-thebest-cooling-system-for-electric-vehicle-battery-packs/ E Auto. (2017, Enero 25). e-Auto. Retrieved from https://www.e-auto.com.mx/enew/index.php/85boletines-tecnicos/6757-bombas-de-agua-electricas Vishvanat, K. (2016, Junio 04). Quora. Retrieved from https://www.quora.com/Which-is-most-efficientcooling-system-for-electric-car

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