Estudio de la viabilidad de la recuperación energética en las suspensiones de autobuses de transporte urbano

Abstract

En los últimos años, la implantación de los automóviles eléctricos se ha incrementado considerablemente. Los grandes fabricantes de coches han comercializado ya sus primeros modelos en la que se avecina una posible tercera revolución industrial, con los ecologistas llamando a las puertas, y las altas exigencias en cuanto a emisiones por parte de la U.E, que impulsa hacia la búsqueda de tecnologías de transporte más limpias. A día de hoy, el 51,4% de los contaminantes a la atmósfera proceden de los medios de transportes tradicionales [1], por lo que es necesario buscar alternativas o métodos que reduzcan estas emisiones cada vez más preocupantes. Como se ha mencionado antes, las normas EURO X son un claro ejemplo de las medidas que se están tomando para exigir niveles de contaminación controlados, pero aun así resulta insuficiente. Al estar ligado la contaminación al consumo de litros de combustible, esto impulsó a los fabricantes a concienciarse en la fabricación de modelos de bajo consumo. De dónde marcas como Peugeot, Audi y Volkswagen, entre otros, propusieran modelos de bajo consumo rondando los 3 litros por cada 100 km recorridos [2]. Estos nuevos automóviles, y la competencia que ellos generan, suponen un avance en el camino hacia el alcance de la máxima eficiencia. No obstante, las limitaciones de los motores térmicos de combustión interna, con un rendimiento en torno al 30%, se convierten en el verdadero desafío. Esto significa que alrededor de dos tercios de la energía contenida en el combustible se desperdicia y solo una tercera parte es utilizada para propulsar el automóvil. Mientras que algunos buscan optimizar el consumo y reducir las emisiones, otros fabricantes apuestan por la revolución eléctrica. Tesla entre otros, comercializa con automóviles eléctricos que ofrecen buenas prestaciones pero tanto la autonomía como el precio siguen limitando su crecimiento, y por tanto no termina de convencer. Nos encontramos en un periodo de investigación hacia el automóvil de alto rendimiento en cuanto a consumo y emisiones. Esto lleva a buscar alternativas que puedan optimizar y reducir el consumo, o bien recuperar parte de la energía consumida. Fabricantes como GKN apuestan por la recuperación de energía en las frenadas (KERS), que nos permite regenerar parte de la energía que se perdería en forma de calor en los frenos de un automóvil. Esta energía en los coches de competición podría ofrecer 60 kW adicionales durante 6,67 segundos, o lo que es lo mismo, una energía recuperada de 400 kWh. Consecuentemente, el objetivo primordial de este proyecto es estudiar la viabilidad de la recuperación de energía en las suspensiones de un vehículo, y en particular en las suspensiones de un autobús. Al igual que la frenada, los movimientos verticales de la masa suspendida disipan energía en forma de calor en el amortiguador, y se estudiará de que magnitud de energía se trata y en qué proporción, en relación con el consumo del vehículo en cuestión. En conclusión, nos encontramos en una época donde el desarrollo de la ingeniería está centrado en mejorar la eficiencia de los sistemas existentes, y en este proyecto se estudiará hasta que nivel las suspensiones regenerativas podrían llegar a aumentar la eficacia de un automóvil.

In the last decades, the number of electric vehicles has increased considerably. Vehicle manufacturers have already sold their first car models by which a possible third industrial revolution may arise. With both environmentalists knocking on doors and EU commission demanding lower emissions, the situation drives at finding cleaner transport technology. Nowadays, traditional means of transports generate approximately 51% of pollution emitted to atmosphere [1], and that is why it is necessary to find new alternatives to decrease these emissions. The EURO X regulations are clearly an example of the measures that EU commission is carrying out to control the releases, but these actions are still not enough to reduce pollution significantly. As pollution correlates to car fuel consumption, manufactures are conscious that automotive industry need to change towards less-consumption vehicles. Hence, OEMs (Original Equipment Manufacturer) such as Peugeot, Audi, and Volkswagen propose some low-power car models that consume ~3 liters per 100 km [2]. These improvements are a further step to achieve the best cars in terms of efficiency. Unfortunately, internal combustion engines have an efficiency close to 30%. That inefficiency makes that around a quarter of their energy converts to propel the car and that two thirds of the overall energy transforms into loses. While some researchers try to optimize internal combustion engines, others trust on the electric revolution. Tesla, among others, offers high performance electric cars, but both the lack of autonomy and the high prices reduce their attractiveness. Nowadays, companies look for high-performing automobiles in terms of consumption and emissions. This fact leads to pursue different energy-saving alternatives that either reduce consumption or recover some of the energy consumed. Manufacturers such as GKN supports kinetic energy recovery system (KERS), which regenerates some of the energy that is lost as heat in the braking process of a car. In racing cars, this energy could offer an additional 60 kW during 6.67 seconds, or, in other words, an overall energy of 400 kWh. Consequently, this Project is focused on studying the feasibility of energy recovery in vehicle suspensions, specifically in bus suspensions. Similarly to how the KERS system works, the vertical motion of the sprung mass dissipates thermal energy in the shock absorber of the car, and it will be shown how large this energy might reach. In conclusion, currently, engineers face an era when engineering development is focused on improving existing technology efficiency. Hereby, this project studies how regenerative suspensions increase car efficiency.