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Frenado regenerativo: función y componentes
Cada vez que pisamos los frenos de nuestro coche, estamos desperdiciando energía. La física nos dice que la energía no se puede destruir, por eso, cuando un coche frena, la energía cinética que lo impulsaba tiene que ir a parar a algún sitio. Lo cierto es que parte de ella queda inservible al disiparse en forma de calor.
Esa energía que podría haberse utilizado para realizar un trabajo acaba siendo desperdiciada, pero, ¿hay alguna manera de no desperdiciarla? Los ingenieros de automoción han reflexionado mucho sobre este asunto y han ideado un tipo de sistema de frenado que permite recuperar gran parte de la energía cinética del coche y convertirla en electricidad, de modo que pueda ser empleada para cargar las baterías del vehículo.
Esta genial tecnología se denomina frenado regenerativo. Es posible que haya oído hablar de él, pero, ¿qué significa este término y cómo es la conducción de un coche con este tipo de frenos? Echaremos un vistazo más de cerca a esta y otras cuestiones, así que, siga leyendo para descubrir todo lo que necesita saber.
Fundamento del sistema de frenado regenerativo
Gracias a este sistema que capta la energía cinética durante la desaceleración del coche y la almacena en la batería como electricidad para poder utilizarla posteriormente para alimentar el motor eléctrico, los vehículos logran sacar provecho de la energía que de otro modo se hubiera desperdiciado. Estos frenos son habituales en muchos coches modernos, pero es en los coches híbridos y eléctricos puros donde desempeñan un papel más activo y evidente.
Este sistema ha ido adquiriendo mayor importancia conforme ha aumentado el número de coches equipados con motores eléctricos, ya sean híbridos o completamente impulsados por baterías. Mantener la batería cargada es algo fundamental para ellos, de ahí que el freno regenerativo para motores dc tenga una función muy relevante en los vehículos totalmente eléctricos o híbridos. En la actualidad, esta tecnología se encuentra presente sobre todo en este tipo de coches, pero también ha sido implementada en lugares tan insólitos como las bicicletas eléctricas e incluso en los coches de carreras.
El hecho de que este sistema convierta la energía cinética del coche en electricidad para cargar la batería viene a explicar por qué los híbridos convencionales no requieren ser enchufados. Estos vehículos hacen uso de la frenada regenerativa para recargar sus baterías durante la conducción. Por su parte, los vehículos eléctricos funcionan fundamentalmente con la carga que han acumulado al ser enchufados a una toma de corriente, aunque también se valen de esta frenada para ayudar a cargar sus baterías, que son las que impulsan directamente el coche.
En un sistema de frenos de un coche tradicional, los frenos son solo frenos, por lo que el conductor pisa el pedal y las pastillas producen fricción con los discos para reducir la velocidad o detener el vehículo. Concretamente, dichos sistemas emplean discos de freno, también llamados rotores, que se sitúan detrás de las ruedas y que giran con ellas. Cuando se pisa el pedal de freno, la presión del líquido hidráulico empuja las pastillas de freno de coche contra los discos de cada rueda y la fricción resultante hace que el coche disminuya su velocidad o frene. Además, entre las ruedas que están frenando y la superficie de la carretera se produce una fricción adicional.
Toda esta fricción es la que convierte la energía cinética del coche en energía térmica, con lo cual los frenos se calientan, el calor generado se disipa y esa energía se pierde. Si bien hay que señalar que los fabricantes de coches han diseñado todos estos elementos para que se enfríen con gran rapidez, ya que los frenos calientes no funcionan con tanta eficacia. Gracias al frenado regenerativo función, esa energía cinética, que de otro modo quedaría desperdiciada, es capturada y convertida en electricidad que se utiliza para recargar la batería del coche.
Por tanto, la idea que hay detrás de este sistema es la de capturar la energía cinética de la frenada. Veamos cómo se logra.
Funcionamiento del frenado regenerativo
Como hemos visto, esta tecnología se emplea en vehículos que hacen uso de motores eléctricos. En ellos, el motor eléctrico se encarga de mover las ruedas por sí solo (vehículos totalmente eléctricos) o bien en combinación con el motor de gasolina (vehículos híbridos).
Al observar cómo funcionan los coches eléctricos, puede apreciarse que una de las propiedades más interesantes que poseen los motores eléctricos es la de poder funcionar en dos direcciones. Una dirección convierte la energía eléctrica en mecánica, que en este caso es utilizada para hacer girar las ruedas y mover el coche, mientras que la otra dirección recarga la batería.
En concreto, cuando el conductor levanta el pie del acelerador o pisa el pedal de freno de un vehículo eléctrico o híbrido, el motor eléctrico deja de suministrar energía haciendo que el vehículo disminuya su velocidad. Con este tipo de frenos, el motor eléctrico cambia de dirección, es decir, comienza a funcionar en sentido contrario, lo cual frena las ruedas del coche, pero no las hace retroceder.
Una vez que el motor ha invertido el sentido de giro, pasa a actuar como un generador eléctrico, captando la energía cinética de las ruedas al frenar y convirtiéndola en energía eléctrica. Esta energía eléctrica es entonces suministrada y almacenada en la batería del vehículo, donde será enviada nuevamente al motor eléctrico cuando sea necesaria para impulsar las ruedas y acelerar de nuevo el coche.
Dado que el freno regenerativo funcionamiento es controlado electrónicamente, la cantidad de energía capturada puede variar en función de cómo esté configurado. En algunos de ellos, el conductor tiene incluso la posibilidad de seleccionar ciertos parámetros que determinan cómo reacciona el vehículo en diferentes situaciones y puede decidir la cantidad de frenada regenerativa que va a utilizar adaptándola a sus preferencias. Cuando se selecciona el máximo, esto es, una frenada más agresiva, el sistema va a capturar y almacenar más energía, pero el vehículo también va a reducir su velocidad antes, pudiendo llegar a detenerse por completo en algunos casos.
Durante la conducción de muchos vehículos eléctricos, cuando se levanta el pedal del acelerador por completo, parece que se tuviera el pie en el freno. Los fabricantes de coches suelen denominar a esto como conducción con un solo pedal. Con algo de práctica, los conductores pueden modular el acelerador y ser capaces de circular por el tráfico denso usando únicamente dicho pedal: acelerando lo suficiente para avanzar según sea necesario, para luego soltar el pedal y dejar que la frenada regenerativa efectúe la parada. Si el coche está frenando rápidamente, las luces de freno se encenderán en muchos casos, incluso si no estamos tocando el pedal del freno.
Ahora bien, este tipo de frenos no basta para detener un vehículo en todas las situaciones, sobre todo cuando se circula a velocidades elevadas. De ahí que los vehículos totalmente eléctricos e híbridos también dispongan de un sistema de frenos estándar, como los que poseen los vehículos con motores de combustión interna. Estos frenos de fricción convencionales actúan a modo de sistema de apoyo en situaciones en las que el frenado regenerativo no es capaz de proporcionar la potencia requerida para frenar. De este modo, si pisamos el pedal con la suficiente fuerza, el sistema hidráulico entrará en acción para detenernos rápidamente (dependiendo de la velocidad).
Otro aspecto positivo es que los frenos de fricción no tienen que realizar un trabajo tan intenso, puesto que los regenerativos también reducen la velocidad del coche. Así, los conductores de vehículos híbridos o eléctricos suelen comprobar que necesitan nuevos componentes del sistema de frenos con una frecuencia mucho menor respecto a los coches de combustión.
Sistema de frenos regenerativos, componentes
La electrónica del vehículo ha de decidir qué sistema de frenos es el más apropiado en cada momento. Como hemos señalado y según la configuración del sistema, cada coche tendrá en el pedal del acelerador una cantidad diferente de fuerza necesaria para que los frenos entren en acción.
Para decidir en qué momento se debe invertir el sentido de giro del motor y dirigir la electricidad generada por este hacia las baterías del vehículo, son necesarios sofisticados circuitos electrónicos. En algunos casos, la energía producida por este tipo de frenos es almacenada en una serie de condensadores para su uso posterior.
Hay diferentes diseños de circuitos para gestionar la complejidad de estos frenos. Pero la parte más importante del circuito de frenado es en todos los casos el controlador de freno regenerativo. Se trata de un dispositivo electrónico cuya función más relevante es la de decidir si el motor es capaz de hacer frente a la fuerza necesaria para detener el coche. En caso de no serlo, el controlador se encargará de delegar el trabajo en los frenos de fricción, evitando así un posible accidente.
Frenado regenerativo en coches híbridos
Estos vehículos utilizan tanto un motor eléctrico como un motor convencional para ofrecer la mejor experiencia de conducción que ambos mundos pueden brindarnos. Si prestamos atención a cómo funciona un automóvil híbrido, vemos que en él se aúna la autonomía propia de un motor de combustión interna con la eficiencia en el consumo de combustible y la ausencia de emisiones que proporciona un motor eléctrico. Si pretendemos que un coche de este tipo logre la máxima eficiencia de combustible con el menor número de emisiones de carbono, es primordial que la batería permanezca cargada el mayor tiempo posible. Y es que, si esta se quedara sin carga, sería el motor de combustión interna el encargado de proporcionar toda la energía al vehículo, el cual ya no actuaría como un híbrido y pasaría a ser un coche más que quema combustibles fósiles.
La industria de automoción se vale de distintos medios encaminados a obtener la máxima eficiencia de los híbridos, como la aerodinámica de las carrocerías y el uso de materiales ligeros, pero la frenada regenerativa es sin duda uno de los más valiosos. Sin estas medidas resultaría difícil emprender los viajes más largos sin depender del motor convencional. No obstante, hay que señalar que en una configuración híbrida el motor de combustión interna no obtiene beneficio alguno de este tipo de frenos, ya que solo pueden proporcionar energía al motor eléctrico a través de la batería.
Eficiencia e importancia del frenado regenerativo
Durante la frenada de un coche convencional, gran parte de su energía se convierte en calor a través de la fricción y se pierde sin ser utilizada, haciendo que la eficiencia energética de estos coches sea baja. Lo extraordinario del frenado regenerativo es que es capaz de capturar gran parte de esa energía y aprovecharla de nuevo. En concreto, recupera parte de la energía cinética del vehículo y la convierte en electricidad que es empleada para recargar las baterías, desde las cuales será suministrada al motor eléctrico coche para hacer que funcione.
En el caso de los coches híbridos, la mejora de la eficiencia lograda se traduce también en un menor gasto de combustible, ya que al estar equipados con estos frenos logran recorrer una distancia considerablemente mayor con un litro de gasolina. Y eso es algo que la mayoría de los conductores pueden apreciar en sus bolsillos.
La cantidad de energía que capta este sistema de freno depende de varios factores. Puesto que el rendimiento depende en gran medida de cómo se conduzca el vehículo o del comportamiento al volante de los conductores, las tasas de rendimiento más elevadas se consiguen cuando estos reducen la velocidad con suficiente antelación. Por el contrario, quienes se detienen de forma precipitada y pisan los frenos en el último momento obtienen la menor eficiencia, sobre todo porque están dependiendo en gran medida de los frenos convencionales del vehículo. Es indispensable ajustar el estilo de conducción si se quiere sacar el máximo provecho de este sistema.
Nos encontramos en un periodo que podría llegar a ver el fin de las extensas reservas de combustibles fósiles que han estado proporcionándonos energía para la automoción y otras tecnologías durante muchos años. A ello hay que añadir que los temores y efectos negativos de las emisiones de gases de efecto invernadero, procedentes en su mayor parte de los coches, están llegando a su punto álgido. Este periodo podría ser, por tanto, el último en el que los motores de combustión interna se utilicen de modo habitual en los automóviles.
De ahí que estas tecnologías que añaden más eficiencia energética a los automóviles adquieran cada vez más importancia y los fabricantes estén avanzando hacia soportes energéticos alternativos. Este tipo de frenos permite, por ejemplo, ampliar la autonomía de los vehículos totalmente eléctricos al poder mantener la carga de sus baterías durante más tiempo sin necesidad de enchufarlos a un cargador externo. Por sus beneficios y aplicaciones, la frenada regenerativa constituye un paso muy importante en el camino hacia nuestra independencia definitiva de los combustibles fósiles.