Así funciona un freno capaz de generar energía

El significado estrictamente científico de la palabra “energía” es difícil de asimilar incluso para personas con formación específica, pero todo el mundo entiende muy bien lo que es cuando tiene pagar por ella. Esto es lo que ocurre con ciertos tipos de energía como la electricidad y el gas que compramos para alimentar los sistemas de nuestro hogar o, con la que compramos en forma de gasolina o gasóleo para mover nuestros vehículos.

Compramos energía para impulsar nuestros vehículos en forma de gasóleo o gasolina en el caso de los coches térmicos y, en forma de electricidad en el caso del eléctrico. Esta energía viaja con nosotros almacenada en el depósito de combustible y/o en las baterías y entendemos bien su función porque si se termina, el coche se para. Por ello se trata de aprovechar esa energía lo mejor posible e incluso retomarla antes de que salga del vehículo.

Cada parada supone un desperdicio

Imaginemos que estamos parados ante un semáforo en rojo. Hay otro semáforo trescientos metros más adelante. Ponemos en marcha nuestro coche acelerando hasta 30 km/h consumiendo para ello cierta cantidad de combustible o electricidad y, de nuevo, debemos detenernos en el siguiente semáforo.

Como muestra del coste energético de la velocidad, con el mismo coche la energía consumida tras salir del semáforo para alcanzar los 60 km/h será cuatro veces superior que hacerlo a 30km/h y, nueve veces superior si alcanzamos los 90 km/h antes del siguiente semáforo.

Al detener el vehículo de nuevo, bien sea reteniendo con el motor o con los frenos, toda la energía que habíamos consumido para imprimir velocidad al coche habrá sido gastada una vez que el coche quede de nuevo parado. Si queremos reanudar la marcha debemos volver a extraer energía de las reservas.

La energía como el dinero, ¿se puede recuperar una vez consumida?

Un caso de reaprovechamiento de la energía una vez consumida por el motor térmico: la calefacción del habitáculo de los vehículos térmicos. Esta aprovecha parte de la energía que desperdicia el motor en forma de calor para calentar el aire del habitáculo. Es por ello que la calefacción en los coches suele ser muy eficaz, pues casi siempre hay calor de sobra y gratuito.

¿Podríamos haber guardado esa energía que tenía el coche en forma de velocidad al frenar en el semáforo y, utilizarla para volver a arrancar cuando este se puso verde? La respuesta es sí, si nuestro coche tuviera freno regenerativo, como es el caso del Renault ZOE.

Vamos a ver cómo podemos reaprovechar energía de otra forma para poder recargar las baterías del coche eléctrico durante la marcha.

¿Qué es un freno regenerativo y cómo funciona?

Un freno regenerativo es un sistema de frenado aplicable a cualquier vehículo y que al actuar haciendo disminuir la velocidad, acumula parte de la energía cinética que tiene el vehículo en forma aprovechable, bien para volver a impulsar el vehículo más adelante, bien para accionar otros sistemas. Los frenos clásicos o un motor térmico al retener, trabajan mediante rozamiento y expulsan toda la energía fuera del vehículo en forma de calor. El freno regenerativo sin embargo acumula esa energía en forma de energía eléctrica dentro del vehículo para su reaprovechamiento.

El tipo de freno regenerativo más utilizado es el de los vehículos eléctricos e híbridos, que genera de nuevo energía eléctrica al frenar el coche cargando las baterías, transformando energía cinética en eléctrica, igual que lo hace un generador eléctrico. Por tanto, habría que instalar un generador eléctrico en el vehículo, a no ser que podamos utilizar el propio motor eléctrico como generador. ¿No dicen los expertos que un generador y un motor eléctricos son máquinas iguales?

El propio motor eléctrico que impulsa el vehículo puede trabajar como generador si se invierte su funcionamiento, veamos cómo se consigue.

Los protagonistas serán los elementos principales de un coche eléctrico: el controlador eléctrico, el motor y las baterías.

La electricidad genera movimiento y viceversa

En el funcionamiento en modo motor el controlador eléctrico, que es el director del sistema, se encarga de tomar corriente continua de las baterías, transformarla en una onda eléctrica alterna y enviarla al estátor (parte fija, posición 2 de la ilustración), donde gracias a esa electricidad se genera un campo magnético giratorio con una velocidad de giro e intensidad adecuadas a cada circunstancia. La intensidad magnética es variable en función de la fuerza que demande el conductor con el acelerador. El campo magnético generado en el estátor “empuja” al rotor haciéndole girar con fuerza para mover el coche.

Ahora el conductor levanta el pie del acelerador: es la señal para pasar el motor a modo generador. Para ello el controlador deja de enviar electricidad al estátor desapareciendo así el campo magnético que antes empujaba al coche. A cambio envía sólo electricidad al rotor el cual genera un campo magnético que al girar induce una corriente eléctrica en las bobinas del estátor. El controlador transforma esa electricidad alterna que ahora sale del motor, por los mismos cables por donde entraba en modo motor, de manera que pueda ser almacenada de nuevo en las baterías. Este fenómeno de creación de electricidad por movimiento magnético requiere una fuerza, siendo ésta la frenante que ahora actúa sobre el vehículo.

Si el conductor además pisa el pedal del freno suavemente, el controlador aumenta la intensidad magnética del rotor, aumentando la intensidad eléctrica generada y con ello la fuerza frenante. Si el conductor sigue aumentando la presión sobre el freno comienzan a actuar los frenos mecánicos combinados con el efecto de frenada magnética del motor.
Ni este ni ningún sistema de recuperación de energía es perfecto, es decir, nunca tomará toda la energía que anteriormente se usó para impulsar el vehículo; sin embargo sí puede recuperar una parte notable y, dado que no requiere de la instalación de ningún componente importante en un coche eléctrico, su implementación resulta de lo más lógica para no ir desperdiciando energía en cada frenada. Esto es básico para aumentar la autonomía de nuestros coches eléctricos.

Fuente: Corriente Eléctrica | Renault