La energía eléctrica impulsa el futuro de los coches

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    2017 abril 06, 11:00 CET

    Los avances en la tecnología de rodamientos ayudarán a ofrecer el tren de transmisión eléctrico del futuro, explica Anthony Simonin, Director del Centro especializado en vehículos eléctricos (EV) y en vehículos híbridos eléctricos (HEV) de SKF

    Gotemburgo, Suecia, 6 de abril de 2017: Los vehículos eléctricos (electric vehicles, EV) y los coches híbridos se pasan al carril rápido. Aunque los coches "convencionales" seguirán dominando el mercado, la necesidad de reducir las emisiones de dióxido de carbono y partículas de combustible acelerará el desarrollo de estos vehículos "alternativos".

    Lo que antes era poco más que una curiosidad, ahora está experimentando un auge: la firma analista de la industria Frost & Sullivan estimó recientemente que los EV e híbridos podrían representar el 10% de las ventas totales de automóviles dentro de cinco años. Esto significa que la evolución del tren de transmisión hacia la electrificación resulta inevitable. Sin embargo, esta no es una tarea fácil. El tren de transmisión de un coche híbrido, por ejemplo, es mucho más complejo que el de un coche convencional, debido a la necesidad de cambiar entre los motores eléctricos y los convencionales, o usar ambos a la vez. Existen muchas maneras de conseguir esto, y continuamente surgen otras nuevas. Lo más sencillo es integrar el motor eléctrico en las configuraciones existentes, pero en los próximos cinco o diez años podríamos tener en el mercado más de 30 diseños diferentes de trenes de transmisión para vehículos eléctricos o híbridos.

    Los diseñadores de todas estas variantes buscarán que sean lo más compactas posible, sin dejar de lado la robustez, facilidad de montaje y, lo más importante, una mayor eficiencia energética. Sus diseños serán fundamentales, como lo serán los componentes que elijan. Los rodamientos suelen ser componentes ocultos, pero su uso selectivo ayudará a resolver algunos de los problemas que afectan el diseño del tren de transmisión eléctrico.

    Recuperación de energía
    Un componente fundamental en el sistema de propulsión de un vehículo híbrido es el generador con arrancador accionado por correa (belt driven starter generator, BSG), que recupera la energía de frenado y la devuelve al motor para potenciar el par y mejorar su rendimiento.

    SKF ayudó recientemente a un proveedor de primer nivel a mejorar el diseño de su sistema BSG, que formaba parte de un sistema de propulsión de 48 V. Para la última versión del BSG, SKF desarrolló un nuevo diseño de rodamiento de posicionamiento del rotor, que puede utilizarse con los motores de tracción síncronos o de inducción, que incorporan los vehículos eléctricos e híbridos. El diseño de este rodamiento de posicionamiento del rotor, compacto y suficientemente liviano para utilizarlo en este tipo de tren de transmisión, se ha centrado en mejorar la resistencia ante condiciones extremas. Puede soportar temperaturas continuas de hasta 150 °C, no se ve afectado por alteraciones intensas del campo magnético ni por altos niveles de vibración, y puede reducir la ondulación del par y el ruido eléctrico.

    En general, la mayor precisión que aporta el dispositivo permite que el motor eléctrico funcione más silenciosamente, con lo que se logra un andar más suave y mayor eficiencia. Como beneficio adicional, es fácil de incorporar en el conjunto del BSG.

    Reducción de la fricción
    A pesar de las enormes variaciones de las arquitecturas de diseño, los desafíos que las fundamentan siguen siendo los mismos. Uno de los más importantes es el más antiguo enemigo de la industria automotriz: la fricción.

    La lucha contra la fricción tiene lugar en casi todas las partes del coche, desde los neumáticos hasta los pistones. Sin embargo, hay elementos específicos de los vehículos eléctricos e híbridos, en especial la mayor densidad de potencia y velocidad, que acentúan los efectos de la fricción. Una manera de abordar esto es diseñar componentes que puedan reducir la fricción. En una reciente colaboración con el cliente, SKF ayudó a un proveedor de primer nivel a mantener el diseño compacto de un motor de arranque alternador de transmisión por correa (belt alternator starter, BAS) de 48 V, con mayor carga, a más velocidad y temperatura. Esto se logró mediante la instalación de sus rodamientos de bolas eDrive (en este caso, rodamientos rígidos de bolas), que presentan muy baja fricción y están diseñados específicamente para utilizar en trenes de transmisión eléctricos e híbridos. Utilizan una jaula de rodamiento de material polimérico patentada, además de una geometría optimizada del camino de rodadura del rodamiento y una grasa especialmente formulada para reducir la fricción hasta un 30%.

    No obstante, en realidad el proceso comenzó antes, cuando SKF modeló el diseño de la pieza, mediante su software de simulación, y lo sometió a pruebas a nivel componente. El modelado de componentes suele ser el punto de partida fundamental para conseguir su especificación. En este ejemplo, el cliente originalmente utilizaba rodamientos estándares, pero no cumplían satisfactoriamente su función.

    Las pruebas también son fundamentales. De hecho, SKF ya está construyendo una serie de plataformas de pruebas para alta velocidad que superan las necesidades actuales del mercado, ya que es muy probable que esas necesidades cambien en el futuro.

    Solución de problemas nuevos
    Con frecuencia, la tecnología nueva puede ser, al mismo tiempo, una bendición y una maldición. Por cada ventaja que trae, también puede haber una desventaja. Un buen ejemplo son los inversores eléctricos. Para todos sus beneficios, como la mayor eficiencia energética, su conmutación de alta velocidad aumenta la frecuencia de la señal, lo que causa fugas de corriente. Esto puede dañar componentes, como los rodamientos, y reducir su vida útil.

    Una manera de solucionar esto es utilizar piezas alternativas, como rodamientos híbridos. Estos combinan un aro de acero inoxidable y un elemento rodante de cerámica, lo que ayuda a aislar las fugas de corriente y protege a los componentes de las corrientes parásitas. La tecnología puede hacer frente a la alta velocidad de los trenes de transmisión eléctricos, así como a los casos de lubricación deficiente. Los coches eléctricos e híbridos también son mucho más silenciosos que los coches más convencionales. Sin embargo, una consecuencia ligeramente molesta de esto es que ahora se pueden oír todos los chirridos y diferentes sonidos que anteriormente estaban enmascarados por el ruido del motor.

    Los coches eléctricos e híbridos son, sin duda, el futuro para la industria automotriz, con todos los principales fabricantes abocados a desarrollar su propia gama de vehículos. La optimización del diseño será fundamental y, aparentemente, en muchos casos, el humilde rodamiento tendrá un enorme efecto sobre el rendimiento.

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    SKF es uno de los principales proveedores mundiales de rodamientos, sellos, mecatrónica, sistemas de lubricación y servicios, entre los que se incluyen asistencia técnica, servicios de mantenimiento y confiabilidad, asesoramiento en el campo de la ingeniería y capacitación. SKF tiene representaciones en más de 130 países y cuenta con, aproximadamente, 17 000 distribuidores en todo el mundo. Las ventas anuales en 2016 fueron de 72 787 millones de coronas suecas, y el número de empleados fue de 46 868. www.skf.com

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