tecnologías que contribuyen al ahorro de combustible en
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Tecnologías que contribuyen al ahorro
de combustible en vehículos ligeros
MOVILIDAD Y TRANSPORTE
Índice de contenido
Introducción
Reducción de fricción interna del motor…………………………………………………01
Aceites de baja viscosidad para el motor…………………………………………………02
Desactivación de cilindros del motor………………………………………………………03
Modulación del movimiento temporizado de válvulas……………………………………04
Vehículos con bajo coeficiente de arrastre aerodinámico…………………………………05
Neumáticos de baja resistencia al rodamiento……………………………………………05
Reducción de peso…………………………………………………………………………06
Desactivación del eje secundario de tracción en vehículos 4WD y AWD……………06
Dirección asistida eléctricamente…………………………………………………………07
Frenos de baja fricción……………………………………………………………………07
Freno regenerativo…………………………………………………………………………07
Alternadores eficientes…………………………………………………………………..…08
Aire acondicionado……………………………………………………………………...…08
Divisor de potencia híbrido………………………………………………………………...09
Transmisión CVT………………………………………………………………………......09
Transmisión de doble embrague…………………………………………………………...10
Motor sin árbol de levas……………………………………………………………………11
Generadores termoeléctricos……………………………………………………………….11
Comentarios
Introducción
En este trabajo se presentan y explican diversas tecnologías que han surgido para contribuir al
ahorro de combustible en vehículos ligeros y que, principalmente, han sido integradas por el NRC
(Consejo de Investigación Nacional, por sus siglas en inglés) de las Academias Nacionales de
Ciencia, Ingeniería y Medicina de los Estados Unidos. Varias de estas tecnologías están enfocadas a
mejorar el desempeño del motor, otras están dirigidas a aumentar la eficiencia de algunos
accesorios del vehículo, mientras que otras más son tecnologías emergentes y que siguen
desarrollándose actualmente.
La finalidad de esta publicación es que los lectores estén conscientes de la gran cantidad de
tecnologías que se han desarrollado en el campo de la ingeniería automotriz. Otro objetivo es
entender cómo funcionan y cómo es que ayudan a reducir el consumo del combustible de los
automóviles.
El trabajo inicia con las tecnologías que inciden directamente en el desempeño del motor; después,
se presentan las alternativas que existen para reducir las fuerzas resistivas al movimiento del coche,
como la resistencia al rodamiento de las llantas y las fuerzas aerodinámicas. Posteriormente se
describen las innovaciones en diversos accesorios que utiliza el automóvil: dirección asistida,
sistemas de frenado, aire acondicionado, etc. Más adelante se habla sobre el desarrollo de los
sistemas de transmisión en vehículos a gasolina y en híbridos. Finalmente, se revisan las tecnologías
emergentes, que aún no se han integrado completamente en el mercado, dado que continúan
investigándose.
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Reducción de fricción interna del
motor
Las pérdidas por fricción se dan en todos
lados, desde las llantas al rodar, en la
transmisión de potencia por todos los
elementos mecánicos que la constituyen, hasta
el roce entre la camisa y el pistón del motor.
Un tercio del combustible de los vehículos se
destina a pérdidas por fricción, según un
estudio realizado por ingenieros del VTT
Technical Research Centre de Finlandia y del
Argonne National Laboratory (ANL) de
Estados Unidos.
Imagen 1: Distribución de la energía del combustible en el
automóvil durante conducción en la ciudad.
Para mitigar estos efectos, se han realizado
avances en la ciencia de los materiales y
desarrollado mejores aceites, aditivos y
lubricantes de baja viscosidad para motores.
De la mano de disciplinas como la ingeniería
de superficies, la fricción se puede reducir
entre 10% y 50%. Esta se basa en el uso de
superficies con materiales como diamante y
nanocompuestos.
Guiando el flujo del lubricante y las presiones
internas a través de microtopografías en las
superficies de los materiales, es posible
reducir la fricción entre 25% y 50%, así como
el consumo de combustible en torno al 3%.
Imagen 2: Partes principales del pistón.
En las partes del motor en las que se puede
concentrar el esfuerzo para disminuir la
fricción es, principalmente, en los
rodamientos, pistones, anillos del pistón,
válvulas y el cigüeñal.
El pistón como el de la imagen 2 puede ser
diseñado con faldas más pequeñas y ser
recubierto con materiales como óxidos de
zirconio o aluminio para reducir la fricción
durante su operación.
Otra aplicación de este tipo de recubrimientos
es en los elevadores de válvulas, ya que existe
la posibilidad de darles un recubrimiento de
diamante para disminuir la fricción que
presentan al rozar con las levas.
Los anillos del pistón pueden disminuir la
fricción que generan si estos son de baja
tensión, es decir, que generen menor presión
sobre las paredes del cilindro.
Si lográramos disminuir la fricción de todos
estos componentes en 10% (producto de
reducir la fricción de los rodamientos 50%, la
fricción del anillo del pistón 50%, 10% en la
del tren de válvulas y 50% de la producida por
los sellos del cigüeñal), se estima que
podríamos tener 2.2% de mejora en el
rendimiento de combustible.
2
Además, actualmente se encuentra en
desarrollo otra certificación de aceites para
motor, la esperada GF-6, con la cual se prevé
que la reducción en la fricción de los
componentes del motor produzca una mejora
en el ahorro de combustible del 1.07% al
1.37%.
Los ejes de balanceo, que permiten mitigar las
vibraciones del cigüeñal, también pueden
ahorrar 0.4% del combustible si estos están
ensamblados con rodamientos de rodillos.
Otra manera de incrementar el rendimiento del
combustible, al reducir la fricción, es haciendo
que los aceites alcancen más rápido su
temperatura de operación. Esto se puede lograr
con sistemas duales de enfriamiento en el
motor, como se muestra en la imagen 3. Estos
consisten en diseñar un sistema de
enfriamiento para el monoblock y otro aparte
para el cabezal; de esta manera, el monoblock
se calentará más rápido y el aceite junto con
él. Lodi reportó en 2008 una reducción del 3%
con este tipo de sistemas de enfriamiento para
el motor.
Imagen 3: Sistema de enfriamiento dual para motores.
Aceites de baja viscosidad para el
motor
Utilizar lubricantes de baja viscosidad permite
reducir los fenómenos de fricción dentro del
motor. Cambiar de un lubricante 5W-30 a 5W-
20 o inclusive 0W-20 puede ayudar a
disminuir el consumo de combustible del
motor.
El solo hecho de cambiar a lubricantes de baja
viscosidad puede reducir el consumo de
combustible de 0.5% al 1%, según la Agencia
de Protección Ambiental de E.U.
Imagen 4: Comportamiento de la viscosidad de varios
lubricantes SAE frente a cambios de temperatura.
De acuerdo con la Sociedad de Ingenieros
Automotrices (SAE), el primer número (5W)
se refiere al grado de viscosidad del lubricante
a bajas temperaturas y el segundo (30); se
refiere a su grado de viscosidad a altas
temperaturas.
Como se observa en la imagen 4, la viscosidad
guarda una relación inversamente
proporcional con la temperatura. De esta
manera, el aceite es más viscoso cuando se
encuentra frío, ¿qué tanto? Depende del grado
SAE y la gráfica puede darnos una idea.
¿Qué ocurre?
Cuando el motor está apagado y recién
arranca, el aceite se encuentra a bajas
temperaturas, por lo tanto, es más viscoso.
Entre más viscoso se encuentre, las piezas
mecánicas del motor (engranes, pistones) van
a necesitar más energía para poder realizar sus
funciones y esto implica mayor consumo de
combustible.
Por esta razón es mejor trabajar con
lubricantes de baja viscosidad, a excepción de
los motores turbo que utilizan específicamente
el grado 5W-30.
Interenfriador
Aceite Condensador
Bomba Ventilador
Radiador de
alta
temperatura
Radiador de
baja
temperatura
3
Imagen 5: Aceites comerciales de diferente grado SAE.
Para poder disminuir la viscosidad de un
aceite para motor se le agregan distintos
aditivos, que pueden ser:
Antioxidantes: disminuyen los efectos del
calor, agua, aire y algunos catalizadores, todos
considerados oxidantes.
Inhibidores de corrosión: evitan las reacciones
electroquímicas que puedan producir la
corrosión de los materiales.
Detergentes: limpian las superficies del motor,
ayudan a evitar que se formen ácidos capaces
de corroer el motor.
Dispersantes: ayudan a mantener suspendidas
las partículas de hollín en el aceite.
Anti-desgaste: crean capas protectoras para las
superficies, evitando que estas se desgasten.
Antiespumantes: logran que el aire no se
quede dentro del aceite y evita espumas en el
mismo.
Mejoradores del índice de viscosidad:
mantienen la viscosidad del aceite estable
frente a cambios de temperatura.
También existen modificadores de fricción,
con diversos compuestos añadidos que
permiten reducir el coeficiente de fricción que
hay entre dos superficies. Estos compuestos
pueden ser ácidos grasos saturados, fosfóricos,
carboxílicos, ésteres, polímeros orgánicos, etc.
Desactivación de cilindros del
motor
Esta tecnología es capaz de hacer que un
motor de 4 o hasta 8 cilindros trabaje con una
menor cantidad de estos, desactivando la
combustión en hasta 4 de ellos. Con ayuda de
mecanismos controlados electrónicamente, es
posible cerrar las válvulas de admisión y
escape en dichos cilindros.
Al hacer esto, los inyectores también dejan de
suministrar combustible en esas cámaras. Los
pistones siguen subiendo y bajando,
simplemente comprimiendo y expandiendo
una y otra vez los gases de escape que
quedaron atrapados al cerrar las válvulas de la
cámara de combustión. Esto último implica
que habrá menos fricción dentro de las
cámaras, por lo tanto, se traduce en un mayor
ahorro de combustible.
Imagen 6: Desactivación del tercer cilindro en un motor.
Los beneficios derivados por la desactivación
de cilindros provoca una mayor carga de aire-
combustible en el resto de los cilindros y, por
esa misma razón, las pérdidas producidas por
bombeo disminuyen, ya que los que quedan en
operación requieren menor compresión de
bomba.
Una aplicación de esta tecnología
implementada en un motor de Volkswagen
reportó hasta 8.5% en reducción del consumo
de combustible. Dicho motor de 4 cilindros
tiene la capacidad de desactivar hasta dos de
ellos para ofrecer un mejor rendimiento de
combustible.
4
Modulación del movimiento
temporizado de las válvulas
Un parámetro capaz de afectar el torque y la
potencia máxima a la que opera un motor es el
movimiento o el tiempo en el que se
accionarán las válvulas de la cámara de
combustión.
Por ejemplo, adelantar el cerrado de válvulas
durante la etapa de compresión favorece el
torque, mientras que retrasarlo favorecerá la
potencia.
Para ahorrar combustible mediante la
modulación del movimiento de válvulas, se
pueden tomar las siguientes medidas:
1. Retardar el cerrado de las válvulas de
admisión durante la compresión,
permitiendo que una porción extra de
carga entre a la cámara.
2. Cerrar prematuramente las válvulas de
admisión durante la etapa de admisión,
para que solo entre une pequeña
cantidad de mezcla aire combustible.
Cualquiera de las medidas anteriores es capaz
de disminuir las pérdidas por bombeo en el
motor y, en consecuencia; el consumo de
combustible entre 1% y 2%.
Vehículos con bajo coeficiente de
arrastre aerodinámico
La aerodinámica de un vehículo llega a ser
muy importante sobre todo en trayectos por
carretera, en la que se pueden alcanzar
velocidades de más de 65 km/h. A estas
velocidades, las fuerzas aerodinámicas se
manifiestan con mayor magnitud y pasan a ser
las fuerzas resistivas que al vehículo más
trabajo le costará vencer para mantenerse en
movimiento, como se aprecia en la imagen 7.
Es por esa razón que la ingeniería se ha
esforzado en desarrollar diseños que permitan
mitigar estos efectos.
Imagen 7: Distribución del % de energías resistivas a
distintas velocidades.
La idea es sencilla: entre menor sea el
coeficiente de arrastre del vehículo, menores
serán las fuerzas de resistencia al movimiento
por el aire. Otro parámetro importante a
considerar es el área frontal de nuestro
vehículo, ya que es en dicha área donde el aire
ejerce la fuerza de resistencia al movimiento.
Si un vehículo A presenta 10% menos arrastre
que un vehículo B, significa que el primero
ahorrará hasta 2% más de combustible en
carretera y 0.5% en ciudad que el segundo.
Imagen 8: Pruebas en túnel de viento de un automóvil.
%
Velocidad [km/h]
5
Neumáticos de baja resistencia al
rodamiento
¿Ha notado alguna vez que después de un
viaje en carretera, los neumáticos de su
vehículo se encuentran calientes?
Este hecho se debe a la disipación de energía
en forma de calor que realizan las llantas por
el hecho de rodar y deformarse continuamente.
Otra de las fuerzas resistivas que se oponen a
que el vehículo se mueva es la de resistencia al
rodamiento de las llantas.
Imagen 9: Fuerza resistiva al rodamiento de la llanta.
La resistencia al rodamiento que presentan las
llantas se ve afectada por varios factores: el
material, el patrón de la llanta, la forma y qué
tan inflada se encuentra.
Si la llanta no se encuentra inflada
apropiadamente, esta presentará una mayor
resistencia al rodamiento, de ahí la
importancia de tener la presión de los
neumáticos de nuestro coche en el valor que
recomienda el fabricante.
Imagen 10: Kit para el monitoreo de la presión y la
temperatura de las llantas del automóvil.
Una alternativa para mantener monitoreada la
presión de las cuatro llantas es mediante los
sistemas de monitoreo y temperatura (TPMS),
que pueden instalarse en las válvulas de los
cuatro neumáticos. Se trata de un juego de
sensores de presión y temperatura que mandan
en tiempo real los valores que están midiendo
en las llantas a un pequeño monitor.
Es posible programar alertas en los TPMS
para saber en qué momento la presión de las
llantas cae por debajo de cierto valor. Lo
recomendable es no permitir que la presión
baje más del 25% respecto al valor que nos
recomienda el fabricante.
Se estima que el consumo de energía en el
automóvil por el roce de las llantas con el
pavimento representa entre 4 y 7%.
Los neumáticos que tienen una baja resistencia
al rodamiento requieren menos energía para
deformarse, lo que se traduce en un menor
consumo de energía y de emisiones.
Un 10% de reducción promedio en la
resistencia al rodamiento, se puede asegurar
entre 1% y 2% de mejora en el rendimiento
del combustible.
Dirección de
rodamiento
Resistencia al
rodamiento
Fuerza de oposición
que hará menos
eficiente el consumo
de combustible
6
Reducción de peso
El peso de un vehículo es el parámetro
fundamental para saber qué tanto combustible
puede llegar a consumir un coche. La
reducción del peso en los automóviles es una
tendencia, con ayuda del desarrollo de nuevos
materiales es posible ir sustituyendo piezas
creadas con materiales más pesados por otras
que ofrezcan las mismas o, incluso, mejores
propiedades mecánicas con un peso mucho
menor.
Uno de los materiales compuestos que se ha
hecho muy popular es la fibra de carbono. Este
material no solo es más resistente que el acero,
sino que también es más ligero y cuenta con
una mayor elasticidad. Lo anterior da pie a que
se pueda utilizar menos cantidad de material
para obtener la misma resistencia que
ofrecería una pieza metálica.
Imagen 11: Piezas de fibra de carbono.
Algunas aplicaciones que tiene este material
se encuentran en los techos, paneles de la
carrocería o el capó. Otras partes que pueden
ser fabricadas con fibra de carbono son los
elementos aerodinámicos como alerones,
difusores y deflectores de aire. La aplicación
más significativa es en la fabricación del
chasis con fibra de carbono, que ofrece un
gran porcentaje de reducción en el de peso del
automóvil e incrementa la resistencia del
chasis.
Existe la posibilidad de reducir
considerablemente el peso de los vehículos
(entre 2.5% y 25%), el gran problema de esto
es que los materiales que pueden hacerlo
posible son mucho más costosos (aluminio,
magnesio y materiales compuestos).
La fabricación de fibra de carbono y sus
procesos de ensamble también resulta más
complicada y tardada, pues se emplean
adhesivos complejos y procesos de soldadura
más costosos para el caso de aluminio.
Muchos estudios indican que se puede
alcanzar una mejora de 6% al 8% en el
rendimiento de combustible, solo por reducir
10% el peso de los vehículos.
Desactivación del eje secundario
de tracción en vehículos 4WD y
AWD
Si usted maneja un vehículo 4WD (Four
Wheels Driving) o un AWD (All Wheels
Driving), que son aquellos que presentan
tracción en las cuatro llantas, seguramente se
ha percatado de que el consumo de
combustible es excesivo.
Imagen 12: Funcionamiento de un prototipo AWD al
desconectar el eje secundario.
Esto se debe a que la potencia se transmite no
solo a un eje delantero o uno trasero, sino a
ambos. Afortunadamente, las automotrices
concibieron la opción de desactivar la tracción
hacia uno de los ejes en vehículos 4WD.
Gracias a ello, es posible manejar vehículos
4WD con un único eje de transmisión
funcionando para casos en los que las cargas
no sean tan grandes o cuando el terreno en el
que se conduce no exija un exceso de tracción,
7
lo que ahorra hasta 3% de combustible y 3%
menos emisiones de gases de efecto
invernadero.
Dirección asistida eléctricamente
Con la finalidad de evitar esfuerzos excesivos
al cambiar la dirección del automóvil con
ayuda del volante de manejo, apareció la
famosa asistencia hidráulica. El inconveniente
que tiene es que emplea un sistema de bombeo
de aceite que consume bastante energía, con el
cual se logra reducir la fuerza o par necesario
para controlar la dirección del automóvil.
Imagen 13: Componentes de una dirección asistida
eléctricamente.
La dirección asistida eléctricamente funciona
con dos componentes clave: un sensor y un
motor eléctrico. El primero se encarga de
detectar el par ejercido en el volante, con esa
señal y otros parámetros, la unidad de control
del motor calcula la cantidad de asistencia que
el conductor necesita para que el motor
eléctrico la provea.
Al desaparecer el uso de un sistema de
bombeo, esta tecnología puede ahorrar hasta
5% de combustible.
Frenos de baja fricción
Esta tecnología es en realidad muy simple,
pues consiste en aumentar el huelgo que hay
entre balatas y el disco de freno; esto permite
eliminar la fricción existente entre estos dos
componentes mientras el vehículo se está
moviendo y no se acciona el pedal de freno.
Imagen 14: Diseños para caliper convencional y de baja
fricción.
La reducción en el consumo de combustible
con este tipo de frenos puede ser de 0.8%.
Freno regenerativo
De acuerdo con la NCR, si se conduce en la
ciudad, el 50% de la energía que se utiliza
para la propulsión del coche termina en los
frenos como energía térmica. Es por eso que
desarrollar técnicas para reducir esa cifra es un
área de oportunidad dentro de la ingeniería
automotriz.
Esta tecnología está presente sobre todo en los
automóviles híbridos o en coches eléctricos.
La función principal de este accesorio es
recuperar energía cinética del vehículo y
transformarla en electricidad para cargar las
baterías de los vehículos.
Se basa en el uso de los motores eléctricos de
tracción como generadores al momento del
frenado del vehículo. Al hacer girar un motor
Diseño de caliper convencional Diseño de caliper de baja fricción
8
de forma inversa con las fuerzas de frenado, se
convierten en generadores eléctricos. La
energía eléctrica generada pasa a almacenarse
en baterías para ser utilizada posteriormente.
Imagen 15: Componentes del freno regenerativo.
Esta tecnología evita que la energía cinética
del coche se convierta completamente en calor
generado por la fricción de las balatas con el
disco de frenos.
La energía almacenada puede utilizarse en la
alimentación de dispositivos electrónicos, para
incrementar la autonomía de un coche
eléctrico o la de un híbrido.
De acuerdo con Tesla, en un coche eléctrico se
puede recuperar hasta 70% de la energía
cinética que se pierde en una frenada. Por su
parte, BMW ha reportado que este sistema de
frenado puede incrementar 3% el ahorro de
combustible.
Alternadores eficientes
Estos dispositivos que se encargan de
convertir la energía mecánica en energía
eléctrica han estado trabajando a eficiencias
típicas del 65%.
El problema de estos accesorios se debe a las
pérdidas eléctricas, magnéticas y mecánicas
que presentan. Sin embargo, investigaciones
indican que esta eficiencia puede mejorar
hasta 70%.
Con esta pequeña mejora se espera que se
alcance un menor consumo de combustible en
vehículos ligeros y pesados; la Administración
Nacional de Seguridad del Tráfico de Estados
Unidos (NHTSA) estima que los vehículos
pequeños y medianos presenten entre 1.85 y
2.55% de mejora en el rendimiento de
combustible, mientras que los vehículos
medianos y pesados tendrán mejoras de 1.74
al 2.15%.
Aire acondicionado
Este dispositivo vio la luz en la industria
automotriz en la década de los 30, los sistemas
llegaron para ofrecer un mejor confort a los
usuarios que experimentaban altas
temperaturas dentro de la cabina, sobre todo
en épocas de verano.
Lo que muchos ignoran es que este el aire
acondicionado puede representar un alto
consumo de combustible en los vehículos,
debido a que estos sistemas funcionan con
compresores, máquinas que demandan altas
cantidades de energía.
Imagen 16: Sistema de aire acondicionado en un vehículo.
Algunas de las tecnologías que se están
desarrollando para mitigar el alto consumo son
las siguientes:
Tener un mayor control sobre los
compresores; ya que permitirán hacer que
estas máquinas sean más precisas al momento
de enfriar el aire, evitando así el tener que
recalentarlo en caso de que manden aire más
frío de lo que los pasajeros requieren.
9
Otra opción es implementar sistemas cerrados
de aire en la cabina para alimentar al
compresor, evitando que este consuma más
energía en comprimir aire que está afuera del
coche, el cual normalmente está a mayor
temperatura que el aire en la cabina.
Para modificar la velocidad de giro de los
ventiladores en estos sistemas se debe
reducir/aumentar el voltaje de alimentación.
Lo que se ha venido haciendo para regularlo
es emplear resistencias eléctricas; sin
embargo, ahora se quiere implementar la
modulación por ancho de pulsos (PWM) para
realizar la misma tarea. De esta manera, se
evita el uso de elementos resistivos que
disipan potencia en forma de calor.
La industria automotriz se está planteando
realizar otra innovación, que consiste en
integrar un intercambiador de calor que ayude
a precalentar el aire para disminuir la energía
que consume el compresor.
Finalmente, se está contemplando un
separador que ayude a mantener el aceite de
lubricación en el compresor para que no entre
en contacto con el refrigerante, el condensador
o el evaporador, ya que al hacerlo se reduce la
transferencia de calor dentro del sistema y se
disminuyen las propiedades termodinámicas
del refrigerante.
Un ahorro total del 4 al 6.5% en el consumo
de combustible se podrá alcanzar con todas
estas tecnologías funcionando en los sistemas
de aire acondicionado.
Divisor de potencia híbrido
Es la tecnología en la que se basan las
transmisiones de potencia en los vehículos
híbridos.
Trabaja a través de dos motores-generadores y
el motor a gasolina. La potencia del motor a
gasolina se divide en una parte que genera
electricidad, mientras la otra produce el
movimiento de las ruedas.
La electricidad generada se puede almacenar
en baterías y cuando esta es suficiente, se
puede conducir el vehículo en modo
completamente eléctrico con los motores-
generadores, apagando por completo el motor
de combustión interna.
Gracias a un ingenioso mecanismo de
embrague con engranes planetarios y una serie
de dispositivos electrónicos, puede lograrse
que las tres máquinas: los dos motores-
generadores y el motor de combustión interna
trabajen en distintas configuraciones para así
alcanzar las condiciones de aceleración,
velocidad o recarga de baterías deseada.
Imagen 17: Componentes del vehículo híbrido
De acuerdo con INEGI, durante los primeros
cinco meses del 2019 se comercializaron
7,849 autos con esta tecnología, un incremento
de 27% frente al mismo periodo de 2018. La
llegada de este tipo de tecnologías en México
es algo que debe seguir apoyándose e
incentivándose, pues la eficiencia del
combustible que presentan estas tecnologías
asciende al 50% y, por ende, también son más
amigables con el medio ambiente.
Transmisión continuamente
variable (CVT)
Además de las transmisiones más conocidas,
manuales y automáticas, existe la CVT. Esta
tecnología para transmisión de potencia se ha
vuelto muy popular debido al diseño simple
que presenta.
3
10
Las transmisiones CVT no funcionan con
engranes como las automáticas o las manuales,
así que desde ese simple hecho podemos saber
que son ahorradoras de combustible, pues no
habrá fricción entre engranes.
Las CVT consisten de ejes con poleas
separadas, pero conectadas por correas de
metal. Se dice que este tipo de transmisión
cuenta con una relación de transmisión
“infinitamente variable”, que cambia de
acuerdo con la distancia entre los ejes de
transmisión o por el cambio de anchura de las
poleas. Este cambio en el ancho de poleas se
lleva a cabo mediante un sistema hidráulico.
Imagen 18: Funcionamiento básico de la transmisión CVT.
Otra ventaja que tienen estas transmisiones es
que los cambios de velocidad son
imperceptibles y se realizan de manera
automática.
El desempeño de este tipo de transmisión
permite que los motores operen en la región de
revoluciones por minuto óptima, brindando
velocidades, potencias y consumos de
combustible más eficientes. Finalmente, con
las altas relaciones de transmisión se puede
tener un ahorro de combustible considerable, y
estas ocurren cuando la distancia entre ejes es
pequeña.
La NHTSA y estudios en la Universidad de
Michigan confirman que la reducción en el
consumo de combustible con esta transmisión
va de 3.5 a 4.5%.
Entre los vehículos ligeros que mayor
rendimiento de combustible presentan, según
el catálogo realizado por la Conuee, están
presentes varios modelos de diferentes marcas
con este tipo de transmisión. De acuerdo con
el catálogo del 2019, existen alrededor de 65
vehículos comerciales en México que trabajan
con este tipo de tecnología Para echar un
vistazo al documento haga clic aquí.
Transmisión de doble embrague
Al igual que la transmisión CVT, la
transmisión de doble embrague es una caja de
cambios automáticos que permite reducir el
consumo de combustible de los automóviles
ligeros.
Entre las pocas marcas de vehículos que han
integrado este tipo de transmisión se
encuentran Seat, Porsche, Volkswagen y KIA,
y muchos de esos vehículos están entre los que
mejor rendimiento de combustible alcanzan.
Realizar un cambio de velocidad en una
transmisión manual o automática hace que la
transmisión de potencia del motor a las ruedas
se vea brevemente interrumpida; esto es
debido a que se acciona el embrague para
poder realizar el cambio.
Imagen 19: Transmisión manual.
En las transmisiones de doble embrague la
interrupción del flujo de potencia no sucede,
porque existe un embrague para realizar los
cambios a números de velocidad impar y otro
embrague realiza los cambios a números de
11
velocidad pares. De esta manera, los
embragues ya están acoplados al momento de
realizar un cambio.
Imagen 20: Transmisión automática de doble embrague.
Por lo anterior los cambios son casi
imperceptibles, como ocurre con las
transmisiones CVT; además, son cambios
mucho más rápidos que en las transmisiones
manuales y automáticas.
El hecho de que esta tecnología evite que se
corte el flujo de potencia a las llantas permite
reducir el consumo de combustible, según la
NTHSA y la NRC (Nuclear Regulatory
Comission), entre 3.5% y 4.5% respecto a las
cajas de transmisión automáticas de seis
velocidades y entre 1.5 y 4.6% respecto a
transmisiones automáticas de ocho
velocidades.
Motores sin árbol de levas
Esta tecnología ha sido fuertemente
investigada, la intención es eliminar el árbol
de levas por completo, de esta manera
desaparece un elemento al que se le debe
transmitir potencia del cigüeñal para hacer que
gire. Con esto también se puede eliminar una
importante fuente de pérdidas por fricción, que
se genera por el roce de las levas con las
válvulas de admisión y de escape de gases.
Otra ventaja que presenta el no tener un árbol
de levas es que el motor es menos pesado y se
disminuyen las posibilidades de falla mecánica
en este tipo de elementos que puedan dañar al
motor
La tecnología Freevalve propone accionar las
válvulas de admisión y de escape a través de
resortes neumáticos que se accionan con un
aceite especial gracias a un sensor de posición
que retroalimenta a la ECU (Engine Control
Unit).
Imagen 21: Válvulas del motor sin árbol de levas.
Esta alternativa ya fue probada en un auto de
procedencia china, el Qoros 3. Los fabricantes
del motor sin árbol de levas se adjudican
mejoras en el rendimiento de combustible de
hasta 15% respecto a un motor convencional,
cifra que coincide con lo publicado por la
National Research Council de Estados Unidos.
Generadores termoeléctricos
Otra forma de ahorrar energía es hacer un
esfuerzo por darle algún uso a toda la energía
que se pierde en forma de calor, ya sea en el
escape o en el sistema de enfriamiento.
Los generadores termoeléctricos pueden ser la
opción a esta problemática. Un generador
termoeléctrico es un dispositivo capaz de
convertir energía eléctrica a partir de un
gradiente de temperaturas. El fundamento de
esto es que si se calienta un conductor en un
extremo, este tendrá una diferencia de
Resorte neumático
Sensor de posición
12
potencial asociada entre el extremo caliente y
el extremo frío.
El problema que enfrenta este fenómeno es
que la corriente (continua) que se genera es de
muy baja potencia y, por ello, tienen una
pobre eficiencia térmica. Actualmente, se está
trabajando en materiales (semiconductores)
que puedan ofrecer mejor eficiencia térmica,
así como mayor potencia en las corrientes que
se generan.
Fabricantes como BMW, Ford y Chevrolet, ya
comenzaron a implementar este tipo de
tecnología; en Ford reportaron resultados de
hasta 700W de potencia para temperaturas de
500°C, que representa un ahorro de
combustible de 2.5%.
Imagen 22: Generador termoeléctrico instalado junto al
escape de un vehículo.
Imágenes
Imagen 1
http://www.freevalve.com/wp-
content/uploads/2015/11/diagram1.jpg
Imagen 2
https://k34.kn3.net/taringa/E/0/B/B/5/1/Guiller
moCantill/43A.png
Imagen 3
https://agronaplo.hu/files/2016/11/nh_current_
future-k.jpg
Imagen 4
https://www.widman.biz/images_boletin/95-
viscosidad-motor.png
Imagen 5
https://image.isu.pub/180320122043-
000724646b04f65137944f54be414739/jpg/pa
ge_1.jpg
Imagen 6
https://postmediadriving.files.wordpress.com/
2018/02/cylinder_deactivation_v1.png?w=960
&h=480&crop=1
Imagen 7
Auto-Motor-und-Sport. Aerodynamik Report:
Spritsparmodelle aus dem Windkanal. 2011
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content/uploads/circuito_aire_acondicionado.p
ng
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content/uploads/hibrido-paralelo-coche-
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2 Questions Received March 10, 2014.
May 2.
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Av. Revolución 1877, Loreto, Ciudad de México. C.P. 01090, Tel. (55) 3000 1000
Ext. 1202, 1211, 1214, 1215. [email protected]
https://www.gob.mx/conuee
Elaborado en la Dirección de Movilidad y Transporte
Colaborador: Daniel Quiroz Hernández
Enero, 2020