Freno regenerativo
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El freno regenerativo reduce la velocidad del automóvil convirtiendo parte de la energía cinética en eléctrica para su utilidad futura.
Sumario
Definición
Un freno regenerativo es un dispositivo que permite reducir la velocidad de un vehículo transformando parte de su energía cinética en energía eléctrica. Esta energía eléctrica es almacenada para un uso futuro. El freno regenerativo en trenes eléctricos alimenta la fuente de energía del mismo. En vehículos de baterías y vehículos híbridos, la energía es almacenada en un banco de baterías o un banco de condensadores para un uso posterior.
El freno regenerativo es un tipo de freno dinámico. Otro tipo de freno dinámico es el freno reostático, en donde la energía eléctrica es disipada en forma de calor.
Frenado tradicional
El frenado tradicional basado en la fricción sigue siendo usado junto con el regenerativo por las siguientes razones:
- El frenado regenerativo reduce de manera efectiva la velocidad a niveles bajos.
- La cantidad de energía a disipar está limitada a la capacidad de absorción de ésta por parte del sistema de energía, o el estado de carga de las baterías o los capacitores. Un efecto no regenerativo puede ocurrir si otro vehículo conectado a la red suministradora de energía no la consume o si las baterías o capacitores están cargados completamente. Por esta razón es necesario contar con un freno reostático que absorba el exceso de energía.
Ventajas
Básicamente, es un dispositivo de ahorro energético que incorporan nuestros trenes de Alta Velocidad –en las series 101, 102, 103 y 104, así como en la nueva serie 112 que cubre el trayecto Madrid-Valencia –, y Cercanías. El proceso de freno de cualquiera de estos trenes es una fuente productora de energía cinética, que es la que surge durante el fenómeno del movimiento de un objeto, y se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo desde el reposo hasta la velocidad que posee. Para que ese mismo cuerpo frene su movimiento, necesita un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética; aplicado al tren, eso quiere decir que el proceso de frenado es una fuente de energía cinética que sería una verdadera pena desperdiciar.
Función
Recoge toda la energía cinética que produce un tren al frenar y la convierte en energía eléctrica. Una electricidad que devuelve a la catenaria y que puede emplearse para diversos fines, desde mover otros trenes a alimentar los servicios auxiliares de ese mismo tren, o simplemente almacenarse en unos acumuladores especiales instalados a bordo. Otra opción es devolver esa electricidad a la Red, algo que ya se hace en las líneas de Alta Velocidad, a través de las subestaciones.
El motor como freno
Los frenos regenerativos se basan en el principio de que un motor eléctrico puede ser utilizado como generador. El motor eléctrico de tracción es reconectado como generador durante el frenado y las terminales de alimentación se convierten en suministradoras de energía la cual se conduce hacia una carga eléctrica, es esta carga, la que provee el efecto de frenado.
Ejemplos
Un temprano ejemplo de este sistema fue el Freno Regenerador de energía, desarrollado en 1967 para el vehículo Amitron. Este fue un auto accionado completamente por baterías en fase prototipo, cuyas baterías eran recargadas por frenado regenerativo, lo que incrementaba el rango de rendimiento de energía del automóvil.
Tren eléctrico, funcionamiento
Durante el frenado, las conexiones del motor de tracción son modificadas, mediante un dispositivo electrónico, para que funcione como un generador eléctrico. Por ejemplo, los motores de corriente continua brushless, cuentan, normalmente, con sensores de efecto hall para determinar la posición del rotor del motor, lo que permite tener información del vehículo y calcular cómo se ha de drenar la corriente generada en el motor hacia los sistemas de almacenamiento, que pueden ser (baterías o supercondensadores).
Los campos del motor se conectan al motor principal de tracción y las armaduras del motor se conectan a la carga. El motor de tracción excita los campos, las ruedas del vehículo, ya sea un automóvil, un trolebús, o una locomotora, al girar, mueven las armaduras, y los motores actúan como generadores. Cuando los motores funcionan como generadores, la corriente generada en ellos se puede hacer pasar a través de resistencias eléctricas, lo que daría lugar a un frenado reostático. Si se envía a la línea de suministro, en el caso de un trole, o una locomotora, o a las baterías o un supercondensador, en el caso de un vehículo autónomo e independiente de una línea de corriente, se estaría hablando de frenado regenerativo.
Si el movimiento del vehículo es decelerado, el flujo de corriente a través de la armadura del motor durante ese frenado debe de ser contrario al que se utiliza para accionar al motor.
El esfuerzo de frenado es proporcional al producto de la fuerza magnética de las líneas de campo multiplicado por la velocidad angular de la armadura.
Comparación entre freno reostático y regenerativo
Frenos reostáticos, a diferencia de los regenerativos, disipan la energía eléctrica en forma de calor al hacer circular la corriente generada durante el frenado, a través de enormes bancos de resistores eléctricos variables. Algunos vehículos que utilizan frenos reostáticos son: Montacargas. Locomotoras diesel/ eléctricas, Trolebuses.
Si el diseño es adecuado, este calor puede servir para calentar el interior del vehículo. Si el calor es disipado al exterior este se hace a través de capuchas enormes diseñadas para albergar los bancos de resistores.
Desventajas
La principal desventaja de los frenos regenerativos comparados con los reostáticos es la necesidad de igualar la corriente generada con la suministrada. Con las fuentes de corriente directa, esto requiere que el voltaje sea controlado estrictamente. Solamente con el desarrollo de la electrónica esto fue posible con fuentes de C.A, en donde la frecuencia del suministro también debe ser igualada, tratándose del caso en que la energía de corriente alterna es rectificada para convertirla en corriente directa y así alimentar motores de CD.
Un número limitado de ferrocarriles de montaña han usado fuentes de poder trifásicas para accionar motores trifásicos de inducción, esto redunda en una velocidad casi constante mientras el motor funciona con la frecuencia necesaria al avanzar o al frenar.
Uso en el automovilismo
El organismo internacional de automovilismo, la FIA, ha permitido el uso de Sistemas de Recuperación de Energía Cinética con una capacidad de 60kW en las regulaciones para la temporada 2009 de Fórmula uno.
