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Dec 18, 2023

La electrificación de remolques da un paso hacia una mayor eficiencia y estabilidad

El camino hacia la electrificación total del remolque será largo, pero seguro

El camino hacia la electrificación total del remolque será largo, pero ciertas tecnologías que mejorarán la eficiencia general están más cerca de lo que pensamos. Los remolques equipados con ejes eléctricos y motores de cubo podrán contribuir al esfuerzo de tracción de un motor, reduciendo el consumo de combustible. La estabilidad del vehículo y el rendimiento de frenado también se pueden mejorar mediante el uso de sistemas más avanzados.

Wolfgang Hahn, líder de innovación de sistemas en ZF Group North America, les dijo a los asistentes a la reunión anual de la Asociación Canadiense de Equipos de Transporte (CTEA) en Victoria que se trata de recuperar la energía cinética del movimiento del vehículo que de otro modo no se aprovecharía.

"Solo una pequeña porción del contenido total de energía de un litro de combustible diésel contribuye realmente al movimiento hacia adelante del camión", dijo Hahn, señalando la fricción interna del motor, las pérdidas de bombeo y las cargas eléctricas como pérdidas significativas de energía.

"Con mucho, las mayores pérdidas que hay que superar son la resistencia a la conducción: resistencia aerodinámica, resistencia a la rodadura de los neumáticos, resistencia a la aceleración y conducción cuesta arriba, en otras palabras, superar la inercia", dijo. "Pérdida podría no ser la palabra correcta. La energía nunca se pierde. Se puede convertir a alguna otra forma, pero se pierde para nuestro uso".

Los sumideros de energía, como la resistencia aerodinámica y la resistencia a la rodadura, pueden mitigarse, pero nunca eliminarse. Por otro lado, es posible compensar algunas de las pérdidas recuperando un porcentaje de la energía cinética perdida por el calor y el desgaste del metal durante el frenado cuesta abajo o el deslizamiento.

Hahn dice que hay tremendas oportunidades para recuperar energía, usando generadores eléctricos en ejes o ruedas de remolques para desacelerar el vehículo en lugar de usar la compresión tradicional y el frenado por fricción. La energía recuperada se puede almacenar en baterías y luego usarse para aliviar la carga del motor durante la aceleración y los momentos de máxima demanda de energía.

"En la práctica, esto podría permitirnos usar menos potencia del motor y, por lo tanto, operar con mayor eficiencia de combustible", dijo Hahn.

Los frenos de compresión del motor o los frenos de escape son útiles para resistir la aceleración cuesta abajo, especialmente en pendientes largas en lo que Hahn llama frenado de resistencia, pero no contribuyen en nada al esfuerzo de recuperación. Sin embargo, si la estrategia principal de frenado de resistencia fuera el eje eléctrico del remolque con un motor/generador, un alto porcentaje de esa energía cinética podría recuperarse fácil y económicamente, argumentó Hahn. El freno motor se convertiría entonces en la segunda etapa para el control de velocidad durante el frenado de resistencia, dejando los frenos de servicio para el final.

Entonces, ¿qué se puede hacer con toda esa energía "gratuita"?

"Por lo general, vemos esto con tractores convencionales combinados con remolques equipados con ejes eléctricos y baterías para almacenar la energía", dijo. "La energía a menudo se usa para reemplazar el motor que impulsa el compresor en refrigeración".

En los últimos años, ConMet eMobility ha estado trabajando para desarrollar dicho sistema. Llamado eHub, ConMet ha emparejado un motor eléctrico en la rueda con su conjunto de cubo ConMet PreSet Plus para capturar energía cinética y convertirla en electricidad. La electricidad se almacena en lo que la compañía describe como una "batería liviana y de alta capacidad" que se encuentra debajo de un remolque. Cuando se comparte con un sistema de refrigeración de transporte, ConMet afirma que la energía recuperada es suficiente para reemplazar el motor diésel que antes se usaba para impulsar el compresor refrigerado.

Hay unidades en servicio ahora en California, a través de una asociación con Carrier Transicold, Great Dane Trailers y la empresa de distribución de servicios de alimentos Sysco Corp.

Estas configuraciones se han utilizado en Europa durante los últimos 20 años, dijo Hahn, y reconoció que el despliegue a escala en América del Norte tardará algún tiempo.

Los caminos tecnológicos de Europa y América del Norte divergieron hace algunos años, y los países de la Unión Europea adoptaron controles electrónicos y una mayor integración de camiones y remolques. Al mismo tiempo, los fabricantes de camiones norteamericanos decidieron desarrollar capacidades mejoradas de detección y conexión en red para sus tractores.

Ha habido un gran impulso aquí desde 2019 para desarrollar una nueva interfaz de tractor-remolque que facilitará este nivel de integración entre vehículos. Es un proceso lento, pero casi todos reconocen que debemos avanzar más allá del conector J-560 de siete pines tan pronto como sea posible y práctico.

¿Cuánta energía se puede recuperar? Depende de la aplicación y el ciclo de trabajo. Obviamente, las aplicaciones con un mayor número de eventos de desaceleración sostenida producirán mayores retornos. En 1999, la UE estableció un régimen de pruebas diseñado para proporcionar una medición estándar del consumo de energía y las emisiones en varios escenarios.

Utilizando un modelo de distribución regional con un recorrido predeterminado de 100 km con varias pendientes de carretera y ciclos de arranque/parada, el camión de prueba consumió 42 litros de combustible mientras producía una energía de frenado recuperada posible calculada de 42,3 kWh.

La prueba con el remolque equipado con ejes eléctricos, pero no completamente integrado con el tractor, consumió cinco litros menos de combustible (un ahorro de combustible del 16 %) y generó 33,4 kWh de energía a través del frenado recuperativo, aproximadamente el 79 % de la energía potencial calculada. .

"Eso fue solo con controles en el remolque", agregó Hahn. "Era un prototipo, no un vehículo completamente optimizado. Con el remolque no integrado con el motor, está limitado a recuperar solo alrededor del 50-60% de la cantidad de energía posible cuando las dos unidades están más integradas".

Idealmente, el tractor y el remolque estarían profunda y ampliamente conectados para que los controladores del tren motriz del tractor pudieran administrar la recuperación de energía y las capacidades de conducción del remolque. Si bien aún no hemos llegado tan lejos, Hahn ya está promocionando los beneficios de la última rama de una integración más profunda del vehículo: los controles de freno electrónicos.

"El control electrónico de frenos para camiones y remolques sería un gran paso adelante en la estabilidad del vehículo y el rendimiento de los frenos", dijo.

En pocas palabras, los sistemas de frenos electrónicos utilizarían la red CAN para controlar la aplicación de los frenos en lugar de las líneas de control neumáticas que se utilizan hoy en día. Los beneficios obvios del control electrónico de actuación son una modulación más precisa de la fuerza de frenado, una respuesta más rápida y simultánea de todos los frenos del vehículo y una mayor estabilidad del vehículo durante las maniobras de frenado.

Debido al tiempo requerido para generar suficiente presión en la línea de control para accionar los frenos, y además, para que la presión en el actuador del freno llegue a la presión de aplicación deseada, Hahn dijo que los frenos pueden tardar hasta dos segundos en activarse. alcanzar la presión de aplicación total en el eje más trasero en un vehículo de combinación larga (LCV).

"Con el control electrónico, el eje eléctrico del remolque también se puede incluir en la capacidad de frenado, lo que puede acortar las distancias generales de frenado", señaló.

Hahn no abordó la cuestión de los actuadores de frenos eléctricos frente a los actuadores neumáticos actuales. Los frenos neumáticos actuales podrían controlarse simple y fácilmente mediante señales electrónicas en las válvulas moduladoras en lugar de presión de aire. Convertir los actuadores en electromecánicos de neumáticos es una historia diferente.

Los expertos en frenos, por supuesto, están analizando la posibilidad y probando dichos sistemas. Mirando hacia el día en que los vehículos eléctricos de batería se vuelvan más comunes, reemplazar los frenos de aire con frenos eléctricos eliminaría la necesidad de compresores de aire y una gran cantidad de tuberías.

Eventualmente, los camiones se moverán en esta dirección, y la presentación de Hahn en la reunión anual de CTEA en Victoria la semana pasada solo toca el potencial completo de la electrificación de remolques.

Jim Park fue conductor de CDL y propietario-operador desde 1978 hasta 1998, cuando comenzó su segunda carrera como periodista de camiones. Durante esa transición de carrera, presentó un programa de radio durante la noche en una estación de radio de Hamilton, Ontario, y luego presentó las noticias sobre camiones en el canal Road Dog Trucking de SiriusXM. Jim es colaborador habitual de Today's Trucking y Trucknews.com, y produce videos de manejo de prueba Focus On y On the Spot.

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