EL COCHE EFICIENTE QUE INVESTIGAN EN LA UCLM

En el campus universitario de Toledo un grupo de profesores y alumnos de doctorado investigan desde hace un par de años cómo recuperar y convertir en electricidad la energía residual, hasta ahora desaprovechada en parte, que genera un coche al circular: desde el calor que desprende el motor de combustión interna a las vibraciones del vehículo a partir de una pintura especial en la carrocería.

El profesor Octavio Armas junto a uno de los bancos de ensayo más complejos del laboratorio.

 

Cuando los investigadores del laboratorio de Generación, Transmisión y Control de la Energía de la Escuela de Ingeniería Industrial de Toledo, en el campus de la Fábrica de Armas de la Universidad de Castilla La Mancha, presentaron al Ministerio de Economía y Competitividad el proyecto de investigación Power para solicitar financiación, consiguieron que les pareciera “tan interesante y ambicioso” que lograron casi íntegro el presupuesto demandado para realizar el trabajo: 176.000 euros.

 

También a empresas de la automoción como Nissan o de la energía, como Repsol, Sasol (Sudáfrica) y Amyris (Brasil) les pareció interesante y novedosa la línea que se proponían investigar en Toledo y todas están colaborando con el reto.

 

Octavio Armas, investigador principal del proyecto junto al director de la Escuela de Ingeniería de Toledo, Luis Sánchez, explica así lo que están buscando: “Sabemos que el calor residual, el que se escapa por el tubo de escape a través de sus paredes, se puede aprovechar y convertir en electricidad. Lo que estamos investigando aquí es la manera más efectiva de convertir ese calor residual en electricidad mediante un generador termoeléctrico. Intentamos conseguir que ese generador sea de tal potencia (y reducido tamaño) que pueda sustituir, por ejemplo, el alternador del coche. Es un ejemplo de cogeneración: convierto en electricidad el subproducto que obtengo de quemar el combustible”.

 

“La idea es reducir en poco tiempo consumos de 5-7 litros a los 100 kms a la mitad”, señala Armas, que recuerda que los coches apenas utilizan el 35% del combustible que reciben

 

 

Estos dos primeros años de investigación han trabajado en

 

 

descifrar el potencial de recuperación de esa energía hasta ahora desaprovechada y en analizar los elementos termoeléctricos más eficientes. Y ahora diseñan ya un primer prototipo de generador termoeléctrico que les permitirá valorar ese potencial de obtención de energía eléctrica. En el diseño termo-fluido-dinámico del generador está trabajando el alumno de doctorado Pablo Fernández-Yáñez y los técnicos David Quintanar y Samir Ezzitouni.

 

Pero además de recuperar la energía térmica residual de un coche, en este laboratorio de la UCLM investigan cómo aprovechar la energía mecánica que el automóvil genera y pierde al circular. “El coche en funcionamiento vibra, se amortigua y eso también es energía que se puede convertir en electricidad. Hay un investigador en nuestro Grupo, Ismael Payo, que está trabajando en la aplicación de pinturas piezoeléctricas (para la carrocería) que permitirían obtener electricidad a partir de ellas cuando el coche está moviéndose. En amortiguación también están trabajando con nosotros investigadores de la Universidad Antonio de Nebrija de Madrid”, explica Octavio Armas, que antes de llegar a la Escuela de Industriales de Toledo hace tres años fue uno de los impulsores del Grupo de investigación de combustibles y motores de la UCLM en la Escuela de Ingeniería Industrial de Ciudad Real.

 

Allí se han desarrollado ya reconocidas investigaciones (sobre caracterización de combustibles o la reducción de su consumo…) y donde cuentan con instalaciones “únicas en la universidad española que solo tienen algunos fabricantes en España”, señala este experto en motores térmicos.

 

 

En el marco del Power se investiga, además, sobre la caracterización de combustibles y la profesora Carmen Mata y el doctorando David Calvo-Parra se han centrado en el proceso de inyección de combustible dentro del motor. La reconversión de energía residual en eléctrica es especialmente interesante para los coches híbridos que utilizan combustible y electricidad para funcionar y que encuentran en la baja duración de las baterías eléctricas y los hasta ahora escasos puntos de recarga en ruta su mayor hándicap.

 

Y no es ciencia ficción. Octavio Armas augura que en pocos años este tipo de sistemas termoeléctricos se podrán instalar en vehículos convencionales, también con motores de gasolina o diesel. “Los dos producen calor en el escape y se puede recuperar desde los dos. Si afinamos sobre el concepto de cómo funcionan los motores, la temperatura de los gases de escape de un motor de gasolina puede llegar a ser mayor que la de un diesel en determinadas condiciones. Y de ahí recuperar más”, señala el investigador.

 

“La Fórmula 1 está funcionando como un gran banco de ensayo porque están obligados a no consumir más de 100 kgs de combustible por circuito. Tienen que recuperar toda la energía posible del coche y convertirla en electricidad”

 

En Fórmula 1 ya empezaron a trabajar en ello hace tiempo. “Ahora mismo ellos están funcionando como un gran banco de ensayo porque están obligados a no consumir más de 100 kilos de combustible por circuito a altas velocidades. Así que tienen que recuperar toda la energía posible del coche para funcionar: la de la frenada, la de los gases de escape… Y todo eso convertirlo en electricidad. Por eso vemos que algunos coches todavía no van bien y cuesta ponerlos a punto”.

 

La reducción del consumo de combustibles fósiles en los vehículos de calle es también el gran reto de los fabricantes. Cuenta Octavio Armas que se está intentando “pasar, en relativamente poco tiempo, de consumos de entre 5 y 7 litros a los 100 kms a la mitad. La idea es que la parte contaminante de combustibles fósiles cada vez sea menor. Mucha gente se pregunta cuál va a ser el sustituto del petróleo y hay investigadores que dicen, y yo creo que tienen razón, que no lo habrá, sino que todas las alternativas que podamos encontrar serán las que lo sustituyan parcialmente a medio plazo. Y llegará un momento en que será tan poquito lo que dependamos del petróleo que lo que quede aún se podrá utilizar muchos años si cambiamos nuestros patrones de consumo energético hacia modelos más sostenibles”.

 

El impacto medioambiental también está muy presente en la investigación para recuperar energía residual que se realiza en Toledo. “La idea de nuestro proyecto es poder utilizar más la energía residual (la que ahora se pierde) para que la eficiencia del coche sea mejor y el impacto medioambiental sea menor. Y eso también lo estamos estudiando aquí: cómo es el impacto medioambiental de un generador termoeléctrico en el escape, porque esto puede cambiar el perfil de temperaturas del gas dentro del tubo de escape y a su vez eso podría modificar el perfil de emisiones que vamos a emitir al ambiente. Si ahorras combustible, reduces la emisión de CO2. Cuanto más eficiente hagas el uso del combustible menos emisiones contaminantes”, explica el codirector del proyecto, que recuerda que apenas se aprovecha el 35% del combustible que ponemos a un vehículo.

 

Los profesores María Teresa Baeza y Vicente López-Arza están trabajando en analizar los efectos de las emisiones no reguladas; las profesoras Arantzazu Gómez y Reyes García Contreras y el doctorando José Antonio Soriano estudian en este área el proceso de combustión y las emisiones reguladas.

 

Aunque este laboratorio de Generación, Transmisión y Control de la Energía de la Escuela de Industriales de Toledo no está aún al 100% de su capacidad (aún queda alguna instalación e instrumentación por incorporar) en solo un año desde su inauguración se ha ganado la confianza de otras universidades españolas e iberoamericanas, con las que han establecido vínculos de colaboración para el desarrollo del Power y de otros proyectos de investigación, incluida la Universidad Politécnica de Valencia, todo un referente internacional en desarrollo tecnológico en estos campos.

 

 

En el proyecto Power mantienen iniciativas conjuntas e intercambio de investigadores además con la Universidad de Jaén, con la de Antioquia en Colombia, con la Autónoma de Nuevo León de Mejico o la de Sao Joao do Rei en Brasil. “Nos van conociendo como grupo de investigación y como laboratorio les resulta atractivo lo que hacemos aquí, nos llaman y quieren hacer cosas con nosotros”, dice Octavio Armas, que estudió ingeniería mecánica en Moscú, fue 10 años profesor de la universidad Politécnica de La Habana e hizo la tesis doctoral en la Politécnica de Valencia antes de llegar a la UCLM hace 20 años.

 

Y se han ganado también la confianza de grandes empresas. “Repsol nos está pidiendo ahora que investiguemos sobre el control del sistema de inyección directa de un motor de gasolina, con el objetivo de poder realizar el control de apertura y cierre del inyector independientemente del control electrónico del coche”, anuncia el codirector de este laboratorio Octavio Armas, en cuya creación participó muy activamente cuando llegó a Toledo.

 

El laboratorio surgió para impulsar la investigación en esta Escuela de Ingeniería, centrado en proyectos, como el de transformación de energía residual, que relacionan los grados de Eléctrica y Electrónica y control, los dos que se imparten en Toledo.

 

LOS ESTUDIANTES TIENEN AQUÍ LA OPORTUNIDAD DE APRENDER A TRABAJAR CON INSTALACIONES COMPLEJAS

 

El Laboratorio de Generación, Transmisión y Control de la Energía de la Escuela de Ingeniería de Toledo está gestionado por el Grupo de investigación en Procesos Energéticos y Medioambientales. Se inauguró en marzo del año pasado. Además del proyecto Power, un equipo multidisciplinar de 12 doctores desarrollan allí otras investigaciones relacionadas con máquinas térmicas, con procesos medioambientales, con matemática aplicada (como los proyectos en los que están implicados los profesores Julio Muñoz, Fuensanta Andrés y Jesús Rosado) y con el control y automatización de procesos, como el que desarrollan los profesores Antonio González y Fernando Castillo: un proyecto de robótica para seleccionar y procesar las flores del azafrán.

 

El disponer de investigadores de campos tan diversos “nos facilita la posibilidad de abordar muchas tareas complejas que demandan tanto la investigación básica y aplicada como la misma empresa”, explica Octavio Armas, que cuenta como, por ejemplo, los compañeros expertos en robótica de este laboratorio han colaborado en automatizar un sistema para evaluar una propiedad del combustible que está siendo muy útil para el desarrollo del proyecto Power.

 

Gran parte del laboratorio está ocupado por bancos de ensayo formados por motores, máquinas, sensores, tubos, balanzas… cuyo diseño, construcción y puesta a punto han sido en buena medida fruto de los trabajos fin de grado de alumnos de la Escuela de Ingeniería Industrial de Toledo durante los tres últimos años (los dos primeros se emplearon solo en montar las instalaciones y el instrumental). “Para nosotros la base material de ayuda son los estudiantes. Sin ellos los investigadores no tendríamos tiempo y además aquí tienen la oportunidad de aprender a trabajar con instalaciones complejas que les dan una visión importante para trabajar fuera”.

 

El laboratorio cuenta además con el apoyo y aprendizaje de 5 alumnos de otras universidades que han elegido este espacio para realizar sus estudios de grado y doctorado.

 

Últimas publicaciones de Pilar Palop (Ver todas)