Un volante de inercia o fleewheel puede sustituir ventajosamente a las baterías para acumular energía en los vehículos híbridos. Las próximas 24 Horas de Le Mans se presentan como un duelo entre automóviles híbridos: el Audi R18 e-Tron Quattro y el Toyota. Quizás ninguno de los dos logre la victoria, pero sin duda, aunque sea por aquello de la innovación, la propuesta resulta de lo más interesante.
Texto: Raymond Blancafort
No puede sorprendernos la apuesta tecnológica de dos marcas integradas en los dos grupos que se disputan el liderazgo del mercado mundo (Toyota y Volkswagen). El primero, además, es líder indiscutible en el segmento de los automóviles híbridos, con una completísima gama de modelos con este tipo de motorización, al tiempo que Audi y el Grupo VW están iniciando su singladura en este campo.
Pero entre ambos vehículos hay una diferencia sustancial. Y no porque sus motores sean distintos, gasolina para Toyota y diésel para Audi, ni siquiera porque el segundo utilice el motor eléctrico en el eje delantero, convirtiendo así el coche en una tracción delantera, sino por la gran diferencia que los dos tienen para almacenar la energía que debe alimentar el motor eléctrico. Ninguno de los dos lo hace a través de baterías.
Mientras Toyota recurre a supercapacitadores, en Audi han decidido apostar por el volante de inercia. En uno se almacena energía eléctrica, en cierta forma similar al Kers de la Fórmula Uno, y en el otro, energía cinética, la de una masa pesada en movimiento. En ambos casos la energía consumida se recarga en las frenadas.
Volante de inercia
Este sistema no es original de Audi, pues ya lo lleva Porsche en su 911 GT3 Hybrid, que participa en diversas carreras de resistencia y que el pasado año estuvo a punto de ganar las 24 Horas de Nurburgring. Es un sistema que la escudería de F1 Williams ha desarrollado pensando en el Kers, pero que no ha llegado a utilizar, también conocido como flywheel y que algunos han denominado ‘batería inercial', entre otros nombres.
No se asombre: es algo muy conocido y utilizado, nada mágico. En castellano sería “volante de inercia” y todos los motores están equipados con uno de ellos, entre el cigüeñal y el embrague, girando con el motor. Ya los primeros motores de James Watt, hace más de dos siglos, disponían de este sistema de almacenamiento de energía. Y se han empleado en multitud de aplicaciones, incluso en los generadores eólicos.
Tampoco es una novedad absoluta en el campo de los prototipos. Hace una década, Chrysler lo intentó usar en un sport prototipo de Le Mans denominado Patriot. El coche fue prohibido porque se pensó que podría ser peligroso, debido a que el volante de inercia era de gran diámetro, colocado bajo el piso del vehículo para tener un centro de gravedad bajo.
El sistema desarrollado por Williams - que en estos momentos está siendo estudiado para su incorporación a autobuses y tranvías - es mucho más compacto y ha sido bautizado por el equipo como Flybird. Se trata de una masa muy pesada que gira a grandísima velocidad, hasta 60.000 y 80.000 rpm., y que almacena energía cinética según la fórmula E = 1/2 I w2, donde I es el momento de inercia de la masa y w2 el cuadro de la velocidad angular. I, a su vez, depende de la masa y de la forma o distribución de la misma.
Se puede así jugar con un disco de gran diámetro o bien con uno de gran peso. Y también con una masa más ligera pero que gire más rápido. Todos estos factores deben tenerse en cuenta en el diseño.
El cilindro está acoplado a un pequeño motor-generador eléctrico que ‘acelera' el cilindro cuando recibe 
energía eléctrica recuperada de los frenos o bien genera electricidad en el momento que el volante cede su energía. Evidentemente todo ello está controlado electrónicamente.
Para que el volante no pierda energía por rozamiento, la NASA, que ha recurrido a este sistema para algunas aplicaciones, ha llegado a utilizar cojinetes magnéticos que evitan todo contacto y que exigen que el disco gire dentro de una cámara que se ha hecho el vacío.
Otro problema es que crean un efecto giroscópico que interfiere con el comportamiento normal-natural del vehículo. Para evitarse, podemos recurrir a un sistema de dos volantes, que giran en sentidos contrarios.
La masa en cuestión no es metálica, sino que se trata de un material de alta densidad, lo más pesado posible para que el volumen del conjunto sea el menor. Los volantes de fibra de carbono pueden llegar a girar a 100.000 rpm., cifra inaccesible para un volante metálico.
Ventajas sobre las baterías
Este tipo de acumulación de energía puede tener ventajas sobre el tradicional de batería. Por ejemplo, es mucho más rápido ‘reponer' la energía consumida. Y la descarga de energía puede ser también mucho más rápida, instantánea.
Por otra parte, es más ligero: el sistema de baterías puede pesar unas ocho veces más que el volante y ocupar un volumen muy superior. Además, el precio puede ser inferior. Todo ello ha hecho que Volvo o Jaguar lo estén estudiando y hayan presentado versiones híbridas en algunos de sus modelos más populares, equipados con este sistema de almacenamiento de energía. En el caso de Jaguar, junto al Concept XG Hybrid de 2.010, el espectacular Concept CX16 también recurre a este ingenio, en cooperación con Williams.
Con todo, el sistema es voluminoso. En el Porsche 911 GT3 Hybrid ocupa el espacio destinado normalmente al copiloto.
Audi, para su coche de Le Mans, ha elegido que el motor eléctrico actúe sobre las ruedas delanteras para que la descarga de potencia no destruya las ruedas traseras o sea tan importante el par generado que pueda hacer perder el control del vehículo. Se crea así un coche ‘cuatro ruedas motrices', similar al Hybrid del Grupo PSA.
Toyota aún no ha anunciado si su coche tendrá tracción a las cuatros ruedas, de forma similar a Audi, o bien toda la potencia pasará al suelo a través del eje trasero. En cualquier caso, la elección de supercapacitadores está dictada por los mismos motivos por los que Audi ha descartado las baterías: peso, volumen y rapidez de recarga.
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