OPCIONES DE ENERGIA. Por PaulMcLeary y Kimberly Johnson

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1 EQUIPOS 101 OPCIONES DE ENERGIA Por PaulMcLeary y Kimberly Johnson Los motores híbridos permiten un consumo eficiente del combustible, pero aún no están listos para su utilización en el campo de combate. ebido al incremento de los precios de los combustibles y las restricciones presupuestarias del Pentágono, se ha recrudecido la necesidad de reducir el consumo de los combustibles por parte de los militares; no obstante, el proceso para las adquisiciones ofrece nuevas tecnologías que desalientan a la guardia vieja. El pensamiento de los militares sobre el consumo eficiente del combustible es diferente al del ámbito comercial, de acuerdo a lo informado por Mike Mekhiche, director de sistemas de transmisión paralela de BAE Systems. Hay vallas culturales que deben superarse, sostuvo Mekhiche. Los fabricantes comerciales de los vehículos híbridos, tales como Oshkosh y BAE desean persuadir a los distintos servicios para que modifiquen sus futuras adquisiciones con una reducción de hasta un 20% en el consumo de combustible y la poderosa fuente de energía para los componentes de la guerra electrónica que requieren mucho consumo de energía. No obstante, los beneficios de los motores híbridos implican cambios importantes. Los trenes de transmisión se presentan en dos versiones básicas: en serie y en paralelo. A diferencia del tren de transmisión tradicional en el cual el motor está conectado directamente a las ruedas del vehículo, el motor en una serie híbrida impulsa un generador que provee el par motor a las ruedas a través de, sendos motores eléctricos. En un sistema en paralelo, tanto el motor que funciona con petróleo y el motor eléctrico que funciona a batería, están conectados a la transmisión y pueden trabajar al mismo tiempo para hacer girar las ruedas. Ambas arquitecturas acumulan el combustible ahorrado para utilizarlo cuando los desniveles del terreno exigen más potencia al motor, particularmente en los escenarios donde se debe frenar y avanzar constantemente o en los terrenos montañosos. La energía cinética que se pierde cuando se frena y desacelera; es el talón de Aquiles del consumo de combustible de un vehículo convencional, la misma se puede capturar y almacenar y luego reutilizar para colaborar con la próxima aceleración en los vehículos blindados. Cabe destacar que para una fuerza terrestre que depende cada vez más de pequeños dispositivos electrónicos tales como equipos para visión nocturna, radios portátiles, sistemas biométricos y detectores de

2 102 Revista de Publicaciones Navales La empresa Tardec evalúa el Humvee XM1124 híbrido/eléctrico que opera en la modalidad totalmente eléctrica o híbrida. metales que olfatean los explosivos sembradas a los costados de los caminos, los camiones híbridos llevan sus propios generadores y pueden exportar energía. Los fabricantes sostienen que la capacidad de distribuir energía crea un gran beneficio para la tecnología híbrida. Esta se considera un multiplicador de fuerzas, ya que genera energía suficiente para el funcionamiento de una base operativa de vanguardia durante 2/3 días. No obstante, probablemente se tendrá que esperar para ver la imagen de la flota de vehículos tácticos del Ejército Norteamericano operando con motores híbridos en el campo de combate, informó Paul Skalny, director del Centro Automotor Nacional del Centro de Ingeniería, Desarrollo e Investigación de los Tanques Automotores (TARDEC = Tank Automotive Research, Development and Engineering Center) del Ejército Norteamericano. La puesta en servicio de los motores híbridos no será en el mundo no táctico. Es probable que surja un híbrido con pila electroquímica en una situación táctica. Quizás podamos ver una unidad de energía auxiliar con pila electroquímica (APU = Auxiliary Power Unit) en un vehículo, pero aún falta para que se lo pueda utilizar en un campo de combate. Esto se debe a que hay ciertos temas que se deben tratar, tal como la exposición del APU al polvillo que el terreno, que dañaría seriamente la unidad, sostuvo Skalny. También agregó que desde la perspectiva del Ejército, la inversión en los sistemas de propulsión de avanzada en situaciones tácticas depende de que se cubran las brechas en las capacidades. El Ejercito no sólo busca la eficacia del combustible sino avances que impliquen energía exportable, tal como la incorporación de un banco de baterías de litio-iones que permitan vigilancia y movilidad silenciosas, mejor aceleración y mayor alcance.

3 Opciones de energía 103 Para solucionar algunos de estos temas, Oshkosh está evaluando el diseño del tren de transmisión eléctrico/híbrido ProPulse para el Camión Táctico de Gran Porte y Movilidad Expandida (Hemtt A3 = Heavy Expanded Mobility Tactical Truck) en el campo de pruebas Aberdeen. Este sistema depende de un ultracapacitor para el almacenamiento de energía. De la misma manera, BAE ha presentado un prototipo de un sistema híbrido en serie para la licitación convocada por el Ejército para el Vehículo de Combate Terrestre, pero recurriendo a las baterías para retener la energía. Probablemente lo más preocupante para que los militares acepten totalmente la nueva tecnología se vincula a los requerimientos de mantenimiento, incluyendo la seguridad de trabajar en el terreno con sistemas de alto voltaje y la vida de los componentes. Al proponer el uso de los ultracapacitores para el almacenamiento de energía en las aplicaciones militares en lugar de las baterías, Oshkosh soluciona muchas de estas preocupaciones. Con un sistema de baterías, la vida es limitada, sostuvo Nader Nasr, ingeniero jefe del Grupo de Baterías de Avanzada de dicha empresa. Los sistemas de baterías en los vehículos se deben reemplaza a los pocos años. El ultracapacitor, por el contrario, permite millones de ciclos en comparación con los miles que se obtienen con la tecnología de litio/iones. Los ultracapacitores ofrecen un rápido almacenamiento de energía, en contraposición a la más lenta liberación de energía de las baterías químicas y a un incremento del par motor durante la aceleración de los camiones de gran porte. Nasr mencionó los vehículos comerciales como ejemplo. Si uno quiere mucha energía, como cuando desea conducir su vehículo con el motor apagado durante unas pocas millas, como con el Toyota Prius, se requiere una mayor densidad de energía, que con un motor híbrido impulsado a batería. Los ultracapacitores incrementan la seguridad del mantenimiento al reducirse el voltaje, eliminando así los riesgos de explosión, electrocución o avería de los componentes. Las baterías, por otra parte, no pueden agotarse totalmente sin un daño permanente. Oshkosh, que evaluó el sistema ProPulse en el mercado comercial, fue testigo de significativos ahorros de combustible en los camiones a cargo de la recolección de residuos. En ese tipo de frecuencia de avanzar/frenar se pueden lograr beneficios vinculados a la eficiencia del combustible de más del 70%, sostuvo Gary Schmiedel, vicepresidente de tecnología de Oshkosh. Es más tradicional lograr un tipo de promedio de un día, semana y mes en una escala de 10/30%. Para los militares, incluso un pequeño porcentaje de camiones que consuman regularmente menos combustible mueve la aguja bastante significativamente, agregó Schmiedel. Al modificarse la disposición convencional de los motores lineales en los camiones de gran porte, el

4 104 Revista de Publicaciones Navales diseño híbrido permite generar espacio. Por ejemplo, el ultracapacitor de 700 libras de Oshkosh para un Hemtt A3 podría colocarse dentro de la carcaza de un camión de gran porte. Esta reconfiguración permite nuevos usos para los espacios. La cabina para los pasajeros, por ejemplo, tendría lugar para una persona más y también habría espacio para equipos que manipulan materiales y que podrían usarse para descargar un C-130. Esto a su vez crearía espacio libre en la aeronave que de otra manera se tendría que utilizar para el equipo de descarga. La variante híbrida propuesta por BAE del Vehículo para Combate Terrestre del Ejército Norteamericano, dada a conocer a principios de año, incorpora un sistema en serie basado en la tecnología utilizada en los últimos 12 años para impulsar su transporte público. Además del ultracapacitor de 700 libras, la batería de 12 kw/hora adquiere un peso neutral al removerse la transmisión y reducirse el tamaño. Teniendo en cuenta que el sistema híbrido se construye como un sistema en serie, los encargados del mantenimiento pueden trabar y remover los componentes individuales en forma segura. El mantenimiento se simplifica mediante la reducción de las piezas móviles. En el ámbito comercial, BAE lanzó recientemente el Sistema Paralelo de Transmisión Híbrida (HybriDrive) para los camiones Clases 6, 7 y 8 que, a diferencia de los sistemas en serie, se trata de una combinación de energía que consiste en un motor a combustible y otro a energía eléctrica para impulsar la transmisión. El diseño del HybriDrive incluye un dispositivo eléctrico comprendido entre el motor y la transmisión, que se comporta como un generador o motor dependiendo de lo que esté haciendo el vehículo. Aunque la principal intención es colocar el sistema en paralelo (y en serie) en los camiones comerciales, hay claras ventajas y características únicas por las cuales resultarían atractivas para potenciales vehículos militares, ya sean tácticos o de combate. El inicio de la tecnología comercial también reduce los costos de ingeniería para el desarrollo del concepto para las aplicaciones militares, señaló Mekhiche. Actualmente, debido a la reducción del costo de los sistemas para almacenamiento de energía, los sistemas híbridos son más fáciles de afrontar, señaló Mark Signorelli, vicepresidente y gerente general de la división de Vehículos para Combate Terrestre de BAE. El costo de un vehículo de combate de un sistema de propulsión convencional y de un sistema de transmisión eléctrica híbrida son comparables. Por ello, si bien no hay desventajas en los costos de producción, hay importantes beneficios en los costos durante la vida útil, que surgen de la eficacia del combustible y una mayor confiabilidad. Si miramos de acá a 15 años, Skalny sostuvo que en la parte no táctica, todos los vehículos militares deberían tener propulsión de avanzada. Tácticamente, si enfrentamos los temas que se nos presentan como comunidad, tal como el impacto desde el punto de vista del mantenimiento, la

5 Opciones de energía 105 La empresa Tardec está evaluando las soluciones híbridas/eléctricas para vehículos militares en plataformas tales como este CERV. confiabilidad y de qué manera cubrimos las brechas en diferentes sistemas, en 15 años deberíamos tener algún tipo de propulsión de avanzada en los vehículos de combate. No se puede decir como serán, ya que los requerimientos dependerán de los perfiles de las misiones y de los vehículos involucrados. Tardec también está trabajando en prototipos de híbridos tal como el Vehículo Clandestino de Alcance Extendido (CERV = Clandestine Extended Range Vehicle). Construido en sociedad con Quantum Technology, el CERV se ha diseñado para las tareas de reconocimiento, vigilancia y designación de blancos en el terreno, incorporando un mecanismo de transmisión híbrido eléctrico/diesel de doble tracción, que alcanza una velocidad de 80 mph, que puede maniobrar en elevaciones de más de 60º y que dispone de un par motor de pies/libras. Según se ha informado, el vehículo de libras reduce el consumo de combustible en un 25% en comparación con los vehículos similares. También se encuentra el Humvee XM1124 híbrido/eléctrico que opera en la modalidad totalmente eléctrica o híbrida. Cuando funciona en la primera modalidad, el vehículo se puede desplazar silenciosamente durante 10 millas, en tanto la modalidad híbrida utiliza combustible para alimentar el generador que, a su vez, recarga las baterías. El camión también puede exportar energía suficiente para que funcionen componentes tales como sistemas de acondicionadores de aire para lo cual utiliza un 28% menos de combustible que el Humvee estándar, con aceleración similar.

6 106 Revista de Publicaciones Navales Los vehículos híbridos/eléctricos permitirían ahorrar suficiente combustible para reducir la necesidad de los convoyes para combustibles. En un momento en el cual los explosivos sembrados a los costados de los caminos han sido la causa de la muerte de cientos de miembros de las fuerzas armadas norteamericanas en Irak y Afganistán, además de ser una de las armas de bajo costo preferidas por los insurgentes y grupos de guerrilleros para atacar los convoyes de vehículos, Skalny calcula que sólo un incremento del 1% en la eficacia del combustible en toda la flota significaría soldados menos involucrados en las operaciones de los convoyes. Si bien esto es importante, se deben responder muchas preguntas antes de lanzar tantos soldados a las rutas. DE DEFENSE TECHNOLOGY INTERNATIONAL, MAY/2011 * * *

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