COPPE / UFRJEl uso de ómnibus urbanos en las grandes ciudades es imprescindible, tanto para atender a la población como para disminuir la cantidad de automóviles que circulan en las calles, cuando el servicio es de calidad. Pero, al mismo tiempo, es un medio de transporte que produce un nivel considerable de emisiones de gases nocivos para el medio ambiente, con sus potentes motores diesel. La solución para evitar este problema es conocida y consiste en utilizar vehículos que produzcan menos contaminantes, como los abastecidos con etanol, o ninguno, como los movidos con hidrógeno o electricidad. Proyectos en tal sentido se encuentran en desarrollo en diversas partes del mundo. Brasil cuenta con un prototipo híbrido, movido con hidrógeno y baterías acumuladoras de energía, desarrollado en el país. Es un autobús aparentemente convencional para 29 pasajeros sentados y 40 parados, que fue concebido y construido en el transcurso de cinco años en el Laboratorio de Hidrógeno (LabH2) del Instituto Alberto Luiz Coimbra de Posgrado e Investigación en Ingeniería (Coppe) de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ).
“Los ómnibus de hidrógeno desarrollados hasta ahora, como el proyecto europeo Cute, llevaban grandes pilas de combustible, que eran muy caras y que consumían mucho hidrógeno. La evolución consiste en elaborar proyectos de hibridación con una pila de combustible que produce energía para baterías de ión de litio recargables, similares a las de los celulares, pero en tamaño mucho mayor y apropiadas para la tracción de vehículos, que hacen funcionar el motor eléctrico y mueven al ómnibus”, dice Paulo Emílio Valadão de Miranda, docente de la Coppe y coordinador del proyecto. El Cute es el Clean Urban Transport for Europe o Transporte Urbano Limpio para Europa, financiado por la Unión Europea y compuesto por 28 autobuses que circulan en varias ciudades europeas desde 2004. Las pilas de combustible, el nombre preferido por el profesor Miranda, son conocidas también como células de combustible, aparatos que generan energía eléctrica mediante una reacción electroquímica de hidrógeno y oxígeno del aire. Funcionan en el ómnibus de la Coppe como un generador dentro del vehículo, suministrando electricidad a las baterías que brindan una autonomía de poco más de 100 kilómetros (km) cuando se las recarga completamente durante cuatro horas por las noches, en tomacorrientes especiales instalados en el garaje del colectivo. “La pila entra en funcionamiento cuando el estado de carga de las baterías alcanza un nivel predeterminado por el sistema principal de control”, dice Miranda. Con la pila, el ómnibus logra rodar alrededor de 300 km en total sin reabastecerse. El sistema de pila de combustible con una potencia de 77 kilovatios fue producido por Electrocell (lea el reportaje) y las baterías se le adquirieron a una industria china a través de otra empresa brasileña que colaboró en el proyecto, llamada WEG, que tiene su sede en Jaraguá do Sul, estado de Santa Catarina, y que fabricó el motor eléctrico del autobús.
Otra forma de obtención de energía eléctrica en el interior del vehículo es la electricidad adquirida en el momento de frenar. La energía cinética resultante del movimiento del vehículo se transforma en electricidad cuando se acciona el freno o durante la desaceleración, siendo almacenada en las baterías – o en los ultracapacitores, artefactos que también almacenan y liberan rápidamente energía eléctrica – para su uso en cualquiera de los subsistemas del vehículo. “Es la transformación de la energía cinética del freno en energía eléctrica”, dice Miranda. Para controlar todos esos flujos energéticos y hacerlos funcionar de la manera más económica y eficiente posible, el equipo de Miranda desarrolló un sistema electrónico de obstrucción inteligente que efectúa el manejo de la energía a bordo. “Está compuesto por hardware y software que optimizan las funciones energéticas del autobús”. Este sistema distribuye la energía eléctrica del vehículo y queda conectado a otro sistema, el de tracción, compuesto principalmente por el motor eléctrico, y al sistema auxiliar, encargado de suministrar la energía de las luces, el aire acondicionado y el accionamiento de las puertas.
Socios industriales
Además de asociarse con Electrocell y WEG, la Coppe estableció una alianza técnica con otras industrias, tales como Busscar, de Joinville, Santa Catarina, que proveyó el chasis y la carrocería, Rotarex, de Mogi-Guaçu, interior paulista, fabricante de válvulas y conexiones para gases, y otras cuatro empresas cariocas: EnergiaH, de sistemas de tracción eléctrica, Energysat, de equipos de control, Controllato, de análisis y soluciones para las vibraciones a las que se someten los equipamientos del vehículo, y Guardian, de componentes electrónicos. El financiamiento inicial del proyecto salió de Petrobras y de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), mediante fondos sectoriales, por un monto de dos millones de reales. “Este valor representa el 30% de la inversión total realizada [de alrededor de 7 millones de reales], computándose los valores agregados de las asociaciones, que además de dinero aportaron equipos, ingenieros y mano de obra para la construcción del ómnibus.”
Durante este segundo semestre, el autobús circulará dentro del campus de la UFRJ en Ilha do Fundão, Río de Janeiro. Posteriormente, con la coordinación de la Secretaría Municipal de Transportes y de la Federación de Empresas de Transportes de Pasajeros del Estado de Río de Janeiro (Fetranspor), se integrará a una línea convencional en el trayecto urbano de la ciudad. Se espera que este tipo de ómnibus pueda construirse comercialmente en Brasil luego de los ensayos y ajustes finales. “Existe un acuerdo entre los socios industriales y comerciales para hacer factible su producción”, dice Miranda. La idea inicial es contar con ellos en las flotas cariocas del transporte urbano de pasajeros durante la Copa Mundial de Fútbol de 2014 y en las Olimpíadas de 2016. Otra experiencia con autobuses de hidrógeno se realizada en São Paulo, y está a cargo de la Empresa Metropolitana de Transportes Urbanos (EMTU), en el marco de un proyecto financiado por el Banco Mundial (lea el reportaje en Pesquisa FAPESP n° 160).
Los próximos pasos tecnológicos del LABH2 tienen que ver con la producción de otros dos ómnibus. Uno será híbrido también, pero en el lugar de la célula de combustible entrará un generador de etanol para abastecer de energía a las baterías de ión de litio que suministran la electricidad para que el ómnibus se mueva. El tercero de la serie será un ómnibus totalmente eléctrico que circulará aproximadamente 200 km sin cargarse en el tomacorriente del garaje. “En Río, la circulación promedio de 240 km diarios”, dice Miranda. Todas estas soluciones tienen un objetivo único, que consiste en contener la emisión por los caños de escape de 100 toneladas de dióxido de carbono (CO2) por cada único ómnibus en la ciudad de Río de Janeiro durante un año. “Y eso sumado a contaminantes como el óxido de nitrógeno (NOx) y otros”. En la capital fluminense existen 9 mil colectivos, y en el estado, son 17 mil. El cambio en la motorización de estos vehículos o en parte de ellos traería aparejado un gran impacto ambiental. Los autobuses que funcionan con hidrógeno emiten únicamente vapor de agua, y los eléctricos no emiten nada. Asimismo, son extremadamente silenciosos, y esto cuenta puntos también si se tiene en cuenta la contaminación sonora de las grandes ciudades.
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