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¿Qué es el KERS o freno regenerativo? Funcionamiento y características

Los vehículos híbridos y eléctricos utilizan el freno regenerativo para optimizar el uso de la energía.

El KERS (Kinetic Energy Recovery System) o Sistema de Recuperación de Energía Cinética por sus siglas en inglés, es también conocido como freno regenerativo. En el mundo de la competición adquirió mucha popularidad en 2009 a raíz de su implementación en el reglamento técnico de la Fórmula 1, que inició así su camino en dirección a los motores híbridos.

Actualmente, la tecnología híbrida ha alcanzado su apogeo en la categoría reina del automovilismo con los propulsores V6 turbo que disponen de dos tipos de recuperadores de energía para formar el conjunto llamado «Unidad de potencia» o «ERS» (Energy Recovery System).

Pero el KERS no tiene sólo su aplicación en la competición y ni siquiera las carreras fueron pioneras en el uso de este sistema de frenada regenerativa, pues ya se tenían noticias de un sistema similar en 1967, cuando la empresas AMC (American Motors Corporation) y Guilton Industries lo desarrollaron para el Amitron, un prototipo de vehículo eléctrico de tres pasajeros y sólo 2159 mm de longitud. Además, este tipo de tecnología tiene su aplicación en muchas otras formas de transporte, especialmente en trenes.

Energía cinética y eléctrica

Todos hemos escuchado en algún momento la frase: «La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma». En esencia, este sistema hace eso mismo al ser capaz de convertir la energía cinética en eléctrica.

Pero, ¿qué es la energía cinética? En física, este tipo de energía es la que un cuerpo posee a consecuencia del movimiento y se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez estabilizada la velocidad, dicho cuerpo mantendrá su energía cinética hasta que dicha velocidad varíe.

El Amitron ya incorporaba freno regenerativo en 1967.

Por otro lado, la energía eléctrica desde un punto de vista científico, se define como la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que crea una corriente eléctrica al ponerse en contacto con un conductor eléctrico. Lo bueno de esta energía es que puede transformarse en diferentes tipos de energía: lumínica, térmica o mecánica, por lo que tiene múltiples aplicaciones prácticas, entre ellas las que nos ocupan en este artículo: las que son capaces de mover un vehículo.

Cómo funciona un freno tradicional

Antes de profundizar en el funcionamiento del KERS o freno regenerativo, recordemos cómo lo hace un sistema tradicional de frenada. En este caso las pastillas de freno producen fricción en el disco (freno de disco) o las zapatas presionan el tambor (freno de tambor). De ese modo, se genera una energía calorífica que se disipa con el aire y se desperdicia.

En condiciones ideales, la energía necesaria para detener un objeto es la misma que haría falta para volver a llevarlo a la velocidad inicial, aunque en la vida real intervienen muchos factores que restan energía durante el proceso, principalmente la resistencia del aire, el rozamiento de las ruedas contra el asfalto o la fricción de los diferentes elementos mecánicos del motor, las suspensiones, etc.

Pero, incluso con un cierto margen de pérdida de energía que es inevitable, se puede aprovechar una porción que permita reducir esfuerzo, consumo y emisiones, algo en lo que los fabricantes de automóviles centran sus esfuerzos desde hace décadas.

Qué es el KERS o freno regenerativo

Aquí es donde entra en escena el KERS, que busca reutilizar parte de la energía que es desaprovechada. Así pues, una vez claros los conceptos básicos, podemos profundizar en los fundamentos de un sistema que, en esencia, es un dispositivo que transforma la energía cinética que posee el vehículo en energía eléctrica, almacenándola en condensadores o baterías y utilizándola posteriormente para alimentar los diferentes elementos del mismo o incluso para contribuir a su movimiento o aumentar su autonomía (vehículos eléctricos). En los trenes, alimenta directamente la fuente de energía.

Un sistema KERS de Fórmula 1.

Cabe destacar que existe un concepto erróneo muy extendido en relación al KERS o cualquier otro sistema de recuperación de energía cinética: que este recupera la energía calorífica producida en los frenos al ser accionados.

No es así, pues lo que el KERS hace en realidad es aprovechar el momento en el que las ruedas son las que propician el movimiento del motor y la transmisióncuando el conductor deja de acelerar o frena, ya que esa energía cinética no es utilizada para forzar el avance del vehículo.

Cómo funciona el KERS o freno regenerativo

Para entender el funcionamiento de este sistema, pensemos en él como un motor eléctrico asociado a una batería. Este tipo de propulsores pueden funcionar en dos direcciones. Cuando la corriente se dirige al motor eléctrico, hace posible el movimiento de una bobina en el campo magnético, empleando su energía en mover cinéticamente el eje. Al moverse dicho eje, la electricidad comienza a desplazarse en dirección a la batería o el condensador, recuperándose la energía.

Dicho proceso es lo que vemos representado de manera básica en la pantalla de los vehículos híbridos, que nos indican en qué momento el vehículo gasta energía o la genera. Además, el freno regenerativo o KERS permite que dicha energía sea utilizada en procesos auxiliares como la calefacción o el aire acondicionado.

Vídeo en el que se explica el funcionamiento básico del freno regenerativo.

Finalmente, es importante apuntar que el freno regenerativo debe actuar conjuntamente con el freno tradicional, pues necesita de este cuando la energía acumulada es insuficiente para reducir la velocidad o detener el vehículo. Ello es debido a que no actúa de manera eficiente a baja velocidad y a que su acción está limitada por la capacidad de absorción del sistema y las baterías.

¿Por qué se llama freno regenerativo?

Básicamente, el KERS o freno regenerativo permite reducir la velocidad del vehículo, pues al actuar sobre la transmisión para recuperar la energía cinética malgastada, provoca una resistencia al avance.

En algunos casos, especialmente en los coches eléctricos, el conductor puede regular la capacidad de retención del sistema para simular el efecto del freno motor de un propulsor de combustión interna. Como ejemplo, el sistema de retención por levas de Hyundai permite cuatro modos que ofrecen diferentes niveles de interferencia:

  • Modo 0: el vehículo circula sin ningún tipo de retención, por lo que no genera energía. Lo único que frena al coche en esta opción es la aerodinámica del propio vehículo y el rozamiento de los neumáticos del mismo modo que si pusieras un coche de gasolina en punto muerto circulando cuesta abajo.
  • Modo 1: es la opción en la que menos retención se ejerce sobre el motor produciendo una pequeña energía para recargar la batería y aumentando la autonomía. Es muy útil en descensos muy largos y continuos en los que queremos mantener una velocidad constante.
  • Modo 2: es el nivel medio de regeneración, muy útil para detener el vehículo progresivamente con el fin de afrontar una curva sin usar el pedal de freno.
  • Modo 3: es el nivel más fuerte de regeneración, lo que produce un frenazo brusco al soltar el acelerador. Este modo es muy útil para detener el vehículo progresivamente, seleccionandolo después de haber soltado el acelerador.

En el caso de este sistema, el conductor puede seleccionar el modo que quiera en cualquier momento de la conducción, pero sólo funcionará una vez se haya soltado el acelerador. Algunos vehículos cuentan también con un sistema de un sólo pedal para el acelerador y el freno. Cuando el conductor pisa el pedal, el coche acelera y, si lo suelta, este frena en función de la intensidad con la que se haga, permitiendo así controlar la velocidad con un único pie.

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