Diseño de un modulo hibrido diésel-eléctrico en configuración paralelo para el accionamiento del tambor en camiones mezcladores de concreto preexistentes, orientado a la disminución de consumo de combustible y emisiones contaminantes

Abstract

Los camiones mezcladores empleados para el transporte y mezclado de concreto, operan el accionamiento del tambor mezclador a través de tomas de potencia (PTO) conectadas al motor de combustión. Lo anterior implica que el motor debe permanecer encendido durante todos los modos del ciclo de operación para suministrar la potencia demandada por el accionamiento, aun cuando aproximadamente durante el 80% del tiempo de operación el camión se encuentra estacionado. La intervención de este sistema de accionamiento abre la posibilidad de disminuir los costos operacionales y las emisiones de gases contaminantes producidos por la flota asociados al consumo de combustible este tipo de vehículos. En el presente proyecto se propone aprovechar los conceptos, equipos y desarrollos aplicados en las tecnologías comerciales hibrido Diésel-eléctrica en configuración en paralelo de los sistemas de tracción de camiones y autobuses, con el fin de diseñar un Kit o módulo de Hibridación Diésel-Eléctrico que se adapte a un camión mezclador preexistente y permita suplir parcialmente la energia y/o potencia requerida para accionar el tambor mezclador. La incorporación de tecnologías de sistemas de frenos regenerativos permitirá la recuperación de energia cinética y potencial en los descensos de la ciudad, paradas y desaceleraciones para aprovecharla en el accionamiento de la bomba hidráulica presente en el sistema mezclador. La tecnología que se integre a los camiones debe ser poco invasiva, además el sistema de accionamiento híbrido Diésel-eléctrico, debe satisfacer los requerimientos de potencia demandados por la operación de mezclado, con una magnitud nominal de 90 kW y máxima de 135 kW, además de suplir la demanda energética, estimada en el rango de los 24 a 125 kWh, para unos tiempos de operación por ciclo de trabajo de 1 a 4 horas. Con un costo de la implementación de la tecnología inferior a $150’000.000 COP y un ahorro esperado del 35% del consumo de combustible.

The drums of mixer trucks used to transport and mix concrete are connected to the combustion engine through Power Take-Off (PTOs). This implies that the engine must remain turned ON during the entire operation cycle in order to supply the power required by the driveline, even though the trucks remain parked approximately 80% of the time. The intervention of this drive system opens the possibility towards a reduction of operational costs, emissions and polluting gases produced by the fleet associated with the fuel consumption. In the present project, a redesign of the traction system of trucks and buses is proposed in order to take advantage the concepts, equipment and developments applied in hybrid diesel-electric technologies in parallel configuration. A Diesel-Electric Hybridization Kit or module which adapts to a pre-existing mixer truck and allows to partially supply the energy and / or power required to drive the mixing drum was designed. A regenerative braking system, which recovers potential and kinetic energy from downhill driving and decelerations, for latter use in the hydraulic pump, present in the mixer system, was also incorporated. The model requirementes included a non-invasive technology, the supply of the power and energy demanded by the mixing operation; which are of 90 kW rated and 135 kW as maximum for the power, and in a range of 24 to 125 kWh for the energy in an operating time per cycle of work of 1 to 4 hours; in addition, the technology implementation cost must be less than 150’000.000 COP and the desired fuel consumption savings must be of at least 35%.