La medición precisa de la presión es fundamental para el desarrollo seguro y rentable de vehículos de motor
El principio de la energía hidráulica para realizar trabajos ha existido desde la época del antiguo Egipto, pero a medida que los sistemas han evolucionado, también lo han hecho las herramientas necesarias para diseñar y desarrollar estos circuitos sofisticados, a menudo críticos.
Desde el primer manómetro inventado por Evangelista Torricelli en el siglo XVII hasta el manómetro mecánico Bourdon y finalmente hoy, el transductor de presión piezorresistivo , los desarrolladores siempre han buscado el mejor equipo para medir presiones y optimizar el diseño. Y en los últimos tiempos, los ingenieros automotrices, en particular, han llegado a confiar en estos sensores de presión precisos y de alta calidad cuando realizan pruebas y desarrollo de vehículos.
Estos transductores de presión actuales son típicamente capaz de grabar deflexiones a gran escala de aproximadamente 350 mbar a 700 bar bajo temperaturas sostenidas que van desde -40 O C a 150 ° C; y lo mejor de todo, los sensores de calidad, como los producidos por STS, son capaces de una histéresis y repetibilidad de alrededor del 0,001%.
Imagen 1: Transmisor de presión ATM.1ST de alta precisión con una precisión de hasta 0,05% FS
Los sensores de presión de alta calidad se utilizan en el desarrollo de sistemas automotrices clave.
Este nivel de repetibilidad es fundamental en el diseño y desarrollo de sistemas de refrigeración y suministro de combustible, entre otros. Durante el desarrollo, los diseñadores confían en un equipo de medición de presión estable para registrar la información con precisión, de modo que se pueda documentar el efecto de incluso los cambios de diseño más pequeños sin preocuparse de que el sensor sea incapaz de obtener resultados repetibles.
En un rediseño reciente de un sistema de enfriamiento del motor para aprovechar las pérdidas parásitas reducidas que son posibles gracias a la electrificación, el equipo de ingeniería de un OEM de lujo se enfrentó inicialmente con una caída de presión en la bomba de alrededor de 250 kPa. Antes de que fuera posible un rediseño de la nueva bomba eléctrica, era necesario registrar mediciones de presión precisas, lo que permitía a los ingenieros la oportunidad de identificar el problema. Después de estudiar los resultados registrados por la matriz de sensores de presión, se modificó el diseño, reduciendo la caída a menos de 100 kPa y recortando las pérdidas parásitas en 500 W.
Y aunque la electrificación y los controles electrónicos están desempeñando un papel cada vez más importante en los sistemas de los vehículos, todavía se confía en la presión hidráulica para garantizar el buen funcionamiento de muchos circuitos críticos.
A modo de ejemplo, durante el desarrollo de una transmisión automática , las presiones de la línea del puerto deben medirse en tiempo real y luego compararse con las normas de diseño para confirmar que se cumplen los parámetros de diseño. Al mismo tiempo, los tiempos de turno y la calidad se miden y evalúan subjetivamente para garantizar que la capacidad de conducción y el rendimiento cumplan con los requisitos del cliente.
A pesar del valor de los sensores de presión de alta calidad para registrar datos valiosos durante las pruebas y el desarrollo, al industrializar las tecnologías futuras, estas herramientas también pueden reducir significativamente los costos de diseño.
Los sensores de presión garantizan que las tecnologías futuras estén a la altura de las expectativas.
En un intento por mejorar el rendimiento de los motores severamente reducidos, los fabricantes están aprovechando la potencia adicional que ofrece la electrificación de 48V, reemplazando el turbocompresor por un sobrealimentador eléctrico .
Al ser una tecnología en proceso de maduración, los ingenieros que deseen optimizar los supercargadores eCharge no disponen de muchos datos de investigación y pruebas. Aunque la dinámica de fluidos y la ingeniería eléctrica proporcionan una plataforma sólida desde la que construir, sigue siendo vital que las teorías se validen en condiciones de prueba del mundo real.
Para lograr esto, se deben mapear las presiones del colector para optimizar el rendimiento del motor y maximizar la energía recuperada de los gases de escape. Para esto, se requieren sensores de presión extremadamente precisos que brinden lecturas precisas en una amplia gama de presiones y temperaturas de refuerzo del colector. Estos sensores también deben ser resistentes a la vibración y la degradación química.
Y mientras los fabricantes de todo el mundo continúan investigando sobre vehículos eléctricos, varios grupos están considerando formas de aprovechar el hidrógeno para generar electricidad en lugar de depender de las baterías de almacenamiento.
Las celdas de combustible de hidrógeno que emplean membranas de intercambio de protones, también conocidas como celdas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEM) (PEMFC), ya han tenido una producción en serie limitada en vehículos como el Mirai de Toyota.
Aunque las celdas de combustible PEM pequeñas funcionan normalmente a una presión de aire normal, las celdas de combustible de mayor potencia, de 10 kW o más, suelen funcionar a presiones elevadas. Al igual que con los motores de combustión interna convencionales, el propósito de aumentar la presión en una pila de combustible es aumentar la potencia específica extrayendo más potencia de la celda del mismo tamaño.
Normalmente, la pila de combustible PEM funciona a presiones que van desde casi la atmosférica hasta aproximadamente 3Bar, y a temperaturas entre 50 y 90 ° C. Si bien las densidades de potencia más altas son posibles al aumentar la presión de funcionamiento, la eficiencia neta del sistema puede ser menor debido a la potencia necesaria para comprimir el aire; de ahí la importancia de equilibrar la presión con los requisitos de la celda de combustible particular.
Al igual que con las presiones de refuerzo ICE, esto solo se puede hacer tomando medidas de presión precisas utilizando sensores de presión de alta calidad. Estas medidas se comparan luego con las salidas de la pila de combustible para minimizar las pérdidas parásitas mientras se optimizan las ganancias en la salida eléctrica.
Por lo tanto, independientemente del curso que elija la industria automotriz para las tecnologías futuras, los sensores de presión precisos seguirán siendo clave para el desarrollo de vehículos seguros y eficientes.
