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ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)
GRADO EN INGENIERA ELECTROMECNICA
ESPECIALIDAD MECNICA
APLICACIN DE UN SISTEMA DE FRENADO
REGENERATIVO OLEOHIDRULICO PARA
VEHCULOS DE TRANSPORTE PBLICO
Autor: Rivera Nieto, David
Director: Mochn Castro, Luis Manuel
Madrid
Agosto 2014

APLICACIN DE UN SISTEMA DE FRENADO REGENERATIVO
OLEOHIDRULICO PARA VEHCULOS DE TRANSPORTE
PBLICO
Autor: Rivera Nieto, David
Entidad colaboradora: ICAI- Universidad Pontificia Comillas
RESUMEN DEL PROYECTO
En este proyecto se realiza un estudio sobre la viabilidad de la implantacin de un sistema
de frenado regenerativo oleohidrulico para vehculos destinados al transporte pblico en
ciudades (se ha tomado como ejemplo un autobs de la comunidad de Madrid y un
turismo modelo Skoda Octavia).
En la primera parte del documento, se ha realizado una investigacin sobre el fenmeno
del frenado a lo largo de la historia. Se ha empezado por documentar la evolucin del
freno a principios del siglo XX hasta cuando se empez a desarrollar la idea del frenado
regenerativo en distintos tipos de transporte (trenes y automviles). Se ha distinguido e
investigado los dos tipos de frenada regenerativa en los que se investiga en la actualidad
(mecnico y elctrico) y tambin como han ido evolucionando hasta nuestros das ambos
tipos de frenado regenerativo. Por ltimo se han sealado las distintas aplicaciones de
cada uno en la actualidad. Entre estas aplicaciones destacan; el frenado regenerativo
elctrico potenciado sobre todo en coche hbridos y el KERS correspondiente a la frmula
uno, y el frenado regenerativo mecnico an por desarrollar ms profundamente
destinado a prototipos, pequeos vehculos y sistemas de propulsin complementarios en
turismos.
La segunda fase del documento explica el sistema que se ha diseado, su funcionamiento
y los distintos elementos que lo componen. Los elementos que componen el sistema son:
una mquina de pistones axiales de plato inclinado que acta como bomba o motor, un
regulador de potencia constante aplicado a la bomba, una vlvula distribuidora y un
acumulador de vejiga. El gas utilizado es Nitrgeno, que es un gas no inflamable y
tampoco desprende productos peligrosos en su combustin. El fluido que circula por el
sistema aceite mineral.
La bomba/motor va acoplada al eje del motor trmico con una transmisin de tipo
electromagntica que permite accionar la bomba/motor tan solo cuando se frena o se
acelera el vehculo.

Las especificaciones de la bomba son las siguientes:
Cilindrada mxima 149,23 cm^3
Presin diferencial mxima 128 bar
Rendimiento hidromecnico 0,85
Rendimiento total 0,85
Velocidad de giro 1000-2000 rpm
El regulador de potencia constante va incorporado a la bomba ya que es el encargado de
proporcionar a esta un par constante. El par se ajusta gracias a la variacin de la cilindrada
y esta se consigue modificando la carrera del pistn que ser mayor cuanto ms baja sea
la presin en el acumulador y decrecer a medida que la presin del acumulador aumente.
La vlvula distribuidora se ha utilizado como elemento de seguridad, para evitar una
excesiva compresin del gas y el acumulador contiene el gas que se comprime y se
expande para almacenar o proporcionar energa. El objetivo del sistema es acumular
energa en la etapa de frenado del vehculo, en la que la mquina rotativa bombea el fluido
al acumulador y comprime la vejiga donde se aloja el gas. En la etapa de aceleracin el
gas contenido en la vejiga se expande, la mquina rotativa acta como motor entregando
as el par motor al eje del motor de combustin a travs de la transmisin entre ambos.
A continuacin se explican los clculos, basados en su mayora en ecuaciones de
oleohidrulica y dinmica de rotacin. Se ha hecho especial nfasis en analizar el par
entregado por el sistema de frenado regenerativo en proporcin con el par entregado por
el motor de combustin tanto en el turismo como en el autobs. La relacin obtenida es
de un 6,4% para el turismo y un 2,5% para el autobs con lo que queda demostrado que
este sistema se puede configurar en un vehculo de estas caractersticas como sistema
complementario de propulsin. A la vista de los resultados se ha analizado las dos
posibilidades de aumentar el par. El aumento de par se consigue aumentando la presin
mxima que llega al acumulador pero las presiones a las que se ha trabajado son elevadas
con lo que aumentar el par con un aumento de presin puede producir un riesgo al
comprimir el gas de manera excesiva. El otro posible aumento del par se puede realizar
aumentando la cilindrada pero debido a que el sistema debe ir alojado en el vehculo no
se podra disear una bomba de dimensiones gigantescas ni tampoco un acumulador de
tamao desorbitado.
Por ltimo se ha realizado un estudio econmico y medio ambiental en el que se ha
estimado la reduccin de CO2 anual y el ahorro en litros de gasolina por ao tambin, que
se muestra en la siguiente tabla:

Tipo de vehculo Skoda Octavia Autobs
Contaminacin por litro de
combustible
2,6 Kg/l 2,6 Kg/l
Ahorro de combustible 39,36 l/ao 120,32 l/ao
Reduccin de CO2 102,33 Kg/ao 312,83 Kg/ao
Precio del combustible por litro 1,35 1,35
A la vista de los resultados, el ahorro de combustible dista mucho de un valor realmente
beneficioso tanto en el Skoda Octavia como en el autobs, y los resultados de la reduccin
de CO2, es un porcentaje pequeo respecto a lo que supone la emisin anual de este tipo
de gas a la atmsfera de un vehculo convencional. Dado el precio del combustible y lo
poco incentivada que est la sociedad por una conduccin sostenible a da de hoy, este
sistema de propulsin no es competitivo frente a otros sistemas de frenado regenerativo
como el que pueden llevar los vehculos hbridos ni tampoco con vehculos
convencionales que utilizan petrleo como combustible. No se ha realizado un estudio de
costes debido a que la rentabilidad del sistema se conseguira muy a largo plazo.

APLICATION OF AN OIL HYDRAULIC REGENERATIVE
BRAKING SYSTEM FOR PUBLIC TRANSPORT VEHICLES
Author: Rivera Nieto, David
Collaborating Institute: ICAI- Comillas Pontifical University
SUMMARY OF THE PROJECT
In this project, a study on the feasibility of implementing an oil hydraulic regenerative
braking has been done in vehicles used for public transport in Madrid (it has been taken
as an example a public bus of Madrid state and a model tourism "Skoda Octavia").
In the first part of the project, a research on the phenomenon of braking throughout history
has been done. This part begins with the evolution of the brake since the early twentieth
century when it began to develop until the idea of regenerative braking on different types
of transport (trains and cars). The two types of regenerative braking has distinguished and
investigated, both of them are currently in constant developing (mechanical and
electrical) and also how they have evolved until today.
Finally, the Project shows in this section different applications of each regenerative
braking model that are being used nowadays. The most important ones are: electric
regenerative braking in hybrid cars, the Kinetic Energy Recovery System (KERS) applied
in the formula one and the mechanical regenerative braking still further developing
prototypes intended for small vehicles and propulsion systems additional cars.
The second phase of the paper explains how the system has been designed, how it works
and the different elements that are part of it. The elements of the mechanical regenerative
braking system are: An axial piston inclined plate machine that works as a pump or motor,
constant power regulator applied to the pump/motor, a distributor valve and a bladder
accumulator. The gas used is nitrogen, which is a non-flammable gas and no apparent
hazardous combustion products. The fluid circulating system mineral oil.
The pump / motor is fitted to the shaft of the internal combustion engine with an
electromechanical transmission for actuating that allows the pump / motor to turn on only
when the vehicle slows or accelerates.

The following table shows the specifications of the pump/motor:
Maximum displacement 149,23 cm^3
Maximum differential pressure 128 bar
Hydromechanic efficiency 0,85
Total efficiency 0,85
Rotation speed 1000-2000 rpm
The constant power regulator is incorporated in the pump since it is responsible for
providing a constant torque to the pump/motor. The torque due to the variation of the
displacement is set and this is achieved by changing the piston stroke. The most the piston
stroke increases the lower the pressure is in the accumulator and the piston stroke will
decrease as the pressure increases in the accumu

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