Descripció del projecte
Amb l’objectiu de reduir les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle i partícules contaminants, el sector de l’automoció ha passat per un gran canvi durant l’última dècada modificant completament el concepte dels vehicles de tracció mecànica i optant per nous mètodes de propulsió, com l’electricitat. Els vehicles elèctrics contenen una tecnologia relativament nova que, per convertir-se en una tecnologia de futur, requereix d’investigació per optimitzar-ne el producte final, el vehicle elèctric.
Tot i que el vehicle elèctric representa una millora respecte els de combustió interna, ja que el seu parell motor és instantani i permet la descomposició vectorial del parell generat pel motor per aconseguir una major estabilitat, presenta una gran problemàtica: l’autonomia. Aquest factor és el principal limitant del rendiment del cotxe i està estrictament relacionat amb el pes, pel que el fet d’augmentar les dimensions de la bateria seria contraproduent. Diferents empreses han optat per un ampli ventall de sistemes de regeneració de l’energia de la bateria, com la regeneració utilitzant l’energia generada durant les desacceleracions del vehicle. La solució que hem plantejat per a desenvolupar en el present projecte de doctorat és la implementació de plaques fotovoltaiques (PVC) en el carenat del vehicle, representant una millora sobre la regeneració per frenada, ja que presentaria una generació d’energia constant sempre i quan el vehicle estigués en contacte amb la llum solar. En el present projecte s’entén com a carenat del vehicle una estructura secundaria de materials compostos avançats de matriu polimèrica reforçats amb fibra de carboni.
La possibilitat d’implementar PVCs presenta un pas endavant cap a l’assoliment dels vehicles elèctrics propulsats completament per energies renovables, però al mateix temps la seva implementació representa un gran repte. Aquesta dificultat es deu al fet d’implementar les plaques fotovoltaiques en el laminat de material compost, per dos motius: les temperatures generades durant el funcionament de les PVC i pel fet d’afegir-les a l’estructura actual. Les PVC poden generar gradients de temperatura durant el seu funcionament afectant principalment la unió amb el laminat del carenat de manera localitzada. Aquestes càrregues tèrmiques originaran una àrea que patirà tant deformacions com esforços que poden donar lloc a degradacions del conjunt, tal com la delaminació de la PVC amb el laminat. No només s’hauran de considerar els esforços tèrmics sinó que també s’haurà d’estudiar com unir les PVC en el carenat, és a dir, determinar l’adhesiu a utilitzar o si en el mateix cicle de curat del laminat de material compost s’afegeixen directament les PVC en el conjunt. El primer aspecte a tenir en compte és que el laminat que forma el carenat servirà de suport per les PVC, però aquest no les pot tapar en cap moment, ja que no rebrien llum solar. Finalment, al tractar-se d’un vehicle, s’haurà d’assegurar que la implementació de les PVC no repercuteix de forma negativa en la seguretat dels passatgers.
El procediment d’estudi es podria plantejar seguint unes pautes concretes en les que es partirà del disseny actual de l’Hispano Suiza Carmen per disposar de la informació del laminat de material compost i dels esforços considerats durant la vida útil del vehicle. Amb aquest punt de partida, es caracteritzarà el material de les PVC conjuntament amb el laminat, i es farà ús de la simulació numèrica per elements finits (FEM) per a determinar els esforços generats al implementar les PVC i predir el comportament del conjunt amb diferents possibilitats de disseny. Per l’estudi del comportament de la interfície d’unió dels dos materials s’utilitzaran tecnologies com la dels elements cohesius, que permetran analitzar la possible iniciació i propagació de la delaminació generada. Un cop solucionats els problemes de la implementació de les plaques, s’estudiarà el conjunt durant el seu funcionament normal, tenint en compte tant la carrega tèrmica generada per les plaques fotovoltaiques, que afectarà al laminat del carenat, com els esforços generats per la pressió del vent contra les plaques fotovoltaiques. és important destacar que serà d’especial dificultat la caracterització del conjunt laminat i placa PVC de les propietats de resistència a la propagació d’esquerdes. Aquesta caracterització servirà per conèixer la qualitat de la unió d’ambdós elements així com poder alimentar els models numèrics FEM per a simular el comportament estructural i millorar el disseny del conjunt sense necessitat de realitzar assajos reals estructurals.
Finalment, és important destacar que tant el material compost com els mitjans per a la fabricació de provetes i estructures, seran proporcionats amb el suport de l’empresa Q3d. D’altra banda, el desenvolupament de la instal·lació elèctrica i la seva incorporació en el sistema elèctric del vehicle serà portada a terme pel departament corresponent de la mateixa empresa.
