Análisis dinámico del consumo energético por confort térmico de la cabina de un vehículo eléctrico en Chile

Abstract

El siguiente trabajo corresponde a una estimación del impacto de la temperatura ambiente y la velocidad en la carga térmica y consumo energético necesario, para mantener la cabina de un vehículo eléctrico en Chile, dentro de un rango de confort térmico. Un vehículo eléctrico es aquel que es propulsado por energía eléctrica. Esta energía es almacenada en baterías que se encargan de alimentar el motor del vehículo y los consumos auxiliares de este. Entre estos consumos auxiliares, el que más destaca es el sistema de climatización, debido a que es el que presenta mayor consumo de energía, generando un gran impacto en la autonomía y eficiencia energética total del vehículo. Para poder estimar el impacto de los parámetros de estudio, se confecciona un modelo basado en las cargas térmicas de la cabina. Este es comparado con otro representado por una ecuación lineal que tiene como única variable la temperatura ambiente. Para poder realizar esto, se considera que la cabina se mantiene en un rango de confort dado por una temperatura promedio del habitáculo de 24◦C. El modelo es aplicado a datos obtenidos mediante telemetría de viajes realizados por el vehículo Hyundai Ioniq 2019 BEV dentro de la ciudad de Santiago. Estos viajes se dividen en viajes de ruta similar y un viaje de ruta larga. El modelo se implementa en Excel y la representación de resultados se realiza mediante el uso del lenguaje de programación Python, utilizando la plataforma Jupyter Notebook. Finalmente, analizando los resultados obtenidos se concluye que, para viajes realizados en horarios con presencia de radiación térmica, el incremento de la velocidad aumenta la convección externa y por ello la salida de calor desde las superficies de la cabina. Ocurre lo contrario para viajes realizados en horarios nocturnos, donde el aumento de la velocidad genera una entrada de calor, incrementando la carga de climatización. En relación con el efecto de la temperatura ambiente, se concluye que, para viajes realizados en el mismo rango horario, frente a un aumento en la temperatura, el consumo energético crece, pero en diferentes proporciones cuando la diferencia de temperatura entre viajes varia. Para ver si esta tendencia se mantiene es importante aplicar este modelo a más viajes. El porcentaje del consumo energético destinado a climatización aumenta a medida que la temperatura ambiente lo hace, y este se mantiene entre un 3 % y 30 % del consumo total. Lo mismo se puede concluir respecto a las métricas de eficiencia, a medida que disminuye la temperatura ambiente entre viajes de ruta similar, la eficiencia del sistema HVAC aumenta. Finalmente se concluye que estos resultados permiten obtener información de consumos destinados a climatización para distintos viajes, permitiendo conocer cuanto consumiría un viaje bajo condiciones similares.