Innovación en plásticos para automoción: sistemas de calefacción de bajo consumo basados en el efecto Joule para su aplicación en vehículos eléctricos

El proyecto JOSPEL consiste en el desarrollo e implementación de «Sistemas de bajo consumo confortables para el pasajero basados en el efecto Joule y Peltier» y está financiado por la Unión Europea (H2020-GV-2014, Topic GV-2-2014 Optimized and systematic energy management in electric vehicles, con acuerdo de subvención Nº 653851).

El proyecto está liderado por AIMPLAS (España) y en él participan otros trece socios (más información en  www.jospel-project.eu). El principal objetivo de JOSPEL es la reducción de al menos el 50 % de la energía empleada para la comodidad del pasajero (<1,250 W) y al menos el 30 % de la refrigeración y calefacción de los componentes en condiciones extremas en vehículos eléctricos que se encuentran actualmente en el mercado. Aunque en el proyecto JOSPEL se están desarrollando dispositivos de calefacción y refrigeración, aquí solo mencionaremos los elementos de calefacción basados en el efecto Joule desarrollados por AIMPLAS.  

El «efecto Joule» o «calentamiento resistivo» es el proceso mediante el cual el paso de una corriente eléctrica por un elemento conductor genera calor. La capacidad de calefacción puede controlarse modificando la resistencia eléctrica del material y su geometría. Ambos enfoques se están estudiando en el proyecto JOSPEL para desarrollar paneles de plástico conductor que se integran en las superficies internas de la cabina del vehículo.

Los elementos calefactores desarrollados en el proyecto JOSPEL se están integrando en vehículos eléctricos comerciales y se están poniendo a prueba en un laboratorio de demostración en condiciones reales para evaluar, entre otros, los diferentes factores de influyen en el confort térmico de los pasajeros.

Dentro del proyecto JOSPEL se han desarrollado dos tipos de elementos calefactores basados en el efecto Joule: paneles rígidos conductores y tejido flexible calefactor. AIMPLAS está desarrollando los paneles rígidos basados en termoplásticos. En la primera fase del proyecto se estudió y optimizó la composición y la geometría con el objetivo de conseguir una calefacción y un comportamiento global adecuados para su aplicación en vehículos eléctricos. Además, se evaluaron los prototipos mediante un plan de validación que incluye ensayos térmicos, eléctricos, envejecimiento acelerado y pruebas de uso cíclico y continuo.

Se desarrolló un compuesto termoplástico conductor y se obtuvieron una serie de láminas mediante el proceso de extrusión de lámina plana. Más tarde, se mecanizaron paneles de 200x350mm para el montaje de prototipos. En el montaje se incorporaron diferentes tipos de tapicería, un aislamiento de gomaespuma en la parte trasera para prevenir la pérdida de calor y un sensor de temperatura. Con respecto a la tapicería, se preseleccionaron varios tejidos empleados en automoción con y sin acolchado de espuma. Se calibraron los prototipos a distintos voltajes, midiendo la temperatura interior (termopar acoplado directamente en la superficie de la lámina termoplástica) y exterior (termopar acoplado a la superficie del tejido) tras diez minutos. Además, se controló el calentamiento con una cámara de infrarrojos. En la Imagen 1 se puede observar el calentamiento de los prototipos finales de los paneles rígidos.

Imagen 1: Comportamiento de la calefacción de los paneles termoplásticos calefactores

Imagen 2(a) Prototipos con tapizado de tejido y vinilo; (b) evaluación del comportamiento de la calefacción

Los resultados obtenidos son muy prometedores para su uso en vehículos eléctricos. Los prototipos presentaron una capacidad de calefacción alta y homogénea con muy bajo consumo, cumpliendo así uno de los principales objetivos del proyecto.

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