Puede que los vehículos eléctricos (VE) acaparen todos los titulares estos días, pero la industria del automóvil sigue vendiendo millones de coches y camiones de gasolina y diésel cada año. De hecho, varios estudios analíticos de mercado siguen pronosticando otra década antes de que las ventas mundiales totales de coches con motor de combustión interna (ICE) sean inferiores a las de los eléctricos puros.
Para minimizar el impacto sobre el medio ambiente, es esencial que las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de estos coches se reduzcan lo antes posible, lo que significa que tienen que reducir sustancialmente su consumo de combustible. El desarrollo de nuevas tecnologías y una legislación cada vez más estricta, por ejemplo, la del «Pacto Verde» (Green Deal) de la Comisión Europea, harán que esta última generación de vehículos con motor de combustión interna sea la más ecológica de la historia. Un ejemplo de esta iniciativa, denominada «Fit for 55», establece el objetivo de que las emisiones de CO2 de los vehículos con motor de combustión interna sean en 2030 un 55% inferiores a las de 2021, y se aplicará ampliamente a coches de gasolina y diésel, furgonetas, camiones y autobuses.
En Europa se acaba de completar la última norma sobre emisiones contaminantes. Denominada Euro 7, exige que los vehículos sean limpios en las pruebas de emisiones en conducción real (RDE) y en condiciones de conducción prolongada. La nueva norma Euro 7 también duplica su definición de vida útil en comparación con las normas anteriores, pasando de 100.000 km y cinco años a 200.000 km y diez años.
Por tanto, la nueva norma no sólo exige que los vehículos reduzcan las emisiones desde el primer día, sino que mantengan esa reducción año tras año. Esto significa que los sistemas y componentes de estos vehículos deben seguir siendo precisos, dentro de unas tolerancias adecuadas, durante toda su vida útil.
Aunque hay muchos componentes que deben cumplir estos requisitos, uno de los más importantes para la reducción de emisiones es el sensor de presión. Al suministrar información de presión altamente precisa y estable durante toda la vida útil del sensor, éste puede contribuir de forma esencial a reducir el consumo de combustible de un vehículo y, por tanto, sus emisiones de gases de efecto invernadero.
Aplicaciones de los sensores de presión
El mercado mundial de sensores de presión para automóviles (que abarca desde el control de la presión de los neumáticos hasta la gestión del motor) es enorme y sigue creciendo. Según los datos recopilados por los analistas de Mordor Intelligence, actualmente experimenta una tasa de crecimiento anual compuesto (TCAC) de aproximadamente el 7%. Basándose en esto, la empresa prevé que el mercado tendrá un valor anual de 14.600 millones de dólares en 2027.
Veamos ahora algunos de los casos de uso más importantes en un vehículo. La figura 1 muestra ocho aplicaciones de automoción que emplean sensores de presión. Todos ellos son ejemplos en los que los sensores de presión tienen un impacto directo en la reducción del consumo de combustible, con lo que disminuyen las emisiones de CO2 u otros contaminantes, y ayudan a mejorar la calidad del aire de acuerdo con las normas Euro 7.
Por ejemplo, los sensores número uno y número dos del diagrama miden la cantidad de aire que entra en el motor. Cuanto más precisos sean esos sensores, mejor podrá regularse la cantidad de combustible que se utiliza en el motor, por lo que hay un impacto directo en la reducción del consumo de combustible.
Otro sensor con impacto directo en el consumo de combustible se utiliza con el número ocho en el diagrama, el potenciado del servofreno. Esto ayuda a apagar el motor cuando no es necesario, mientras que todavía tiene una función de asistencia de frenado, y por lo tanto la reducción del consumo de combustible.
Otro ejemplo es el dispositivo número tres del diagrama. Se llama recirculación de gases de escape (EGR) y ayuda a reducir las emisiones de óxidos nitrosos (NOx) devolviendo los gases de escape al motor. Un sensor de presión permite un funcionamiento más eficaz.
Cuantificar el ahorro exacto de combustible gracias a unos datos de presión más precisos puede resultar complicado. Sin embargo, todo indica que existe una relación evidente.
Un sensor de presión preciso – en la práctica
Hace cinco o diez años, los mejores sensores de presión absoluta podían ofrecer una precisión de aproximadamente ±1% o ±1,5% de la escala completa (FS). En la actualidad, los últimos componentes han mejorado esta precisión en un factor de dos o tres: los dispositivos MLX90824 y MLX90822 de Melexis (mostrados en la figura 2) ofrecen una precisión de ±0,5% FS.
Y lo que es igual de importante, estos últimos sensores pueden mantener esta precisión durante toda su vida útil. Mientras que en el pasado se estimaba que la vida útil era de 1.000 horas, en este caso es de casi 4.000 horas (a 150 °C).
Los nuevos sensores también proporcionan un mayor rango de temperatura de funcionamiento de hasta 170 °C, frente a los 150 °C de los dispositivos anteriores. Esto es importante porque los motores de los coches híbridos modernos son más pequeños que en el pasado, a fin de dejar espacio para el motor eléctrico y el paquete de baterías. Como los motores son cada vez más pequeños, se calientan más y, en consecuencia, se requieren componentes capaces de funcionar a temperaturas más elevadas.
Para motocicletas o cualquier equipo que funcione con motores pequeños, como motosierras o cortacéspedes, también es necesario disponer de un sensor con una frecuencia de actualización y una respuesta de paso muy rápidas. El MLX90822 responde a esta necesidad, con una salida de tensión analógica que proporciona una respuesta de paso inferior a 400µs. El MLX90824, con su salida digital (que utiliza el protocolo SENT, ampliamente implantado), satisface las necesidades de otras aplicaciones que requieren más capacidades de diagnóstico.
Los dispositivos MLX90824 y MLX90822 incluyen cada uno un circuito de lectura del sensor, hardware digital, reguladores de tensión y controladores de salida, así como los componentes pasivos necesarios. La integración de todos los dispositivos necesarios en un solo encapsulado sin placa de circuito impreso, reduce los pasos de integración, lo que permite obtener la misma precisión y estabilidad a nivel de módulo que cuando el sensor sale de la línea de producción.
Diseñados para entornos de automoción adversos, incluida la exposición a gases corrosivos, estos nuevos sensores pueden sustituirse fácilmente en los diseños de motores existentes. Simplemente se conectan al mazo de cables heredado y se configuran para imitar el comportamiento del sensor anterior, de modo que el cambio de componente es transparente para el microcontrolador que recibe los datos de medición de la presión.
Optimizados para los diseños de motores modernos, los nuevos sensores de presión de automoción Melexis presentan unos niveles de precisión líderes en el sector. Vienen calibrados de fábrica y presentan una baja deriva a lo largo de su vida útil. Estas características les permitirán contribuir a la reducción de emisiones en la última generación de motores de combustión interna y garantizar que estos vehículos cumplan plenamente las nuevas normas medioambientales.
