Hibrido.docx

CONTENIDO INTRODUCCION........................................................................................................................... 2 1

MOTOR HIBRIDO .................................................................................................................. 3

2

TIPOS DE MOTORES HIBRIDOS ......................................................................................... 4 2.1

SISTEMA PARALELO ................................................................................................... 4

2.2

SISTEMA COMBINADO O PARALELO-SERIE ........................................................... 4

2.3

SISTEMA EN SERIE ..................................................................................................... 4

2.4

CLASIFICACION ........................................................................................................... 5

2.4.1

REGULARES ............................................................................................................ 5

2.4.2

ENCHUFABLES ........................................................................................................ 5

2.5

CADENA ENERGÉTICA DE UN VEHÍCULO HÍBRIDO ELÉCTRICO ......................... 5

2.5.1

LA CADENA CINEMÁTICA ....................................................................................... 5

2.5.2

LA POTENCIA ........................................................................................................... 6

2.5.3

LA EFICIENCIA ......................................................................................................... 6

3

IMPORTANCIA DE LOS MOTORES HIBRIDOS .................................................................. 7

4

VENTAJAS Y DESVENTAJAS ............................................................................................ 11 4.1

VENTAJAS .................................................................................................................. 11

4.2

DESVENTAJAS........................................................................................................... 13

5

APLICACIONES ................................................................................................................... 15

6

TECNOLOGIA DE SISTEMAS HIBRIDOS EN EL PERÚ ................................................... 17

7

CONCLUSIONES ................................................................................................................ 20

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BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 21

1

INTRODUCCION

A lo largo del tiempo en la industria automovilística se ha ido desarrollando nuevas alternativas para mejorar el desempeño de los motores, reducir la contaminación que producen estos y también el menor uso de combustibles. En este trabajo vamos a tocar el tema de un motor hibrido sabremos qué es y cómo se desarrolló a lo largo del tiempo también veremos cuáles son sus aplicaciones como que tipo de motores híbridos existen. El desarrollo de este tipo de motor se ve gracias al consumo de las personas ya que esto ayuda a mejorar a las compañías desarrolladoras de motores. El uso de este tipo de motor revoluciona mucho la industria automovilística ya que te permite utilizar diversas fuentes de energías y disminuye la contaminación, como los vehículos que usan este motor son muy pocos se ve que son costosos pero por el mismo hecho de que estos motores son novedosos y revolucionan toda una industria su producción a lo largo de los años será mayor. Los motores híbridos es una tecnología que no está desarrollada en su totalidad lo cual nos abre toda una rama de estudios para la especialización en nuestra carrera como ingenieros mecánicos ya que debemos de estar a la vanguardia de nuevas tecnologías y alertas al estudio de nuevas especializaciones. Con este trabajo buscamos conocer más sobre los motores híbridos y concluir su aporte e importancia en la industria automovilística donde principalmente se usan.

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1

MOTOR HIBRIDO

La palabra hibrido al ligarla a los motores nos da a entender que es el uso de dos o más tecnologías que se unan para dar un mejor rendimiento. En el caso de los autos híbridos son aquellos que incorporan dos motores de distintas tecnologías para producir energía pueden ser un motor principal de combustión convencional y otro eléctrico el cual sirve como apoyo al primero. El uso de estas dos tecnologías nos da opciones el hecho del que motor eléctrico sea recargable por una toma de corriente o no. Estos motores se pueden fabricar en diferentes configuraciones. 

En paralelo: en esta configuración el motor térmico y el eléctrico tienen la capacidad de hacer giras las ruedas del vehículo.



En serie: en este caso el motor eléctrico es el que proporciona la tracción al auto, utilizándose el motor térmico para generar electricidad que se almacena en las baterías.

Uno de los puntos principales de estos motores es el tema del aprovechamiento de la energía, en el caso de los motes de combustibles se pierde gran cantidad de energía en el rozamiento, en las resistencias que puedan existir, en el calor generado, en las vibraciones y el sonido que genera este motor lo cual nos da a entender que se desperdicia energía en el funcionamiento de este. En el caso de los motores hibridos se minimiza al máximo la perdida de energía para realizar esto los motores híbridos aprovechan las aceleraciones y las bajadas de endientes para producir energía la cual se almacena en las baterías con las que cuenta.

Figura1: grafica de funcionamiento del vehículo hibrido Fuente: internet

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TIPOS DE MOTORES HIBRIDOS

Existen numerosos tipos de sistemas de propulsión híbridos eléctricos, entre los que destacan tres: el sistema paralelo, el sistema combinado y el sistema de secuencia o en serie.

2.1

SISTEMA PARALELO

El motor térmico es la principal fuente de energía y el motor eléctrico actúa aportando más potencia al sistema. El motor eléctrico ofrece su potencia en la salida y en la aceleración, cuando el motor térmico consume más. Este sistema destaca por su simplicidad, lo que abre la puerta a la posibilidad de implementarlo en modelos de vehículos ya existentes, sin necesidad de diseños específicos, y facilita la equiparación de su coste al de un vehículo convencional. Ejm: Honda Insight.

2.2

SISTEMA COMBINADO O PARALELO-SERIE

El motor eléctrico funciona en solitario a baja velocidad, mientras que a alta velocidad, el motor térmico y el eléctrico trabajan a la vez. El motor térmico combina las funciones de propulsión del vehículo y de alimentación del generador, que provee de energía al motor eléctrico, lo que suele aumentar la eficiencia del sistema, ya que se puede aprovechar la energía generada por el motor térmico, que en ciertas circunstancias puede ser en exceso, y en lugar de desperdiciarla, utilizarla para recargar las baterías del sistema eléctrico. Ejm: Toyota Prius

2.3

SISTEMA EN SERIE

El vehículo se impulsa sólo con el motor eléctrico, que obtiene la energía de un generador alimentado por el motor térmico. Ejm: El Opel Ampera, basado en el Chevrolet Volt.

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Figura 2: Sistemas de propulsión Fuente: Internet

2.4

CLASIFICACION

Se pueden clasificar en:

2.4.1

REGULARES

Que utilizan el motor eléctrico como apoyo, pero que no se pueden recargar conectándolo a la red eléctrica. 2.4.2

ENCHUFABLES

También conocidos por sus siglas en inglés PHEV, que emplean principalmente el motor eléctrico y que se pueden recargar enchufándolos a la red eléctrica.

2.5

CADENA ENERGÉTICA DE UN VEHÍCULO HÍBRIDO ELÉCTRICO

Se subdivide en.

2.5.1

LA CADENA CINEMÁTICA

Un vehículo necesita realizar trabajo para desplazarse; para ello debe adquirir energía de alguna fuente y transformarla, con algún tipo de motor (térmico convencional, eléctrico, etc.), en energía cinética para que las ruedas giren y se produzca el desplazamiento.

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2.5.2

LA POTENCIA

Los automóviles normalmente tienen motores de combustión interna que rondan entre los 45 y 240 CV de potencia máxima. Esta potencia se requiere en situaciones particulares, tales como aceleraciones a fondo, subida de grandes pendientes con gran carga del vehículo y a gran velocidad. El hecho de que la mayoría del tiempo dicha potencia no sea requerida supone un despilfarro de energía, puesto que sobredimensionar el motor para posteriormente emplearlo a un porcentaje muy pequeño de su capacidad sitúa el punto de funcionamiento en un lugar donde el rendimiento es bastante malo. El hecho de desarrollar una potencia muy inferior a la que el motor puede dar supone un despilfarro por dos motivos: por una parte se incurre en gastos de fabricación del motor superiores a lo que requeriría realmente, y por otra, el rendimiento de un motor que pueda dar 100 caballos cuando da sólo 20. 2.5.3

LA EFICIENCIA

Dado que el mayor consumo de los vehículos se da en ciudad debido a las paradas continuas, los motores eléctricos constituyen un ahorro energético notable; mientras que un motor térmico necesita incrementar sus revoluciones para aumentar su par (fuerza del motor), el motor eléctrico en cambio tiene un par constante, es decir, produce la misma aceleración al comenzar la marcha que con el vehículo en movimiento. La eficacia del híbrido eléctrico se nota sobre todo en el uso en ciudad; la energía es más limpia y el motor eléctrico que es más simple mecánicamente, tiene menor consumo de aceite lubricante, y dado que trabaja a bajas temperaturas por no haber combustión puede ser mucho más duradero que un motor de combustión interna, y con pocas piezas de desgaste como pueden ser los rodamientos.

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IMPORTANCIA DE LOS MOTORES HIBRIDOS

Los automóviles normalmente tienen motores de combustión interna que rondan entre los 60 y 180 CV de potencia máxima. Esta potencia se requiere en situaciones particulares, tales como aceleraciones a fondo, subida de grandes pendientes con gran carga del vehículo y a gran velocidad. El hecho de que la mayoría del tiempo dicha potencia no sea requerida supone un despilfarro de energía, puesto que sobredimensionar el motor para posteriormente emplearlo a un porcentaje muy pequeño de su capacidad, sitúa el punto de funcionamiento en un lugar donde el rendimiento es bastante malo. Un vehículo medio convencional, si se emplea mayoritariamente en ciudad o en recorridos largos y estacionarios a velocidad moderada, ni siquiera necesitará desarrollar 20 caballos.

El hecho de desarrollar una potencia muy inferior a la que el motor puede dar supone un despilfarro por dos motivos: por una parte se incurre en gastos de fabricación del motor superiores a lo que requeriría realmente, y por otra, el rendimiento de un motor que pueda dar 100 caballos cuando da sólo 20 es muy inferior al de otro motor de menor potencia máxima funcionando a plena potencia y dando esos mismos 20 caballos. Este segundo factor es el principal responsable de que el consumo urbano de un mismo vehículo equipado con un motor de gran potencia consuma, en recorridos urbanos, muchísimo más que uno del mismo peso equipado con un motor más pequeño. En conclusión, el motor ha de ser el idóneo para el uso al que se destina.

Otro factor que penaliza el rendimiento brutalmente en recorridos urbanos es la forma de detener el vehículo. Ésta detención se realiza mediante un proceso tan ineficiente cómo es disipar y destruir la energía en forma de movimiento, energía cinética, que lleva el vehículo para transformarla en calor liberado inútilmente al ambiente.

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Figura 3: Vista seccionada de un motor hibrido Fuente: Internet

Sin embargo, tampoco parece razonable limitar la potencia máxima de un motor en demasía en pro de conseguir excelentes consumos, puesto que en ciertas ocasiones es estrictamente necesario disponer de potencia para determinados esfuerzos tan puntuales como inevitables, tales como adelantamientos y aceleraciones en pendiente. He aquí donde el sistema híbrido toma su mayor interés. Por una parte combina un pequeño motor térmico, suficiente para el uso en la inmensa mayoría de las ocasiones, de buen rendimiento y por tanto bajo consumo y emisiones contaminantes, con un sistema eléctrico capaz de realizar dos funciones vitales. Por una parte desarrolla el suplemento extra de potencia necesario en contadas, pero inevitables, situaciones como las anteriormente citadas. Por otra, no supone en absoluto ningún consumo extra de combustible. Al contrario, supone un ahorro, puesto que la energía eléctrica es obtenida a base de cargar las baterías en frenadas o retenciones del vehículo al descender pendientes, momentos en los que la energía cinética del vehículo se destruiría (transformaría en calor irrecuperable para ser más exactos) con frenos tradicionales. Además, no sólo aporta potencia extra en momentos de gran demanda de ésta, sino que posibilita emplear solo la propulsión eléctrica en arrancadas tras detenciones prolongadas (semáforos por ejemplo) o aparcamientos y mantener el motor térmico parado en éstas situaciones en las que no es empleado, o se requiere de él una potencia mínima, sin comprometer la capacidad para retomar la marcha instantáneamente. Esto es posible porque tiene la capacidad de arrancar en pocas décimas de segundo el motor térmico en caso de necesidad.

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Además de la altísima eficiencia, la posibilidad de emplear los motores eléctricos, exclusivamente, durante un tiempo permite evitar la producción de humos en situaciones molestas, como por ejemplo en garajes. En conclusión, desde el punto de vista de la eficiencia energética, el vehículo híbrido representa un avance importante tanto en la reducción del consumo de combustible y de la contaminación. Sin embargo, no todos son ventajas actualmente los costes de producción de baterías, el peso de las mismas y la escasa capacidad de almacenamiento limitan aún su empleo generalizado. El gran problema actual con el que se encuentra el motor eléctrico para sustituir al térmico en el vehículo es la capacidad de acumulación de energía eléctrica, que es muy baja en comparación con la capacidad de acumulación de energía en forma de combustible. Aproximadamente, 1 kg de baterías puede almacenar la energía equivalente de 18 gramos de combustible, si bien este cálculo no tiene en cuenta el escaso aprovechamiento energético de esa energía en un motor de combustión, en comparación con un motor eléctrico. Aun así esto supone una barrera tecnológica importante para un motor eléctrico.

Figura 4: Imagen de una batería de un móvil hibrido. Fuente: Internet.

Los motores eléctricos han demostrado capacidades de sobra para impulsar otros tipos de máquinas, como trenes y robots de fábricas, puesto que pueden conectarse sin problemas a líneas de corriente de alta potencia. Sin embargo, las capacidades de almacenamiento energético en un vehículo móvil obligan a los diseñadores a usar una complicada cadena energética multidisciplinar, e híbrida, para sustituir a una sencilla y barata cadena energética clásica depósito-motor-ruedas. La electricidad, como moneda de cambio energética, facilita el 9

uso de tecnologías muy diversas, ya que el motor eléctrico consume electricidad, independientemente de la fuente empleada para generarla.

Figura 5: Ubicación de las baterías en un automóvil hibrido. Fuente: Internet.

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4.1

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJAS 1) El medio ambiente: Una de las mayores ventajas de coche híbrido con los demás coches de motor con gasolina es que corre más limpio y tiene mejor rendimiento de combustible que hace que sea amigable con el medio ambiente. Un vehículo híbrido funciona con dos motores potencia (motor de gasolina y motor eléctrico) que reduce el consumo de combustible y bajo consumo de energía.

Figura 6: Auto Ecológico. Fuente: Internet.

2) Beneficios financieros: Los coches híbridos son compatibles con muchos créditos e incentivos que ayuden para que sean asequibles. Cuentas anuales de impuestos más bajos y la exención de las tasas de congestión se presenta en forma de menos cantidad de dinero gastado en el combustible. 3) Menos dependencia de los combustibles fósiles: Un coche híbrido es mucho más limpio y requiere menos combustible para hacer funcionar lo que significa menos emisiones y menos dependencia de los combustibles fósiles. Esto a su vez ayuda a reducir el precio de la gasolina en el mercado interno.

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Figura 7: Menos emisiones. Fuente: Internet.

4) Sistema de frenado regenerativo: Cada vez que se aplica el freno mientras se conduce un vehículo híbrido ayuda a recargar la batería un poco. Un mecanismo interno entra en acción que captura la energía liberada y lo utiliza para cargar la batería que a su vez elimina la cantidad de tiempo y la necesidad de parar para recargar la batería periódicamente.

Figura 8: Eficiencia Fuente: Internet.

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5) Construidos con materiales ligeros: Los vehículos híbridos están hechos de materiales más ligeros que significa que se requiere menos energía para funcionar. El motor también es más pequeño y ligero que también ahorra mucha energía.

6) Mayor valor de reventa: Con el aumento continuo en el precio de la gasolina, más y más personas están recurriendo a los coches híbridos. El resultado es que estos vehículos verdes han comenzado mando más alto que los valores medios de reventa. Por lo tanto, en caso de que no está satisfecho con su vehículo, siempre se puede vender a un precio superior a los compradores en busca de ella.

4.2

DESVENTAJAS

1) Menos alimentación: Los coches híbridos son impulsados por motores gemelos. El motor de gasolina que es fuente primaria de energía es mucho menor en comparación con lo que se obtiene en un solo auto y el motor eléctrico es de baja potencia. La potencia combinado de ambos es a menudo menor que la de motor alimentado por el de gasolina. Por lo tanto, es adecuado para la conducción urbana y no para la velocidad y la aceleración.

2) puede ser costoso: El mayor inconveniente de tener un coche híbrido es que puede quemar un agujero en el bolsillo. Los coches híbridos son comparativamente caro que un coche de gasolina regular y pueden costar $ 5000 a $ 10.000 más de una versión estándar. Sin embargo, esa cantidad adicional se puede compensar con la excepción de costes de funcionamiento y de menos consumo de combustible.

3) Mayor peso mayo energía de manejo: Un coche híbrido alberga un motor a gasolina, un motor eléctrico más ligero y un paquete de baterías de alta capacidad. Esto añade peso y se come el espacio extra en el coche. Los resultados de peso extra en la ineficiencia de combustible y los fabricantes cortaron el peso que se ha traducido en el

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motor y la reducción de la batería y menos apoyo en el chasis y la carrocería.

Figura 9: Aumento en peso. Fuente: Internet.

4) Mayores costos de mantenimiento: La presencia de dos motores, la mejora continua en la tecnología, y el mayor costo de mantenimiento puede hacer que sea difícil para los mecánicos para reparar el coche. También es difícil encontrar un mecánico con una experiencia tal. 5) Presencia de alto voltaje en las baterías: En caso de un accidente, el alto voltaje presente en el interior de las pilas puede ser letal para usted. Hay una alta probabilidad de que te electrocutado en estos casos que también pueden hacer que la tarea dificultan el acceso al obtener otros pasajeros y el conductor del coche. 6) Las baterías: incorporan sustancias toxicas que se deterioran con el tiempo.

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APLICACIONES

Como ya sabemos los motores híbridos son una combinación de dos técnicas de creación de energía que se localizan en un solo motor, motor de combustión interna y motor eléctrico. Estos a su vez nos ofrecen un beneficio ambiental, ya que emiten menos contaminantes pero eso si no son cero emisiones, ya que estos no necesitan de una carga externa, el único abastecimiento que necesita es combustible. Las aplicaciones de estos, en su mayor parte son los autobuses de transportes público, carros de golf, barcos, yates y montacargas. La finalidad de la aplicación de los motores híbridos en los automóviles es reducir al mínimo el nivel de emisiones contaminantes y el consumo de combustible, sin necesidad de conectarse a una red eléctrica para recargarse. Esta parece ser la puesta y tendencia de los constructores de automóviles. En el mercado actual existen ya varias marcas de constructores que están incorporando algún tipo de motor hibrido en diversos prototipos y modelos de automóviles, entre los que se pueden destacar son los siguientes Audi DUO, Chrysler CITADEL, Citroën DYNALTO, Fiat MULTIPLA HIBRID, Ford P2000HEV, GM IMPACT, Mitsubishi SUW ADVANCE, Renault VERT y Volvo ECC.

Figura 10: Ensamblaje de un motor híbrido. Fuente: Internet.

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Tambien funcionan en embarcaciones.

Figura 11: Sistema eléctrico de un motor hibrido. Fuente: Internet.

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TECNOLOGIA DE SISTEMAS HIBRIDOS EN EL PERÚ

Basados en un estudio del sector automotriz de la Consultora Deloitte a nivel global, tanto en mercados desarrollados como emergentes se destacan la influencia que tendrá la llamada Generación “Y”, sobre la industria automotriz, pues esta será la que más vehículos comprará hasta el fin de la década, Aquí algunas de las conclusión del estudio. Se estima que casi 2000 millones de personas en el mundo pertenecen a la denominada generación “Y”. El 80% de los encuestados de esta generación en los mercados emergentes tienen planeado adquirir un vehículo propio en los próximos cinco años. Dentro de este grupo, la mayoría antepone el precio y la conveniencia para seleccionar una marca o modelo. Más allá de las marcas de lujo, tener auto propio está dejando de ser considerado u símbolo de status para los consumidores más jóvenes de este segmento.

Figura 12: Datos gráficos. Fuente: Internet.

La facilidad de acceso al crédito y de opciones como el leasing llevan a que esta generación pueda adquirir un auto nuevo con menos dificultad que la anterior.

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Buscan autos de bajo consumo y que no generen altos costos de propiedad como seguros, mantenimiento y repuestos. Los consumidores de esta generación buscan que la oferta de las marcas les permita elegir entre varias opciones de motores que funcionen con diferentes fuentes de energía. A nivel global, el 30% de estos consumidores estarían dispuestos a pagar gastar hasta US$ 2,000 adicionales para tener un auto que use fuentes alternativas de energía. En Latinoamérica, ese porcentaje se eleva sorprendentemente a 43%, pero consideran que el gobierno debería incentivar a los usuarios a utilizar energía renovable. En Perú ya existe una oferta de autos híbridos, pero por su alto costo aleja a los consumidores de la generación “Y”. En el país aún no se promueven políticas de reducción de impuestos para importar estos vehículos como sucede en países vecinos. Si se reducen impuestos en el Perú, crecerá el segmento de la generación “Y” que comprará autos en el resto de la década. Al comprar un auto, la generación “Y” le da preponderancia a que la tecnología sea de fácil uso y conectividad con equipos móviles. Las exigencias tecnológicas de esta generación impulsaran a los fabricantes de autos a aliarse a líderes en tecnología móvil para incorporar las novedades a los autos. Otro aspecto importante para estos consumidores es la tecnología en seguridad, principalmente para evitar accidentes, como frenos automáticos o cámara nocturna. En los países emergentes, el 83% de los encuestados le dieron mucho énfasis a este aspecto, justamente debido a la gran cantidad de accidentes fatales en esas geografías. En Perú, tener disponible esta tecnología en autos de precio razonable permitiría disminuir esos pequeños choques ocasionados por el tráfico. Más del 50% de la población mundial vive en ciudades, y se prevé que para el año 2050, el 70% de la población será urbana. La generación “Y” estaría dispuesta a usar otras alternativas de transporte que el auto propio, debido al alto nivel de tráfico y escasos y caros espacios de estacionamiento Las opciones de usar transporte público o compartir transporte es cada vez más preferida, sumado a que sea tiempo les permite seguir conectados y ser productivos. Sin embargo, en Latinoamérica esta opción aún no es la más popular, porque el transporte público no es tan cómodo y seguro como en los pauses desarrollados. Este tema prevalece como el factor crítico que influencia la decisión de la generación “Y” sobre poseer un vehículo propio o no.

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Es concluyente que los vehículos que manejaremos en cinco años y la oferta disponible estarán sujetos a las tendencias que el segmento “Y” está promoviendo en la industria.

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CONCLUSIONES



Desde el punto de vista de la eficiencia energética, el vehículo híbrido representa un avance importante tanto en la reducción del consumo de combustible y de la contaminación. Sin embargo, no todos son ventajas actualmente los costes de producción de baterías, el peso de las mismas y la escasa capacidad de almacenamiento limitan aún su empleo generalizado.



Los motores eléctricos han demostrado capacidades de sobra para impulsar otros tipos de máquinas, como trenes y robots de fábricas, puesto que pueden conectarse sin problemas a líneas de corriente de alta potencia. Sin embargo, las capacidades de almacenamiento energético en un vehículo móvil obligan a los diseñadores a usar una complicada cadena energética multidisciplinar



El gran problema actual con el que se encuentra el motor eléctrico para sustituir al térmico en el vehículo es la capacidad de acumulación de energía eléctrica, que es muy baja en comparación con la capacidad de acumulación de energía en forma de combustible.

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BIBLIOGRAFÍA

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