Vehículo eléctrico: ventajas, inconvenientes y perspectivas de futuro [estado de la tecnología del automóvil]

  el 14 de July de 2011

Renault Twizy

El futuro es eléctrico, todo el mundo habla de ello. La práctica totalidad de las marcas han iniciado una frenética carrera para llegar a la meta del vehículo eléctrico, publicitando sus esfuerzos al máximo y realizando importantes avances técnicos.

Una publicación como Tecmovia no puede dejar de realizar un constante análisis crítico sobre estos avances, intentando arrojar algo de luz sobre la dirección que está tomando el sector automovilístico y las razones por las que nos vemos abocados, aparentemente, a conducir vehículos propulsados por electricidad.

Ventajas del motor eléctrico

Motor eléctrico vs Diésel

Vamos a intentar analizar las razones que nos llevan a un futuro eléctrico. Esto implica que la propulsión eléctrica debería tener ventajas sustanciales que justifiquen su prevalencia frente a otras opciones. ¿Cuáles son estas ventajas? El motor eléctrico, frente al de combustión interna (gasóil o gasolina) presenta tantas ventajas que cuesta reunirlas todas.

El motor eléctrico, frente al de combustión interna (gasóil o gasolina) presenta tantas ventajas que cuesta reunirlas todas

Como su propio nombre indica, funciona con electricidad, con lo que no implica tener que quemar un combustible, al menos durante su uso y no emite nada a la atmósfera. Cuestión diferente es cómo obtenemos la electricidad en primera instancia, pero vayamos por partes.

A igualdad de potencia, un motor eléctrico producido en gran serie es más compacto, más barato y mucho más simple que un motor de combustión interna. No necesita circuito de refrigeración, ni aceite, ni apenas mantenimientos. Prácticamente no hace ruido al funcionar, sus vibraciones son imperceptibles y casi no emite calor.

Un motor eléctrico es más compacto, más barato y mucho más simple que un motor de combustión interna

Funciona a pleno rendimiento sin necesidad de variar su temperatura (disponemos de todas las prestaciones del motor, desde el primer instante “en frío”). Al no tener elementos oscilantes, ni empuje discontinuo, no necesita volantes de inercia ni sujecciones especiales que lo aíslen del resto del coche. Al generar muy poco calor y no tener vibraciones su duración puede ser muy elevada (el motor no “sufre” durante su funcionamiento). Todo esto redunda en un ahorro de espacio y masa desplazada que (atendiendo exclusivamente al motor) resulta formidable. Pero eso no es todo.

Un motor eléctrico no necesita cambio de marchas exceptuando algún mecanismo para distinguir avance y retroceso, que bien puede ser la inversión de polaridad del propio motor. Desarrolla un par máximo y constante desde 0 rpm y potencia constante a partir de medio régimen y hasta su límite de giro (teóricamente más del doble que el límite de un motor de gasolina, no digamos un diésel). Esto es lo que hace posible que en la misma “marcha” podamos arrancar desde parado y circular a la máxima velocidad.

Por otra parte, una vez que se elimina la caja de cambios y la refrigeración, se abre la posibilidad de descentralizar la generación de movimiento, situando un pequeño motor en cada rueda en lugar de uno “central” acoplado a una transmisión. Sólo es necesario algo de software para sincronizar el régimen de los distintos motores y habremos vaciado el hueco del motor. De aquí a una revolución en la distribución del espacio interior, no hay más que un paso.

Tesla Model S

Un motor eléctrico tiene una eficiencia energética que se sitúa en el entorno del 90%

Hablemos de eficiencia: un motor eléctrico tiene una eficiencia energética que se sitúa en el entorno del 90%, que es el porcentaje de energía consumida que se convierte en movimiento aprovechable. Por limitaciones termodinámicas (a las que un motor eléctrico no está sometido) un motor diésel se sitúa por debajo de un 40% siendo éste superior, a su vez, a un gasolina.

Es mejor que el mejor sistema start-stop imaginable

No es necesario mantenerlo al ralentí cuando el coche se detiene, no necesita embrague ni ejerce ningún par de giro que no vaya directamente a las ruedas. Esto es mejor que el mejor sistema start-stop imaginable en el que, al fin y al cabo, hay que volver a arrancar el motor una y otra vez. Por otro lado, resulta sencillo recuperar la energía de las frenadas (parte de ella) para recargar las baterías, porque un motor eléctrico puede ser también un generador eléctrico cuando funciona en retención.

Las ventajas parecen no tener fin. Entonces, ¿por qué no son todos los coches eléctricos desde hace 100 años? De hecho hace 100 años la mayoría de los (pocos) coches eran eléctricos, pero algo no fue bien…

Desventajas del motor eléctrico: la portabilidad de la energía eléctrica

Nissan_Leaf_Baterías

Como acabamos de ver, las ventajas del motor eléctrico aisladamente considerado son muchas. El problema básico es la portabilidad de la energía eléctrica.

6kg. de diesel son aproximadamente equivalentes a 200kg. de baterías

La densidad energética de la gasolina y el gasóil es colosal. Al fin y al cabo, estamos utilizando una energía que nuestro planeta ha tardado millones de años en reunir y compactar. Según Phil Barker, ingeniero jefe de Híbridos y Vehículos eléctricos en Lotus Engineering, 6kg. de diesel son aproximadamente equivalentes a 200kg. de baterías, de forma que pronto se alcanza un punto en el que son necesarias baterías adicionales para transportar la masa añadida de las propias baterías. Esto es un problema muy grave, que admite varias soluciones:

La primera solución es crear una red de recarga (que hoy no existe) de forma que se pueda repostar fácilmente y el problema de la autonomía sea más asumible. Aún así, tendríamos el problema del tiempo de repostaje, pues hablamos de horas para una recarga completa y muchos minutos para una recarga parcial que nos permita seguir adelante. Comparado con llenar el depósito con una manguera, no hay color.

Zoe_trois_quarts_arriere

Esto no es como miniaturizar chips, donde el potencial de mejora es casi ilimitado

La segunda solución es que la tecnología venga una vez más al rescate, y alguien invente una batería que resuelva de un plumazo el problema… cosa que no ha sucedido en los últimos 200 años y de momento no se ve venir. La razón está en la naturaleza misma de la carga eléctrica utilizada y en las limitaciones de la eloctroquímica que la genera. Esto no es como miniaturizar chips, donde el potencial de mejora es casi ilimitado y estamos acostumbrados a ver multiplicarse la capacidad de cálculo y almacenamiento de datos de forma exponencial. Esto es química y no se puede cambiar la naturaleza de los átomos ni “convencerlos” de que capten y cedan electrones en el número y al ritmo que queramos. Simplemente, la materia no funciona así.

Tal vez, incluso, se invente algo que ahora mismo no está ni en proyecto, que elimine las baterías por completo, antes de que éstas se puedan comparar siquiera al petróleo

No estoy diciendo que no puedan aparecer sustancias de mayor rendimiento, velocidad de recarga y duración, sólo que es extremadamente difícil de lograr y que estas capacidades no se han multiplicado ni van a multiplicarse por el mero paso del tiempo como sucede en otras áreas tecnológicas. Tal vez, incluso, se invente algo que ahora mismo no está ni en proyecto, que elimine las baterías por completo, antes de que éstas se puedan comparar siquiera al petróleo.

En el momento actual, muchas marcas se centran en la hibridación de motores convencionales con motores eléctricos, de modo que los problemas de recarga, autonomía y red de suministro quedan básicamente resueltos. Pero ésta bien podría ser una configuración de transición entre vehículos convencionales y eléctricos puros, dada su extrema complejidad de funcionamiento y que, al final, hablamos de vehículos que, a cambio de una mejora en eficiencia, arrastran lo mejor pero también lo peor de ambos mundos (coste, peso, complejidad, mantenimiento…).

Existe otro problema fundamental con respecto al funcionamiento electroquímico de las baterías, y es que envejecen con el uso y el paso del tiempo. Esto introduce, por el momento, una “fecha de caducidad” de algunos años (7 años ó 100.000km. según Tesla para su Roadster).

Esta circunstancia está dando lugar a diferentes modalidades de adquisición de los primeros vehículos eléctricos que ya están saliendo a la venta: marcas como Renault venden el coche, pero alquilan las baterías que contiene a cambio de una cuota mensual. Esto ayuda a amortiguar el elevado valor de este componente en el precio de compra (otro problema de las baterías) y nos garantiza que, cuando terminen su vida útil, serán repuestas por la marca sin obligarnos a desembolsar ¿miles? de euros de golpe.

Nissan Leaf chassis

Nos queda un tema no menor por analizar: ¿de dónde sale, en primera instancia, la energía eléctrica que recarga nuestro coche? Los detractores del vehículo eléctrico le reprochan que, al inicio de la cadena, también hay emisiones contaminantes (especialmente en las centrales térmicas de carbón y fuel) y que lo único que hacemos es cambiar de sitio la contaminación. Como respuesta a esta cuestión, cabe decir que es cierto pero sólo en la medida en que nuestra red de suministro eléctrico sea contaminante.

Se aprovecha bastante mejor la energía en el ciclo generación + recarga + funcionamiento eléctrico que en el ciclo extracción de crudo + transporte + refinado + quemado en motor de combustión

Si la generación de energía que abastece nuestra red es limpia en un alto porcentaje, también lo será nuestro coche. Según datos de Renault, en el promedio de generación en la Unión Europea las emisiones por km recorrido para su Renault Fluence son de 62 g/km, la mitad aproximada de un diésel del mismo tamaño.

En cuando a la cadena de eficiencias energéticas, en todas las referencias que hemos encontrado se llega a la conclusión de que se aprovecha bastante mejor la energía en el ciclo generación + recarga + funcionamiento eléctrico que en el ciclo extracción de crudo + transporte + refinado + quemado en motor de combustión y, además, el potencial de mejora de las redes de generación eléctrica hacia energías renovables es todavía muy grande, con lo que esta diferencia debería incrementarse.

Conclusiones

Zoe_route

Un motor eléctrico es una máquina esencialmente mejor que un motor de combustión para generar movimiento. La abundancia de petróleo y su enorme poder calorífico, con el que las baterías están muy lejos de poder competir, han evitado hasta ahora una transición hacia la electrificación del parque móvil mundial.

Teniendo en cuenta la creciente conciencia ecológica de las sociedades modernas y el inevitable agotamiento y encarecimiento a largo plazo de los combustibles fósiles, si estamos dispuestos a hacer pequeños sacrificios a cambio de las mejoras sustanciales que promete el vehículo eléctrico, es posible que haya llegado el momento de realizar esa transición. El cambio estaría plenamente justificado.

Además, por si todo esto no fuese suficiente, la normativa nos empuja irremediablemente hacia una electrificación, al menos parcial, de nuestro parque móvil.

Fuente: Car Magazine – Edición impresa – Suplementos “Green Car” 2010 – 2011
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  • Zonker

    Aquí va una idea: Acuerdo entre fabricantes para la creacion de una bateria unica (o unas pocas dependiendo del tamaño.) de facil extraccion i acoplamiento (en el capó por ejemplo, como el motor esta en las ruedas). Llegas a la electrolinera, i en vez de cargar la bateria una maquina la coge, la quita, y te pone otra ya cargada. El proceso no conlleva más de 2 minutos. La bateria descargada se queda en la electrolinera a cargarse para dentro de X tiempo ser puesta en otro coche y asi van rotando. Pagas X € por el cambio de bateria, que le servirá a la empresa de electrolineras para el matenimiento, comprar nuevas para reemplazar las ya inservibles, pagar empleados… etc… etc… Eureka! Ya solo falta poner un monton de molinos eolicos y placas para que la energia provenga de fuentes renovables, y ala, a correr.

    • Ernesto

      Esa es una de las primeras soluciones propuestas y se ha ensayado seriamente, de momento hay dos pegas: 1.- El efecto Beta-VHS, ningún fabricante quiere que sea la idea (y la patente) del competidor la que triunfe, aún cuando sea claramente mejor, Europa está lidiando hoy día con tres tipos de enchufe solo para las estaciones de recarga rápida y se tuvieron que poner los tres. 2.- El problema del tanque/garrafón: al igual que con la venta de gas LP en tanques y el agua embotellada en garrafas, el contenedor del producto que vendes a veces es más caro que el producto, el problema se suele resolver intercambiando, excepto por el riesgo de que el mal manejo limite o termine con su vida útil, ni el fabricante ni el usuario quieren el riesgo de terminar con un tanque o un garrafón averiado, máxime cuando no se tiene la tecnología ni el conocimiento técnico para determinar con precisión en qué estado se encuentra el que entregas y recibes, si esto implica un pleito frecuente con los distribuidores de agua y gas, imaginemos lo que sería con un contenedor que cuesta decenas de miles de dólares.

  • Beemer

    Muy completo el artículo, pero se os ha olvidado hablar de los problemas con la infraestructura de recarga.

    Mientras que a flotas y algunos particulares les resultará fácil cargar su coche por la noche, la más común de las potencias eléctricas cobtratadas  en casa es de entre 3.3KW/h y 5.5 KWh. Un coche eléctrico puede necesitar duplicar o triplicar estas potencias para poder cargarse en ocho horas.

    Pero no hay acometidas en las grandes ciudades, donde los eléctricos sería más prácticos, para ello. Pasar un edificio del centro de una ciudad, pongamos con 20 pisos y dos locales, de unos 200KW que le ha asignado de acometida la empresa eléctrica a 600KW, y repetir esto para centenares de edificios puede ser muy problemático.

    • Ernesto

      No lo es tanto, es mucho más problemática la distribución de gasolina y la tenemos resuelta, de ninguna forma se pueden comparar el costo y el riesgo de almacenar miles de litros de gasolina o diésel en cientos de puntos distribuidos por toda la ciudad, con el sobrecosto de añadir un transformador a cada edificio grande y de reforzar la infraestructura de distribución eléctrica en un 20, 50 o 500%, dale un vistazo a las Vegas o a cualquier ciudad industrial y te darás cuenta que la densidad de consumo eléctrico nunca ha significado mayor problema.

  • Diego

    Otra idea que puede ser complementaria a la del señor anterior. La mayoría de las personas no manejan mas de 150 km por día, por lo que para la mayor parte de la gente no sería un inconveniente la carga de las baterías. Solo es un inconveniente para cuando se hacen viajes largos por lo que se podría instalar una serie de imanes en el pavimento de las autopistas y rutas para que con ayuda de una bobina instalada en el auto, produzca la electricidad necesaria mientras está en movimiento (ver generadores con imanes) sin necesidad de usar la carga de las baterías del auto.
    Saludos

    • beemer

      La segunda ley de la termodinámica prohibe que un coche saque energía para moverse de su propio movimiento.

      • Jean Andres

        Que te pareceria hacer un generador con los movientos circulares con las repulsion de imanes para generar electricidad que recargue las baterias?? un motor magnetico que alimente al electrico????

        • emanuel

          Excelente idea amigo existen muchas posivilidades.
          El verdadero prolema es que la gasolina o los combustibles juegan un papel muy importante para el desarrollo de muchos países.
          Ahora la pregunta es que sucedería si acabamos con ese monopolio ese es el verdadero problema.

    • Ernesto

      Ya existe el sistema pero no es con imanes, que se mantendrían fijos, por lo que no generarían nada, sino con bobinas en el pavimento que transmiten carga por inducción a bobinas instaladas dentro de la rueda, se requieren ruedas especiales y una enorme inversión en bobinas fijas al pavimento, pero el sistema funciona bastante bien, entre más extendido estuviera el sistema menos batería tendrían que instalar en el auto, por lo que pesaría menos, consumiría menos, sería más barato y tardaría menos en recargarse, el problema, como siempre, es quién empieza a invertir en la solución y cómo recupera la inversión y el costo de la energía, habría que instalar una especie de verificadores de identidad / medidores de consumo del lado del pavimento.

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  • rubiales

    Me parece muy buena e interesante esta idea, os dare una opinion a riesgo de poner una tonteria; se podria poner potentes alternadores en cada motor electrico con una correa auxiliar y algun tipo de placa solar en el techo y asi se evitaria tener que repostar con mas frecuencia no? aver que opinais, taembien se podria poner bastantes baterias conectadas entre si, al aver un espacio tan grande al quitar el motor de combustion, tanbien se podria utilizar como han dicho aqui anteriormente el de tener baterias almacenadas y cambiarlas
    un saludo

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