lunes, 13 de enero de 2014

Elogio del coche eléctrico



Queridos lectores,

Algunos de los artículos más consultados de este blog son los que yo escribí refiriéndome a las limitaciones de los coches eléctricos y por qué nunca se adoptarán a gran escala. En esta ocasión, Albert Bagué ha querido hacer un artículo en defensa del vehículo eléctrico como la gran opción de futuro. El razonamiento de Albert, correcto en términos técnicos, no sortea los problemas que yo apuntaba en los anteriores artículos, pero en aras de una pluralidad de la que a veces se acusa a este blog de carecer he decidido publicar la pieza de Albert para que Vds. mismos la juzguen.

Salu2,
AMT

El vehículo eléctrico, sí o sí, el Gran Acierto.
En contraposición, “parcial”, al artículo presente en este Blog, titulado “El coche eléctrico, un grave error”, he escrito el presente, no para llevar la contraria al Sr. Turiel, si no con el fin de aclarar conceptos y ampliar, si cabe, algunos otros.
En el presente artículo se hablará de motores, de eficiencia energética y de baterías.
Cuando la AIE habla de eficiencia energética, está diciendo muchas cosas, sin concretar casi nada, la eficiencia energética es amplísima y abarca muchísimos campos. Y lo mejor de todo, es que es rentable.
La energía eléctrica, sí o sí, substituirá la energía química obtenida de los combustibles fósiles. Entiendo que la velocidad de esta transición, a una sociedad totalmente eléctrica, la va a regular el mercado en función de las necesidades reales de las personas, empresas e instituciones.  
Lenta pero inexorablemente, nuestra sociedad, tendrá que ir convirtiéndose en una sociedad basada en el movimiento de electrones,  abandonando el uso “muy ineficiente” y “escaso” de los combustibles fósiles. Y esto será así por varios motivos:
  1. La electricidad es fácil de generar.
  2. Se puede llevar a grandes distancias, es fácil de conducir y no es visualmente contaminante (no se ve).
  3. Es silenciosa ( es una característica importante, ya que el ruido es un contaminante físico y de los más importantes).
  4. No emite residuos por “sí misma” (otra cosa son los procesos industriales utilizados para generarla).
  5. No desprende olores desagradables.
  6. La electricidad se puede transformar en calor, en frío, en movimiento (trabajo mecánico), luz…sirve para “casi” todo, con una eficiencia superior a la de la quema de hidrocarburos.
  7. La energía eléctrica es más eficiente en términos económicos y ecológicos que la energía obtenida de los hidrocarburos y además la puede generar cualquiera que se lo proponga.
  8. En menos de 17 años los combustibles fósiles serán muy caros, por escasos, más que por el interés de especular con ellos, que también. Llegará un punto, en que el coste limitará por completo la demanda, y la escasez lo acabará de rematar. Esperemos que el pánico no haga estragos.
  9. De momento, la energía eléctrica es la única, “CAPAZ” de abarcar tantos ámbitos de nuestras necesidades energéticas.
  10. La energía eléctrica es la más eficiente de todas en su aplicación práctica, más que la nuclear y más que la química (el petróleo). Si es por eficiencia la energía eléctrica gana por goleada a todas las energías conocidas.
La energía eléctrica es la “Energía por Excelencia” a pesar de que sólo sea algo más de un 25% del total de la energía que consumimos, algo que va a cambiar, sí o sí, por pura necesidad.  Y no nos queda mucho tiempo, para evitar que este proceso sea lo menos traumático posible. Por otro lado todos los “cambios sustanciales” siempre son traumáticos. Los humanos somos animales de costumbres, nos guste o no. Por tanto, dependerá de nuestra capacidad de adaptación y aceptación, que la transición sea más o menos dolorosa y/o penosa.
El motor eléctrico es MUCHO MÁS eficiente energéticamente que un motor de combustión.
En un motor de combustión interna, la energía aprovechada es como mucho de entre un 20% y un 28% como máximo en el caso de los motores gasolina y entre un 23 y un 45% en los motores diesel, incluyendo los motores navales que giran a 100 r.p.m.
Dicho de otra manera:
En un motor de gasolina, por cada litro “quemado” se aprovechan en forma de trabajo mecánico, entre 200c.c. y 280 c.c. como máximo. El resto se pierde en forma de calor (+60%) y rozamientos de todo tipo.
En un motor diesel, por cada litro (1000 c.c.) “gastado” se aprovechan entre 230 c.c. y 300 c.c. como máximo, el resto se desperdicia.
Los motores térmicos son MUY INEFICIENTES. El Ciclo de Carnot, que explica su funcionamiento, ya establece un rendimiento máximo teórico en torno al 50%.
En realidad el Teorema de Carnot, calcula el rendimiento “teórico” de una máquina térmica, en función de la diferencia de temperatura de trabajo de cada ciclo. En el caso de los motores navales, el rendimiento “teórico” máximo, estaría en torno al 60%. En realidad es de cómo máximo del 50%, y ese rendimiento es para motores diesel de dos tiempos que son realmente grandes (109.000 CV a 100 r.p.m. ) utilizados en cargueros transoceánicos. Para que os hagáis una idea, de las dimensiones de un motor de este tipo, los cilindros son de casi tres metros de diámetro…
Los motores eléctricos actuales, tienen un rendimiento del 95%, sin hacer grandes cosas en ellos. Existe normativa que obliga a que los motores eléctricos tengan como mínimo un rendimiento en torno al 97,5%. Lo cual está súper bien. Los avances en motores eléctricos irán encaminados a mejorar o mantener sus rendimientos, utilizando cada vez menos “tierras raras”, léase mejoras en las aleaciones, mayor precisión mecánica, disposiciones ligeramente flexibles, motores sin imanes permanentes y sin utilizar tierras raras,…
En los motores veremos avances, poco visibles, pero teniendo en cuenta mejoras de “sólo” un 3% en el rendimiento, o reducciones de coste progresivas, estará más que bien en términos absolutos.
Mejorar algo de por sí bueno, tiene mucho mérito. Requiere personas implicadas, muy atentos a lo que hacen, muy competentes y luchadores (en el buen sentido de la palabra), especímenes humanos escasos.
En la gráfica tenéis una comparativa de rendimientos, entre los motores eléctricos y los térmicos, incluyendo el diesel naval y turbinas, tanto movidas por gas como por vapor de agua, que sería el caso de las centrales  nucleares.
Fijaros que la diferencia de rendimiento y por tanto de eficiencia, es ABISMAL.
Hasta aquí hemos visto, las diferencias de rendimiento y eficiencia entre motores eléctricos y motores térmicos, pero ¿y la potencia de los motores? ¿y el par motor? ¿y…?

La potencia de un motor térmico y un motor eléctrico.
Recordemos que la potencia, es la capacidad de realizar un trabajo por unidad de tiempo, según la fórmula: P = W / t.
La fórmula de cálculo de la potencia, también puede ser expresada como el producto de la fuerza por la velocidad, según la fórmula: P = F · v
La potencia eléctrica se expresa según la fórmula: P= I · V . En donde I, es la intensidad en Amperios de la electricidad (o cantidad de electrones) y V la tensión en voltios de la corriente eléctrica aplicada.
En todas las fórmulas, la potencia puede ser expresada en Vatios, pero como ésta es una unidad muy pequeña se utilizan sus múltiplos superiores como el Kilovatio, el Megavatio, Gigavatio, etc. Y cuando se requieren potencias estables a lo largo del tiempo se expresan en términos de la energía consumida, KW·h, MW·h, GW·h, etc.
Otras unidades empleadas para expresar la potencia, son:
El Caballo de Vapor (CV), en donde 1CV=735,49875 vatios o watts
El HP o también llamado caballo fuerza o caballo de potencia, en donde 1HP= 745, 699 vatios o watts.
1KW equivale 1,36 CV
La potencia entregada de un motor se mide en KW (SI). Se dice que la potencia de un motor es de 100CV, cuando el motor es capaz de entregar 73.549,875 watts o 73,5498 KW (siempre en unas condiciones determinadas).
¡Ojo aquí! El dato de la cifra de potencia se suele dar “a secas”. La potencia de un motor va en función de las revoluciones y del par motor. En realidad, que nos diga el fabricante que el motor entrega 100 CV nos dice algo, pero poca cosa, ya que no sabemos que cifra de par motor entrega y a cuantas revoluciones, para dar esa potencia de salida.
Para “valorar” correctamente un motor es mejor conocer la gráfica de entrega de potencia y mucho mejor la gráfica del par motor.
La gráfica siguiente compara la curva de entrega de par-motor y la potencia de un motor eléctrico de 109CV con un motor de 109 CV de gasolina.
Como se aprecia en la gráfica, el par-motor de un motor eléctrico es muy elevado al principio y decrece al pasar de las 2800 r.p.m. En el motor de combustión empieza a las 800 r.p.m. y termina en las 6500 r.p.m.
Se observa que la potencia entregada por un motor eléctrico también es muy superior y mucho más elástica y constante que en un motor de combustión interna.
Los que hayan conducido un coche eléctrico saben que son una auténtica gozada, en aceleración, en prestaciones y costes de mantenimiento (aquí se incluye, por supuesto, el coste de darle de alimentarlo)...
Pero si los motores eléctricos son tan buenos, ¿porque les cuesta tanto de implantarse?
La Respuesta es sencillísima: LAS BATERÍAS.




Las baterías o sistemas de almacenaje de la energía eléctrica.
Los vehículos eléctricos, tienen sólo una cosa en contra: La autonomía y los tiempos de recarga, es decir, no disponemos “todavía” de un sistema para almacenar la energía eléctrica, que nos ofrezca la rapidez de recarga y autonomía que nos ofrecen los hidrocarburos. Y los humanos somos muy comodones…
Hay que considerar que 1 litro de gasóleo contiene unos 10,72 KW·h de energía en forma de calor.
Una batería como la del Leaf de 24 KW, es capaz de almacenar el equivalente a 2,2 litros de gasóleo (esto no es del todo cierto, puede almacenar más, pero eso, lo explicaremos otro día) .
Con una batería de 24 KW, podemos recorrer 180 Km, y con 2 litros de gasóleo no llegamos a los 50 Km. Recargamos el gasóleo en segundos, mientras que para las baterías necesitamos horas…
Para poner un litro de combustible a nuestra disposición, hemos necesitado quemar 1,25 litros de más; es decir, quemamos 2,25 litros de combustible, para aprovechar sólo 0,25 litros en nuestros vehículos.
Es evidente que el vehículo eléctrico es mucho más eficiente y ecológico que el vehículo convencional.
Las baterías que se están ofreciendo hoy son a base de Litio, un metal, que no es demasiado abundante. Aunque existan reservas de Litio, no significa que sean “extraíbles”, o por lo menos a bajo coste…
El Litio es reciclable, pero tiene un coste energético. Dudo que las baterías de Litio, sean las baterías de referencia en el futuro.
En la actualidad, existen muchas líneas de investigación, que intentan mejorar las baterías de Litio actuales o bien conceptos novedosos de baterías ya existentes, incluso se investiga el almacenaje con moléculas orgánicas.
No voy a extenderme sobre la baterías, sólo comentar que hay investigaciones y desarrollos de todo tipo, litio-aire, zinc-aire, aluminio-aire, litio-azufre, sodio-aire, orgánicas, con cátodos de carbono,… Las mejoras llegarán paulatinamente, al igual que con todos los logros técnicos de nuestro alrededor. Es inevitable.
No creo que se implante un solo tipo de batería, coexistirán de muchos tipos, formatos y composición. Las baterías de los modelos de Tesla, no se parecen en nada a las utilizadas en el Leaf. Existirán otras, más específicas para los vehículos de gran tamaño.
Las 4 claves para las baterías de un futuro a medio plazo, está en la “densidad energética (KW/Kg)”, la abundancia de los materiales utilizados para su fabricación, los tiempos de recarga y “el coste”.
Entiendo que el vehículo eléctrico ha llegado para quedarse, sí o sí, porque no hay otra posibilidad, por necesidad. La humanidad no renunciará tan fácilmente a la libertad de movimientos que nos han brindado los vehículos.
Hay que ir despidiéndose “amablemente” de los hidrocarburos. Han sido la auténtica palanca para la evolución de nuestra sociedad en los últimos 128 años.
Hemos avanzado mucho gracias a su excelente TRE. Un TRE que ya está bajando más rápido de lo que se quiere aceptar.
Dependerá de excelentes humanos, que este cambio de paradigma energético sea lo menos doloroso posible, sin guerras ni conflictos.
QUEDA INAUGURADA UNA NUEVA ERA.

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