Motor eléctrico
Hagamos un divertido ejercicio mental para hacernos una idea de en qué consiste el mantenimiento de un vehículo eléctrico y algo sobre sus posibles sus averías.
Cuando nos enfrentamos a la compra de un objeto tan importante y especial como un vehículo, nuestros esfuerzos, que no van a ser pocos, se enfocan en recopilar toda la información posible para acertar con dicha elección, porque vamos a invertir una cantidad de dinero muy importante en algo que realmente no conoceremos bien hasta después de la compra. Si sumamos a ello la falta de referencias y el desconocimiento sobre lo que es un coche eléctrico, seguramente nos surjan muchas preguntas sobre la vida del vehículo. Intentaremos dar luz a estas cuestiones.
El motor eléctrico, ese viejo conocido
Lo primero, preguntémonos: ¿es realmente desconocido y novedoso el vehículo eléctrico? La respuesta es no. La tecnología que lo anima bajo el capó tiene más de 150 años de desarrollo en su parte electromecánica (motor, controladores eléctricos y transmisión de engranajes) y más de 25 años en la parte de acumulación energética (baterías de ión litio). Ambas se aplican a nuestro alrededor de forma intensiva desde hace muchos años.
Quizá sin ser muy conscientes siempre hemos estado usando esas tecnologías e incluso ya hemos viajado en vehículos eléctricos al hacerlo en el metro y en el tren. Podríamos enumerar cientos de aplicaciones que se aprovechan de este gran invento insustituible que es el motor eléctrico que, por cierto, no suele ser el causante de las averías de esos sistemas. Algunos ejemplos son el ascensor, el aire acondicionado, la nevera, todos los juguetes con movimiento, norias, robots, redes hidráulicas…
Y ¿quién no conoce, usa y recarga baterías de ion litio en sus teléfonos móviles y ordenadores portátiles?
Si se está de acuerdo con los dos párrafos anteriores, puede decirse que el coche eléctrico no es una novedad ni un desconocido.
Capós abiertos: comparando un motor de combustible vs un motor eléctrico
Hagamos un divertido ejercicio mental para hacernos una idea de en qué consiste el mantenimiento de un vehículo eléctrico y algo sobre sus posibles sus averías:
Abramos el capó delantero de un coche térmico y saquemos sin miedo todo lo que sea de un tamaño más grande que nuestra mano, sobre todo eso tan gordo que ocupa casi todo el espacio: el motor, sí, y la caja de cambios también. Dejemos sólo la batería, el radiador y algunas cosas pequeñas de alrededor como el depósito del líquido de frenos. No nos olvidemos de quitar también el tubo de escape, que mide tres metros, y el depósito de combustible, aunque está un poco escondido. El espacio bajo el capó está ahora prácticamente vacío.
Ahora imaginemos que al coche le ponemos, en lugar de todo eso que hemos eliminado, un motor eléctrico como el de la batidora que usamos en la cocina pero cuatro o cinco veces mayor, que montaremos sobre una pequeña caja de transmisión sin marchas y todo ello lo conectamos a las ruedas de su coche. Ahora busquemos una batería como la de un teléfono móvil pero de unos 200 Kg de peso, con su cargador, y un sistema de gestión electrónico de alimentación del motor mandado por el acelerador y…, ya está. Bueno, está claro que es mejor dejar la transformación de su coche en manos de los ingenieros, pero básicamente esos son los ingredientes de un coche eléctrico y, como se puede adivinar, el mantenimiento y las averías comparadas con las de un coche de motor térmico van a ser menores porque todo es más simple.
Así es el mantenimiento de un motor eléctrico frente a uno térmico
Vamos a comparar las acciones de mantenimiento de un coche eléctrico como Renault ZOE con las de un coche diésel equivalente. En esta tabla se pueden ver los principales puntos de mantenimiento periódico y si existen o no en cada tipo.
Como se puede ver, el usuario de un vehículo eléctrico irá olvidando de su vocabulario muchas palabras relacionadas con el mantenimiento de un motor térmico: correa de distribución, correa de accesorios, bujías, cambio de aceite, filtro de combustible, filtro de aire, filtro de aceite,… Sin embargo al echar un vistazo al manual de mantenimiento de un eléctrico poco hay nuevo que aprender.
Y ¿qué hay del mantenimiento de las baterías? No hay mucho que decir porque no hay mantenimiento y, además, poco de qué preocuparse pues el régimen de alquiler bajo en el que las ofrece Renault, incluye una garantía de por vida y asistencia ilimitada.
Haciendo números el coste de mantenimiento de la mecánica del modelo eléctrico sale un 42% menor. Si en un diésel el coste de mantenimiento mecánico al cabo de 2 años puede ser de unos 270€, en el ZOE viene a costar unos 155€.
Posibles averías de un motor eléctrico
Se pueden enumerar algunas averías que un motor eléctrico no va a tener nunca sencillamente porque carece de esos elementos: rotura de correa de distribución, inyectores sucios o rotos, catalizador o filtro de partículas obstruido, caudalímetro, bomba inyectora, turbo, junta de culata, puesta a punto, sincros de la caja de cambios, silentblocks, alternador, cambio de embrague, etc. Son muchas ellas debidas al desgaste de piezas móviles o de ensuciamiento, pero el coche eléctrico tiene alrededor de un 60% menos de esas piezas, y es por ello que por fuerza tendrá una menor tendencia a averías mecánicas.
En cuanto a los componentes exclusivos de un vehículo eléctrico como son principalmente las baterías de tracción y los controladores electrónicos de potencia, hay que decir que son mecánicamente pasivos y que están demostrando tener una alta fiabilidad tanto fuera como dentro del ámbito de la automoción.
Hay una máxima en ingeniería: si una solución es la más sencilla, es la solución buena, y desde luego que en lo relacionado al mantenimiento y a las averías, a priori el coche eléctrico es la solución buena si su aplicación es la adecuada. Decir también que aunque la combinación de coche, motor eléctrico y baterías de litio pueda ser algo novedoso por tener por fin ahora salida comercial, son tecnologías sobradamente probadas en diferentes ámbitos por lo que combinadas son también por fuerza una solución totalmente fiable.
¿Por qué es más eficiente un vehículo eléctrico que uno de combustible?
El motor eléctrico tiene aproximadamente tres veces mejor eficiencia que el térmico y esto no sólo es debido a su naturaleza energética, sino a su sencillez mecánica
Al motor de un vehículo está claro lo que le pedimos: fuerza y velocidad suficientes. Lo que ya no nos importa tanto es lo que el motor nos pida a cambio y, lo que es seguro, es que nos lo va a pedir puesto que como toda máquina, necesita que le entreguemos algo para transformarla en movimiento. Existen motores de muchos tipos, cada uno con sus ventajas e inconvenientes y una característica básica de cada uno es qué cantidad de energía absorbida desperdicia, porque el motor no es perfecto: no existe el motor capaz de aprovechar toda la energía de entrada.
¿Qué es eficiencia?
Se define eficiencia o rendimiento de un motor como la proporción de energía que nos entrega el motor frente a la que se le proporcionamos de entrada. Dicho con un ejemplo, si le entrego a un motor diésel una cantidad de gasóleo que contiene 10 julios de energía (unidad de energía del Sistema Internacional de Unidades) y dicho motor trabaja con una eficiencia del 30%, me devolverá 3 julios en forma de energía de movimiento (se trata de una eficiencia habitual en los motores diésel en turismos). Ya metidos en ejemplos, si a un motor eléctrico le proporcionamos 10 julios (equivalentes a 10 vatios por segundo) y me devuelve 9 julios de movimiento, tendrá un rendimiento del 90%. Pues con estos ejemplos de paso, hemos dado una primera pincelada de lo que ocurre debajo del capó de un coche eléctrico en comparación con uno térmico: para impulsar el mismo coche, un motor térmico gasta el triple que un eléctrico.
Vamos a intentar explicar qué ocurre dentro de los dos tipos de motor que hace dar un resultado tan diferente.
Combustible o electricidad: dos caminos muy diferentes con el mismo destino
Alguien puede preguntarse cómo comparar la energía de una corriente eléctrica con la de la gasolina, lo que a primera vista se parece a comparar peras con manzanas. La realidad es que se hace en laboratorio bajo métodos científicos y realmente son comparables. Por ejemplo, podemos quemar la gasolina y medir el calor y, compararlo con el calor generado en una resistencia como la de un radiador con esa corriente eléctrica: calor con calor, ya lo tenemos.
Recordemos que aunque la entrega de uno y otro es la misma, mover un vehículo, el motor eléctrico basa su funcionamiento en una transformación energética totalmente diferente a la del motor térmico, aunque ambos deben crear una fuerza en su interior que impulse nuestro vehículo. Vamos a ver cómo lo hace cada uno.
Explosión de fuerza… y calor
El térmico tiene que crear la fuerza necesaria para mover el vehículo a partir de la energía química almacenada en el combustible. ¿Cómo se las ingenia? Toma aire del ambiente, lo encierra en una pequeña cámara, lo mezcla finamente con una pequeña cantidad de combustible y lo explosiona. Ese incremento de temperatura da lugar a un incremento de la presión, originándose así la fuerza que moverá el vehículo. El problema de esta manera de generar fuerza es que, gran parte de la energía se desaprovecha saliendo en forma de calor por el escape y por el radiador del vehículo.
La ciencia termodinámica demuestra que esa forma de convertir energía química en movimiento, a base de una combustión y expansión de un gas, puede tener una eficiencia máxima de un 56% en un motor de gasolina perfecto, en el que el proceso se realizara lo suficientemente despacio como para que todo esté en armonía. Pero en realidad, los mejores motores de gasolina en cuanto a eficiencia pueden llegar hasta el 25%. El 75% restante de la energía extraída a la gasolina se tira al ambiente en forma de calor. En los motores diésel el rendimiento es algo mejor, pero en la práctica, apenas se logra llegar a un 40 %.
El secreto magnético
El motor eléctrico genera la fuerza para mover el vehículo a partir de la electricidad almacenada en las baterías. Para ello se aprovecha de la fuerza que ejerce un campo magnético sobre un hilo conductor cuando por este circula una corriente eléctrica. Esta fuerza, llamada fuerza de Lorentz , obedece a una fórmula matemática sencilla en la que se observa que toda la intensidad de la corriente eléctrica que circula por el hilo se transforma directamente en fuerza electromagnética o lo que es lo mismo: la potencia eléctrica se transforma íntegramente en potencia mecánica. La ejecución práctica de un motor eléctrico es relativamente sencilla, con un hilo arollado en forma de cientos de espiras alrededor de un eje. En cada espira se genera una fuerza de Lorentz que contribuye a la fuerza de giro total. El campo magnético se genera también mediante otra corriente eléctrica menor en la carcasa fija del motor.
Un motor eléctrico con un buen diseño y unos materiales que apenas absorban energía de ese fuerte campo magnético generado en su interior, puede superar el 95% de rendimiento.
Tres a uno para el eléctrico
El motor perfecto sería aquel que es capaz de transformar toda la energía que le aportamos en movimiento, sin perder nada en la transformación. El tipo de motor que más se acerca a ello es el motor eléctrico: es fuerza magnética frente a fuerza de explosión del motor térmico. La realidad dice que el eléctrico tiene aproximadamente tres veces mejor eficiencia que el térmico y esto no sólo es debido a su naturaleza energética, sino a su sencillez mecánica, ya que con sólo una pieza giratoria evita perder la energía que absorben, en comparación, las cientos de piezas del motor térmico en el mismo proceso.
