Primero unas definiciones sencillas adaptadas a estos motores:
Par motor: Es la fuerza con la que gira el eje del motor. Se mide en Newton/metro (Nm)
Régimen de giro: Es el nº de vuelas que da el eje motor por unidad de tiempo. Se mide en revoluciones por minuto (rpm).
Potencia motor: Es la cantidad de trabajo realizada por unidad de tiempo y se obtiene de multiplicar el par por las revoluciones. Se mide en caballos de vapor (CV o HP) o en Kilowatios (kW): 1 kW = 1,36 CV
No es fácil explicar la diferencia entre par y potencia. Un ejemplo clásico es el de la bicicleta. Vamos en bici a velocidad mantenida gracias a la potencia (W) de pedaleo. Las revoluciones son las vueltas completas del pedal y el par es la fuerza ejercida sobre los pedales. Supongamos ahora que cambiamos a piñón pequeño manteniendo la velocidad: el desarrollo se alarga, las rpm disminuyen y el pedaleo se hace más duro, necesitaremos más par.
Si ahora metemos el plato grande, volveremos a aumentar el desarrollo. Y si ya no podemos mantener la velocidad no será porque nos falte potencia (el rozamiento del aire y el asfalto no varia a velocidad constante y la potencia necesaria para vencerlo será igual, independientemente del desarrollo) sino porque el pedaleo se vuelve demasiado duro y no podemos ejercer sobre ellos un par de giro suficiente. Si por el contrario vamos reduciendo el desarrollo, la exigencia de par será cada vez más escasa, pero llegara un momento en que la velocidad de giro será tan alta que no podremos mantener la velocidad. En los vehículos a motor sucede exactamente lo mismo.
Los gráficos de potencia, par y revoluciones definen las relaciones entre estos parámetros para cada motor. Y como luego veremos, los motores eléctricos presentan ventajas importantes frente a los térmicos es este área.
También reseñar que para mover cargas pesadas (locomotoras, camiones, tractores…) se utilizan motores elásticos (buenos valores de par desde bajas vueltas) y de par muy elevado, mientras que para cargas ligeras o competición se utilizan motores muy revolucionados, en los que el par a bajas vueltas no es tan importante. Un ejemplo: cualquier motor turbodiesel actual de 2 litros tiene un par motor similar o superior a un motor de F1, pero mientras que el 1º lo alcanza a menos de 2000 rpm, el otro lo alcanza a más de 15.000 rpm, con lo que las diferencias finales de potencia son abismales.
Entrando ya en materia, en el gráfico superior podemos ver las curvas típicas de un motor eléctrico y de un motor de gasolina de 1600 cm3. Hemos comparado dos motores de Nissan de 109 CV de potencia. La potencia máxima es la misma, pero en realidad el motor eléctrico es más potente es casi todas las circustancias: hasta 1000 rpm ofrece más del triple de potencia, hasta 2000 rpm más del doble y aunque las curvas se van acercando hacia las 6.000 rpm, el gasolina corta a 6.500 rpm y el del Leaf aún ofrece su potencia máxima hasta 9800 rpm y gira hasta las 10.400 rpm. Por eso cuando la gente prueba un coche eléctrico por primera vez, se sorprende por la sensación de potencia a velocidades bajas o medias. No es una sensación, es real. Son mucho más potentes que un vehículo térmico equivalente en esas condiciones.
Otro factor diferenciador importante es que el motor térmico es incapaz de girar por debajo del régimen de ralenti (unas 700 rpm): el giro se vuelve inestable y se cala. En cambio el eléctrico es capaz de girar igual de equilibrado y con la misma fuerza (par) a 20 rpm que a 2000 rpm . Y desde 0 rpm dispone ya del par máximo. El motor eléctrico no necesita girar cuando el vehículo está parado, ni un embrague para iniciar la marcha. Y como para el inicio de la marcha lo importante es el par y no la potencia, si le acoplasemos una caja de 5 marchas sería capaz de arrancar con toda suavidad con cualquiera de ellas, aunque lógicamente en las marchas largas las aceleraciones serían menos brillantes.
Un dato adicional del Leaf, su reductora tiene un desarrollo final similar al de una 2ª típica de un coche térmico (14,3 km/h por 1000 rpm), por lo que alcanza su régimen máximo de giro a 150 km/h, limitando de esta forma su velocidad máxima.
Más gráficos de motores eléctricos: Fluence 95 CV y Kangoo 60 CV. En realidad estamos ante el mismo motor, como demuestra el hecho de que el par máximo sea idéntico. Cambian las especificaciones, de manera que el motor del Fluence es capaz de mantener el par a más revoluciones. Llama la atención unas curvas de par atípicas, con un trazo ascendente en las primeras rpm. Renault anunció hace tiempo una limitación electrónica del par a pocas vueltas para conseguir más suavidad y progresividad en las arrancadas. Quizás la causa hay que buscarla en los desarrollos de transmisión escogidos, aún más cortos que en el Leaf: 11 km/h a 1.000 rpm (Kangoo) y de 12 km/h a 1000 rpm (Fluence). Esto significa que en la Kangoo el motor gira a 12.000 rpm a 130 km/h y en el Fluence gira a más de 11.000 rpm a 135 km/h.
Volviendo al primer gráfico, el del motor del Tesla Roadster, vemos que el motor se estira hasta unas increíbles 14.000 rpm, manteniendo un par constante desde 0 hasta 6.000 rpm, para luego decaer de forma rápida, dando lugar a una curva de potencia más «puntiaguda» de lo habitual en los motores eléctricos. En este caso, y dada la orientación deportiva del modelo, quizás si hubiese estado justificada la adopción de una caja de cambios con dos o tres marchas (no haría falta más) para aprovechar todo su potencial. De hecho las primeras unidades llevaban una caja Magna de dos velocidades que terminó siendo desechanda por factores como fiabilidad, coste y peso, a pesar de conseguirse mejores prestaciones..
Rendimiento energético
En un motor eléctrico es la relación entre la energía eléctrica que absorbe y la energía mecánica que ofrece. En los coches eléctricos se montan motores de alto rendimiento, con una eficiencia media del 90%. Algunos fabricantes presumen de un rendimiento de hasta un 95% (figura de abajo, motor Renault), pero probablemente se refiera al valor típico y no al valor medio.
En los motores térmicos la eficiencia energética es la relación entre la energía contenida en el combustible y la energía mecánica ofrecida. Su rendimiento es muy inferior al de los motores eléctricos, ya que la combustión genera mucho calor que no es aprovechable y son necesarias muchas piezas móviles que generan pérdidas por rozamientos. La mayor parte de la energía se pierde en forma de calor, bien a través del radiador, escape, bloque motor…. Hay muchas cifras contradictorias en cuanto a sus rendimientos reales en función de las condiciones de estudio y el tipo de motores. En general se estima un límite del 25% para los motores de gasolina y del 30% para los grandes motores diésel.
Dado que 1 litro de gasolina contiene una energía equivalente de 9,7 kWh y el litro de gasóleo contiene 10,3 kWh, podríamos llegar a comparar la eficiencia de diferentes vehículos (ojo, eficiencia del coche, no del motor). Por ejemplo, podemos comparar un eléctrico como el Leaf, con un gasolina eficiente como el Golf 1,4 TSI 122 CV y un diésel como el Golf 1,6 TDI 105 CV. Sus consumos homologados son:
* Leaf: 13,7 kWh/100 km / 0,85 (rendimiento estimado carga batería) = 16,1 kWh/100 km
* Golf 1,6 TDI: 4,7l/100 km x 10,3 kWh = 48,4 kWh/100 km
* Golf 1,4 TSI: 6,0 l/100 km x 9,7 kWh = 58,2 kWh/100 km
Aunque se trata de una comparativa muy general basada en ejemplos y que se presta a muchas interpretaciones, si que se observa que la eficiencia de las motorizaciones antes expuesta coinciden casi exactamente con la eficiencia general del vehículo calculada aquí. El rendimiento energético del vehículo eléctrico triplica al del vehículo térmico. Y un dato impactante, la batería del Leaf de 24 kWh, 300 kg de peso y valorada en muchos miles de euros, sólo puede almacenar una energía equivalente de poco más de 2 litros de gasolina o gasóleo..
En este último gráfico vamos a ver otra diferencia entre el rendimiento de los motores eléctricos y los térmicos.
Primero explicaremos este gráfico de eficiencia del Leaf: la línea superior corresponde al valor del par con carga máxima (acelerador a fondo), mientras que la línea horizontal (valor par = 0) refleja el valor sin carga. Para todas las situaciones posibles de rpm, par y cargas, el gráfico nos asigna un valor de eficiencia mediante el gradiente de color.
Lo primero que llama la atención es que la eficiencia es bastante homogénea y siempre superior al 85%. Y la máxima eficiencia se consigue con cargas parciales medias y altas y a rpm elevadas. Esto es típico de los motores eléctricos. La zona de mayor eficiencia está situada a un régimen claramente por encima de el del par máximo.
No disponemos de un gráfico de este tipo de un motor térmico, pero en él veríamos que las diferencias de eficiencia según carga y rpm son mucho más acusadas que en el eléctrico y que la zona más eficiente está situada a un régimen inferior al del par máximo y con cargas altas. Por eso se insiste en que para una conducción eficiente circulemos siempre en machas largas y al menor nº de revoluciones posible.
Pero ¿cuál sería la recomendación para un vehículo eléctrico si dispusiésemos de una caja de cambios con varias relaciones?. Al insertar una marcha larga disminuyen las rpm del motor al tiempo que aumentan las cargas y el par. Si volvemos al gráfico vemos que la respuesta no está clara: una disminución del régimen nos podría sacar de la zona más eficiente, mientras que un aumento del par nos podría favorecer. En todo caso hablaríamos de diferencias mínimas de eficiencia. La conclusión es que una caja de cambios no aporta una mejora significativa del consumo en los vehículos eléctricos, al contrario de lo que se comenta habitualmente en muchos foros, seguramente por una asimilación del modelo de eficiencia de los motores térmicos.
Artículos relacionados:
Nissan Leaf vs VW Golf GTD vs Lexus CT200h
Motor eléctrico de Renault
Las revisiones del Nissan Leaf al descubierto
© Foro Coches Eléctricos | Este feed es de uso personal, sí quieres hacer un uso comercial contacta con nosotros.
