LA DIFERENCIA ENTRE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN Y MOTORES ELÉCTRICOS.
El motor de combustión es el estándar en la industria del automóvil, así que es la base sobre la que se establece todo el mercado. El motor de combustión funciona gracias a un combustible que pasa al motor y que gracias a una chispa arde junto el oxígeno y esto provoca que se convierta en energía que produce un movimiento que se transmite a las ruedas y que permite que estas giren y muevan el vehículo. Esto, claro, explicado a grosso modo.
Un problema importante que tienen los motores de combustión es que además de esa energía el combustible se convierte en energía térmica y se pierde en forma de calor. Además produce otros elementos, como gases y partículas derivadas de esa combustión. Eso es lo que lo ha convertido en un sistema muy poco popular y ha sido esto lo que ha propiciado la aparición y popularización del motor eléctrico. Un sistema más limpio, sin residuos directos y que poco a poco está adquiriendo presencia en el mercado.
Motor de combustión
El motor de combustión utiliza un combustible que se almacena en un depósito adecuado para cada tipo elemento, así que es sencillo repostar. Se va a una estación de servicio, se conecta la manguera correspondiente y se llena el depósito, sin problemas. Pero ¿cuál es la eficiencia energética del motor de combustión?
Es importante saber que la energía almacenada, por unidad de volumen, en un litro de gasolina es de 9,3 kWh, mientras que en el caso del diésel, que es más denso, se cifra en 10,1 kWh por litro. Si hablamos de unidad de masa el equivalente es de 12,2 kWh/kg (kilovatios hora por kilo) y 12,7 kWh/kg, respectivamente. Estos dos parámetros servirán para comparar rendimiento y consumo con un sistema de propulsión eléctrico.
Otro dato importante que hay que saber sobre los motores de combustión es que los más modernos coches de combustión obtienen un rendimiento entre el 40% y el 45% en el mejor de los casos. Esto quiere decir que convierten en energía utilizable solo esa cantidad de la energía conseguida. Un dato que hay que apuntar para comparar.
PARTES DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN:
El bloque motor
En esencia, es lo que comúnmente denominamos motor, pues el resto de componentes se conectan a él y el proceso de combustión se desarrolla en su interior. Se trata generalmente de una pieza de acero o aluminio fundido, siendo este último material más ligero y con más capacidad para disipar el calor.
El bloque motor tiene como misión alojar los cilindros y el resto de elementos que forman el tren alternativo: el cigüeñal, las bielas y los pistones. El diámetro de los cilindros y la carrera del pistón hacen posible el cálculo de la cilindrada que dicho motor tiene e incluye canalizaciones que permiten lubricar y refrigerar el conjunto.
El bloque motor debe soportar los elevados esfuerzos generados por la culata durante la combustión y aloja las camisas de los cilindros por las que oscilan los pistones. También sujeta las tapas en las que descansa el cigüeñal.
Hay dos tipos de bloques: de camisa seca y húmeda. Dichas camisas actúan como un receptáculo y una cámara, y en el primer caso van conectadas a otros cilindros de paredes más finas y menor tamaño que en el segundo caso, en el que existe un sistema de refrigeración por agua y cuya estanqueidad se consigue gracias a un anillo de caucho situado en las zonas inferior y superior.
La culata
También denominada cabeza del motor, la culata cumple la misión de servir de soporte de varios elementos del propulsor y, al igual que el bloque motor, se fabrica en hierro o aluminio fundido. Generalmente, la culata se sitúa sobre este y es el elemento de mayor importancia y complejidad a la hora de diseñar un propulsor, pues debe soportar grandes cargas y temperaturas en la cámara de combustión.
Adicionalmente, se asocia con los siguientes componentes:
- El tren alternativo: cigüeñal, bielas, pistones y, en general, el resto de elementos asociados a la rotación del cigüeñal, como por ejemplo la bomba de agua, bomba de aceite y bomba de combustible.
- Las válvulas de admisión y escape.
- El árbol de levas o los apoyos para el mismo en el caso de motores tipo OHV.
- El alojamiento para las bujías en el caso de motores de gasolina, para los inyectores si hablamos de propulsores diésel.
- Oquedades y cavidades tubulares para la refrigeración en el caso de propulsores con sistema líquido.
La junta de la culata
Como nexo de unión del bloque motor y la culata, encontramos la junta de la culata que tiene como cometido dotar de estanqueidad al conjunto, evitando de ese modo fugas de los gases de compresión, pero también de anticongelantes o aceites procedentes de los canales de lubricación.
Los dos tipos de materiales más habituales de la junta son las aleaciones de amianto o aluminio para dotar a la misma de resistencia, conductividad térmica y rigidez. De ese modo se reducen los puntos calientes que puedan provocar detonación, permitiendo así elevarse la relación de compresión de las culatas y, con ella, el rendimiento.
Los cilindros y pistones
Dentro del bloque motor encontramos los cilindros, que toman su nombre de la forma geométrica que tienen y son los encargados de alojar los pistones, que se desplazan en el interior de los mismos.
En los motores de combustión, la explosión se produce en el interior de los cilindros con la colaboración de los mencionados pistones y otros elementos. Son el origen de la energía mecánica que posteriormente se transforma en cinética, es decir, en movimiento para desplazar el vehículo.
Los cilindros están insertados en el bloque motor de acero o aluminio fundido de alta resistencia, pues soportan altísimas temperaturas y esfuerzos derivados de la explosión del combustible. En ellos se inyecta gasolina y aire mientras baja el pistón. Cuando el pistón sube dentro del cilindro, comprime la mezcla, que explota gracias a la chispa de la bujía (o a consecuencia de la presión en los motores diésel). A continuación, el pistón baja y se produce la combustión. Finalmente, los gases quemados son expulsados cuando el pistón sube.
La cilindrada es la suma del volumen útil de todos los cilindros y nos da una orientación de la capacidad de trabajo del motor, siendo habitualmente utilizada como referencia por muchos países para el cálculo de los impuestos aplicados a los vehículos.
El árbol de levas
Es una barra o eje de rotación que incorpora unas palas o levas, que son las encargadas de accionar la apertura y cierre de las válvulas. Esta barra queda colocada sobre la culata del motor y en algunos casos hay dos: una para las válvulas de admisión y otra para las válvulas de escape. Los árboles de levas quedan unidos al cigüeñal mediante la correa o cadena de distribución. Además, contribuyen a repartir el aceite por el motor y ayudan a que funciona la bomba de combustible.
Cuando giramos el motor de arranque a través de la llave de contacto, esto genera el movimiento del cigüeñal a través de un impulso eléctrico. Ello hace que las bielas empujen y retraigan los pistones hacia los cilindros, comprimiendo la mezcla de aire y combustible y generando a su vez una chispa que enciende las bujías en la cámara de combustión.
Como el árbol de levas está conectado al cigüeñal, inicia su rotación y permite que las válvulas se abran y cierren para dejar pasar la mezcla o expulsar los gases resultantes del proceso.
Existen varios tipos:
- SV: también denominado de válvulas laterales por la colocación de estas en el lateral del cilindro, dentro del bloque motor.
- OHV: en este caso está colocado generalmente en la sección inferior del bloque motor, con las válvulas en la culata. La transmisión del movimiento del cigüeñal al árbol de levas es directa a través de piñones o de una cadena corta.
- OHC: el árbol de levas se sitúa en la culata, junto a las válvulas. Es el sistema más extendido y existen dos variantes: SOHC y DOHC. La primera utiliza un único árbol de levas para todas las válvulas. El segundo hace uso de uno para las de admisión y otro para las de escape.
El cigüeñal
Cuando se produce la combustión en el interior de los cilindros, esta mueve los pistones que trasladan dicha energía a través de las bielas al cigüeñal, que a su vez está conectado al volante motor. A través del embrague en una caja de cambios manual o de un convertidor de par en una automática, este movimiento es finalmente transmitido a las ruedas.
Así pues, el cigüeñal -instalado en el interior del bloque motor- se encarga de transformar el movimiento lineal de los pistones en circular de manera que pueda ser utilizado para mover las ruedas a través de la transmisión. Las bielas son en cierto modo como los pedales de una bicicleta que hacen girar, en este caso, el cigüeñal.
El cárter
En la base del motor y atornillado al bloque, encontramos el cárter, que tiene forma de bañera y se encarga de alojar el aceite que mantiene lubricados y refrigerados todos los componentes del conjunto.
Su forma es muy importante, pues el aceite debe caer hacia la zona más baja del cárter para que la bomba de aceite pueda succionar el lubricante y así enviarlo al resto del motor. También es relevante el material del que está fabricado, pues debe servir de disipador del calor que el aceite lleva consigo para que se enfríe antes de volver a ser succionado por la bomba.
El cárter, que cierra el bloque motor de forma estanca, suele estar fabricado de chapa de acero o aleaciones de aluminio y su cuerpo cóncavo incorpora chapas que contribuyen a frenar el movimiento del aceite en su interior a consecuencia de las inercias resultantes del movimiento del automóvil.
El cárter está formado por dos partes:
- Cárter superior, intermedio o de cigúeñal: es la parte estructural del bloque motor que queda unida al conjunto formado por los cilindros y el cigüeñal. De su rigidez depende la eficacia del motor.
- Cárter inferior o de aceite: es la parte inferior de la carcasa del cárter y está fijada por tornillos al cárter superior. Recoge el aceite, donde será aspirado por la bomba de aceite. Existe una variante llamada cárter seco, que es un compartimento mucho más pequeño e independiente en el que se aloja el aceite. Es muy utilizado en competición y aviación porque reduce al mínimo las inercias y con ello el riesgo de que la bomba se descebe.
Ventajas de los coches gasolina
- Repostaje fácil y rápido.
- Buenas sensaciones.
- Empuje de los nuevos motores con turbo.
- Tipo de motor más sencillo.
- Potencia al subir de revoluciones.
- Consumos más bajos en motores de última generación.
- Emisiones de NOx y partículas muy controladas en coches modernos.
- Motor conveniente en coches de poco uso y pocos km al año.
- Mejor motor para los coches deportivos.
- Motor conveniente en coches sencillos y baratos.
Desventajas de los coches gasolina
- Fuente de energía más cara por km.
- Consumo más alto que el diésel.
- Menos recomendable que el diésel para hacer muchos viajes al año.
- Necesita sobrealimentación para tener buen empuje a medio régimen.
- Consumo muy alto en coches grandes y pesados.
- Empiezan a traer filtro de partículas en el escape para superar las normativas.
- Poco recomendable para hacer muchos kilómetros al año.
- Poco recomendable para remolcar habitualmente.
- Peor motor en el entorno urbano (si sólo miramos el consumo de energía y no el precio de adquisición).
- Combustible fácilmente incendiable.
Motor eléctrico
El motor eléctrico necesita almacenar la energía eléctrica en baterías. Por ese motivo necesita dedicar más espacio al almacenaje de la energía eléctrica. El proceso de carga, como sabemos, ocupa más tiempo. Pero a cambio, un motor eléctrico consigue un rendimiento muy superior, haciendo que supere el 90% de eficiencia. Así, con menos kWh puede recorrer más distancia.
En cuanto al almacenaje de energía, depende del tamaño de la batería, igual que ocurre con el tamaño del depósito de combustible. Por comparar, un depósito de 44 litros de gasolina guarda unos 422,4 kWh, mientras que un depósito de diésel de 41 litros alcanza los 438,7 kWh. Una batería de alta capacidad actual suele alcanzar los 50 kWh, lo que lo sitúa bastante por debajo de sus rivales de combustión.
PARTES DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN:
Partes de un motor eléctrico: batería
La batería es el elemento responsable de acumular la energía eléctrica. A partir de una serie de reacciones químicas reversibles, esta es capaz de aportar electricidad en forma de corriente continua. La gran mayoría se componen de iones de litio, aunque existen otros materiales muy aptos para su constitución, así como el níquel-metal hidruro o la zebra.
Por lo general, la batería suele ser la pieza más grande, más cara y más pesada del vehículo eléctrico. Normalmente, suele ir ubicada bajo el habitáculo del vehículo o bajo el piso del maletero. Aparte de la batería principal, los vehículos eléctricos también pueden contar con una batería auxiliar de 12V.
Partes de un motor eléctrico: motor eléctrico/generador
De la propulsión del vehículo se encarga el motor eléctrico, un dispositivo que trasforma la energía eléctrica en energía mecánica. Se compone, generalmente, de un rotor y un estator, elementos cuya alternancia entre campos magnéticos generan el movimiento. Existen varios tipos de motores eléctricos, aunque los más usuales en el sector son los de corriente alterna.
Por otra parte, el motor eléctrico también puede actuar como generador de electricidad. Esto significa que momentos de frenada o deceleración, la energía cinética de las ruedas puede ser trasformada en electricidad. Esta electricidad es posteriormente convertida en corriente continua y almacenada en la batería del vehículo.
Partes de un motor eléctrico: convertidor de corriente
El convertidor de corriente cumple dos funciones esenciales. Si la energía de la fuente de carga es corriente alterna, el convertidor trasforma la corriente alterna en corriente continua, ya que la batería del vehículo acumula la corriente en forma de continua. El convertidor también trasforma la corriente alterna obtenida en las frenadas regenerativas.
La otra función del convertidor es el proceso inverso. Es decir, permite trasformar la corriente continua en corriente alterna. Esta se utiliza mayormente para poder alimentar el motor eléctrico, que como ya hemos dicho, suele trabajar con corriente alterna.
Partes de un motor eléctrico: la transmisión
Una de las principales peculiaridades del motor eléctrico es que este no precisa de caja de cambios ¿A qué se debe? Un motor eléctrico es capaz de aportar altos valores de par a revoluciones muy bajas. Esto significa que, a diferencia del motor de combustión, el vehículo eléctrico cuenta con un simple selector. O marcha atrás o marcha adelante.
El mecanismo es simple y con menores posibilidades de rotura que una caja de cambios. Una palanca electrónica que funciona a voluntad del conductor permite seleccionar la marcha adelante. Con un engranaje intermedio, el mecanismo también ofrece, como es obvio, la posibilidad de seleccionar la marcha atrás.
Partes de un motor eléctrico: la toma de carga
La conexión a la corriente eléctrica se realiza a través de la toma de carga. En este caso, un vehículo eléctrico puede contar con varias opciones de recarga, que dependerán del tipo de cargador usado. Para ello, será necesario que el vehículo equipe una toma para varios tipos de carga, a fin de que el usuario pueda repostar desde con corriente alterna monofásica hasta corriente continua trifásica.
Partes de un motor eléctrico: módulo electrónico (ECU)
Como en cualquier sistema electrónico, la ECU es el elemento responsable de gestionar el funcionamiento de todo el motor eléctrico. Por norma general, emplea el sistema de transmisión CAN, el más usado en el automóvil.
El módulo electrónico recibe las órdenes del conductor, que luego son leídas y procesadas para controlar el sistema de propulsión. El vehículo eléctrico cuenta con más de 100 centralitas que trabajan a las órdenes de una centralita principal.
Dentro de las características fundamentales de los motores eléctricos, éstos se hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes. No obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor.
Estator
El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. Existen dos tipos de estatores
a) Estator de polos salientes.
b) Estator ranurado.
El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al silicio (y se les llama "paquete"), que tienen la habilidad de permitir que pase a través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los devanados proveen los polos magnéticos.
Los polos de un motor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).
Rotor
El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos:
a) Rotor ranurado
b) Rotor de polos salientes
c) Rotor jaula de ardilla
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MOTOR ELÉCTRICO.
Las ventajas de los coches eléctricos
Se dice que los motores eléctricos ofrecen menos potencia que los de combustión interna. Que la autonomía es mínima y que los tiempos de carga pasan de las 24 horas. Es posible que ello haya sido así hace muchos años. La realidad hoy, es que los coches eléctricos ofrecen múltiples ventajas. Veamos:
- Mayor eficiencia del motor: los vehículos eléctricos utilizan entre 0.1 y 0.23 kW/h por kilómetro. Es un indicador muy bajo, pero lo será aún menor en poco tiempo, ya que un poco más de la mitad de este consumo se deriva de la ineficiencia en el proceso de carga de las baterías.
- Cero emisiones: el vehículo eléctrico es la única solución que logra obtener cero en emisiones de residuos, de gases efecto invernadero y de emisiones de contaminantes.
- Silencio total: los vehículos eléctricos ofrecen una experiencia de conducción, que se caracteriza por el desplazamiento suave y silencioso. Esto se logra gracias a la ausencia de piezas móviles en el motor, por la ausencia de explosiones en el proceso de combustión, pero también gracias a poder prescindir de un sistema de escape, que suele ser la principal fuente de ruido en un automóvil convencional.
- Costes de la energía: El coste de la energía utilizada en vehículos eléctricos, equivale a un tercio del valor del combustible utilizado en los vehículos con motor de combustión interna.
- Menores costes de mantenimiento: los coches eléctricos tienen menos costes de mantenimiento ya que no requieren cambios de aceite frecuente, y otras operaciones de mantenimiento. En la medida en que sus motores no cuentan con piezas móviles o que tengan roce entre sí, el desgaste es mucho menor.
- Frenado regenerativo: un motor eléctrico funciona como un generador, durante el frenado del coche. La salida de energía producida después de convertida, se utiliza para recargar las baterías. Esto significa que el vehículo devuelve energía al sistema.
- Comodidad y confort: la conducción de los coches eléctricos es agradable y suave. Se evita tener que presionar el pedal del embrague y se prescinde de la caja de cambios.
El par, en los motores eléctricos es constante a cualquier rotación, proporcionando así prestaciones interesantes.
- Impuestos e incentivos: Actualmente, los coches eléctricos se benefician de incentivos tributarios en varios países de la Unión Europea, en los cuales también se ofrecen subsidios para lograr una mayor penetración de estos automóviles en el mercado.
Parece todo muy atractivo, ¿verdad?; pero, también existen desventajas. Y para ser imparciales, debemos mencionarlas en esta comparativa.
Desventajas de los vehículos eléctricos
- Peso de las baterías: una de las principales desventajas de estos coches, es el peso de sus baterías. Aunque ha habido avances tecnológicos, para obtener menor peso y mayor autonomía, las baterías de un Tesla Roadster, por ejemplo, pesan 450 kilogramos.
- Vida útil de las baterías: un conjunto de baterías para un coche eléctrico, puede tener una vida útil que oscila entre los 160.000 y los 200.000 kilómetros, lo que, sumado a su alto coste, representa una gran desventaja.
- Rendimiento en bajas temperaturas: las baterías de automóviles eléctricos, aún presentan serios problemas cuando son exigidas en condiciones de temperaturas muy bajas, presentando una notoria pérdida de eficiencia.
- Autonomía: este es un tema relacionado directamente con las baterías, su tamaño y la tecnología utilizada. La autonomía de los coches eléctricos es aún limitada en comparación con un motor de combustión interna. Aunque ya se cuenta con coches que ofrecen hasta 600 kilómetros de autonomía –lo cual resulta ideal–, se trata de vehículos de alta gama.
Los coches de segmento medio, apenas ofrecen autonomía que va desde los 100 hasta los 200 kilómetros en promedio.
- Tiempo de carga: Las baterías de iones de litio, cuando se cargan en estaciones dispuestas para tal fin, pueden obtener el 80 % de su capacidad en lapsos de tiempo relativamente cortos, que van desde los 15 hasta los 20 minutos. Por supuesto, esto no se compara con los 3 o 4 minutos que tardas en llenar el depósito de combustible de un auto convencional.
Cuando la carga se realiza en casa, en una toma normal de 220 V, tarda 6 a 8 horas.
- Coste de adquisición: A pesar de que estos coches tienen menores costes de operación y mantenimiento, los vehículos eléctricos tienen un coste de adquisición mucho más alto que el de un coche a gasolina. Además el coste de las baterías, sigue siendo un factor que pesa en contra.
Consumo comparado
Un coche eléctrico, como hemos visto, aprovecha la energía de manera más eficiente, así que consigue recorrer más kilómetros con el mismo consumo de energía. En una comparativa con un modelo como el Peugeot 2008 PureTech 130 CV (96 kW) ofrece un consumo medio WLTP de 5,8 l/100 km, mientras que un Puegeot 2008 BlueHDi 130 CV (96 kW) consume 4,9 l/100 km. Estas cifras equivalen a un consumo de energía de 55,68 kWh/100 km en la versión gasolina y a 51,94 kWh/100 km en la diésel.
En un coche con una batería de 50 kWh el consumo de energía sería de 16,1 kWh/100 kilómetros, una cifra muy inferior. La autonomía de un coche con esta batería de 50 kWh es de unos 320 km según el ciclo WLTP. En cuanto al coste de repostar la gasolina o el gasóil, este es es muy superior al de recargar la batería.
Contando un depósito de 44 litros, con un coste de Q. 9.50 el litro, de manera general, sale un precio de Q. 390.00, aunque aporta una autonomía que puede estar sobre los 700 kilómetros. Esta cifra depende, claro, del modelo y el motor. En el caso de un vehículo eléctrico, cargar la batería de 50 kWh puede costar entre Q.10.00 y Q.56.00, dependiendo la tarifa utilizada.
El coste en energía es muy inferior y eso puede ser muy atractivo a la hora de seleccionar este tipo de vehículos. Esto representa un coste de entre Q.5.00 y Q.17.00 cada 100 kilómetros, según tarifa aplicada, frente a los más de 5,5 euros cada 100 kilómetros que podría costar el combustible en un motor tradicional en el mejor de los casos.
Aquí un vídeo realizado por su servidaor sobre la diferencia de los motores de combustión y motores eléctricos: https://www.youtube.com/watch?v=upHu7Rb6O3I
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