Adecuación del vehículo eléctrico a la movilidad ciudadana Luciano Andrés Alegre Dr. Ingeniero industrial Madrid, 10 de Mayo de 2.011
Por qué el vehículo eléctrico en la ciudad? El VE no contamina. La autonomía limitada del VE no supone un inconveniente serio en los desplazamientos exclusivamente urbanos. En la ciudad es más fácil el establecimiento de puntos de recarga para las baterías. Los desplazamientos en la ciudad se deben hacer preferentemente en transporte público, pero si se utiliza el vehículo privado, mejor que este sea eléctrico. Pero hay algo más: EL VEHICULO ELÉCTRICO TIENE MUCHO MEJOR APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO
Eficiencia i i energética en el vehículo convencional Ef. Energética: Max 35 40 % La eficiencia energética global del vehículo será todavía menor No existe posibilidad de recuperación energética
Eficiencia energética en el vehículo eléctrico Ef. energética: 90-95 % La eficiencia energética es, de entrada, muy superior El motor es una máquina reversible: Existe posibilidad de recuperar energía
Homologación del consumo de combustible
Condiciones i en que se realiza la prueba de homologación del consumo en ciclo urbano El vehículo que se someta al ensayo deberá haber sido rodado durante un kilometraje de entre 3.000 y 15.000 Km., y habrá permanecido en un local a una temperatura de entre 20 y 30 ºC durante un periodo comprendido entre 6 y 30 horas, de modo que las temperaturas de refrigerante y lubricante difieran un máximo de 2ºC de la ambiental. Una vez completados todos los preparativos se da paso a la prueba en sí.
Condiciones i en que se realiza la prueba de homologación del consumo en ciclo urbano Una vez puesto en marcha, el vehículo permanecerá 40 segundos al ralentí, tras lo cual repetirá en cuatro ocasiones un ciclo de 195 segundos de duración. Este ciclo tiene 1,013 Km. de recorrido (4,052 Km. en total) y trata de reproducir las arrancadas y detenciones que se dan lugar en el táfi tráfico urbano. La velocidad d máxima en este recorrido es 50 Km./h y en él hay doce arranques desde parado, una vez sumados los cuatro ciclos. Toda la prueba se lleva a cabo en terreno llano
Eficiencia energética real de un vehículo convencional en ciclo urbano (1) Coche Diesel de última generación de 163 CV <> 120 Kw. Coeficiente aerodinámico Cx de 0,29 Masa de 1.461 Kg. Consumo en el ciclo de ciudad de 6,8 l/100 Km. (Extraurbano: 4,4 l/100 Km. Mixto: 5,3 l/100 Km. <> 139 gr. CO 2 / Km.) Resistencia a la rodadura de 20 Kg. /Tm. Sección frontal de 2,1 m 2 Poder calorífico inferior del gasóleo de 10.000 Kcal./ Kg Densidad del gasóleo 0,825 Kg./ litro
Eficiencia energética real de un vehículo convencional en ciclo urbano (2) Resistencia a la rodadura: 29,22 Kg.<>286,35 Nw. Resistencia aerodinámica (valor promedio)<> 18,65 Nw Trabajo empleado en compensar efectos disipativos: (286,35+18,65) x 4052 = 1235860 julios <>0,343 Kw.h Eficiencia energética global 100 x 860 x 305 x 4052 / 6,8 x 4,052 x 0,825 x 10000 x 3,6 x 10 6 = 0,1298 En ciudad no llega al 13 %! En cambio, a 110 Km/h, la potencia necesaria sería: (286,35 + 0,5 x 1,25 x 0,29 x 2,1 x (110/3,6) 2 ) x 110/3,6 = 19,6 Kw.
Posibilidades d de recuperar energía. Vehículos de eficiencia energética mejorada (EEM) - En el ciclo urbano considerado el vehículo acelera de 0 a 15 Km./h cuatro veces, otras cuatro de 0 a 35 Km. /h y cuatro más de 0 a 50 Km./h. - Energía precisa para todas estas maniobras: 4 x ½ x 1461 x ( (15/3,6) 2 + (35/3,6) 2 + (50/3,6) 2 ) = 890578 julios = 0,25 Kw.hora (que pueden recuperarse) - El trabajo empleado en compensar efectos disipativos: (286,35+18,65) x 4052 = 123586 julios <>0,343 Kw.h - El porcentaje teórico de recuperación sería de: 0,25 / (0,343+ 0,25 ) x 100 = 42,16 % - El consumo se reduciría a: 6,8 x ( 1 0,4216) = 3,93 l /100 Km. - Estos consumos se consiguen en la práctica, -Laenergía necesaria para completar el recorrido entre Cibeles y Pza. Castilla sería de 1461 x 9,8 x 80 = 1.145.424 julios <>0,32 Kw.h (recuperables)
Batería de Ni MH de 1,3 Kw. h de capacidad
Eficiencia i i energética en vehículos totalmente t t eléctricos (1) Si considerásemos un vehículo equivalente al anterior, su masa aumentaría por la presencia de la batería. Unos 100 Kg. adicionales. En consecuencia, su resistencia a la rodadura también sería mayor. Con el valor de 20 Kg /Ton, sería preciso considerar 20 x 1,561 = 31,22 Kg. <>305,956 Nw No tendría ninguna influencia en la resistencia aerodinámica. Suponemos que la eficiencia energética en las recuperaciones por deceleraciones va a ser completa. La energía que habría que suministrar durante los 4.052 m. Del ciclo urbano sería: (305,956 + 18,65) x 4052 = 1315304 julios <> 0,365 Kw. h. que equivalen a un consumo de 9,01 Kw. h / 100 Km.
Eficiencia energética en vehículos totalmente eléctricos (2) Este es un valor teórico, que se ha obtenido suponiendo una efectividad total durante un ciclo teórico de homologación, tanto en la transformación de energía eléctrica a mecánica, como en la transformación inversa de recuperación de energía cinética. Toda la energía se emplea en mover el vehículo (Noexisten pérdidas édid mecánicas en la transmisión, ió tampoco se utiliza el alumbrado, no hay climatización, ni uso de otros elementos auxiliares, tales como limpiaparabrisas, luneta térmica, etc.). Por ello, suele ser habitual considerar un consumo eléctrico de 15 Kw. h / 100 Km. Aún así, estamos manejando una eficiencia energética real, en condiciones habituales de circulación muy superior al 13 % calculado para el vehículo convencional, puesto que la relación entre ambos valores es de 9,01 / 15 x 100 = 60 %
Batería de ion Litio de 24 Kw. hora de capacidad, que permite una autonomía de 175 Kw. (sin utilizar a/a)
Vehículos de eficiencia energética mejorada (EEM) Híbrido paralelo Conexión permanente entre los motores térmico y eléctrico Se puede dar preferencia a las prestaciones velocísticas o cargar baterías en períodos de retención
Motor térmico de 1,3 litros y 84 CV <> 61,8 Kw. Motor eléctrico de 14 CV <> 10,3 Kw.
Vehículos de eficiencia energética mejorada (EEM) Híbrido paralelo con desconexión del motor térmico La desconexión permite funcionar sólo en eléctrico sin rozamientos parásitos y optimizar las posibilidades de recuperación de energía
Vehículos de eficiencia energética mejorada (EEM) Híbrido serie-paralelo En esta configuración se hacen independientes el motor eléctrico y el generador
Batería de Ni MH de 1,3 Kw. hora, que permite una autonomía de 2 Km. en modo eléctrico, si v < 50 Km / h
Vehículos de eficiencia energética mejorada (EEM) Híbrido serie No hay conexión mecánica entre el motor térmico y los mecanismos de tracción El motor térmico puede funcionar a régimen constante, en condiciones de máxima eficiencia energética
Vehículos híbridos enchufables Híbrido paralelo plug in La potencia del motor eléctrico es del mismo orden de magnitud que la potencia del motor térmico La capacidad de la batería se diseña para una autonomía en modo eléctrico entre 20 y 100 Km., a razón de 3 Kw. hora por cada 20 Km.
Batería de ion litio de 5,2 Kw.h, que permite una autonomía de 20 Km., limitando la velocidad a 100 Km /h Motor térmico de 98 CV <> 72 Kw. Motor eléctrico de 80 CV <> 59 Kw
Vehículos híbridos enchufables Híbrido serie plug in o eléctrico de autonomía extendida La potencia del motor eléctrico de tracción es muy superior a la del motor térmico. Llevan baterías de gran capacidad (> 10 Kw. hora), que permiten autonomías en modo eléctrico de 60 Km. como mínimo
Batería de ion litio de 16 Kw. h, que se utiliza entre el 30 % y el 80 % de la carga máxima. Autonomía en eléctrico 60 80 Km. Potencia : 156 CV <> 115 Kw.
4 motores eléctricos de 145 Kw c/u <> 580 Kw. Motores térmicos: 2 turbinas de 70 Kw. c/u
Vehículos eléctricos y emisiones de CO 2 Una gestión adecuada de la red eléctrica exige que la recarga de los VE se haga principalmente en horario nocturno horas valle. En esas franjas horarias la aportación de las energías renovables a la generación eléctrica es superior a la media. En el caso más desfavorable, es decir, sin discriminación horaria en la conexión ala red, la contribución tib ió del VE a las emisiones i de CO 2 sería a misma que la de cualquier otra actividad. En el año 2009, la producción eléctrica fue de 250 Tw.hora, con unas emisiones de 75 MTon de CO 2. Es decir, 300 gr. de CO 2 por cada Kw.hora generado. Un VE que emplee 15 Kw.hora /100 Km., sería el causante de unas emisiones de 45 gr. CO 2 por cada Km. recorrido
Muchas gracias