El rendimiento de un motor de coche eléctrico

¿Qué es el rendimiento de un motor eléctrico?

El concepto de rendimiento, en el caso de un motor, se refiere a la relación entre la energía útil y la energía total consumida. Se puede expresar en forma de porcentaje. En un vehículo eléctrico, se estima que el rendimiento es del 90 %. Esto significa que el 10 % de la electricidad consumida por el motor eléctrico no se ha destinado a su propulsión, lo cual es muy poco. Además de este excelente rendimiento, cabe destacar que un vehículo eléctrico o híbrido de Renault cuenta, además, con la frenada regenerativa, que recarga la batería en determinadas fases de la conducción, lo que permite alcanzar un rendimiento aún más cercano al 100 %.

A partir de la cifra de rendimiento, se puede calcular con mayor precisión, entre otras cosas,la autonomía de un vehículo eléctrico y su consumo de electricidad. Cuanto mayor sea el rendimiento, menos kilovatios de energía habrá que «inyectar» en cada recarga para recorrer el número de kilómetros deseado.

¿Cómo se calcula el rendimiento de un motor eléctrico?

Matemáticamente, el cálculo del rendimiento de un motor eléctrico consiste en dividir la cantidad de energía útil entre la cantidad de energía consumida inicialmente.

En la práctica, los fabricantes de automóviles y las empresas especializadas en rendimiento mecánico calculan la eficiencia de los vehículos (eléctricos o híbridos) teniendo en cuenta varios parámetros, con el fin de obtener una cifra lo más cercana posible a la realidad. El proceso de medición requiere, en primer lugar, una prueba de las condiciones de carga y de la eficiencia de las baterías para determinar cuánta energía se inyecta. A continuación, el coche eléctrico, evaluado en función de su velocidad media y su recuperación de energía, circula en situaciones cotidianas, realizando trayectos coherentes, para conocer el número de kilómetros recorridos con una sola recarga.

La relación entre ambos valores explica que, en el sector de la automoción, los especialistas consideren que el rendimiento de un motor eléctrico es entre tres y cuatro veces superior al de un motor térmico de gasolina o diésel de la misma potencia.

¿Cuál es la diferencia entre un motor síncrono y uno asíncrono?

Para que un vehículo eléctrico o híbrido (en modo eléctrico, en el caso de este último) avance y para suministrar potencia eléctrica al motor, este transforma la corriente que le proporciona la batería en un campo electromagnético que hace girar un rotor que, a su vez, genera la tracción.

El funcionamiento de un motor eléctrico varía en función del tipo de tecnología utilizada para generar ese campo electromagnético: así, se habla de «síncrono» y «asíncrono» para referirse a las dos categorías de motores más utilizadas en la industria.

El motor eléctrico síncrono funciona con una pieza estática, el estator, y una parte giratoria, el rotor. La electricidad de la batería atraviesa el estator, donde se transforma en un campo electromagnético. El rotor —que incorpora una bobina de cobre o un imán permanente— sigue este campo magnético y comienza a girar sobre sí mismo a una velocidad proporcional a la frecuencia de la corriente eléctrica. Esta tecnología es la más utilizada actualmente en el sector de la automoción.

En el motor asíncrono, el rotor y el estator no funcionan de forma proporcional. El estator «arrastra» al rotor en su rotación con un ligero desfase: la velocidad del campo magnético giratorio será siempre superior a la del rotor.

Motores eléctricos síncronos: diferentes tecnologías

Los motores eléctricos síncronos, utilizados sobre todo en el sector de la industria automovilística, pueden basarse en dos tecnologías diferentes: los rotores con imanes o los bobinados.

La primera categoría incorpora, en el rotor, los denominados «imanes permanentes». Las bobinas presentes en el estator activan su sensibilidad a la fuerza magnética y provocan su rotación, lo que a su vez genera la tracción del vehículo. Esta técnica tiene, entre otras ventajas, una cierta densidad de potencia y un excelente rendimiento a baja velocidad. De ahí su presencia en vehículos urbanos ligeros como el Dacia Spring o como motor eléctrico en las motorizaciones híbridas E-Tech y E-Tech Plug-in de Renault.

En un vehículo con rotores bobinados, una bobina de cobre sustituye al imán permanente. Esta técnica ofrece, una vez más, un rendimiento muy bueno, incluso a velocidades elevadas, superiores a los 100 kilómetros por hora, lo que garantiza un aumento de la autonomía de varias decenas de kilómetros. Este sistema se encuentra en el motor del Renault ZOE o del Twingo Electric.

El rendimiento de un motor eléctrico asíncrono

Las propiedades físicas del motor eléctrico asíncrono explican por qué su rendimiento es ligeramente inferior al de su homólogo síncrono: el «deslizamiento», ese fenómeno de desfase entre el rotor y el estator, es el responsable de la diferencia entre ambas tecnologías. Así, los motores «asíncronos» presentan un rendimiento de entre el 75 % y el 80 %, frente al 90 % de los «síncronos».

La mejora del rendimiento de los motores

Los fabricantes y las empresas del sector están explorando numerosas vías para mejorar el rendimiento de los motores de sus coches eléctricos. El dimensionamiento de las piezas, el uso de materiales de excelente calidad y el aumento del flujo de aire permiten reducir las pérdidas. Estas se deben a la fricción entre las piezas y a la transformación de una parte de la energía en calor.

Al volante,la conducción ecológica, que aprovecha la recuperación de energía, reduce los kilovatios consumidos pero no útiles, y acerca al motor a su rendimiento máximo.

El rendimiento máximo

El rendimiento máximo indicado para un motor eléctrico o híbrido corresponde a la situación ideal de uso de la energía de sus baterías para alcanzar el mejor régimen del motor. El rendimiento real de un motor siempre es inferior a este valor y depende de las condiciones (atmosféricas, de tráfico y de conducción) en las que circula el vehículo.

El rendimiento de un motor híbrido

En un motor híbrido, la presencia de un componente eléctrico tiende a aumentar el rendimiento máximo del coche, ya sea híbrido enchufable o no. Esto se debe, en parte, a la posibilidad de recargar las baterías durante las desaceleraciones y, por lo tanto, de recuperar energía que resulta «útil» de forma inmediata.

El rendimiento de un motor de hidrógeno

En un coche de hidrógeno, la propulsión la proporciona un motor eléctrico síncrono, con un rendimiento comparable al de un vehículo eléctrico con batería convencional. La producción de hidrógeno mediante la pila de combustible suele reducir ligeramente el rendimiento del vehículo, ya que parte de la energía se transforma en vapor de agua.

Conocer el rendimiento de un motor eléctrico permite comprender el consumo energético y los datos de autonomía del vehículo.

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