26 abr. 2013

CIRCULAR EN PUNTO MUERTO I: PRESENTACIÓN

Estimado lector, empieza ahora una serie destinada únicamente a fanáticos de reducir el consumo. El objeto de esta serie es explicar cuando y porque interesa circular en punto muerto para ahorrar combustible. Este tipo de posts no aptos para todos los públicos los etiquetaré como "sólo hypermilers". La palabra hypermiler no me entusiasma especialmente, pero hasta que no se acuñe una palabra en español para fanáticos de reducir el consumo, la utilizaré por su evidente difusión. De hecho, este neologismo del inglés está tan extendido, que ya lo incluyen los diccionarios.

ATENCIÓN: en ningún momento se anima o recomienda a nadie circular en punto muerto. Como expliqué en la presentación del blog, aquí me limito a explicar los porqués.

Si explicar como circular con pendientes ha sido una experiencia fatigosa, que ha requerido 9 posts, explicar y justificar con rigor cuando y porque hay que utilizar el punto muerto va a ser una actividad igualmente fatigosa.

Antes de empezar a tratar este tema, permitidme algunas aclaraciones para evitar  confusión: circular en punto muerto es circular con el cambio de marchas en la posición central, es decir sin ninguna marcha engranada, o lo que es lo mismo, sin conexión entre las ruedas y el motor del coche. En un coche con cambio automático el equivalente es circular con el cambio en la posición neutra o neutral (N). Hay quien utiliza otras expresiones, como planear o circular a vela, o directamente los términos en inglés: coasting o gliding. A mí personalmente me parece más sencillo simplemente utilizar el término “circular en punto muerto”. Otra opción para conseguir el mismo efecto es circular con el embrague presionado, no obstante a esa opción no le veo un uso más marginal. El motivo es que la mayoría de las veces sólo tiene sentido circular sin marcha varios segundos, y si ese es el caso, es más cómodo circular en punto muerto que circular con el pedal del embrague pisado a fondo. Además, circular con el pedal del embrague pisado a fondo fuerza innecesariamente el muelle del embrague.

Otra aclaración más: así como en una transmisión manual circular en punto muerto no es perjudicial para la mecánica (siempre que se trate al embrague con cuidado), no puedo asegurar que ocurra lo mismo en un cambio automático. Es técnicamente posible fabricar un cambio automático que permite pasar de la posición normal (D) a la neutral (N) a cualquier velocidad, pero no tiene porque ser siempre así. Por tanto, si tienes un cambio automático, antes de circular en posición neutral, asegúrate que el coche está preparado para circular en esas condiciones.

También quiero advertiros sobre la desinformación que hay sobre el efecto de circular en punto muerto. Existe toda una leyenda urbana muy extendida, según la cual circular en punto muerto aumenta el consumo. Esto lo podéis encontrar escrito en mucho sitios. Me ahorro añadir ningún link, porque me da vergüenza señalar a nadie, pero lo podéis comprobar vosotros mismos introduciendo el término de búsqueda “conducir en punto muerto”. Veréis algunas sesudas disquisiciones sobre este tema. Normalmente se esgrimen dos argumentos, que en punto muerto el consumo no es cero ya que está funcionando el relentí, o que las cosas han cambiado con la desaparición de los carburadores. Lamento deciros que esta gente está equivocada, simplemente no entienden suficientemente bien como funciona un coche, y/o no han acudido a fuentes fiables. De todas formas, para eliminar cualquier asomo de duda, voy a dedicar un gran esfuerzo a justificar porque el consumo si es menor circulando en punto muerto.

Finalmente termino el post con una obviedad. No confundir circular en punto muerto con circular con el motor apagado. Circular con el motor apagado es una auténtica temeridad ya que:
  • Generalmente perdemos la dirección asistida. Por tanto girar el volante será en el mejor de los casos costoso.
  • Generalmente perdemos la asistencia al freno. Normalmente el freno está asistido (servofreno). Sin el funcionamiento del motor lo normal es que el coche frene mal en cuanto se pierde la presión del circuito. Siempre nos queda el freno de mano, pero el freno de mano no está pensado para su accionamiento con el coche circulando.
  • En caso de necesitar potencia habrá que esperar a que arranquemos el motor.
  • Normalmente las luces no lucirán con la intensidad suficiente, ya que el alternador no está funcionando.
    NOTA: en algunos coches podemos perder más sistemas esenciales, por ejemplo la suspensión.

Desde el punto de vista de la seguridad, sólo se me ocurre aceptable circular con el motor apagado unos pocos metros, y en circunstancias muy especiales. Por ejemplo al aparcar en un garaje particular. Para ello a una velocidad muy reducida apagamos el motor, y los últimos metros hasta que detenemos el coche los circulamos aprovechando la inercia o un pequeño desnivel.
NOTA: si circular con el motor apagado es una temeridad, mucho más temerario es sacar la llave del contacto (no en todos los coches es posible). Una vez se saca la llave del contacto normalmente se pierde la dirección, ya que en cuanto se gire el volante queda bloqueado. Parece evidente, pero se han producido accidentes graves por esta irresponsabilidad.

Continuará...

20 abr. 2013

EL DEPORTIVO ELÉCTRICO

Para terminar esta serie de 6 post sobre los coches eléctricos, permitidme una reflexión personal sobre los deportivos eléctricos.

Como he comentado soy escéptico con el coche eléctrico actual por la limitada autonomía para el usuario, y su escasa reducción en las emisiones de gases de efecto invernadero (ver en particular este post), sí que le veo un nicho importante al coche eléctrico, los deportivos. Identifico cuatro ventajas importantes:
  • El comportamiento dinámico puede ser superior, ya que podemos instalar un motor en cada rueda. Esto permite suministrar a cada una de las ruedas la potencia necesaria.
    NOTA: la opción de cuatro motores es muy poco habitual porque es cara. Normalmente se elige la opción de un único motor.
  • El centro de gravedad puede bajarse más. Uno de los elementos más pesados es las baterías. Las baterías se pueden colocar muy cerca del suelo y muy centradas, disminuyendo los momentos de inercia del coche, y permitiendo más libertad en la posición longitudinal del centro de gravedad. Esto evidentemente también mejora el comportamiento dinámico.
  • La curva de par de un motor eléctrico es mejor a la de un motor de combustión, en particular tenemos el máximo par a muy bajo régimen. Esto hace que la potencia de un coche eléctrico "cunda" más que la potencia de un motor térmico, especialmente en la salida de parado. Además, no tenerse que preocupar por el cambio de marchas mejora la conducción, y más si comparamos con un motor muy deportivo, que no son particularmente elásticos.
  • Como mostraba en este post, los coches muy potentes tienen consumos muy elevados. Esto es un grave problema para superar la regulación de contaminación. Téngase en cuenta que los límites se establecen por kilómetro recorrido, cuanto mayor es el consumo más difícil es cumplir la regulación, y aun será más difícil cuando se deban cumplir las normativas futuras. En los coches eléctricos de momento no tenemos este tipo de limitaciones.
    NOTA: la próxima normativa para Europa de gases contaminantes (sin contar el dióxido de carbono) se llama Euro 6. La comisión Europea también desea imponer límites muy bajos a las emisiones de dióxido de carbono. Ver por ejemplo este link.
Además el deportivo eléctrico más o menos salva los dos puntos débiles de los coches eléctricos:
  • La limitación de autonomía: la principal limitación de la capacidad de las baterías es económica. Como los deportivos son coche caros, los compradores se pueden permitir el lujo de pagar baterías de mucha más capacidad; aunque a cambio debemos cargar con cientos de kilogramos de baterías. O si se quiere una alternativa más ligera, utilizar una pila de hidrógeno. Además, muchos propietarios de deportivos muy caros tienen varios coches, luego para algunos clientes puede ser aceptable una autonomía más reducida (ya que para viajes de muchos cientos de kilómetros puede escoger otro coche).
  • El coche eléctrico no reduce significativamente las emisiones. Pero al menos el deportivo eléctrico si reduce las emisiones significativamente si se compara con un deportivo con motor de gasolina. Con esto no digo que un deportivo eléctrico sea respetuoso con el medio ambiente, porque no lo es, pero si es más respetuoso que su alternativa de gasolina.
    NOTA: otra alternativa interesante para reducir las emisiones es los motores híbridos, o los deportivos diésel. Aunque perdemos al menos en parte las ventajas anteriormente mencionadas.
Sin embargo, en este momento los deportivos eléctricos de las grandes marcas nunca han salido de la fase de prototipo. Por ejemplo tenemos el Audi e-tron, en este link se comentaba el primer prototipo de 2009. Si se revisan todos los coches eléctricos en el mercado español, únicamente hay un coche que entraría en la categoría de deportivo, el Modelo S, fabricando por Tesla Motors, un "outsider" de la industria de automoción (en el pasado el mismo fabricante comercializaba otro deportivo, el Tesla Roadster):

Tesla Modelo S. Imagen gentileza Tesla Motors.

Creo que en unos años los coches deportivos con motor de gasolina van a reducir su cuota de mercado en Europa, ya que es difícil cumplir la nueva normativa de emisiones Euro 6 con este tipo de coches. En su lugar tendremos coches híbridos (las grandes marcas de deportivos ya tienen coches híbridos en sus catálogos), más deportivos  turbodiésel y con el tiempo, cuando se venzan las inercias, y perjuicios tanto de la industria como de los clientes, también algunos deportivos eléctricos puros.

NOTA: también puede ocurrir que los lobbies, fundamentalmente de los fabricantes de coches alemanes, consiga que Bruselas retrase o modifique las nuevas normas y límites de emisiones. No sería la primera vez que esto ocurre. Como escribió Quevedo, poderoso caballero es don dinero.

13 abr. 2013

CÓMO MINIMIZAR EL CONSUMO CON UN COCHE ELÉCTRICO

No hay mucho decir sobre como conducir un coche eléctrico. A parte que nunca he tenido un coche eléctrico, la conducción de un coche eléctrico es bastante transparente en términos de consumo. En un coche el consumo es el resultado de multiplicar la resistencia que hay que vencer por el consumo específico del conjunto motor transmisión. Sin embargo en un coche eléctrico el rendimiento del motor siempre es alto y la transmisión típicamente de relación constante (no existe cambio de marchas). Veámoslo con un ejemplo real:


Os muestro el diagrama de funcionamiento de un motor eléctrico de 10KW utilizado en coches híbridos de Honda. Fuente tesis doctoral de J.V. Baalen. Los números indicados corresponden al rendimiento. Este motor es el típico motor síncrono de imanes permanentes, el par es máximo a bajas revoluciones y va reduciéndose según aumenta el régimen, por lo que tenemos más o menos un motor de potencia constante (frente a un motor convencional que es más o menos de par constante). El máximo rendimiento es del 94%, el mínimo rendimiento es del 57%, pero este rendimiento mínimo únicamente se da con el motor trabajando como generador a máxima carga y régimen mínimo. Compárese con el consumo específico de un motor convencional.

Esta sencillez (en términos de rendimiento y de manejo) de la planta de potencia, junto al frenado regenerativo de los coches eléctricos simplifica mucho la conducción eficiente respecto a un coche convencional. Si tomamos como referencia el decálogo de recomendaciones que presentaba en este post, las principales diferencias de un coche eléctrico son:

Punto 3, circula despacio en conducción extraurbana: esto es mucho más cierto en un coche eléctrico. Una velocidad elevada aumenta mucho más el consumo que en un coche convencional. Ya comentado en este post.

Punto 4, circula como si no tuvieras freno: esto es menos importante en un coche eléctrico. Obviamente, cada vez que tocas el freno (o incluso levantas el pie del acelerador) aumenta el consumo. Sin embargo si te mantienes en la zona de frenado regenerativo este efecto es mucho menor que en un coche convencional, ya que recuperamos parte de la energía.

El frenado regenerativo no es más que hacer funcionar al motor como generador eléctrico. El frenado regenerativo aumenta el consumo, ya que hay pérdidas en el proceso de generar electricidad con el motor y almacenarla en las baterías, pero obviamente es mucha mejor alternativa que utilizar un freno convencional, en el que toda la energía cinética se pierde.

Por si hay algún lector despistado, hay un detalle importante sobre el freno. En un coche eléctrico para que no actúe el freno (en realidad el frenado regenerativo) normalmente hay que presionar ligeramente el acelerador. Hay que aprender a partir de que posición en el pedal del acelerador comienza el frenado regenerativo. También es importante saber a partir de que punto los frenos convencionales del coche empiezan a actual (según la ley de control esto ocurrirá en cuanto presionemos el pedal de freno o a partir de cierto nivel de presión en el pedal de freno).

Por tanto, la forma de conducir un coche eléctrico es:
  • Salvo que sea necesario reducir la velocidad, jamás levantar el pie del acelerador.
  • Cuando no se pueda cumplir la norma anterior, levantaremos levemente el pie del acelerador (sin actuar el frenado regenerativo).
  • Cuando no se pueda cumplir la norma anterior, utilizaremos el frenado regenerativo para frenar el coche.
  • Cuando no se pueda cumplir la norma anterior utilizaremos los frenos convencionales. En una conducción eficiente esta última alternativa se debe relegar casi únicamente a frenadas de emergencia.
    NOTA: a un conductor eficiente de coche eléctrico las pastillas de freno le tienen que durar muchísimos kilómetros.
Punto 5, circula con la marcha más larga posible: obviamente no aplica en un coche con una relación de transmisión constante.

Punto 6, procura elegir recorridos que minimizan el consumo: aquí hay que adaptarse a las características del coche. Un coche eléctrico es mucho menos sensible a los recorridos con frenadas (travesías con semáforos, atascos). Pero hay que ser cuidadoso con los puertos de montaña, especialmente los que acumulan mucho desnivel (ver el ejemplo de este post); y con los recorridos por autopista, ya que nos podemos quedar sin batería antes de lo previsto.

Punto 8, comprar el combustible a buen precio: como se comentaba en este post, es importante recargar el coche con la tarifa eléctrica más económica.

Punto 9, utilizar racionalmente los elementos que aumentan el consumo: como ya he comentado, en un coche eléctrico afectan mucho al consumo todos estos elementos: climatizador, bacas, bajar las ventanillas, remolques...

Punto 10, gestionar correctamente la conducción con pendientes: como ya comenté en su momento en esta serie, en un coche eléctrico es muy sencillo. Hay que circular casi siempre a la misma velocidad. La única diferencia es cuando se circula pendiente abajo. A diferencia de un coche convencional donde perjudica al consumo frenar, en un coche eléctrico si la pendiente obliga a frenar el coche, buena parte de esta energía se recuperará con el frenado regenerativo.
NOTA: sólo para obsesos de consumo. Al igual que ocurre en un coche convencional, en un coche eléctrico es conveniente en una cuesta abajo no tocar el freno, ya que el frenado regenerativo aumenta el consumo. Aunque tal vez a velocidades muy elevadas convenga empezar a utilizar el frenado regenerativo. Ejemplo: si circulas a una velocidad de crucero de 90Km/h, y en una cuesta abajo el coche se acelera hasta 130Km/h, puede ser interesante para el consumo bajar a 115Km/h utilizando el frenado regenerativo. Hay que realizar la prueba con un coche real para tener un resultado concluyente.

Los puntos 1, 2 y 7 del decálogo no requieren aclaraciones adicionales.

Señalar también que aunque una conducción eficiente tiene escaso impacto económico (siempre que se recargue la batería con una tarifa eléctrica económica), si tiene tres beneficios:
  • Reduce las emisiones producidas en la generación de la electricidad.
  • Aumenta la autonomía.
  • Aumenta la vida de las baterías. No olvidar que las baterías son el componente más caro del coche.

5 abr. 2013

¿POR QUÉ EL COCHE ELÉCTRICO NO ES LA SOLUCIÓN EN ESTOS MOMENTOS? IV

...Continuación post anteriores.

 Lo comentado en el post anterior es absolutamente evidente. Lo que comento en este post es también conocido, pero no está tan difundido.

El rendimiento global de un coche eléctrico y su impacto en el medio ambiente es un tema muy controvertido. Es fácil encontrar posiciones encontradas. En realidad esta polémica es normal, porque muchas veces calcular el impacto ambiental de algo es sumamente difícil, y según los supuestos que se hagan los resultados pueden ser muy diferentes.

En este artículo de finales del 2012 publicado en el Journal of Industrial Ecology, se reporta que la reducción de gases de efecto invernadero mediante un coche eléctrico en Europa sólo oscila entre el 10% y el 24%. En este número se tiene tanto en cuenta las emisiones del coche por el hecho de circular, como las emisiones asociadas a la fabricación del coche. Según este estudio las emisiones asociadas a la fabricación de un coche eléctrico es aproximadamente el doble que las asociadas a un coche convencional de características y dimensiones similares.

Empecemos revisando el rendimiento global del coche con baterías que utiliza electricidad generada con combustibles fósiles:

Rendimiento Condiciones
conservadoras
Mejores sistemas
disponibles
Generación energía eléctrica 40% 60%
Transmisión electricidad 90% 95%
Proceso carga/descarga batería1 80% 90%
Motor eléctrico2 80% 95%
Rendimiento global 23% 49%
NOTA 1: el rendimiento de la batería es para tecnología iones de litio.
NOTA 2: el rendimiento del motor eléctrico he tenido en cuenta también el rendimiento de la electrónica de potencia.


Permitidme que no referencie las fuentes, porque son demasiado numerosas. He considerado horquillas generosas en estos cálculos, la realidad se encontrará entre estos dos extremos.

Es decir, si la fuente de electricidad es carbón, gas natural o cualquier derivado del petróleo, las emisiones necesarias para mover un coche eléctrico son comparables a las de un motor térmico convencional. Tecnológicamente es posible que sean menores, pero sólo en las mejores condiciones posibles el rendimiento global será significativamente mejor. En particular únicamente con centrales de ciclo combinado, una excelente red eléctrica, y un buen coche con baterías de iones de litio se dan esas condiciones.

El rendimiento todavía es peor en el caso de una pila de hidrógeno. Veámoslo paso por paso:
  • El rendimiento de la pila es inferior al rendimiento de una batería de iones de lito.
  •  Además, tenemos el rendimiento de la generación del hidrógeno. Si se genera por electrólisis como máximo el rendimiento es del 95%, pero la electrólisis no es competitiva comercialmente. Si se genera por otros medios más económicos, por ejemplo gas natural, estamos generando emisiones adicionales de gases con efecto invernadero. Si se genera partiendo de biomasa el rendimiento global también es bajo.
  • Además, tenemos pérdidas debidas a la necesidad de presurizar el hidrógeno. Ya mostré en el primer post de esta serie lo costoso que es comprimir un gas a una presión elevada. Desgraciadamente es imprescindible comprimir el hidrógeno a una presión muy elevada para que el depósito tenga un volumen razonable.
Por tanto, si deseamos reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, el talón de Aquiles del coche eléctrico es el mix energético. Existen tres fuentes posibles de energía para obtener electricidad:
  • Combustibles fósiles: principalmente carbón y gas
  • Energía nuclear
  • Energías renovables
En mi humilde opinión la energía nuclear tradicional de fisión de uranio3 está tocada de muerte, especialmente después del accidente de la central nuclear de Fukushima. Simplemente la energía nuclear no es viable cuando se tiene en cuenta todos los costes y riesgos. Obviamente no hay que descartar que a largo plazo se pueda conseguir una energía nuclear más segura y menos contaminante (tanto de fisión como de fusión), pero a corto plazo no veo ningún desarrollo prometedor.
NOTA 3: o de otros materiales radiactivos derivados del uranio como el plutonio.

Así llegamos a la alternativa a los combustibles fósiles: las energías renovables. Salvo casos excepcionales, las fuentes más competitivas son la energía hidráulica y la energía eólica. Dado que la mayoría de los saltos hidráulicos más atractivos están ya explotados (salvo países subdesarrollados), la mejor alternativa que nos queda es la energía eólica. Sin embargo la energía eólica tiene al menos tres problemas claros:
  • Únicamente es competitiva en emplazamientos muy ventosos (téngase en cuenta que la potencia del viento es proporcional a la velocidad del viento al cubo, por tanto doblar la velocidad del viento aumenta la potencia que se puede extraer en un factor de ocho). Hay países enteros que no disponen de este tipo de emplazamientos.
  • Es una fuente de energía muy variable. Un uso extensivo de la energía eólica requiere costosas instalaciones de almacenamiento de energía. Lo comenté de pasada en el primer post de la serie. De momento la opción más habitual es el bombeo hidráulico. Pero si no se dispone de emplazamientos adecuados, el bombeo hidráulico puede ser muy caro (incluso prácticamente inviable en países muy planos).
  • Al igual que pasa con la energía hidráulica, según se van utilizando los emplazamientos más atractivos, el coste de la generación de energía cada vez es mayor.
Para mostrar la importancia de obtener la energía eléctrica de fuentes renovables: según artículo referenciado más arriba, las emisiones totales de un vehículo eléctrico puro alimentado con centrales de lignito es de 350grCO2/Km, en cambio con electricidad de origen eólico es de 106grCO2/Km, los números hablan por sí solos.

Desgraciadamente estos momentos es difícil tanto en cualquier país como en el mundo en su conjunto, conseguir un mix energético en el que las energías renovables sean mayoritarias. Hasta que esa situación no se dé, los coches eléctricos (o los híbridos enchufables) emitirán una cantidad de gases de efecto invernadero comparables
 a los coches convencionales poco contaminantes.

Al menos en España estamos mucho más cerca de esta situación que la mayoría de los países del mundo. Este es el mix de producción de energía según el boletín de Red Eléctrica Española (datos Diciembre 2012):

NOTA: para el caso de España, y considerando el apartado de "cogeneración y resto" como combustible fósil: el 19% corresponde a Energía Nuclear, el 41% a Combustibles Fósiles y el 40% corresponde a Energías renovables, y aproximadamente de las renovables el 60% corresponde a energía eólica. Nunca antes las energías renovables habían tenido tanto peso en el mix. A esta situación han contribuido factores meteorológicos (el mes de diciembre fue el de mayor producción eólica de 2012), y la actual crisis económica (el consumo de electricidad se ha contraído 4% respecto a los máximos del año 2008).

O en términos más mundanos. Un señor que compre un Audi A2 como el que mostraba en este post, está cuidando el medio ambiente más que un señor que se compre un Nissan Leaf. Veámoslo con datos concretos:
  • Audi A2 1.2TDI: el consumo de un conductor medio es de 3,5l/100Km (3l/100Km para un conductor muy cuidadoso, 4l/100Km para un conductor poco cuidadoso). Peso en vacío de 930Kg.
  • Nissan Leaf: consumo medio 17KWh/100Km. Peso en vacío 1520Kg.
NOTA: un consumo de 3,5l/100Km de gasoil implica unas emisiones de CO2 de 93gr/Km. Si además tenemos en cuenta el impacto ambiental de fabricar el Nissan Leaf, mucho más pesado y equipado con costosas baterías, se justifica el menor impacto del coche convencional.

Una pena que ya no se fabrique el Audi A2, ni se haya vuelto a comercializar un coche tan eficiente.