La climatización en coches eléctricos: problema resuelto

La bomba de calor del ZOE proporciona un equivalente a 2 kW utilizando un 1 kW de energía

En los vehículos térmicos estamos acostumbrados a tener una generosa calefacción, gracias a las grandes cantidades de calor sobrante que salen del motor. Parte de ese calor se puede aprovechar desviando agua del motor a un pequeño radiador suplementario dentro del habitáculo para calefacción. Podemos decir que este calor es gratis porque no supone ningún incremento de consumo: es calor que se va a tirar de todas formas.

Enfriar el aire del habitáculo es un problema con diferente solución, añadiendo una máquina frigorífica accionada por el propio motor, a la que llamamos aire acondicionado. Esta vez sí consumimos energía ya que el motor debe desarrollar varios kilovatios más de potencia para poder mover el compresor del sistema.

Climatizar, un reto en el eléctrico

En un vehículo eléctrico nos topamos con dos problemas a la hora de climatizar el espacio interior. Primero: para calentar el habitáculo no disponemos de calor sobrante en el motor, al contrario que ocurre en los motores térmicos. El motor eléctrico y el transformador que lo alimenta generan algo de calor debido a que no son perfectos y parte de la energía magnética se consume en calentar algunas piezas metálicas. Pero ni de cerca es una potencia suficiente y además se trata de una entrega de calor muy irregular en comparación al motor térmico. El segundo problema es que la energía almacenada en las baterías debe dedicarse en lo posible a mover el vehículo para no recortar autonomía.

Para la calefacción, la solución fácil y económica sería instalar una resistencia eléctrica que crearía calor a partir de la electricidad de las baterías. Pero para calentar rápidamente el habitáculo de un coche en un día frío necesitamos una potencia de unos 2 a 3 kW térmicos y, para ello, se requeriría una potencia eléctrica igual o superior, algo que haría disminuir notablemente la autonomía del vehículo.

Ande yo caliente… durante kilómetros

Por lo comentado, en el vehículo eléctrico se hace necesario idear un sistema de calefacción que cumpla con la filosofía de máximo ahorro de una energía que no sobra a bordo, pero sin llegar a hacer necesario moderar el uso de la climatización hasta hacer incómodo el viaje, haciendo pasar frío a los pasajeros.

A veces las innovaciones en un campo concreto consisten en adoptar una solución técnica ya existente en otros ámbitos, sobre todo en los que ya están desarrollados como es el caso de la tecnología de la refrigeración. Existe un sistema de climatización de edificios que, paradójicamente, encaja muy bien en el coche eléctrico por varias razones: funciona con electricidad, comparte elementos principales con el sistema de aire acondicionado de cualquier coche no añadiendo coste ni peso y, la razón más importante, tiene una eficiencia superior a las resistencias eléctricas. Se trata de la bomba de calor.

Como no podía ser de otra manera, Renault ha instalado una bomba de calor como sistema de calefacción en su modelo ZOE, siendo una más de las importantes innovaciones que se suman a este modelo.

Las virtudes de la bomba de calor

¿Por qué este complejo sistema es más eficiente que una sencilla resistencia eléctrica? Simplemente, porque proporciona más energía calorífica al habitáculo de la que consume en forma de electricidad, pero, ¿cómo es posible que consuma menos de lo que entrega? Porque en realidad toma una parte importante de calor del aire exterior y lo introduce en el interior, es decir, no crea todo el calor de cero como lo hace una resistencia eléctrica, sino que cuenta previamente con un calor existente en el aire del ambiente. Esto es posible hacerlo con una máquina frigorífica igual a la del aire acondicionado pero invirtiendo su funcionamiento.

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No explicaremos aquí cómo funciona una máquina frigorífica, pero al menos sí vamos a intentar dar una explicación de cómo puede entregar al habitáculo más energía calorífica de la que le proporcionamos a su compresor, movido por un pequeño motor eléctrico.

Hay que hacer notar la particularidad de que el radiador del sistema absorbe calor del ambiente en vez de expulsarlo. Éste, llamado en el argot técnico evaporador (1 en la figura), durante el funcionamiento en modo bomba de calor deja circular por su interior un fluido muy frío, siempre por debajo de la temperatura ambiente. Un ventilador o el viento producido por la velocidad del vehículo fuerza el paso de este aire ambiente, haciendo aumentar la temperatura del frío gas que pasa por su interior: es el momento en el que el sistema toma energía calorífica del exterior. En este punto se suma la energía que le aporta el compresor y en total ya tenemos el calor que entra en el habitáculo, logrando proporcionar un equivalente a 2 kW de calor, pero usando sólo 1 kW de energía. Dado que la bomba de calor es una máquina reversible, mediante un proceso análogo se pueden proporcionar también hasta 3 kW de frío. Esto supone dividir el consumo por dos o por tres respecto a un modelo con calefacción de resistencias, algo que incluso en las peores condiciones invernales permiten al ZOE mantener casi intacta su autonomía cuando activamos la calefacción.

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