¿Por qué es más eficiente un vehículo eléctrico que uno de combustible?

El motor eléctrico tiene aproximadamente tres veces mejor eficiencia que el térmico y esto no sólo es debido a su naturaleza energética, sino a su sencillez mecánica

Al motor de un vehículo está claro lo que le pedimos: fuerza y velocidad suficientes. Lo que ya no nos importa tanto es lo que el motor nos pida a cambio y, lo que es seguro, es que nos lo va a pedir puesto que como toda máquina, necesita que le entreguemos algo para transformarla en movimiento. Existen motores de muchos tipos, cada uno con sus ventajas e inconvenientes y una característica básica de cada uno es qué cantidad de energía absorbida desperdicia, porque el motor no es perfecto: no existe el motor capaz de aprovechar toda la energía de entrada.

¿Qué es eficiencia?

Se define eficiencia o rendimiento de un motor como la proporción de energía que nos entrega el motor frente a la que se le proporcionamos de entrada. Dicho con un ejemplo, si le entrego a un motor diésel una cantidad de gasóleo que contiene 10 julios de energía (unidad de energía del Sistema Internacional de Unidades) y dicho motor trabaja con una eficiencia del 30%, me devolverá 3 julios en forma de energía de movimiento (se trata de una eficiencia habitual en los motores diésel en turismos). Ya metidos en ejemplos, si a un motor eléctrico le proporcionamos 10 julios (equivalentes a 10 vatios por segundo) y me devuelve 9 julios de movimiento, tendrá un rendimiento del 90%. Pues con estos ejemplos de paso, hemos dado una primera pincelada de lo que ocurre debajo del capó de un coche eléctrico en comparación con uno térmico: para impulsar el mismo coche, un motor térmico gasta el triple que un eléctrico.

Vamos a intentar explicar qué ocurre dentro de los dos tipos de motor que hace dar un resultado tan diferente.

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Combustible o electricidad: dos caminos muy diferentes con el mismo destino

Alguien puede preguntarse cómo comparar la energía de una corriente eléctrica con la de la gasolina, lo que a primera vista se parece a comparar peras con manzanas. La realidad es que se hace en laboratorio bajo métodos científicos y realmente son comparables. Por ejemplo, podemos quemar la gasolina y medir el calor y, compararlo con el calor generado en una resistencia como la de un radiador con esa corriente eléctrica: calor con calor, ya lo tenemos.

Recordemos que aunque la entrega de uno y otro es la misma, mover un vehículo, el motor eléctrico basa su funcionamiento en una transformación energética totalmente diferente a la del motor térmico, aunque ambos deben crear una fuerza en su interior que impulse nuestro vehículo. Vamos a ver cómo lo hace cada uno.

Explosión de fuerza… y calor

El térmico tiene que crear la fuerza necesaria para mover el vehículo a partir de la energía química almacenada en el combustible. ¿Cómo se las ingenia? Toma aire del ambiente, lo encierra en una pequeña cámara, lo mezcla finamente con una pequeña cantidad de combustible y lo explosiona. Ese incremento de temperatura da lugar a un incremento de la presión, originándose así la fuerza que moverá el vehículo. El problema de esta manera de generar fuerza es que, gran parte de la energía se desaprovecha saliendo en forma de calor por el escape y por el radiador del vehículo.

La ciencia termodinámica demuestra que esa forma de convertir energía química en movimiento, a base de una combustión y expansión de un gas, puede tener una eficiencia máxima de un 56% en un motor de gasolina perfecto, en el que el proceso se realizara lo suficientemente despacio como para que todo esté en armonía. Pero en realidad, los mejores motores de gasolina en cuanto a eficiencia pueden llegar hasta el 25%. El 75% restante de la energía extraída a la gasolina se tira al ambiente en forma de calor. En los motores diésel el rendimiento es algo mejor, pero en la práctica, apenas se logra llegar a un 40 %.

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El secreto magnético

El motor eléctrico genera la fuerza para mover el vehículo a partir de la electricidad almacenada en las baterías. Para ello se aprovecha de la fuerza que ejerce un campo magnético sobre un hilo conductor cuando por este circula una corriente eléctrica. Esta fuerza, llamada fuerza de Lorentz , obedece a una fórmula matemática sencilla en la que se observa que toda la intensidad de la corriente eléctrica que circula por el hilo se transforma directamente en fuerza electromagnética o lo que es lo mismo: la potencia eléctrica se transforma íntegramente en potencia mecánica. La ejecución práctica de un motor eléctrico es relativamente sencilla, con un hilo arollado en forma de cientos de espiras alrededor de un eje. En cada espira se genera una fuerza de Lorentz que contribuye a la fuerza de giro total. El campo magnético se genera también mediante otra corriente eléctrica menor en la carcasa fija del motor.

Electric motor rotor close-up, selective focus

Un motor eléctrico con un buen diseño y unos materiales que apenas absorban energía de ese fuerte campo magnético generado en su interior, puede superar el 95% de rendimiento.

 

Tres a uno para el eléctrico

El motor perfecto sería aquel que es capaz de transformar toda la energía que le aportamos en movimiento, sin perder nada en la transformación. El tipo de motor que más se acerca a ello es el motor eléctrico: es fuerza magnética frente a fuerza de explosión del motor térmico. La realidad dice que el eléctrico tiene aproximadamente tres veces mejor eficiencia que el térmico y esto no sólo es debido a su naturaleza energética, sino a su sencillez mecánica, ya que con sólo una pieza giratoria evita perder la energía que absorben, en comparación, las cientos de piezas del motor térmico en el mismo proceso.

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