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El motor eléctrico mejora en coches, uso industrial y drones

La dificultad para que regiones expuestas a huracanes e inundaciones planifiquen para mitigar las consecuencias de estos eventos no es un fenómeno aislado, y explica el desfase entre ciclos políticos y contables muy cortos (términos de 4 años los primeros, resultados trimestrales los segundos) y los intereses de la sociedad a largo plazo.

De modo similar, las tecnologías que damos por sentadas se afianzaron a menudo en momentos con circunstancias apremiantes. La coyuntura que decantó su uso se supera u olvida cuando la tecnología elegida ya se ha establecido y revertir la decisión parece inverosímil.

Sucedió en la Guerra de las corrientes, la batalla comercial por la electrificación a gran escala, con partidarios de la corriente continua (Edison) y los defensores de la corriente alterna (Tesla), cuyos ecos condicionan todavía nuestra vida sin que a menudo hayamos oído hablar del asunto.

Cafetería móvil sobre la carrocería de un camión eléctrico Walker Electric Truck (según el signo: “usado en Boston por Dwinell-Wright Company hasta 1960; baterías originales todavía operativas en 1960”)

El fenómeno ha tenido lugar, de un modo u otro, en todos los mercados de consumo desde finales del siglo XIX.

Inicios del mercado automovilístico de masas

Antes de convertirse en un mercado de masas, los vehículos a motor tuvieron que explicar a sus clientes sus capacidades en una jerga inteligible, decantándose por la terminología todavía imperante de los “caballos” de potencia, o la semántica prestada de “coche”, habitáculo que perdía a finales del XIX su propulsión biológica y la sustituía por alternativas todavía experimentales.

Los primeros automóviles con motor a vapor no gozaron del éxito de las locomotoras, causando explosiones y accidentes debido a las dificultades para acelerar y frenar en los primeros intentos británicos y franceses para crear coches de línea a vapor; varios inventores en Europa y Norteamérica experimentaron con alternativas de fiabilidad y prestaciones equiparables, y con menor peligrosidad en colisiones que un vehículo con caldera a vapor.

¿Vehículos a vapor? Hasta la Gran Guerra, los autos de motor a vapor mantuvieron su cuota de mercado (varias compañías fabricaban “steam cars”)

En Alemania, Ferdinand Porsche combinó motores eléctricos instalados en tambores de las ruedas con un motor de combustión, creando los primeros vehículos híbridos; en Norteamérica, muchos de los primeros camiones de transporte fiables tenían tracción eléctrica (en 1915, el 25% del transporte de mercancías motorizado en Nueva York era eléctrico).

Los inicios de una tecnología

A partir de la última década del siglo XIX, cuando motor eléctrico y de combustión competían en un mercado pequeño, atomizado y plagado de automóviles tan ingeniosos como poco fiables y costosos de reparar, los garajes de las grandes urbes incorporaban cargador eléctrico. Entonces, la experimentación en el sector era tal que muchos propietarios de automóviles encargaban sus vehículos a medida, modificaban su tecnología o, simplemente, creaban su propio auto.

En 1900, el 38% de los automóviles vendidos en Estados Unidos eran de tracción eléctrica, si bien una idea estereotipada empezaba a afianzarse entre el público potencial: las baterías eran pesadas y difíciles de sustituir. El Columbia Mark LX de 1903 tenía una autonomía de 40 millas (64 kilómetros) por carga.

Este vehículo eléctrico, un Model 47 Brougham de 1914 desarrollado por Detroit Electric, era el auto personal de Clara Ford, mujer de Henry Ford

Los modelos eléctricos eran percibidos como silenciosos y “femeninos” (Clara Ford -la mujer del creador de la cadena de montaje y del primer automóvil de masas- conducía un auto eléctrico, un Detroit Electric Model 47 Brougham de 1914), mientras la supuesta “masculinidad” de los autos con motor de combustión se refería a su mayor reparabilidad (y, por tanto, autonomía en territorios poco densos).

El auto eléctrico de Clara Ford

The Economist empieza un artículo sobre una nueva era de la electrificación de todo tipo de motores con la pareja:

“Henry Ford quizá lograra llevar el automóvil a las masas en 1908 con el Model T, pero su mujer, Clara, prefería conducir un coche eléctrico. Los motores de combustión eran ruidosos, sucios y en los primeros años requerían una manivela para arrancar. El Detroit Electric de 1914 de la señora Ford, por el contrario, iniciaba la marcha al instante, era casi silencioso y su velocidad era fácil de controlar apretando o soltando una palanca de madera que seleccionaba la cantidad requerida de potencia desde un paquete de baterías de níquel-hierro.”

El auto de Clara Ford recorría 80 millas (130 kilómetros) con una sola carga a una velocidad punta de 20 millas por hora (32 km/h). Ahí, poco ver con la velocidad punta o aceleración de los Tesla, pero el concepto tecnológico se mantiene en lo esencial, si descontamos la apuesta contemporánea por el software y la conexión permanente del vehículo a Internet (según la empresa, facilita actualizaciones; como ocurre con el software informático, podría también facilitar el control y los abusos, como se observa en las actualizaciones de pago del software de los vehículos agrarios John Deere, que amenaza la idea de “propiedad”).

El avanzado Semper Vivus, un vehículo híbrido de Ferdinand Porsche con motor de combustión y la asistencia de dos motores eléctricos incrustados en el tambor de las ruedas delanteras

Casi 1 de cada 3 vehículos vendidos antes de la Gran Guerra eran eléctricos (el resto del mercado se repartía entre vehículos con motor de combustión y los modelos a vapor que habían demostrado mayor fiabilidad, con varias compañías compitiendo por un mercado floreciente a ambos lados del Atlántico.

Alianza duradera: motor de arranque y motor de explosión

La invención del motor de arranque -un ingenio eléctrico alimentado por corriente continua e imanes- aumentó la facilidad de uso, fiabilidad y seguridad del motor de explosión bajo cualquier circunstancia y clima, sin necesidad del arranque manual. La producción en cadena y esta invención convirtieron al Ford T en el primer utilitario de masas; el intento de Thomas Edison por crear un equivalente eléctrico tan exitoso como el T no convenció a Henry Ford, que acabó relegando la idea.

Después de la Gran Guerra, el motor de explosión había acaparado la práctica totalidad del mercado, a pesar de que camiones y autobuses eléctricos alcanzaban rangos de autonomía de hasta 200 kilómetros (121 millas -es el caso de Borland Electric-), suficiente para una industriosa jornada de trabajo en entornos metropolitanos.

Un coche de vapor Stanley, todavía en perfecto funcionamiento (si bien requiere cierto conocimiento y mantenimiento constante, tiene una velocidad limitada y gestiona con dificultad el arranque y la frenada)

Ha sido necesario que, un siglo después, la ventaja inicial del motor de explosión (la relativa abundancia, densidad energética y facilidad de almacenamiento y transporte del petróleo refinado) encuentre razones de peso suficientes que acaben con la dicotomía perceptiva entre autos eléctricos y de combustión: contaminación urbana, emisiones a la atmósfera y precio de los carburantes han tenido menos que ver con el auge eléctrico que los primeros autos eléctricos apetecibles (Tesla) y, sobre todo, la mejora sustancial de baterías y propulsión.

Auge eléctrico: mejores motores y baterías más densas

El gran público observa con cierto interés la irrupción de Tesla, pues a su berlina y SUV de gama alta se une el primer utilitario eléctrico, Model 3, capaz de llamar la atención a los gigantes del sector, más interesados en planes realistas de mejora de tecnologías, innovaciones logísticas y otros detalles entre bastidores que separan los buenos planes a largo plazo del síndrome Nokia.

Movidos más por la importancia de transformar tecnologías lo más cerca posible del auténtico punto de inflexión en el mercado (después de que la tecnología esté lista y los números salgan, y antes de que el público se haya habituado o haya aceptado del todo el cambio inminente), los principales fabricantes alemanes anuncian en el salón de Frankfurt su electrificación escalonada hasta que a principios de la próxima década todos sus modelos tengan versión eléctrica.

Una compañía suiza convierte este camión minero en un vehículo eléctrico con freno regenerativo (KERS), que recargará las baterías al bajar por una pendiente montañosa, antes de encaminarse de nuevo a la mina (junto a la cima)

Ni Dieselgate ni la contaminación por partículas en zonas urbanas han logrado que Volkswagen y sus competidores europeos retiren su apuesta por esta tecnología, pero incluso la industria automovilística alemana, hasta ahora más conservadora en adoptar tecnología híbrida y eléctrica en sus modelos, es consciente de la madurez de los nuevos sistemas de propulsión eléctricos.

De llegar, el futuro reinado del motor eléctrico no lo hará tanto por el éxito de un modelo de auto comercial como por su viabilidad en mercados donde potencia, fiabilidad y vida útil son esenciales, como vehículos industriales (camiones de pequeño y gran tonelaje, autobuses, barcos de línea y mercantes, y aviones). Está ocurriendo. Motores más potentes, baterías más densas y fiables y menor coste por unidad de energía devuelven poco a poco a la tracción eléctrica la ventaja competitiva con que contó entre los primeros grandes vehículos de reparto (como los fiables Walker Electric Truck).

No sólo Tesla: el motor eléctrico y sus aplicaciones

La competición en el mercado de tracción eléctrica no tiene lugar sólo en el centro del escenario con modelos insignia de los grandes fabricantes que deberán ofrecer una alternativa también eléctrica a los Tesla, sino en centros logísticos y de reparto de las grandes ciudades del mundo, donde la ausencia de emisiones y la potencia de tracción (dos de las características del motor eléctrico moderno) importan cada vez más.

Cargador eléctrico de principios del siglo XX (obsérvese el carácter “femenino” de la tecnología, en contraste con el ruidoso y “masculino” motor de explosión)

Lejos de los focos ocupados en los salones automovilísticos y la prensa especializada por nuevas versiones de modelos insignia, versiones deportivas (serie M de BMW, AMG de Mercedes, Giulia en Alfa Romeo, etc.) y vehículos conceptuales (a veces con vocación realista), los vehículos industriales interesan a un público corporativo que hará más por la implantación del motor eléctrico que cualquier coche estrella.

En este mercado, Daimler no se ha dejado tomar la delantera por Tesla, marca que a principios de siglo ni siquiera existía y que hoy cotiza en bolsa un poco por debajo de la firma alemana. Daimler ha elegido Nueva York para proporcionar la primera flotilla de camiones eléctricos de pequeño y medio tonelaje.

Vehículos pesados sin tubo de escape

El Fuso eCanter (producido bajo la marca Mitsubishi Fuso) tiene una autonomía de carga modesta pero suficiente para el trabajo interurbano: entre 60 y 80 millas (de 97 a 129 kilómetros). Las ciudades europeas, congestionadas por la apuesta diésel en automóviles (a diferencia de Estados Unidos, relegado a vehículos industriales).

Camión de reparto eléctrico (en 1915, el 25% de los camiones en las calles de Nueva York era de tracción eléctrica)

El camión ligero de Daimler es el primero en ser producido en cadena, con una previsión de 500 unidades en los próximos años; la firma especializada Cummins, centrada en Norteamérica, ha presentado su propio modelo eléctrico, que tendrá que demostrar su viabilidad ante el eCanter y el camión que Tesla presentará en octubre (que trataría de competir con modelos de medio y largo recorrido, con una autonomía de 480 kilómetros, o 300 millas).

Para The Economist, lo decisivo sobre la electrificación de los motores actuales no es tanto el funcionamiento de las economías de escala (mayor producción con menos fallos y menos coste por unidad de potencia), como una nueva tecnología en el motor que sustituye tracción mecánica por una alternativa puramente electrónica, con una eficiencia mucho más ajustada que la de un motor de combustión (cuya eficiencia, por otro lado, ha mejorado de manera espectacular en el nuevo siglo, con o sin polémica sobre emisiones).

Evolución de un concepto arcaico: el motor constante

Hasta ahora, los motores eléctricos usados en todo tipo de aplicaciones y tamaños trabajaban un ritmo constante, dependiendo de sistemas mecánicos (engranajes, etc.) para acelerar o frenar a la velocidad que el dispositivo conectado demandaba.

Fotografía de época con un camión eléctrico Walker Electric Trucks (1907-1942) recargando sus baterías; hangar y vehículo pertenecían a la red de ferrocarriles estatales de Noruega

La poca eficiencia de este concepto ha sido sustituida en los motores de mayor tamaño (nuevos coches eléctricos, nuevos vehículos industriales eléctricos, etc.) mediante ajustes electrónicos que demandan a las baterías la energía necesaria en cada momento. El nuevo paradigma se traslada poco a poco a todo tipo de motores eléctricos.

“Un motor eléctrico moderno y su sistema de propulsión asociado puede generar la misma cantidad de potencia que uno de 1910, pero en un espacio cinco veces menor, explica Andrew Peters, que dirige la factoría de sistemas de propulsión de Siemens en Congleton, noroeste de Inglaterra.”

Algunos motores eléctricos actuales convierten en energía mecánica entre un 97% y un 98% de la electricidad dedicada, por un 45% de los motores más eficientes de combustión interna. La mejora de la fiabilidad y el aumento de la producción (reduciendo costes por unidad de energía), incidirán más sobre el atractivo de los motores industriales para todo tipo de aplicaciones que cualquier subsidio sobre emisiones:

“Pequeñas ganancias en eficiencia implican mayor ahorro de costes, explica Peters. Le coste de un motor eléctrico y su tracción representa entre el 1% y el 1,5% del coste de la electricidad que consumirá durante los 20 o 25 años de vida útil.”

Nuevos diseños evitan los componentes menos duraderos

Tradicionalmente, los motores eléctricos consumían energía en forma de calor disipado en varias bobinas de alambre de cobre alrededor de un núcleo metálico, conformando el rotor, el componente que gira en el interior de una caja o estátor.

Publicidad en la prensa de la marca de autos eléctricos de gama alta Borland Electric (Borland-Grannis Co., Chicago)

Desde los motores eléctricos más sofisticados y potentes a los de ascensores, pequeños electrodomésticos, bicicletas eléctricas o juguetes, todos se sirven del cambio de la dirección de los campos magnéticos en cada una de las bobinas por su carga opuesta.

Hasta ahora, estos motores mantenían una marcha constante debido al uso de conmutadores mecánicos (interruptores para cambiar la carga eléctrica de las bobinas o devanados), unidos al rotor por cepillos o escobillas de carbono suave que han constituido uno de los puntos débiles de la propulsión eléctrica, al quemarse con facilidad.

Los nuevos motores, explica The Economist, evitan el uso de cepillos invirtiendo el diseño, pues las bobinas se sitúan en la caja inmóvil que envuelve el rotor (el mencionado estátor), cuyos imanes (ahora permanentes) cambian su carga electrónicamente.

Un camión minero con motor eléctrico y freno regenerativo

Lo que parecen mejoras diminutas pueden decantar decisiones en empresas que pretendan ahorrar en combustible y reducir niveles de contaminación. Según la Agencia Internacional de la Energía (IEA en sus siglas en inglés), los motores eléctricos de todo tipo de aplicaciones consumen el 40% de la producción eléctrica mundial, una cantidad que dobla el montante de la segunda partida de la lista: la iluminación.

Anuncio de Baker Electrics: el mercado automovilístico se mantuvo fuera del alcance de la clase media y trabajadora hasta que la producción en cadena del Ford T redujo su precio lo suficiente

Motores más eficientes implican menor consumo en cintas transportadoras de aeropuertos, maquinaria de todo tipo (en gimnasios, centros de distribución, etc.), escaleras mecánicas, aparatos de aire acondicionado, ascensores…

Y, también, en los vehículos pesados más exigentes, desde gigantescos camiones mineros y otra maquinaria pesada, donde la potencia y la fiabilidad son esenciales, a barcos e incluso aviones. Un consorcio suizo, por ejemplo, construye el vehículo terrestre íntegramente eléctrico más grande del mundo hasta el momento: se trata de un camión minero Komatsu -45 toneladas de peso y 65 toneladas de carga máxima autorizada- que sustituirá su motor diésel por un sistema eléctrico con 700 kWh de capacidad de almacenaje en sus baterías (equivalente a 8 Tesla Model S).

La firma Kuhn Schweiz AG se encargará de modificar el Komatsu HD 605-7, y la exigencia del trabajo ilustra el cambio de percepción y prestaciones de los motores eléctricos: el camión realizará a diario hasta 20 viajes desde una cantera de alta montaña hasta una cementera situada en el valle, transformando las frenadas convencionales en una oportunidad para recargar las baterías (gracias al freno regenerativo –KERS-, obtendrá más energía en la bajada de la necesaria para volver a culminar la pendiente, de retorno a la cantera).

La promesa de la reluctancia variable

Vehículos como el Komatsu electrificado, que incorporará baterías de ión de litio (en concreto, níquel manganeso cobalto), implican todavía inversiones iniciales superiores a la alternativa de combustión; el aumento del precio de determinadas baterías se debe también a su mayor densidad y eficiencia, por lo que el mayor coste inicial es compatible compatible con un descenso del coste por distancia recorrida.

Más allá del uso de motores menos proclives a quemarse (por la ausencia de cepillos de carbono) y más eficientes, gracias al cambio del sentido de la corriente de sus imanes -creando el movimiento del rotor-, es posible mejorar el rendimiento de los imanes permanentes -en los nuevos diseños, envolviendo el rotor- usando aleaciones de tierras raras como el disprosio o el neodimio.

A principios del siglo XX, los autos eléctricos fueron desacreditados como coches “femeninos” (silenciosos, sin humo), mientras los autos con motor de explosión llevaban la coletilla comercial de la “masculinidad”; en un mercado individualista y heredero del mito del cowboy, esta sutilidad publicitaria tuvo consecuencias

Visedo, una compañía finlandesa, quiere ir más allá, modificando un diseño electromecánico (motor paso a paso, o motor de reluctancia conmutado), que elude tanto el uso de cepillos de carbono como de imanes.

En lugar de servirse de campos magnéticos opuestos para generar movimiento, este motor usa otra propiedad del magnetismo, la reluctancia variable, que depende de un imán permanente con salientes de forma dentada. Visedo enfría con líquido el interior de este motor, mejorando sus prestaciones en maquinaria de gran tonelaje.

Dudly Electric: una pequeña berlina eléctrica de principios de siglo

De momento, la firma, con sede en Helsinki ha instalado sus motores en una flota de autobuses eléctricos de Helsinki, así como en excavadoras, tractores y ferris, a menudo en combinación con motores de combustión tradicionales.

Objetos voladores no imaginados

La fiabilidad y eficiencia de los nuevos motores interesa también a nichos que tecnológicamente se encuentran a medio camino entre la industria aeronáutica tradicional y los teléfonos inteligentes: el mercado de drones, una derivada inesperada de la miniaturización de componentes de telefonía, depende de motores eléctricos sin cepillo de carbono, lo que añade seguridad a un mercado de alta precisión.

Publicidad del camión de reparto de 5 toneladas de la marca estadounidense GMC Electrics (usado, según el anuncio, por la cervecera The Ebling Brewery Co., con sede en Nueva York)

The Economist explica que el elevado par (o potencia giratoria alrededor de un eje) de los nuevos motores los adecúa a hélices de giro y turbinas de gran rendimiento; los nuevos diseños tratan de compensar el peso añadido de las baterías con la sencillez y ligereza del propio motor, al carecer de engranajes, pistones, etc.

De momento, los primeros aviones con motor eléctrico son ligeros modelos acrobáticos, como la avioneta Extra con motor Siemens. Boeing, Airbus, Rolls-Royce y General Electric estudian turbinas de envergadura con propulsión eléctrica, si bien la tecnología dependería de baterías más ligeras y densas que las actuales.

De drones comerciales a drones tripulados

El mercado eléctrico se diversifica y especializa, adentrándose en aplicaciones con menos impacto mediático que los vehículos Tesla y sus competidores, pero capaces de acelerar la transición hacia sistemas de propulsión cuya potencia, eficiencia y precio releguen a los motores de explosión al papel tecnológico secundario que ostentaron hace un siglo.

Baterías y motores han mejorado desde los años en que Clara Ford se paseaba en su auto Detroit Electric, cuando muchos camiones de reparto eran también eléctricos. Polución y eficiencia energética quizá aceleren la experimentación y las nuevas aplicaciones, incluyendo -quizá- tecnología para vehículos voladores.

Cargador eléctrico

Si la batería y los componentes miniaturizados de los teléfonos inteligentes allanaron el camino a los drones comerciales, éstos quizá se combinen con nuevos motores y baterías más densas para crear una nueva categoría de vehículo aéreo capaz de despegar y aterrizar verticalmente, asistido por sensores para ajustar la navegación a vientos y obstáculos.

Este vehículo se parecería más a un dron tripulado que a un diseño aeronáutico basado en el modelo que se remonta a los hermanos Wright.

  • juan carlos gutierrez

    look the honda clarity fuel cell

  • juan carlos gutierrez

    in bogota the alcalde no like taxis electricos.