Los vehículos eléctricos están “de moda”; ¿Pero qué futuro tiene este tipo de vehículos en la agricultura? La "fiebre" por el “All Electric” que parece embargar las mentes de muchos gobiernos y organismos anexos a dichos gobiernos, yo no la tengo clara.
Una cosa será la tendencia, imparable por práctica, en la electrificación del tractor y de la maquinaria agrícola (dirección eléctrica; tracción eléctrica en remolques; motores eléctricos en henificadores, abonadoras…) pero de ahí a tractores eléctricos hay un mundo. Y es que en absoluto es lo mismo el tractor eléctrico que la electrificación del tractor.
El proceso de electrificación se refiere al accionamiento eléctrico de componentes del tractor (ventilador de refrigeración, compresor del aire acondicionado…) y de aperos enganchados al tractor. Al tractor se le puede dotar de un generador eléctrico para satisfacer la demanda creciente de potencia eléctrica de los aperos y componentes del tractor, pero la fuente primaria de electricidad sigue siendo el motor de combustión interna (MCI)
ELECTROMOVILIDAD
Se habla de electromovilidad al referirse a un segmento muy heterodoxo de vehículos que funcionan total o parcialmente con electricidad. A grandes rasgos se pueden conformar cuatro grupos:
- BEV (vehículo eléctrico a batería): utilizan un motor eléctrico para impulsar el vehículo con la electricidad que proviene íntegramente de las baterías incorporadas. Sus emisiones, mientras se conducen, son nulas; su dependencia de equipos externos para recargar baterías es completa
- PHEV (vehículo eléctrico híbrido enchufable): combinan un motor de combustión tradicional con un motor eléctrico que se puede recargar cuando se enchufa a una fuente de alimentación externa; también repostan combustible tradicional. Son por tanto vehículos más versátiles que los BEV. Según como se combinen las dos fuentes de potencia en el tren de transmisión se generan dos subclasificaciones:
- Serie: el motor de combustión se usa para cargar la batería eléctrica. El movimiento del vehículo se realiza solamente por la acción de la electricidad sobre los motores eléctricos
- Paralelo: el vehículo se puede impulsar bien por el motor de combustión o bien por el motor eléctrico o incluso ambos a la vez
- HEV (vehículo eléctrico híbrido): similares a los PHEV, pero en este caso se implementan con frenos regenerativos y no dispone de enchufe para recargar la batería. El motor de combustión reposta de forma convencional; el motor eléctrico solamente se recarga con frenos regenerativos o mediante un generador movido por el MCI. Las baterías de los HEV suelen ser más pequeñas que en los vehículos PHEV y BEV.
- MHEV (Mild-Hybrid Electric Vehicle): Lo microhíbridos podrían sr un subgrupo de los HEV. Considero que la microhibridación presenta muchas posibilidades en máquinas agrícolas autopropulsadas. Vehículos que no son capaces de funcionar únicamente con energía eléctrica, pero si tienen un pequeño sistema eléctrico como ayuda extra al motor de combustión o para alimentar componentes totalmente electrificados: arranque del motor térmico, compresor del aire acondicionado, sistemas de stop and go
- FCEV (vehículo de celda de combustible): similar al BEV puesto que utilizan solo un motor eléctrico para impulsar el vehículo. La diferencia con los BEV estriba en que las baterías se cargan por el uso de celdas de combustible de hidrógeno (que previamente se ha almacenado en un tanque). La electricidad se genera mediante una reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno del aire. Con la reacción, las emisiones se reducen a vapor de agua y calor
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| Diagrama linea motriz tractor Belarus 3023 (por Luigi Alberti) |
COMPARANDO COMPORTAMIENTO:
ELÉCTRICO & CONVENCIONAL
Los motores eléctricos presentan diferencias
importantes frente a los térmicos en cuestiones de par y potencia. Mientras en
el motor de combustión la fuerza generada por la explosión de los gases de
escape produce una fuerza (N) en “línea recta”. El mecanismo biela-manivela
convierte esa fuerza lineal en rotativa. La distancia o palanca de las bieletas
del cigüeñal determina el par (fuerza por distancia, Nm) En el motor eléctrico
se transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Si la tensión (voltaje)
es constante, el par aumenta incrementando la corriente consumida.
Pero desde el prisma único de la sensación “al
volante”, lo que distingue ambos comportamientos es el par inicial, constante y
mantenido que tiene un motor eléctrico. La diferencia es tal que no hay
comparativa posible: Ningún motor térmico puede hacer sombra en valores de
arrancada a uno eléctrico.
Curva MCI-Eléctrico
Si se analiza la curva obtenida por ensayo al freno dinamométrico de un típico motor diésel de tractor, se observa una curva con par máximo cercano a las 1300-1400 rev/min, posteriormente una planicie de par casi constante hasta las 1600-1700 rev/min.
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| Curvas motores: JD 6130 R y Nissan Leaf y 1.6 |
Motor eléctrico en tractor
agrícola: En su mayoría se trata de motores de inducción trifásicos, capaces de ser
refrigerados por aire o por agua. Con un peso que oscila entre 30 y 45 kg y una
velocidad de giro máxima 12000 a 15000 rev/min.
Los motores eléctricos más “populares” en maquinaria agrícola son los de tipo síncrono o bien los de tipo asíncrono.
Motor síncrono: la velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red que lo alimenta resultando una velocidad de giro constante (dependiente de la frecuencia, de la tensión en la red de alimentación y del número de polos)
Motor asíncrono: la velocidad
de giro se genera por inducción electromagnética de la bobina del estator.
Los motores de tipo síncrono son más caros, pero también presenta más posibilidades de sufrir daños por cuestiones de excitación eléctrica
Un buen motor diésel para tractor agrícola
proporcionará el máximo par lo más rápido posible y lo mantendrá en esas cotas
en el mayor rango de revoluciones. Es por lo que la mayoría de las mejoras
desarrolladas en estos motores consiste en hacer que la velocidad de combustión
se adapte al régimen de giro. Lo ideal sería mantener el par lo más uniforme
posible desde el ralentí hasta el corte de inyección. Sistemas como la
inyección directa, la distribución variable, la sobrealimentación variable, el
cruce de válvulas… en realidad persiguen este objetivo.
En cuanto a las curvas de motores eléctricos, sorprende inicialmente su forma: el par motor es siempre máximo, desde las mínimas revoluciones, además la entrega de par es instantánea. Por eso el comportamiento de estos vehículos: la potencia sube de forma muy uniforme (recuerda que la potencia solo es el producto del par por las revoluciones)
Entrega de par Tesla Model SP100 D: En realidad solo se trata de un coche de calle, pero con cifras de “escándalo”: de 0 a 100 km/h ¡en 2,5´´! Aun así, el prototipo TC-X eclipsa la cifra puesto que pasa de 0 a 100 en 1,5 ´´, alcanzando los 233 km/h en… ¡4,89´´!
¿Acelerador o potenciómetro?: Mientras que en el MCI el acelerador actúa
modificando el combustible que entra en la bomba inyectora, en el motor eléctrico
se actúa sobre un potenciómetro que transmite la señal al controlador.
Rendimiento energético: En los motores térmicos la eficiencia energética se
calcula como la relación entre la energía contenida en el combustible y la
energía mecánica ofrecida. En un motor eléctrico el rendimiento energético se
mide como relación entre la energía eléctrica que absorbe y la energía mecánica
que ofrece.
Mientras que en motores térmicos no es posible obtener eficiencias superiores al 25 % debido al calor generado en la combustión (pérdidas que no puede ser aprovechadas) en el motor eléctrico las cifras son incluso superiores al 90 %
Ojo con las comparativas: Por ejemplo, si se comparan rendimientos y se observan cifras del 20 y 90% pueden ser diferencias abismales, pero en realidad hay que analizar la denominada huella energética completa. Tampoco es fácil comparar cifras de consumo, para hacerlo habría que convertir en unidades comparables las cifras de motores eléctricos frente a combustión. Un litro de gasóleo son 10,3 kWh de energía por lo que 130 kWh serían unos 11 litros de gasoil.
¿Y EN CUANTO AL MANTENIMIENTO?
No son comparables en complejidad los mecanismos que
hacen funcionar a un vehículo con motor de combustión a otro de tipo eléctrico.
Los mecanismos de vehículos eléctricos son de una simplicidad abrumadora porque
apenas existen piezas móviles.
Simplicidad mecánica significa pocos rozamientos, poca generación de calor, poca fatiga y en consecuencia mucha eficiencia energética. Todo lo anterior se traduce en que la partida económica dedicada a mantenimiento por revisiones periódicas cada X horas, cambio de aceites, refrigerantes, filtros… en los eléctricos es casi nada.
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| SteeringPro SDF |
Mecánica simple que reduce el mantenimiento a
líquidos de frenos, dirección… Incluso los frenos se pueden gastar menos en
vehículos eléctricos cuando son de tipo regenerativo.
La partida de filtros de aire en cabina pues son idénticas, y en cuanto al nivel eléctrico/electrónico es más compleja la del vehículo eléctrico.
¿Y
EL IMPACTO AMBIENTAL DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO?
Para
evitar malos entendidos con este concepto, y poder comparar “naranjas con
naranjas”, es necesario aclarar que, si bien no son comparables los impactos
ambientales, en materia de emisiones, de los vehículos eléctricos con los
convencionales, mientras están en su vida útil. Sin embargo, para ser justos,
el impacto ambiental debe ser el sumatorio de los procesos de producción, de
recarga y del reciclaje final.
Reconocemos
que hacer aseveraciones sin tener cifras contrastadas u oficializadas es en
gran medida una temeridad; sin embargo, consultadas diferentes fuentes, todas
coinciden en que un vehículo eléctrico emite más CO2 durante la
fabricación que uno convencional.
También
advertimos que se debe tener mucha precaución puesto que hay mucho “ruido”,
muchos intereses creados que pueden provocar malos entendidos en las etiquetas
medioambientales que decoran los parabrisas de nuestros turismos, y por
añadidura podrá ocurrir en nuestras máquinas eléctricas; aprendamos de los
errores para evitarlo.
Leer más:
- Electromovilidad en tractores agrícolas (Parte II)
- Electromovilidad en tractores agrícolas (Parte III)
ENTRADAS RELACIONADAS
- El tractor eléctrico, actualidad y análisis de futuro (1ª Parte)
- El tractor eléctrico, actualidad y análisis de futuro (2ª Parte)
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Cuando en 2018 publicaste sobre el tema, el precio del kWh de batería estaba en 208$/kg, hoy las de litio Ferro fosfato están en 130 ya en baterías, y 93 la celda, mientras que las de iones de litio es de 128 $/kWh. Eso y las mejoras en densidad energética y duración que también son notables nos hacen una idea de como va mejorando el tema.
ResponderEliminarLa idea del tractor totalmente eléctrico me parece lejana, quizás para cuando empiecen las baterías de estado sólido con densidades de 500wh/kg (ahora las mejores de li están en 300 y las de life los 200), quizás el precio y desarrollo de las de litio Ferro fosfato las hagan prácticas, pues en un tractor el peso no es tan problemático, pero para eso quizás hablemos de mínimo 10 años. Para entonces llenar el tejado de la nave de placas solares y un pedazo batería de sodio (esas prometen ser mucho más baratas de fabricar y al alcance de cualquier país, pues el litio está en manos chinas por dejadez, inoperancia y prepotencia de los occidentales), no será ninguna locura, y una forma de estar a salvo de los vaivenes del precio del combustible.
Pero mientras eso llega, la opción de un tractor híbrido ya se plantea interesante. Los actuales tractores llevan unas complejas transmisiones ( bajo carga, variador...), y múltiples servicios hidráulicos con múltiples pérdidas, tanto de energía como de fluido. Si eso se cambia por un motor más eficiente, optimizado para un rango muy estrecho de rpm, que mueva un generador y se olvide del par, (pues de eso se encargará la parte eléctrica). Y una pequeña batería que absorba la energía que se produzca de más para cuando sea necesaria, creo que habremos ganado eficiencia y flexibilidad. Eso sí, yo por lo pronto seguiré con mi térmico hasta que los números salgan, pero la técnica está ya disponible y solo falta un achuchón en las baterías. Una pena que por estupidez, sea China quien lleva la delantera, y en vez de tratar de ponernos a su altura, lo que se hace es politizar el tema de una forma ridícula pensando que con ello se defiende algo, y es que os contaré un caso. Hace unos años, una empresa estadounidense era pionera en las baterías de litio Ferro fosfato, pero dio en quiebra por falta de inversiones. Los chinos compraron las patentes, y ahora BYD es el mayor fabricante de ese tipo de batería, el fabricante que ha desplazado a Tesla en el número uno de eléctricos y sexto en general con sus híbridos, habiendo superado a Ford en entregas y suministrando tecnología enchufable a Toyota.
Así que a la vista de todo esto, lo mejor es alejarse del ruido, fijarse en los fríos datos y estar atentos a un mundo que cambia muy rápido.
Fantástica contribución a mi entrada, los datos que aportas son muy representativos y, a día de hoy, concluyentes en lo que parece que será la línea futura de la evolución. Gracias Rag por tu aporte y efectivamente, lo mejor es "alejarse del ruído" y estar atentos al cambiante mundo de la movilidad y la energía
EliminarMuy interesante, saliéndome un poco del tema me gustaría recomendar al divulgador, investigador, físico y matemático del CSIC Antonio Turiel; cualquiera de sus conferencias nos abrirá los ojos sobre lo que nos espera en un futura ya no lejano, su blog es https://crashoil.blogspot.com/
ResponderEliminarEl caso es que el pico de la curva de extracción de petróleo sucedió en 2018, el del gasóleo en 2015…países con problemas económicos como p ej Argentina y Paquistán tienen dificultades para adquirirlo, ¿te imaginas tener que cosechar y tener que pelear por el gasoil, no conseguirlo y perder la cosecha? Ya está pasando.
Mientras el mundo financiero, que tiene las riendas, planea seguir igual; Buscando el crecimiento continuo, ya que su mecánica elemental consiste en una especie de estafa piramidal, a toda máquina hasta el final, nuevos inventos, nuevos recursos...( o conquistas) aparecerán.
Y Europa busca la solución con su modelo de Renovable Ecológica Industrial, cuando el consumo eléctrico representa poco más del 20% del consumo energético y desciende desde 2008. Agricultura, transporte y minería necesitan combustible para motor diésel.
Se ha producido una enorme burbuja de producción solar y eólica motivada por la gran cantidad de subvenciones (y que hará necesario un gran consumo de gas para regular la red). Así vemos noticias como que la empresa “cazasubvenciones” Greenalia arranca 100.000 olivos en Jaen para poner placas solares…
Lo peor es que se necesita gran cantidad de materiales críticos para el despliegue de estos sistemas energéticos renovables y su extracción no puede cubrir la demanda. La Agencia Internacional de la Energía recomienda (a los países ricos) crear reservas estratégicas (acaparar) para hacer frente a posibles interrupciones en el suministro…
Alicia Valero de la Universidad de Zaragoza lleva años estudiando este tema.
Tal como yo lo veo, la maquinaria agrícola eléctrica será pequeña, imposible los tractosaurios de ahora, como la de un genial agricultor-inventor de Ibiza que hizo una aporcadora como un cochecito de juguete con una plaquita solar que soltaba en el campo a su marcha, también hizo una versión eólica. O un robot a batería, creo que francés, que no pesaría 50 kg y que soltaba una a una gotita de herbicida a cada hierva, o se me ocurren drones pastores autónomos para que las ovejas sieguen y abonen…
Gracias Miguel por esta fantástica contribución a mi entrada. Efectivamente, así es como en líneas generales veo yo el futuro inmediato.
EliminarNo conozco las publicaciones del divulgador Antonio Turiel, pero ahora mismo lo busco.
Gracias