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| John Deere SESAM |
TRACTOR ELÉCTRICO: NO ES LO MISMO QUE “ELECTRIFICAR” EL
TRACTOR
Un proceso “de moda” es el de la "electrificación del tractor" agrícola. la idea es perseguir el “All
Electric” en la maquinaria agrícola (dirección
eléctrica en el tractor; tracción
eléctrica en remolques; tractor
con Kers o Ers; El
proceso imparable de la electrificación del tractor)
Pero ahora no hablo de “electrificar” el tractor si no de un tractor eléctrico
Aclarando: 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 a través del uso de un generador eléctrico en el propio tractor (motores
del henificador, platos centrífugos de una abonadora, motores eléctricos de
ayuda a la tracción en un remolque agrícola....); Mientras que el tractor eléctrico es aquel en el que se
ha sustituido el motor de combustión por un motor eléctrico y la energía no
proviene de gasóleo si no de baterías
COMPARANDO COMPORTAMIENTO: ELÉCTRICO & CONVENCIONAL
La primera y gran diferencia
que distingue el comportamiento entre ambos es el enorme par inicial, constante
y mantenido que tiene un motor eléctrico.
Sin comparación: Ningún motor térmico puede
hacer sombra en valores de arrancada a uno eléctrico
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| Cargadora eléctrica Kramer |
Campo abierto o granja: La realidad es
la que indica que el tractor eléctrico está “muy verde” para “campo abierto”. Aunque hay “nichos” de aplicación donde el desarrollo se acelerará como por ejemplo el uso
en instalaciones ganaderas, donde no solo al tractor sino también máquinas como
cargadoras telescópicas o carros alimentadores eléctricos son alternativa. Las máquinas eléctricas además cuentan con ventajas como el nivel de ruido o la ausencia de emisiones, razones muy apreciadas en el interior de granjas. Además en este tipo de explotación
se cuenta con la ventaja de conocer de antemano la demanda de potencia ya que
existe una rutina predecible que deja tiempo para la recarga; otra cualidad
favorable es que la demanda de potencia es relativamente baja.
MOTOR COMBUSTIÓN & MOTOR ELÉCTRICO
Los motores
eléctricos presentan diferencias importantes frente a los térmicos en
cuestiones de par y potencia.
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: Un motor eléctrico
transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Si la tensión (voltaje) es
constante, el par aumenta incrementando la corriente consumida. No dispongo de
gráficas de tractor equipado con motor eléctrico pero si son múltiples las
curvas de motores que equipan a turismos eléctricos (Nissan Leaf, Tesla Model
S, Peugeot iOn, Renault Fluence…)
He elegido la curva del Nissan Leaf
(eléctrico) comparando con el Nissan con motor térmico a gasolina 1.6 Observa
la curva 2; el par motor es siempre máximo desde las mínimas revoluciones y
empieza a disminuir sobre las 3000 rpm. La entrega de par es instantánea y constante
ya que el paso de corriente es uniforme. La potencia sube de forma muy uniforme
hasta alcanzar el máximo en torno a las 3000 revoluciones y se mantiene constante
hasta 10000 vueltas.
Entrega de par, Combustión Vs Eléctrico:
No, no he probado
ningún tractor eléctrico, pero si puedo hablar por mi
experiencia en el uso de coches eléctricos; una experiencia ganada en los
últimos años por ser usuario habitual de los coches de alquiler eléctricos (Car2Go,
emov, Drivy…) que tanto se han popularizado en las grandes ciudades (ventajas
en el aparcamiento y en los protocolos anticontaminación)
Como usuario de coche eléctrico: Desde el prisma de
usuario de coche eléctrico, lo que más sorprende al subirte por primera vez en
estos coches es la entrega de par de forma casi instantánea. Esto significa que
en los coches se dispone de una aceleración muy superior a los motores de
combustión con mucha potencia a velocidades bajas y medias.
Además mientras que
un motor térmico no puede girar por debajo del ralentí, el eléctrico gira igual
de equilibrado desde 10 a
10.000 rpm.
Dato: El coche de calle
Tesla Model SP100 D pasa de 0 a
100 km/h
¡en 2,5´´!; Cifra “bestial” incluso para un F-1, pero es que se quedan
eclipsadas ante el prototipo TC-X que va de 0 a 100 en 1,5 ´´ y puede alcanzar 233 km/h en… ¡4,89´´!
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| Fendt e 100 |
¿Y por
qué desciende el par motor en un motor eléctrico?: Es una pregunta
interesante y la contestaré con lo que me ensañaron en mi época de estudiante.
La generación de campos magnéticos son los que originan el movimiento del rotor. Las rotaciones dentro del campo magnético interno causan una fuerza electromotriz que se opone a la tensión de alimentación. La fuerza electromotriz es proporcional a la velocidad de giro. La fuerza neta global del motor es la diferencia de fuerzas: tensión de alimentación y la electromotriz generada. A mayor régimen mayor oposición, de ahí que la curva de par disminuye con el aumento del régimen. A velocidades de giro bajas apenas hay fuerza electromotriz y por lo tanto se equipara la tensión de alimentación con el par de salida.
La generación de campos magnéticos son los que originan el movimiento del rotor. Las rotaciones dentro del campo magnético interno causan una fuerza electromotriz que se opone a la tensión de alimentación. La fuerza electromotriz es proporcional a la velocidad de giro. La fuerza neta global del motor es la diferencia de fuerzas: tensión de alimentación y la electromotriz generada. A mayor régimen mayor oposición, de ahí que la curva de par disminuye con el aumento del régimen. A velocidades de giro bajas apenas hay fuerza electromotriz y por lo tanto se equipara la tensión de alimentación con el par de salida.
¿Acelerador o potenciómetro?:
El acelerador del
tractor modifica la cantidad de combustible que pasa al motor. En el caso de un
tractor eléctrico el “pisar el acelerador” en realidad significa accionar un
potenciómetro, una resistencia variable que lo que hace es transmitir la señal
al controlador. Así se sabe cuanta energía se debe mandar al motor. El
potenciómetro por tanto demanda carga a la batería, el acelerador demanda
gasóleo.
Rendimiento energético:
En los motores
térmicos la eficiencia energética es 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.
Si en un motor
térmico obtener eficiencias superiores al 25 % no son posibles debido al calor
generado en la combustión que no puede ser aprovechado (se pierde a través del escape,
radiador, bloque motor…) en uno eléctrico los datos que se dan son superiores
incluso al 90 %
Ojo
con los datos de eficiencia: hablar que un vehículo eléctrico tiene una
eficiencia del 90 % y uno de combustión difícilmente supera el 20% puede ser
engañoso. Esa diferencia “tan abismal” hay que analizarla en todo su conjunto,
en la denominada huella energética completa.
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| Motor eléctrico para coche |
Comparando
rendimientos: Habría que considerar el rendimiento de la carga de batería
y convertir en unidades comparables las cifras de consumo de un motor térmico (1 litro de gasóleo son 10,3
kWh de energía) y otro eléctrico. Pero hay un dato que llama poderosamente la
atención, la batería de un tractor de por ejemplo 130 kWh serían solo 12 litros de gasoil.
ELECCIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO
En su mayoría los motores
eléctricos utilizados en tractor agrícolas son de inducción trifásicos y
capaces de ser refrigerados por aire o por agua. El peso oscila entre los 30 y 45 kg con una velocidad de
giro máxima de 12 o 15000 rpm.
Lo normal es contar
con el motor eléctrico y la electrónica de potencia como componentes separados
aunque también hay casos de integración de ambos componentes o incluso cuando
se incorpora transmisión hacerlo en el mismo componente, una ventaja adicional
es que se comparte sistema de refrigeración.
¿Síncrono o asíncrono?: Es una elección
básica al seleccionar un motor eléctrico. Ambos son de CA pero con la
diferencia en que en un motor sincrónico 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)
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| MultiToolTrac "todo eléctrico" |
En cuestión de
precios, un motor síncrono es más caro que el asíncrono ya que requiere dos
alimentaciones, una de CA y otra de CC. En el síncrono se requiere un
arrancador especial que se inicia con CA y continúa, cuando entra en sincronía,
con CC. Es por tanto más fácil de dañar por no entrar la excitación a tiempo.
Continuar leyendo: El tractor eléctrico, actualidad y análisis (II Parte)
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