Buscar

viernes, 31 de diciembre de 2021

Imagen del monocasco del Tesla Model Y rediseñado para albergar baterías estructurales

Imagen del monocasco del Tesla Model Y rediseñado para albergar baterías estructurales

 Actualmente, el Tesla Model Y se fabrica en dos factorías: Fremont (Estados Unidos) y Giga Shanghái (China). Sin embargo, a principios del año que viene el popular SUV eléctrico comenzará a ensamblarse en otras dos localizaciones, Giga Berlín (Europa) y Giga Texas (Estados Unidos), convirtiéndose en el primer vehículo de Tesla producido en los tres principales mercados mundiales.

Mientras que Giga Berlín se ocupará de satisfacer la demanda del viejo continente, los modelos de Giga Texas estarán destinados a la costa este de Estados Unidos. Sin embargo, las unidades de ambas plantas compartirán una serie de modificaciones que las diferenciarán de los Model Y producidos en Fremont y Giga Shanghái.

Mientras que los Model Y «antiguos» cuentan con un bastidor trasero realizado a partir de una gran pieza de fundición, los «nuevos» Model Y utilizarán esta misma técnica de fabricación en el bastidor delantero. Este avance permitirá, entre otras cosas, simplificar, agilizar y abaratar el proceso de producción, incrementando además la ligereza de la estructura.

Otra importante novedad introducida en los Model Y de Giga Berlín y Giga Texas será el empleo de unas baterías estructurales, las cuales dejarán de ser un elemento independiente para integrarse en el propio chasis. La estructura central encargada de albergar las celdas también estará formada por una única pieza de fundición de grandes dimensiones.

 

Tesla bateria estructural

Tesla comenzará a producir el Model Y en Giga Berlín y Giga Texas a principios de 2022

Esto permitirá a Tesla prescindir de los módulos de las baterías, mejorando con ello el aprovechamiento del espacio. Según los cálculos de la compañía, su uso permitirá mejorar la autonomía en un 14%, reducir el peso en un 10%, incrementar la rigidez de la estructura y simplificar el diseño del vehículo (se emplearán alrededor de 370 piezas menos).

Además, se espera que las baterías estructurales lleguen acompañadas de las nuevas celdas 4680, las cuales por sí solas también deberían conllevar un incremento de la autonomía del 16% y una reducción de costes del 14% gracias tanto a su mayor diámetro respecto a las actuales 2170 como a su diseño de electrodo sin lengüeta.

Aunque en su momento Tesla ya mostró el diseño de los packs estructurales del Model Y, ahora Electrek ha publicado la primera imagen del monocasco adaptado a las nuevas baterías. La carrocería, que ha sido fotografiada en Giga Texas, carece de suelo, pues el piso del coche serán las propias baterías, a las que se anclarán elementos como los asientos.

Fuente | Electrek

Alemania, balance de ventas de autos 2021

 Alemania, balance  de ventas de autos:coches eléctricos e híbridos enchufables ya son mayoría de ventas

Por Carlos Noya

La expansión de la movilidad eléctrica en mercados como Noruega ya no son noticia. Ahora la tendencia está en su avance en mercados mucho más grandes y complejos como el de Alemania. Allí, el pasado mes de noviembre por primera vez los coches eléctricos e híbridos enchufables han superado en ventas a los gasolina y diésel.

La caída de la demanda de modelos con motor de combustión interna y también de híbridos convencionales, junto con el incremento de la oferta y demanda de eléctricos y enchufables, ha provocado que el noviembre la mayoría de los coches vendidos en Alemania han contado con una toma de corriente.

En total se han vendido en Alemania 40.270 coches eléctricos puros, el 20.3%, a los que podemos sumar los 27.899 híbridos enchufables, o el 14.1% de cuota de mercado. Entre ambas suman un impresionante 34.4%.

Esto les permite en conjunto, en solitario habrá que esperar todavía unos meses, superar a los modelos gasolina que han matriculado un total de 66.020 unidades o el 33.2%. Por su parte los otrora reyes del mercado, los diésel, en noviembre han marcado un nuevo mínimo con apenas 31.325 unidades o el 15.8% de cuota de mercado.

Por su parte los híbridos convencionales también ven retroceder sus cifras de ventas por el empuje de los eléctricos, y se anotan unas ventas totales de 31.352 unidades o el 15.8% de mercado, igualando curiosamente a los diésel.

 

La evolución del mercado alemán es notable, y por ejemplo los coches eléctricos puros han crecido respecto al mismo periodo del pasado año un 39%. Los híbridos enchufables por su parte han visto reducidas sus ventas un 8.9%.

Pero más dura está siendo la caída de los modelos con motor de combustión que no ven el final de su descalabro en Alemania.

Los gasolina han visto como sus cifras se han recortado nada menos que un 43.6% respecto a noviembre de 2020, mientras que a los diésel les va incluso peor con un derrumbe del 55.5%. No se libran los híbridos convencionales que recortan sus ventas un 24%.

Por marcas, algunas están sufriendo más que otras este duro descenso de ventas y por ejemplo Mercedes-Benz, ha caído un 37.4% en noviembre, mientras que en el acumulado del año (enero-noviembre) la marca de la estrella ha visto como sus ventas se han recortado un 25%. Algo que nos indica que a pesar de la fuerte apuesta por la movilidad eléctrica, algo está fallando que no logran convencer a los clientes alemanes.

Esto no sucede con la marca que más vende en el mercado germano, Volkswagen, que a pesar del duro golpe de noviembre, donde ha caído un 42.1%, mantiene el tipo en este 2021 donde se anota un descenso de apenas el 3%.

BMW también tiene un mal cierre de año, con un 31.8% de descenso en noviembre (en un mercado que retrocede un 31.7%) pero en el acumulado del año también recorta la sangría con un descenso de «solo» el 4%.

Unos números negativos del acumulado del año que ponen sobre la mesa los que más y menos han apostado por la movilidad eléctrica (o los que mejor o peor lo han hecho) como Ford, que cae un 33.4%, Mitsubishi un 21.4%, Skoda un 16.2%, Audi 13.7%, Renault 15.7%, e incluso Toyota, que empieza a resentirse de la bajada de demanda de los híbridos con un descenso del 4.2%.

 

En el otro lado encontramos además de los menos damnificados, como la propia Toyota, Volkswagen o Hyundai, con un descenso del 5.8%, pero también aquellos que han logrado sacar números positivos en esta situación tan dramática para el sector.

Por ejemplo, KIA ha crecido un 3.5% en el acumulado del año, Opel ha crecido nada menos que un 12.6%, y Porsche, que crece un 7.1%. Pero la gran beneficiada del cambio de paradigma en la movilidad ha sido Tesla, que ha incrementado sus ventas un 151% en el acumulado del año (enero-noviembre). 

Algo que colocan a los americanos con sus 33.052 unidades entregadas hasta noviembre a la altura de ventas de marcas populares como Dacia (34.782) Mitsubishi (33.414) y por delante de nombres como Nissan (30.916) o Porsche (23.506) y otras muchas que ya se quedan muy lejos de los americanos.

 


ZOE y Model 3 en el Top 10

Aunque las ventas mensuales muchas veces son un pequeño espejismo, no podemos dejar de destacar las buenas cifras de dos eléctricos el pasado mes. El Renault ZOE ha logrado una cifra récord de ventas con un total de 4.200 unidades, lo que le han colocado en el tercer puesto general en noviembre.

El Tesla Model 3 por su parte se ha colocado en el séptimo puesto de ventas en noviembre con sus 3.825 unidades entregadas. Algo que permite a ambos eléctricos superar a mitos en este mercado como el Volkswagen Golf.

Ahora la pregunta es cómo será el 2022. Sin duda un año que debería venir acompañado de una recuperación económica, recuperación de las cadenas de suministro, y que además verá la llegada de más y más oferta de coches eléctricos que tendrán un importante examen para ver si este 2021 ha sido un espejismo, o han llegado para quedarse y acelerarán todavía más su implantación.

 

miércoles, 29 de diciembre de 2021

V2V, V2H y V2G: coches eléctricos que dan energía a otros vehículos o infraestructuras

 V2V, V2H y V2G: coches eléctricos que dan energía a otros vehículos o infraestructuras

   Por: Javier Costas Franco

Cuando pensamos en coches eléctricos, lo normal es considerar que los recargamos con un cable y los descargamos haciendo kilómetros o utilizando cualquier consumidor a bordo. Sin embargo, también es posible utilizar coches eléctricos como pequeñas plantas de energía móviles, o si preferís el simil, powerbank con ruedas.

 Infografica

Las baterías de los coches eléctricos disponen de más energía de la que pensamos. La energía se consume muy rápido atravesando un muro de gas (aire), arrastrando neumáticos y moviendo más de tonelada y media de vehículo (rozamiento). Pero si queremos proporcionar energía al hogar o la red, es relativamente hablando mucha energía. Por ejemplo, con 20 kWh es posible alimentar el consumo de una vivienda unifamiliar con todo enchufado durante horas.

También es posible que un coche eléctrico recargue a otro, mediante un conversor de corriente continua en alterna (DC a AC en inglés, o CC a CA en español). Técnicamente sería posible también un suministro en corriente continua directo, aunque el vehículo donante agotaría sus baterías muy rápido en la transferencia. Las motos también pueden dar energía pero para consumidores de poca potencia, caso del Silence S01.

Veamos las diferentes modalidad de recarga invertida o carga de vuelta.

 

V2V, vehículo a vehículo

Bajo esta modalidad, un vehículo eléctrico puede recargar otro, consumiendo la energía de las baterías del primero. El simil es como meter un tubo flexible de gasolina en el depósito de un vehículo térmico y verterlo en otro por vasos comunicantes, solo que hay que añadir alguna pérdida por conversión. Esto es muy infrecuente a día de hoy y se puede ver en algunos comerciales ligeros adaptados y pick-up americanos.

Por ejemplo, según la versión del Ford F-150 Lightning, en la parte trasera puede ir un enchufe de 2,4 kW de potencia o de 9,6 kW, tanto convencional como J1772. Ahí se puede conectar un coche eléctrico y, mediante el conversor interno (AC-DC o CA-CC) del receptor se introduce la corriente en las baterías en corriente continua. No hay que subestimar la rapidez de este método de rescate respecto a una grúa convencional que remolque hasta un punto de recarga rápido. En España este servicio ya se presta, First Stop lo hace con Nissan e-NV200 y fue primicia en su día.

No es imprescindible que el vehículo donante sea eléctrico, como ocurre con 2021 Ford F-150, con 2, 2,4 o 7,2 kW de potencia que se obtienen con el motor convencional en marcha; en este último caso, son hasta 32 horas dándolo todo con el depósito lleno, y a 2,4 kW aguanta 85 horas. Tanto las versiones 100% gasolina como híbridas lo permiten. En este fabricante esta prestación se denomina Pro Power Onboard

 

V2H o V2B, vehículo a hogar/edificio

El funcionamiento es muy similar al del caso anterior, solo que requiere tener un punto de carga reversible para poder alimentar a la vivienda entera -esto depende de cómo se haya hecho la conexión, obviamente- o conexión directa a un enchufe adecuado. Durante el apagón del Estado de Texas de este año hubo unos cuantos F-150 proporcionando electricidad a hogares, aunque todos eran térmicos.

Pero el ejemplo en versión eléctrica es más interesante. Las camionetas F-150 Lightning vienen de serie con 98 o 131 kWh de baterías, según versión. Supongamos que en una emergencia, estando las baterías «pequeñas» llenas, se necesita un suministro constante de 2,4 kW. Con la demanda al máximo, sería posible un aporte de corriente durante 40 horas. Se puede resistir un buen apagón de esta forma.

Además, la comparativa respecto a baterías estacionarias sigue siendo muy relevante. Por ejemplo, un pack Tesla Powerwall dispone de una capacidad de 13,5 kWh. Hasta un coche eléctrico de hace 10 años suele tener más capacidad, incluso con degradación de carga. En lo que podemos discutir es en la potencia, el Powerwall aporta 5 kW en modo continuo y 7 kW en pico. Combinando varias Powerwall hay victoria en capacidad y velocidad, pero en cuanto a coste no tiene ningún sentido tener tanta reserva de energía a menos que los apagones sean frecuentes.

V2G, vehículo a red

De esta modalidad hemos hablado largo y tendido. Mediante los puntos de carga es posible tanto suministrar energía al vehículo como sacarla del mismo e inyectarla en la red, pero vehículo y punto de recarga deben ser compatibles por separado y a la vez. Basta con que el protocolo de comunicación no sirva para que el resto no funcione. Esta es la base de las redes inteligentes o smart grids.

Si a nivel local hay un número suficiente de vehículos eléctricos y puntos de recarga con tecnología V2G, es posible hasta la independencia energética de ciudades enteras. Por ejemplo, en Utrecht (Holanda) podrían ser independientes con 10.000 coches eléctricos, y su parque móvil local es 10 veces más grande. Tardarán unos pocos años en lograrlo. Se recarga con excedentes o energía barata, y se revende a la red a un precio más alto.

A diferencia de V2V y V2H, hace falta un consentimiento expreso del propietario del vehículo para hacer la transferencia a la red, por lo que se suele bonificar al mismo a cambio de sacrificar una parte de la autonomía que no vaya a necesitar una vez decida retirar el coche del enchufe. En ningún caso se quedarán los coches «secos» y varados por haber sido excesivamente generosos, o sin consentimiento del usuario.

Si pensamos a lo grande, con unos cuantos miles de coches eléctricos con tecnología V2G a la vez es como disponer de una central eléctrica de gran potencia. Sin embargo, esta tecnología aún tiene que demostrar su validez a gran escala y durante el tiempo suficiente, ya que la degradación de las baterías por aumento de ciclos carga/descarga ha de tenerse en cuenta, así como que sea rentable…

miércoles, 22 de diciembre de 2021

El Cobre, aliado imprescindible de la electrotecnia

El Cobre, aliado imprescindible de la electrotecnia

 El cobre, ​ cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29 de la Tabla periódica. Se trata de un metal de color  rojizo anaranjado de brillo metálico. Es ampliamente conocido y aplicado en  energía eléctrica. Seguramente conocemos poco de este metal y su producción a pesar de estar en contacto con el permanentemente. 

 


 El cobre es uno de los escasos metales, que pueden estar presentes en un entorno natural de forma nativa o, lo que es lo mismo, sin estar combinado con otros elementos. Por ello fue uno de los primeros en ser utilizado por el ser humano. Los otros metales nativos son el oro, el platino, la plata y el hierro. Es actualmente el tercer metal más utilizado del mundo. Únicamente el hierro y el aluminio están presentes en más aplicaciones. Se dice que  es “buen conductor” porque ofrece poca resistencia al paso de la electricidad.  


Sin dudas, el  mejor conductor es la plata, pero su alto costo hace que no resulte el más utilizado en equipos eléctricos. Por esa razón, hoy el 60% del cobre que se extrae a través de la minería se destina a ese uso.

El cobre puede ser utilizado en varias aleaciones con otros metales con las que se consiguen nuevos productos con distintas propiedades. Los tipos mas corrientes de estas aleaciones son los siguientes: 

 

El cobre combina conductividad, seguridad, resistencia a la corrosión, a la tracción y alta ductilidad: esto hace que se lo pueda producir en diámetros tan pequeños que otros metales no soportarían sin romperse. Además, tiene la ventaja de poder soldarse con facilidad.

 

Extrayendo cobre de sus minerales

Hoy en día el metal se obtiene generalmente de minas a cielo abierto, sobre todo a partir de minerales sulfurados y de minerales oxidados, una vez que son sometidos a un tratamiento oportuno.

A modo de ejemplo, se indica, las minas subterráneas (“El Teniente” – Chile), como en operaciones a “cielo abierto” (“Chuquicamata”-Chile) a partir de minerales “Sulfurados” (Calcopirita, Calcosina, Covelina, etc.)  cómo también de sus sales y óxidos (Malaquita, Azurita,  Brochantita, Antlerita, Atacamita, Crisocola, etc.).

 


 

El método utilizado para extraer cobre de sus minerales depende de la naturaleza del mineral. Minerales de sulfuro como calcopirita (CuFeS2) se convierten en cobre por un método diferente al de los minerales de silicato, carbonato o sulfato. La calcopirita y minerales de sulfuro similares son los minerales de cobre más comunes. Los minerales típicamente contienen bajos porcentajes de cobre y deben concentrarse antes de refinarlos (por ejemplo, mediante flotación por espuma).

 


El proceso

El mineral concentrado se calienta fuertemente con dióxido de silicio (sílice) y aire u oxígeno en un horno o una serie de hornos. Los iones de cobre  en la calcopirita se reducen a sulfuro de cobre  (que se reduce aún más a cobre metálico en la etapa final). El hierro de la calcopirita termina convertido en una escoria de silicato de hierro que se elimina. La mayor parte del azufre de la calcopirita se convierte en gas de dióxido de azufre. Se utiliza para producir ácido sulfúrico mediante el proceso de contacto.

 Una ecuación general para esta serie de pasos es:

                         2CuFeS2 + 2SiO2 + 4O2 → Cu2S + 2FeSiO3 + 3SO2

El sulfuro de cobre  producido se convierte en cobre con una última ráfaga de aire.

                                                 Cu2S + O2 → 2Cu + SO2

El producto final de esto se llama cobre blíster, una forma porosa y frágil de cobre, con una pureza del 98 al 99,5%.


 

Extracción de cobre de otros minerales

El cobre se puede extraer de minerales sin sulfuro mediante un proceso diferente que involucra tres etapas separadas:

Reacción del mineral (durante bastante tiempo y a gran escala) con un ácido como el ácido sulfúrico diluido para producir una solución de sulfato de cobre muy diluida.

Concentración de la solución de sulfato de cobre por extracción con solvente.                         La solución muy diluida se pone en contacto con una cantidad relativamente pequeña de un disolvente orgánico que contiene algo que se unirá a los iones de cobre  de modo que se eliminen de la solución diluida. El disolvente no debe mezclarse con el agua.

 Los iones de cobre se eliminan nuevamente del solvente orgánico por reacción con ácido sulfúrico fresco, produciendo una solución de sulfato de cobre mucho más concentrada que antes.

Electrólisis de la nueva solución.

Los iones de cobre se depositan como cobre en el cátodo. Los ánodos para este proceso eran tradicionalmente aleaciones a base de plomo, pero los métodos más nuevos utilizan titanio o acero inoxidable. El cátodo es una tira de cobre muy puro sobre la que se colocan las nuevas placas de cobre, o acero inoxidable del que hay que quitarlo más tarde.

 

Purificación de cobre

Los minerales explotados mundialmente poseen tenores muy bajos en metal por lo que deben ser sometidos a varios procesos de concentración sucesivos antes de pasar a la etapa final de Refinación.

Cuando el cobre se fabrica a partir de minerales de sulfuro mediante el primer método anterior, es impuro. El cobre  se trata primero para eliminar el azufre restante y luego se vierte en ánodos para su refinado mediante electrólisis.

 


 El tenor promedio de los minerales de cobre explotados mundialmente oscila entre el 2,0 y el 10%. (Cuando el tenor se expresa en %  equivale a decir que un 1% de cobre equivale a 1 kg. de Cu por cada 100 kg de roca explotada).

 

Refinación electrolítica

La purificación utiliza un electrolito de solución de sulfato de cobre, ánodos de cobre impuro y tiras de cobre de alta pureza para los cátodos. El diagrama muestra una vista muy simplificada de una celda.


 

 En el cátodo, los iones de cobre  se depositan como cobre.

                                         Cu2 + (aq) + 2e− → Cu (s)

En el ánodo, el cobre se disuelve como iones de cobre.

                                                          Cu (s) → Cu2 + (aq) + 2e−

 

Por cada ión de cobre que se deposita en el cátodo, en principio otro se disuelve en el ánodo. La concentración de la solución debe permanecer igual. Todo lo que sucede es que hay una transferencia de cobre del ánodo al cátodo. El cátodo se hace más grande a medida que se deposita más y más cobre puro; el ánodo desaparece gradualmente. 


 

 ¿Qué pasa con las impurezas?

Cualquier metal en el ánodo impuro que esté por debajo del cobre en la serie electroquímica (serie de reactividad) no se disuelve como iones. Permanece como un metal y cae al fondo de la celda (precipitado) como un "lodo de ánodo" junto con cualquier material no reactivo sobrante del mineral. El lodo del ánodo contendrá metales valiosos como plata y oro.

 

 Que es el cobre recocido?

El recocido consiste en calentar un metal, en este caso el cobre, hasta una determinada temperatura para después dejar que se enfríe lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva. Los objetivos del recocido son tanto eliminar las tensiones internas producidas por tratamientos anteriores como aumentar la plasticidad, la ductilidad y la tenacidad del material.


 

Datos del cobre

Los países con mayor producción minera en 2020 fueron:

     Chile: 5,7 millones de toneladas. ...

     Perú: 2,2 millones de toneladas. ...

     China: 1,7 millones de toneladas. ...

     República Democrática del Congo: 1,3 millones de toneladas. ...

     Estados Unidos: 1,2 millones de toneladas.

Algunas empresas que procesan el cobre en el mundo son: Aurubis (Alemania), Codelco (Chile), Xstrata (Anglo-Suiza), bhp billiton (Australia)

 

Cobre como conductor eléctrico

El Comité de Conductores Aislados del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) ha determinado con precisión la capacidad de conducción de una amplia gama de alambres y cables, en distintas condiciones de instalación, las cuales han sido publicadas en la Norma IEEE 835-1994. Dicha norma es utilizada por ingenieros, técnicos y diseñadores de sistemas en todo el mundo. Sus cuadros muestran que la capacidad de conducción de los conductores de cobre es aproximadamente 1.6 veces mayor que la de los conductores de aleación de aluminio de la misma sección transversal, debido a la mayor conductividad inherente al cobre.

 Otra ventaja del cobre para aplicaciones bajo tierra es su alta resistencia contra la corrosión.  Esta es la razón por la que las líneas aéreas en zonas costeras, son a menudo construidas en cobre en vez de aluminio. (El agua, la humedad, en contacto con el conductor hecho de aleación de aluminio ocasiona una severa corrosión convirtiendo al aluminio en un hidróxido y en gas de hidrógeno). Para cables subterráneos de alta y media tensión, el cobre es el más pertinente; en este caso el mayor costo de este material se debe a su aislamiento.

 Son muchas más las características excepcionales del cobre por lo que  tiene un impacto positivo en la capacidad del sistema eléctrico, también en la reducción de los costos de operación y en la disminución de producción de gases de efecto invernadero. El cobre es 100% reciclable, y no pierde sus propiedades químicas o físicas aunque el proceso se repita. Las ventajas son claras: el ahorro de energía es muy importante, al suponer un 85% menos de consumo reciclarlo que extraerlo.

 

Ing. Ricardo Berizzo                                                             Ing. Jorge A. Berizzo

Cátedra: Movilidad Eléctrica                                                         Geólogo

U.T.N.Rosario

 


 

Mapa del lobby europeo del hidrógeno

 

Mapa del lobby europeo del hidrógeno


Tras el notable impulso que el hidrógeno está viviendo en Europa, se encuentra una basta red de grupos de presión, empresas de comunicación, imagen y relaciones públicas, grandes consultoras, muchas de ellas financiadas por compañías provenientes de la industria del petróleo y del gas.

El Hidrógeno está conquistando a los gobernantes europeos que regaran de inversiones las economías de la Unión, en pos de un futuro que gusta mucho a las industrias relacionadas con los combustible fósiles y la antigua movilidad basada en la quema de estos, que ha generado más de un siglo de problemas de salud y medioambientales, a cambio de un progreso en otras áreas que ahora pueden ser sustituidas pro energías limpias y más sostenibles.

La estrategia de hidrógeno, como la del PERTE del Gobierno de España para el hidrógeno verde no servirá para nada sin una expansión masiva de las renovables, o la del del gobierno del Reino Unido, publicada el pasado mes de agosto, prometen desarrollar un «próspero sector del hidrógeno bajo en carbono como plan clave» de sus iniciativas climáticas.

De hecho, durante la Cumbre de Transición de Hidrógeno organizada en Glasgow, en medio de las recientes conversaciones climáticas de las Naciones Unidas, este combustible protagonizó uno de los espacios más destacados.

A continuación se reproduce el mapa del lobby del hidrógeno que DeSmog, de la mano de Gaia Lamperti, ha hecho público recientemente.



Hidrógeno multicolor
Para confundir aún más a una opinión pública que vive en la incertidumbre de hacia dónde dirigir sus comprar e inversiones, a la hora de plantearse su movilidad y los sistemas de energía a utilizar, una nueva lluvia de informaciones envueltas en unas campañas de comunicación y marketing creadas como herramientas para bloquear la transición ecológica, el hidrógeno llega en una gama cromática perfecta para combinar este nuevo elemento de confusión con los gustos del consumidor.
No todo el hidrógeno es igual, y los expertos ambientales están poniendo de manifiesto su preocupación, por el tipo de hidrógeno que se defiende en cada momento, en función de a qué sector de la economía se dirige.
El hidrógeno llega, como las colecciones de moda, en una nueva gama cromática con colores para todos los gustos. Ahora, en función de cómo se produzca el H2 posee un color que ofrecer para que los departamentos de comunicación e imagen hagan su magia, hasta que al igual que con el tabaco, se pida prohibir la publicidad de los combustibles fósiles.
Como si de la trilogía del cineasta Krzysztof Kieslowski se tratara, los colores escenifican un origen del hidrógeno.

Hidrógeno Gris y Azul
Para comenzar, casi todo el hidrógeno creado actualmente con combustibles fósiles es denominado bajo el color «gris«. Pero el denominado H2 «azul» también se deriva del gas natural, pero se combina con el uso de captura y almacenamiento de carbono (CAC), y está siendo fuertemente promovido por la industria del gas como combustible puente hacia un futuro de bajas emisiones.
Este prometedor futuro está siendo puesto en duda por expertos que cuestionan esto, como consecuencia del problema de las fugas de metano, a través del proceso de producción y transporte y las dudas sobre la eficacia de la CAC.
Según este estudio, los académicos Robert Howarth y Mark Jacobson, desde los Estados Unidos de América estiman que las emisiones de carbono del hidrógeno azul son sólo moderadamente más bajas que para el gris. El metano posee una huella climática de «más del 20 por ciento mayor que que quemar gas natural o carbón para calentar«, según los científicos estadounidenses.

Hidrógeno verde
emisiones hidrogeno azul
Por su parte, el hidrógeno «verde» se crea, sobre el papel, a partir de electricidad proporcionada por centrales renovables, propiciando un papel clave en la descarbonización de la industria del transporte pesado, la más difícil de electrificar en la actualidad.
Frente a esta idea, muchos expertos coinciden en que sectores como el transporte y la calefacción deben electrificarse tanto como sea posible, en lugar de pasarse al hidrógeno, incluso cuando este se considera verde.
El problema bajo estas consideraciones vienen de la enorme cantidad de energía que la creación del H2 verde necesita, algo que resta energía limpia para la ciudadanía, con el peligro de disparar los precios de la energía.

El mapa de le los lobby del H2 en Europa
Ante esta situación, es importante conocer los peligros y desafíos tras el plan de la Unión Europea para el hidrógeno puede disparar los precios de la energía.
Para comprender cómo ha pasado el hidrógeno de ser una industria bastante oscura, a una parte crítica de los planes ecológicos de la Unión Europea y de España en particular, el portal DeSmog ha elaborado un mapa interactivo «de la extensa red de compañías de combustibles fósiles, asociaciones comerciales, empresas de relaciones públicas y otras organizaciones detrás del impulso por el hidrógeno, que ofrece algunas pistas«.

Ampliación del núcleo del mapa del lobby: 




domingo, 12 de diciembre de 2021

Imanes especiales en motores para movilidad eléctrica. Incidencia del costo

 

Imanes especiales en motores para movilidad eléctrica. Incidencia del costo

 

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en similar principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor, por el que circula una corriente eléctrica, se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

En los motores, la electricidad crea campos magnéticos opuestos entre sí, que provocan que la parte giratoria de éste (el rotor) se mueva. El estator es el elemento que opera como base fija, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación del rotor. El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica.

El campo magnético estatórico o rotórico se puede obtener de dos maneras, a través de la circulación de la corriente eléctrica por un conductor  (Ørsted / Ley de Biot-Savart)  o  imanes permanentes naturales. En este artículo se hace referencia a estos últimos.

Los imanes permanentes son cuerpos que generan un campo magnético a su alrededor orientado en base a dos polos: negativo (Sur) y positivo (Norte).

La unidad de medida en el Sistema Internacional (SI)  para el campo magnético es el Tesla, mientras que la unidad para el flujo magnético es el Weber; 1 tesla es 1 weber por metro cuadrado (el sistema de unidades  C.G.S. o sistema Gaussiano,  fue reemplazado por el sistema internacional SI). 

                                                        

Las propiedades magnéticas de los imanes se mantienen intactas a menos que se les apliquen fuerzas magnéticas opuestas, se les aumente de temperatura (por encima de la Temperatura de Curie, distinta según el elemento). Todos los imanes naturales son imanes permanentes, lo que significa que nunca perderán su poder magnético.  El magnético natural más fuerte es la piedra imán, también llamada magnetita. Este mineral es de color negro y muy brillante.   

La piedra imán fue la utilizada en los primeros compases de la civilización y atrae pequeños trozos de hierro, cobalto y níquel hacia él. Por lo general, es un óxido de hierro de composición química Fe3O4.

 Existen combinaciones, para ciertas prestaciones de menor exigencia, como por ejemplo:

Cerámicos/Ferrita: Elaborados con partículas de hierro, son los más utilizados dado su relación calidad/precio. Son de bajo costo y ofrecen un buen comportamiento a elevadas temperaturas (hasta 250ºC) y una buena resistencia a la desimantación, aunque no son especialmente potentes y son mecánicamente frágiles.

Alnicos: Están compuestos por una aleación de Aluminio, Níquel y Cobalto. Son muy económicos y se caracterizan porque resisten muy bien a altas temperaturas (hasta 425ºC) aunque sin embargo su fuerza de atracción es muy débil.

El punto es que el valor del campo magnético natural es constante, lo cual para ciertas aplicaciones es mas que suficiente, pero para mejorar la eficiencia energética de un tipo de motor en particular y su prestación (Potencia, Torque)  se utilizan combinaciones tal como: imanes permanentes compuestos de tierras raras.

 Imanes permanentes compuestos de tierras raras

Tierras raras es el nombre común de 17 elementos químicos de la Tabla Periódica: escandio, itrio y los 15 elementos del grupo de los lantánidos (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio). Se las califica de "raras" debido a que es muy poco común encontrarlos en una forma pura, aunque hay depósitos de algunos de ellos en todo el mundo. Se dividen en dos tipologías: tierra rara liviana (LRE/Light Rare Earth Elements) y tierra rara pesada (HRE/Heavy Rare Earth Element). Las reservas mundiales de tierras raras son aproximadamente del 85 % de LRE y del 15 % de HRE. Son precisamente estos últimos los que proporcionan imanes adecuados para su aplicación en la industria del automóvil. Los imanes de neodimio tienen una mayor remanencia (persistencia de las propiedades magnéticas) y una gran coercitividad o intensidad magnética. Su inconveniente respecto a otros imanes es que su temperatura de Curie, a la que pierde sus propiedades magnéticas, es inferior a otras alternativas.

 La temperatura Curie se conoce como la temperatura en la que el elemento ferromagnético empieza a perder su magnetismo y a transformarse en paramagnéticos, en el momento que se supera dicha temperatura. En el caso de que el material esté por debajo de la temperatura Curie los materiales magnéticos se transforman en ferromagnéticos. Dependiendo de los diferentes tipos de imanes o combinaciones  que existan encontraremos diferentes temperaturas:

 

Las propiedades deseables de tales imanes se expresan normalmente en términos de remanencia y coercitividad de los materiales magnéticos. La siguiente figura muestra el llamado “ciclo de histéresis magnética” para un material el particular, cada uno de ellos tiene su ciclo. La tabla a la derecha contiene algunos datos sobre los materiales usados como imanes permanentes.     


 Además de la coercitividad y la remanencia, un factor de calidad de los imanes permanentes es la cantidad (BB0/μ0)max. Un valor alto de esta cantidad, implica que el flujo magnético requerido se puede obtener con un menor volumen del material, haciendo el dispositivo más liviano y compacto.

  En un artículo publicado (electro-design.com) por  Da Vukovich, presidente de Alliance LLC, asegura que “se han desarrollado aleaciones especiales que, además de neodimio incluyen terbio y disprosio que permiten tolerar temperaturas de Curie mucho más altas”. Debido a sus propiedades ningún otro material puede igualar su rendimiento de alta resistencia, concluyendo que “realmente no se pueden reemplazar los imanes de tierras raras”. En 2018, el 93% de todos los vehículos eléctricos producidos en el mundo tenían un tren motriz impulsado por un motor de imanes permanentes compuestos de tierras raras. Esta información, extraída de los datos de la plataforma EV Motor Power y Motor Metals Tracker, muestra que esta tecnología sigue siendo la más utilizada, debido a su menor tamaño y mayor eficiencia.

 Aplicación comparada

En un motor de tracción eléctrico, los imanes de NdFeB (Neodimio Hierro Boro) permiten un muy intenso campo magnético (B) que se generará en un volumen muy pequeño. La alternativa sería utilizar electroimanes, donde se genera un campo magnético al pasar corriente a través de una bobina conductora. Una pieza de imán de NdFeB de 3 mm de espesor  produce el campo magnético equivalente a pasar 13 Amp  a través de una bobina con 220 vueltas de alambre esmaltado de cobre. En términos de espacio, si se supone una densidad de corriente de 10 A/mm2 en el conductor (que es típico para el funcionamiento normal de un motor de tracción), entonces una bobina electromagnética equivalente podría tener cinco veces el área de sección transversal del imán de NdFeB , como se indica en la figura.

 


 También hay que indicar que para generar ese campo magnético en la bobina hay que consumir de la fuente de energía  un valor de energía eléctrica que no precisa el imán permanente ya que esa energía (representada por el ciclo de histéresis) es inherente a él.

 Ejemplo comparativo de costos en tres tipos de  motores de igual potencia (30 Kw) con y sin materiales NdFeB:


 Cualquiera que sea el precio de los imanes de tierras raras, generalmente se reconoce

que su utilización en las máquinas eléctricas conducirá  inexorablemente a un aumento  de costos.

 Los fabricantes de imanes buscan reducir el contenido de las tierras raras de los imanes manteniendo o aumentando su rendimiento. Un ejemplo es Hitachi Metals, Ltd  ha desarrollado imanes con una cantidad reducida de disprosio en comparación con los convencionales materiales de NdFeB, supuestamente sin una reducción en su coercitividad a alta temperatura. Estos imanes se fabrican mediante un nuevo proceso, que implica la difusión de disprosio en el material del imán en lugar de la aleación directa. Otros buscan reducir el tamaño de grano en los imanes a nanoescala con la expectativa de que esto aumente significativamente la resultante energética del material.

La siguiente tabla  resume las diferencias entre diferentes tecnologías. En particular, las aplicaciones con imanes de tierras raras son onerosas, duplicando o más el costo de la materia prima del motor eléctrico.

 

Hoy en día, cada una de estas tecnologías tiene sus defensores y detractores; sin embargo, cualquiera de estas tecnologías se utiliza con éxito en distintas aplicaciones, evaluando cuestiones técnicas y económicas de cada prestación. En definitiva, es solo un objetivo de maximizar el rendimiento energético, obtener el mayor par y torque, todo ello, en el menor volumen posible. Nada mas, ni nada menos!

 

Ing. Ricardo Berizzo

Cátedra: Movilidad Eléctrica

U.T.N. Regional Rosario                                                                              2021.-