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martes, 11 de abril de 2023

¿ EV o no a EV? Un claro análisis de costos entre vehículos eléctricos y coches ICE

 

¿ EV o no a EV? Un claro análisis de costos entre vehículos eléctricos y coches  ICE

 

Por: Mac Bryla                                                                         February 2023.-

(Mac Bryla, ciudadano australiano, es un defensor de las soluciones tecnológicas limpias e innovadoras. Tiene experiencia en ingeniería y siempre está buscando historias detrás de los números)

 

Sabemos que esta será una pregunta tonta muy pronto, pero si todavía está indeciso acerca de volverse eléctrico, hablemos de números.

 La opción más fácil, por supuesto, es no hacer nada, pero ¿qué pasa con su actual consumidor de combustibles fósiles? ¿Cuándo se volverá invendible? ¿Siguen siendo demasiado caros los vehículos eléctricos? ¿Debo esperar a que bajen los precios? ¿Qué pasa con la infraestructura de carga en casa y en viajes largos?

En 2021 escribí sobre nuestro “road trip EV de 4000 km”, en ese momento era una novedad, al menos para nosotros. El objetivo era compartir nuestra experiencia de poseer un EV, ya que había cosas nuevas que considerar, como la carga, la ansiedad por la autonomía y la degradación de la batería.

 Avance rápido hasta ahora, y estamos de nuevo, un viaje por carretera de vacaciones de verano de 19 días y 3,748 km desde Sydney a Tasmania. El plan original era volar, pero seamos realistas, ¿quién puede pagar esos precios exorbitantes de vuelos, alquiler de autos y combustible en estos días? Tal vez soy tacaño o simplemente estoy buscando una excusa para hacer otro viaje por carretera.

 Volviendo a los números, nada especial, solo algunos puntos de datos esenciales para ayudarnos a comparar los EV (vehículos eléctricos) con los autos ICE (motor de combustión interna). Con suerte, esto le dará una idea adicional al considerar un EV, ya que con demasiada frecuencia, estos números se ignoran o se tergiversan.

 

Las necesidades energéticas son menores

Antes de que podamos hacer una comparación de los autos eléctricos con los autos de combustibles fósiles, necesitamos una forma común de medir el consumo de energía.

 Para ICE, usamos (litros/100 km), para EV, usamos (kWh/100 km).

Para mantener todo en kWh, 1 litro de gasolina = 9,5kWh.


 Los vehículos eléctricos son muy eficientes, el 95 % de la energía se usa para moverte hacia adelante y solo alrededor del 5 % se pierde por el calor y la fricción. Los automóviles de gasolina, por otro lado, usan solo el 20% de la energía disponible para impulsar las ruedas, y el 80% se desperdicia como calor y fricción en el motor y la caja de cambios.

Esto no tiene en cuenta la energía necesaria para explorar, perforar, refinar y transportar combustibles fósiles desde el otro lado del mundo hasta su estación de servicio local. Es cierto que la mayor parte de la electricidad para cargar vehículos eléctricos proviene de la generación de combustibles fósiles.

Sin embargo, hoy es el peor de los casos, ya que la balanza se inclinará hacia fuentes más limpias y renovables todos los días en el futuro. En cuanto a nuestro viaje, al menos en Tasmania, toda la energía provenía de fuentes renovables.

Como dice el refrán, "El futuro ya está aquí, solo que no está distribuido de manera uniforme". Y para aquellos con energía solar en el techo, todo lo que necesitan es un cable de 5 m para acceder hoy a energía barata, limpia y renovable. No es necesaria ninguna exploración, basta con mirar hacia arriba. No se requiere refinamiento, solo electrones. No se necesita transporte, solo un cable.

El sector del transporte representa el 18% de todas las emisiones de CO2. La electrificación de este sector reducirá significativamente estas emisiones, ya que se necesita casi cinco veces menos energía para alimentar automóviles, autobuses y camiones eléctricos.

 

Los costos de energía son más bajos

Usemos el viaje por carretera de Tassie para calcular el costo de la energía en condiciones reales en un Tesla Model 3 completamente cargado.


 A modo de comparación, incluí tres escenarios. El primero es el gasto de bolsillo necesario para impulsar nuestro automóvil para este viaje. El costo total de la energía (577kWh) después de recorrer 3.748 km ascendió a $119.

 ¿Por qué es tan bajo? Es barato porque no todos los cobros requieren pago. Por ejemplo, los primeros 450 km fueron gratuitos ya que comenzamos el viaje completamente cargados desde nuestro sistema fotovoltaico en la terraza. Además, muchos cargadores en NSW (Nueva Gales del Sur)  todavía son gratuitos y todos los alojamientos de vacaciones tienen electricidad disponible.

 La segunda barra muestra el caso más caro para vehículos eléctricos, sin regalos y con la necesidad de pagar mucho dinero en Tesla Superchargers. Sin embargo, a pesar del costo relativamente alto de cargar su EV de esta manera, el desembolso sigue siendo casi la mitad del costo de conducir un automóvil de gasolina, como se ilustra en la barra inferior. Quemar combustibles fósiles para moverse es una idea terrible para nosotros y el planeta. Pero lo que tiene aún menos sentido es pagar precios excesivos para sacar solo el 20% de la energía utilizable de cada tanque de combustible.

Creo que los números hablan por sí solos.

 

Los costos de operación son más bajos

¿Qué pasa con los costos anuales como el seguro y el servicio?

 El cuadro anterior se basa en números reales, comparando nuestros dos autos durante dos años y medio. Y no, el costo del servicio para Tesla no es un error tipográfico. $52 es el costo total de servicio durante 30 meses. Cambio de filtro de aire de cabina.

¿Sorprendido? No realmente.

 Los motores eléctricos tienen una parte móvil, una caja de cambios de un solo engranaje y los frenos rara vez se usan con la conducción con un solo pedal. Los motores tienen varios cientos de piezas móviles, todas las cuales necesitan un mantenimiento regular. La diferencia es clara, y la ventaja solo puede mejorar con el tiempo a medida que los costos de energía limpia caen y la competencia en la infraestructura de carga ejerce más presión sobre los precios. También preveo ajustes a las primas de seguro actualmente irrazonables para los autos eléctricos.

 

Costo inicial

Finalmente, debemos abordar el elefante en la habitación, el precio de etiqueta. Esta vez, incluso me sorprendió encontrar muy poca diferencia según los precios actuales (Enero de 2023). Por ejemplo, el Tesla Model 3 RWD cuesta $ 66,575 y el Volvo XC40 de gasolina es un poco más barato a $ 63,460.

 La diferencia se reduce cada día, y cuando considera los costos de funcionamiento que cubrimos en esta publicación, los vehículos eléctricos comienzan a tener sentido financiero. Esta historia se vuelve aún mejor cuanto más tiempo conservas tu auto. Sin embargo, para que la transición a la electrificación tenga un impacto real, necesitamos paridad de precios en el rango de precios de $30,000.

 Todos los indicadores apuntan en la dirección correcta, ya que la adopción de vehículos eléctricos en Australia alcanzó un nuevo máximo, con 33410 unidades vendidas en 2022.

Continuará en 2023 a medida que muchos modelos nuevos estén disponibles aquí, y las puertas realmente se abrirán una vez que Australia introduzca los Estándares de Emisión de Vehículos.

 

Fuente:  https://thedriven.io/2023/02/02/to-ev-or-not-to-ev-a-clear-cost-analysis-between-electric-vehicles-and-ice-cars

 

Hemos realizado y estudiado comparativas de costos en diferentes oportunidades, esta es una opinión más  (fundamentada) que proviene de Australia. Todos convergen en el muy significativo ahorro de energía, los bajos costos de mantenimiento y  bajo nivel de polución ambiental.  Los números no dejan lugar a dudas…………por más que algunas personas se esfuercen en demostrar lo contrario.

 

Ricardo Berizzo                                                                                                         2023.-                      Ingeniero Eléctrico

martes, 21 de marzo de 2023

Petroleras se desprenden de sus Estaciones de Servicio ante el inminente cambio de rumbo energético

Petroleras se desprenden de sus Estaciones de Servicio ante el inminente cambio de rumbo energético

  

TotalEnergies, el gigante petrolero y gasífero francés que se rebautizó y transformó en una firma multi energética a principios del año pasado, puso a la venta más de 1500 Estaciones de Servicio en Alemania y los Países Bajos ante la inminente transición energética que se da en el mundo.

La salida del mercado expendedor está vinculada a la neutralidad climática que proyecta la Unión Europea y el fin de la comercialización de nuevos vehículos de combustión interna a partir de 2035, dado que desde la multinacional señalaron que principalmente los automóviles eléctricos se cargarán en los hogares, empresas o espacios públicos.

 


Tal es así que en los mercados de Europa y Estados Unidos, la generación del margen del sitio depende en 70 por ciento de la oferta de las tiendas de conveniencia, mientras que en Latinoamérica aún predomina la venta de nafta y gasoil. Hecho que podría modificar la estructura futura del sector y que abre la puerta al interrogante que sucederá con las Estaciones de Servicio en Argentina, considerando la transformación que se da a nivel global y que el país todavía no cuenta con una ley vigente que ponga fin a la venta de unidades a combustión interna.

Ante ello, surtidores.com.ar conversó con Sebastián Jukic, coach de negocios de ActionCOACH, quien vaticinó que “las bocas de expendio deberán reconvertirse a centros de encuentro y abastecimiento de necesidades de los consumidores”.

“Cada vez se ve más a las Estaciones de Servicio como un lugar para abastecerse de energía en todo sentido. Allí la diferencia pasa por cómo están los baños, las comidas y servicios adicionales, como por ejemplo el estacionamiento o el Wi-Fi, por lo que los shops se convirtieron en el mejor socio para atraer y fidelizar usuarios. Y de igual manera, la energía eléctrica o el hidrógeno son productos que se tendrán que ofrecer para no perder clientes”, aseguró.

“Incluso, los países desarrollados atraviesan una revolución donde las marcas no tradicionales de tiendas de conveniencia desplazan a las grandes compañías”, agregó.

De todos modos, el especialista reconoció que ese proceso tardará un mayor tiempo en Argentina, no sólo porque el país todavía no cuenta con una ley vigente que ponga fin a la venta de unidades a combustión interna, sino también debido a la regulación existente en materia de comercialización de los combustibles y la integración de las diferentes marcas y petroleras que se encuentran en el mercado.

En el mundo, las bocas de expendio pertenecen a compañías de retail, mientras que acá la mayoría corresponden a operadores individuales. Seguirán Shell, YPF, AXION, Puma Energy o cualquiera sea la marca, pero el gran desafío es cómo desarrollar una red sólida y atractiva de tiendas de conveniencia que sirvan para atraer y retener a los clientes”, subrayó.

Fuente:  Petroleras se desprenden de sus Estaciones de Servicio ante el inminente cambio de rumbo energético - Surtidores.com.ar

viernes, 17 de marzo de 2023

Prevención de daños en rodamientos por corrientes parásitas en los motores de vehículos eléctricos.-

Prevención de daños en rodamientos por corrientes parásitas en los motores de vehículos eléctricos.-

 

Conformación básica de un motor de inducción

Como ejemplo se tomará un motor trifásico de inducción, pero en general, un motor mono-trifásico, de corriente continua  o alterna tiene un rotor que gira dentro de un campo magnético externo generado en la parte fija, estator.

La  manera óptima para sostener y posibilitar el giro del rotor es montarlo sobre rodamientos de manera que el rotor gire lo más libre posible de impedimentos y bien centrado.    

   


Motores para vehículos eléctricos

Los motores de corriente alterna (trifásico inducción, sincrónicos imanes permanentes, etc)  funcionan con un controlador electrónico (llamado inverter) que suministran una tensión determinada a frecuencias variables.

Por ejemplo: Rango de frecuencia de 0.01 a 120 Hz Frecuencia de portadora de 0.7-15KHz hasta 22kW, 0.7- 10KHz para 30kW, 0.7-4KHz hasta 75kW, 0.7-3 hasta 280kW y 0.7-2 hasta 450kW

Este mecanismo trae aparejado algunos inconvenientes, entre otros, el fenómeno de onda reflejada que  en la electricidad  se da cuando cambia de un medio a otro  la señal rápidamente conmutada de los sistemas electrónicos del drive (transistores de potencia IGBTs), en el caso de un sistema de inverter y motor tenemos como sistemas: variador-cable- motor. La onda generada por un variador de frecuencia común y corriente (6 pulsos) tiene una gran repercusión sobre este fenómeno, por su forma control PWM de la señal. Cuya solución es acortar al máximo la distancia de conexión inverter-motor.

 Otro es, Corriente en rodamientos.  Cuando las tensiones en el eje del motor son superiores a la capacidad de aislamiento de la grasa de los rodamientos, se producirán descargas eléctricas disruptivas hacia el exterior de los mismos que pueden originar picaduras y ranuras en las pistas de los rodamientos. Los primeros síntomas de este problema será el ruido excesivo y el sobrecalentamiento.

 A medida que los rodamientos comiencen a perder su forma original y que las partículas metálicas se mezclen con la grasa aumentando el rozamiento en los rodamientos. Esto puede provocar su destrucción al cabo de un corto tiempo  de funcionamiento del variador de velocidad, con todo lo que ello representa.

Cuando una corriente parásita presente en una máquina utiliza un rodamiento como camino de descarga a tierra, el daño resultante se denomina 'daño del rodamiento por erosión eléctrica'. Entre las causas más comunes del daño de los rodamientos por erosión eléctrica se encuentran: la asimetría en el circuito magnético del motor, cables sin blindaje y los variadores de frecuencia (VFD) de conmutación rápida para los motores de velocidad variable.

 

 Una vez iniciado el daño por erosión eléctrica, el alcance del daño en los rodamientos dependerá de la cantidad de energía y su duración. Sin embargo, el efecto que tendrá sobre ellos será normalmente el mismo: daños por picaduras en los elementos rodantes y caminos de rodadura, rápida degradación del lubricante y averías prematuras de los rodamientos del motor.

 

 La formación de arcos eléctricos tiene lugar si existe diferencia de potencial entre el eje del motor y el soporte del rodamiento. El nivel de tensión cuando tiene lugar la formación del arco depende del tamaño de las bolas, la velocidad de funcionamiento, la frecuencia de la corriente y la geometría del rodamiento.

Cuando una corriente eléctrica atraviesa la zona de contacto de los elementos rodantes y el camino de rodadura de un rodamiento, la energía de la descarga eléctrica genera calor, lo que provoca una fusión localizada de la superficie. El efecto que esto tiene en un rodamiento es similar al de una serie de pequeños 'relámpagos', que funden y vuelven a templar las superficies internas del rodamiento. Como resultado, parte del material superficial se  descascara, provocando una picadura muy pequeña que contribuye a aumentar el ruido en el rodamiento y a acortar potencialmente su vida útil. La formación de cráteres es quizá el efecto más común del daño por erosión eléctrica. Se caracteriza por deposiciones de metal fundido invisibles a simple vista.

 El mecanismo de generación de corriente de los rodamientos y el proceso de daño de la corriente de los rodamientos  son complejos y es materia de estudio profundo.               .

Como parte importante de los motores eléctricos, la predicción de la vida útil de los rodamientos bajo la acción de las corrientes sigue siendo una tarea  de investigación necesaria en este campo, y los problemas anteriores se resolverán gradualmente.

No obstante se van probando alternativas, como por ejemplo, una solución consiste en utilizar rodamientos de bolas híbridos, que sustituyen las bolas de acero por elementos rodantes cerámicos.

 Estas alternativas a los rodamientos totalmente de acero cuentan con aros hechos de acero para rodamientos, mientras que los elementos rodantes están fabricados con nitruro de silicio. Debido a la alta resistividad del nitruro de silicio, los rodamientos híbridos ofrecen un aislamiento idóneo contra las corrientes eléctricas.

 Además, los rodamientos híbridos poseen una alta capacidad de velocidad de giro y pueden alcanzar, por diversas razones, una vida útil más larga que los rodamientos totalmente de acero en la mayoría de las aplicaciones.


 Entre las características principales de los rodamientos híbridos comparados con los rodamientos totalmente de acero tradicionales, se encuentran:

     Menor densidad. Las bolas de nitruro de silicio son un 40% menos densas que las bolas de acero del mismo tamaño, lo que reduce la fuerza centrífuga y la fricción. Esto significa velocidades más altas, menos peso, menor inercia y arranques y paradas más rápidas. En resumen, los rodamientos pueden funcionar a más velocidad y con menor temperatura, por lo que ahorran energía.

    Mayor dureza. Las bolas cerámicas son más duras que el acero y que la mayoría de las partículas contaminantes. Esto significa que los rodamientos pueden eliminar las partículas contaminantes triturándolas o presionándolas hasta los aros de acero (más blandos), donde resultan menos dañinas.

    Menor fricción. El bajo coeficiente de rozamiento del nitruro de silicio mejora la resistencia al desgaste, que permite un funcionamiento del rodamiento a menor temperatura incluso bajo condiciones de lubricación escasa. Esto significa una mejor lubricación, menos ruido y menor temperatura de funcionamiento.

    Módulo de elasticidad más alto. Los elementos rodantes cerámicos tienen un módulo de elasticidad un 50% más alto que el acero. Esto significa mayor rigidez del rodamiento y menor deformación bajo carga, lo que promueve un rendimiento fiable.

    Menor coeficiente de dilatación térmica. Los elementos rodantes cerámicos tienen una dilatación de tan solo el 29% de la de los elementos rodantes de acero. Esto significa menos sensibilidad a los gradientes de temperatura, lo que facilita una distribución más precisa de la carga.


 

Este tipo de rodamientos híbridos ya se utilizan en una amplia gama de aplicaciones: vehículos eléctricos, generadores de energía eólica, equipos de fabricación de semiconductores y otros.

 

 

Bibliografía:

 https://www.interempresas.net/Componentes_Mecanicos/Articulos/29534-

Motor Bearing Damage Induced  Ma, J.; Xue, Y.; Han, Q.; Li, X.; Yu, C.

https://slideplayer.es

https://www.sciopen.com/article/10.1007/s40544-019-0356-5?issn=2223-7690

 

 

Ricardo Berizzo                                                                     2023.-

Ingeniero Electricista