El coche a pilas X: el camino

La publicidad nos vende que el futuro de la automoción es ésto:

Un Tesla 3, el vehículo que propone Musk a precios populares. 49.000€ la versión básica. 1.750kg de bicho, de los cuales 540kg son de batería.

Ahora vamos a jugar con esta calculadora de vehículos eléctricos.

Y yo propongo otro vehículo, una electrificación sobre la base del Lotus Super Seven de 755kg. El chasis no es precisamente tecnología de vanguardia, el diseño original tiene ya seis décadas, se podría mejorar muchísimo, pero por la solera que tiene voy a tomarlo como ejemplo.

Metemos datos en la calculata, ceteribus paribus et dominus vobiscum y… la batería, para los mismos 409km de autonomía, sale en 276kg. Mitad de peso y mitad de precio. Y es que esa es la clave. Al reducir peso y tamaño (sección frontal) del vehículo, también reducimos el tamaño de batería requerida, que a su vez reduce la masa total y… entramos en una espiral virtuosa de reducción de peso. Con 750kg de coche ya puedes prescindir de la dirección asistida o del servofreno. Lo cual es un ahorro de peso, de dinero, de potencia consumida por la bomba y problemas mecánicos asociados. Con ese peso las llantas pueden ser más pequeñas, los neumáticos de menor sección, los brazos de suspensión más esbeltos, las pinzas menos masivas… menos peso. Podemos prescindir de las estabilizadoras, del ESP porque el comportamiento natural del vehículo ya es sano y fácil de pilotar… Como todo aficionado a la mecánica de competición sabe, aligerar un vehículo es la vía más directa para mejorar su comportamiento. No añadirle caballos: bajarle kilos. No hay ninguna razón técnica para que un utilitario de 5 plazas tenga un peso en seco de más de 500kg.

Lo de que sea descapotable es opcional, ¿eh? Añadir un techo de policarbonato no añade más que dos o tres kilos y mejora la aerodinámica. Cogí este cochiño como ejemplo por lo bonito, y para demostrar que un diseño de mediados del siglo pasado puede seguir siendo efectivo. ¿Y sabéis qué? También con una instrumentación más ergonómica, más adecuada para cumplir su cometido que las pantallitas que la industria automovilística ha puesto de moda (para justificar sus absurdos precios).

El camino para hacer posible la generalización de los vehículos eléctricos a baterías es diametralmente opuesto al que la industria está tomando. Y no lo hace por casualidad, sino para su propio provecho, y a costa de la sociedad que debe dedicar mayor parte de su riqueza para proveerse de un servicio de movilidad privada, tanto en la producción de esos vehículos cargados de mergalladas electrónicas completamente innecesarias como en la producción de la energía que despilfarran esas tanquetas con ruedas.

Con un diseño más limpio y sencillo, creamos vehículos que cubren la misma función de forma más eficiente en energía, y en economía: menor coste de adquisición y menor coste de uso (menos energía consumida y menos cosas que se pueden romper, que ojito el día que falle algún sistema de estos nuevos vehículos con sobreabundancia electrónica, el dueño va a llorar).

¿El problema? Que las marcas nos tienen bien calados, y nadie quiere ir con un coche de pobre.

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AMPLIACIÓN:

Tengo la sensación de estar diciendo siempre lo mismo. Para aportar algo más a esta entrada, que ayer ya no me daba tiempo, voy a explicar un poco la ecuación de la energía de un vehículo que emplea la calculadora de baterías que enlazo. Es muy larga pero bastante sencilla.

Eb=[(1/2·ρ⋅Cd⋅A⋅v³ + Crr⋅Wt⋅g⋅v + Tf⋅Wt⋅g⋅v⋅Z)/ηbw + 1/2·Wt⋅v⋅a(1/ηbw−ηbw⋅ηbrk)]·D/v

El primer término (1/2·ρ⋅Cd⋅A⋅v³) calcula la energía necesaria para vencer la resistencia aerodinámica al avance. ρ es la densidad del aire, v es la velocidad media, cuyos valores dependen de las circunstancias de conducción. Aquí hay dos valores sobre los que podemos trabajar para reducir el consumo de energía: la sección frontal A y el coeficiente aerodinámico Cd. Básicamente, la primera se reduce haciendo el coche más bajo y estrecho (es decir, no ser un SUVnormal), mientras que la segunda se trata de trabajar el túnel de viento para optimizar el diseño (muy interesante la configuración de asientos en 1+2, que permiten un morro en punta de lanza).

El segundo término (Crr⋅Wt⋅g⋅v) es la energía de rodadura. Podemos trabajar sobre el coeficiente de rodadura Crr de los neumáticos buscando un compromiso entre resistencia a la rodadura y agarre. En ello están las marcas neumatiqueras, pero no esperemos milagros al respecto. Sobre la aceleración de la gravedad g poco podemos hacer. Así pues, aquí el término fundamental es la masa total del vehículo Wt. En la medida que la reduzcamos, este término decae en relación directa.

El tercer término (Tf⋅Wt⋅g⋅v⋅Z) es el potencial, la energía necesaria para vencer la pendiente Z del camino (pendiente neta, diferencia de altitud entre el origen y el destino). Aquí, de nuevo, aparece como variable (el resto son las circunstancias de la vía) la masa del vehículo.

Para expresarlo dimensionalmente como energía hay que multiplicar por el tiempo, es decir, D/v, y luego considerar el rendimiento de la batería y el motor, ηbw.

El cuarto término (1/2·Wt⋅v⋅a(1/ηbw−ηbw⋅ηbrk)) es la energía necesaria en las aceleraciones, menos la recuperada en las deceleraciones por el freno regenerativo, ηbrk. Aquí, de nuevo, volvemos a encontrarnos con la masa del vehículo como principal variable (también podemos mejorar la eficiencia del motor, diferencial, palieres y eficiencia de carga y descarga de las baterías, pero hay poco que rascar porque son eficiencias por encima del 95%). También multiplicado por D/v para calcular la energía.

La suma de los cuatro términos nos da la energía total que deben acumular las baterías para realizar un trayecto D, en este caso la autonomía del vehículo. Ojo, es la energía almacenada por las baterías, para dimensionarlas en función de la autonomía deseada, la energía que consumimos para recargarlas es algo mayor al tener que tomar en cuenta el rendimiento de carga.

Y la clave de toda esta entrada es apreciar cómo la sección frontal A es la variable determinante en el primero de esos términos, y la masa Wt de los otros tres. El resto, podemos pulir la aerodinámica (primando la física sobre la estética) y optimizar el rendimiento de las baterías, pero ya digo que especialmente en esto último hay poco margen de mejora pues estamos ya cerca de un rendimiento del 100%.

Sobre la sección frontal, poco hay que decir. Coches más estrechos y bajos. La longitud sólo afecta ligeramente al coeficiente de penetración.

Y sobre la masa, factor determinante en los otros tres términos, destacar que ésta es el peso del coche, más el equipaje, más el pasaje, más el pack de baterías. Y la energía la podemos expresar en términos de masa del pack de baterías, conociendo la densidad energética de éstas y el factor de empaquetamiento, esto es, la masa total del pack (circuitos de protección y control, refrigeración…) respecto a la masa de las baterías. Por lo tanto, aparece la masa de las baterías a ambos lados de la igualdad. Lo cual es la expresión matemática de ese ciclo vicioso/virtuoso del que os hablaba: incrementos de peso precisan de incrementos ulteriores en el tamaño de las baterías que, a su vez, originan un mayor peso y consumo de energía.

En resumiendo: coches más pequeños y ligeros precisan de menos baterías embarcadas, lo cual redunda en un menor consumo, precio y mejor comportamiento dinámico. Como es obvio, o debería serlo al menos. Pero la industria sigue el camino contrario. Y el público compra lo que la publicidad le educa a desear.

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