kenshiro

Sobre el Autor de la nota:

Julio Güémez Ledesma, nacido en diciembre de 1955, natural de Cruces, Baracaldo (Vizcaya) Profesor Titular de Termodinámica, en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Cantabria desde 1990.

En la actualidad Director del Aula de la Ciencia de la Universidad de Cantabria, que depende del Vicerrectorado de Extensión Universitaria, y responsable del Torreón de la Física de Cartes.

El coche eléctrico parece ser el futuro del transporte personal y familiar.

Se pueden llevar a cabo algunos cálculos para vislumbrar dónde pueden encontrarse las dificultades de su implantación generalizada.


1. Densidad de energía en la gasolina
La gasolina se puede considerar formada por hidrocarburos de cadena larga. Para simplificar, por elementos CH_2 unidos en largas cadenas. Estos elementos producen una reacción de combustión con el oxígeno del aire, con el que se mezcla en el carburador del coche, produciendo dióxido de carbono y agua.

En una reacción química típica un electrón es intercambiado entre dos átomos.

La energía en una reacción química se puede estimar en 1,5 electron-volts [eV] (L Weinstein, J A Adam, Guesstimation, Princeton University Press, Princeton 2008, pp. 145-146), pues 1,5 voltios es el potencial típico de una pila en la que se produce una reacción química (por ejemplo, en la Pila de Volta).

Cada eV son 2×10^(-19) [10 elevado a -19] J (joules) y en un mol de sustancia se tienen 6,023×10^(23) [10 elevado a 23] átomos o moléculas (Número de Avogadro).

Un litro de gasolina tiene una densidad de 0,8 g por cm^3, luego hay unos 800 g de hidrocarburo en dicho litro. Para simplificar, se toman 1000 g por L. Tomando CH_2 como una molécula elemental de peso molecular 14 g por mol, se tienen 1000/14 moles en un litro, unas 60 moles.

Multiplicando el número de moles por el Número de Avogadro, por los 1,5 eV, por la conversión entre eV y Joules y por 2, pues en la combustión del CH_2 se producen dos reacciones químicas, se tienen aproximadamente 3×10^7 Joules [unos 30 millones de joules] por cada kilogramo de combustible en forma de gasolina.

Este resultado se puede contrastar sabiendo que la energía de combustión del butano (fórmula química CH_3-CH_2-CH_3-CH_3) es de 2876,0×10^3 J por mol [unos 3 millones de joules].

Con un peso molecular de aproximadamente 60 g por mol, se tiene que 1000 g de butano producen unos 4,5×10^7 Joules de energía.


2. Densidad de energía en las baterías
Una batería D de Duracell de 1,5 Voltios puede liberar una energía , según sus fabricantes, de 15.000 miliAmperios multiplicado por hora. Como una hora son 3600 segundos, multiplicando los 1,5 voltios por los 15 amperios y los 3600 segundos se tiene una energía de 8,1×10^4 Joules por pila.

Como con 10 pilas se tiene aproximadamente 1 kg, se tiene una densidad de energía en una batería eléctrica de unos 8×10^5 Joules por cada kilogramo. (L Weinstein, J A Adam, Guesstimation, Princeton University Press, Princeton 2008, pp. 155-157)

Para el mismo peso, la densidad de energía en las pilas es unas 50 veces menor que la densidad de energía en la gasolina.

Hay que tener en cuenta que la eficiencia de la transformación del calor en energía mecánica está entre la mitad y la tercera parte de la eficiencia de la transformación de la electricidad en energía mecánica (debido, fundamentalmente, al Segundo Principio de la Termodinámica), por lo que esta relación entre la capacidad de producir movimiento mecánico de la gasolina frente a las baterías eléctricas baja a unas 20 veces.



3. Consumo de energía de un automóvil
Según los datos disponibles (EL PAÍS, sábado 10 de abril de 2010) alrededor del 60% de los españoles hace menos de 36 kilómetros diarios y entre el 80 y el 90% de los conductores de las grandes ciudades europeas no llega a los 25 kilómetros al día.

Se puede considerar entonces que el recorrido medio diario de un coche en España es de 30 kilómetros. Suponiendo que el coche consuma 5 litros de gasolina por cada 100 km recorridos, se tiene que el consumo medio de cada coche sería de unos 1,5 L de gasolina al día.

En energía, las necesidades serían de unos 4,5×10^7 joules de energía por coche y día.

Si esta energía se quisiera proporcionar mediante baterías, se ecesitarían (comparando eficiencias transformadoras) unos 35 kilos en baterías para disponer de la misma cantidad de energía. Para viajes más largos se necesitaría un peso adicional de 35 kg por cada 30 km recorridos o cambiar de baterías cada 30 km.


4. Recargando las baterías.
Si el coche eléctrico se generalizase, para un parque automovilístico de 20 millones de coches (España), 20×10^6 automóviles, si cada uno va a necesitar 4,5×10^7 joules de energía por día, se necesitarían unos 9×10^(14) joules por día para recargar todas baterías de los coches.

Considerando que la producción española de energía es de unos 50.000 MegaWatios, es decir 5×10^(10) joules por cada segundo, se necesitarían unos 20.000 segundos de la producción de energía eléctrica para recargar las baterías de los coches.

Ese tiempo es de unas 6 horas. Este tiempo podría bajar a la mitad debido a las eficiencias transformadoras. Puesto que no parece razonable quemar combustible para producir la electricidad que luego mueva los coches en los que se quiere ahorrar combustible, esta electricidad debería provenir de centrales hidroeléctricas o nucleares.

Si se quisiera recargar una batería de éstas mediante paneles solares, cada panel de 1 m^2 recibe unos 700 W (watios) de energía del Sol (700 joules por segundo y por metro cuadrado). Si transforma "la mitad" en electricidad, se necesitan unos 2 paneles de 1 m^2 cada uno para que en 3 horas consigan producir la energía eléctrica necesaria como para recargar la batería.


5. Reponiendo las baterías.
Un kilowatio-hora de energía eléctrica, unos 3,6 millones de joules de energía, cuesta unos 8 céntimos de euro.

Un litro de gasolina, que produce unas 8 veces más energía (pero transforma en energía mecánica sólo la mitad o menos), cuesta alrededor de 1 euro –después de impuestos–. Por tanto, recargar una batería eléctrica parece la mitad de barato que mover el mismo automóvil con gasolina.

Los puntos débiles son que las baterías eficientes son muy caras y que admiten un número finito de recargas, unas 700 las mejoras (y más caras).

Después de eso hay que cambiarlas, lo que encarece considerablemente el método. Por tanto, el problema con el desplazamiento utilizando baterías no es tanto el precio de recargarlas como el precio de sustituirlas.

Y si las baterías se quieren hacer más baratas, entonces admiten menos recargas. La razón final de este coste alto es que las baterías son artefactos potencialmente peligrosos y las medidas de seguridad para evitar que se inflamen las encarece.

Esta circunstancia hace que el coste del combustible eléctrico más las baterías termine por ser unas 30 veces más caro que la gasolina más el motor.

Si el número de recargas subiera a 7000, todavía sería unas 3 veces más caro. (R A Muller, Physics for Future Presidents. The Science behind the Hearlines. W W Norton and Company, New York, 2008. pp. 304-307).

Las baterías actualmente utilizadas en los coches para arrancarlos, aunque baratas en relación a las otras, son muy ineficientes a la hora de almacenar energía, con una densidad de energía del 0,1 %, kilogramo de batería por kilogramo de gasolina (al final, sólo unas 300 veces peor debido a la peor transformación en energía mecánica de la gasolina).


6. Conclusiones

El futuro coche eléctrico deberá ser mucho más pequeño que el coche actual, para que exija menos energía para moverse y tenga mayor autonomía.

Sin embargo, el rozamiento con el aire seguiría siendo la causa más importante del consumo de combustible.

Se deben conseguir baterías más eficientes, con mejor relación energía almacenada por kilogramo de peso.

Las baterías recargables son caras y tienden a dejar de serlo después de entre 300 y 500 recargas, por lo que cada año o año y medio habría que cambiar de baterías (y hay que utilizar bastantes para mover un coche).

Si las recargas se hacen mediante conexión a la red eléctrica en horas valle de demanda, por la noche, como parece lógico, no se necesita instalar mayor potencia eléctrica, pero las actuales centrales nucleares e hidroeléctricas, deberán trabajar también durante la noche.

Recargar una batería en 5 minutos, igual que se recarga el depósito de gasolina, no parece verosímil.

Pero en las bateri-neras podrían tener baterías ya cargadas y sustituir las del coche en 5 minutos.

El problema con esto es que primero hay que ver antes de hacer el cambio es el estado de la batería, pues no te puedes llevar una que ha sido recargada una vez y dejar otra a punto de fenecer.

Por otro lado, si se quiere conseguir la recarga de forma muy rápida, y siendo una reacción química que hay que invertir, se ponen en peligro los electrodos y la propia batería.

JuanNacho86

Interesante.

A la nota le falta decir que "si lo conduce las personas creeran que es gay"



No se cuando se escribió la nota pero arroja algunos concepto ANACRÓNICOS

¿¿¿¿¡¡¡¡¡CARBURADOR!!!!!?????

¿ES EN SERIO? ¿PILAS TIPO D?

http://cienciaytecnologia.telam.com.ar/?p=1807

Hay un concepto fundamental que obvia la nota, se está alcanzando el peak oil, porque lo que en el futuro habrá menos gasolina.

Marion

Tenes toda la razon kenshiro, un auto eléctrico nunca puede competir con uno a gasolina en su rendimiento energético en cuanto a costos, comodidad y tiempo de reabastecimiento de energía.

Pero hoy en día lamentablemente no estamos en condiciones de encapricharnos (yo soy uno de ellos) en el rendimiento energético de los combustibles fósiles. Necesitamos cambiar un fuerte paradigma de ahorro los seres humanos.

Y como medida de romper éstos paradigmas seran los autos eléctricos, donde deberemos acostumbrarnos a recargar nuestras baterías como un hábito por ej en una estación de servicio de elétricos o en nuestras hogares.

Para mi será todo un ingenio de logística demorar lo menos posibles en el recambio de las baterías. En fin son opiniones.

juliocadcam

No habia un auto mas feo para poner en la foto? Nadie va a querer comprarse un auto electrico.

Hubieses puesto algo asi:




Antes de un cambio en el parque automotor debe operar un cambio en la matriz energética, e incrementarse la participación de la energía nuclear, hidroeléctrica y renovables.

Marion

Julio, el gráfico alarma porque es un gráfico de la energía en general. Pero si ves un gráfico del consumo de energía eléctrica se reparten un poco mejor los colores. Y veras que la hidroeléctrica sube considerablemente. Pero aún así para abastecer autos eléctricos indudablemente como bien dices la matríz energética también debe cambiar.

Pero lo bueno de todo es que aquí en el país tenemos una buena matríz energética en base hidroeléctrica (la energía renovable mas difundida y de mayor rendimiento en el mundo) y mejor aún el gobierno sigue inviertiendo en la construcción de represas. En poco tiempo empieza una megaobra de represa en nqn, y otra en mza. Mas las inversiones de tendido de 500 kv que se estan haciendo en el país para cerrar el anillo de interconectado nacional, nos favorecerá mucho a nosotros.

kenshiro

Julio, la foto la coloco el autor de la nota...

Pero no se trata de si se pueden fabricar mas feos o más lindos, la nota con referencias da por sentado que - no en cualquier país - se podrán utilizar. Dando razones Físicas.

Además de que son por ahora CAROS y tienen una autonomía limitada, el PROBLEMA es la generación de electricidad y las fuentes de las que proviene.

Sin ir más lejos en ARGENTINA el 57% se genera con Gas Natural.

Y el 39% proviene de Hidroeléctrica, como ya sabemos las Renovables prácticamente no existen en el País.

Además la demanda eléctrica crece al 6% anual. Aquí en Córdoba entre otras causas por el uso de Aires Acondicionados domiciliarios, cuándo la temperatura supera los 36° - el sistema COLAPSA -.

Les comparto un post con una explicación simple del análisis que se debería tomar en cuenta.


Solamente la idiotez avanzada de los políticos o empresarios o medios pueden analizar el "auto eléctrico" con independencia de su FUENTE.

El auto eléctrico SOLO podría ser una opción en aquellos países que no usen ni una gota de GAS o PETROLEO en la generación de energía electrica.

Posiblemente PARAGUAY (el mayor productor per capita de energía hidroeléctrica) podría plantearse eso pero, en el resto del mundo es un arrebato de idiocia agravado.

Producir la energía eléctrica se lleva "una parte" de la energía que uses para hacerlo y transportarla se lleva mucho más.

Si usas petróleo los rendimientos de producción pueden ser del 60% (cada "100" que metes en energía de petróleo sacas "60" en electricidad) y, si hablamos de gas y modernas centrales de ciclo combinado creo que llevamos esto al 80%.

Luego, el transporte, dependiendo de cuan lejos lleves la energía eléctrica se puede "comer" entre el 20% y el 40%.

Bien es cierto que un motor de explosión (alimentado por gas o combustible directamente) tiene un rendimiento en torno al 50% y el eléctrico está por el 80-90%

Pero, la cuenta es la siguiente:

PETROLEO = 100 (si lo uso en el auto directamente me quedan 50 de energía)
==> lo paso a electridad y me quedan = 60
==> lo transporto, pierdo el 20% y quedan = 48
==> lo puse en el auto eléctrico y obtengo un resultado de = 39

===

GAS = 100 (si lo uso en el auto directamente me quedan 50 de energía)
==> lo paso a electridad y me quedan = 80
==> lo transporto, pierdo el 20% y quedan = 64
==> lo puse en el auto y obtengo un resultado de = 52

===

Como puedes ver -y aún aceptando que los cálculos sean discutibles- cualquier país que use PETROLEO O GAS para producir electrícidad sería IDIOTA de "gastar" estos dos valiosos recursos para alimentar autos eléctricos PERDIENDO ENERGIA !!

Esta opción puede interesarle a los franceses (que tienen todo su sistema basado en centrales nucleares y por la noche les sobra generación) o a los japoneses (un sistema parecido) o a los paraguayos (el día que Brasil y Argentina les dejen usar su parte de la producción hidroeléctrica).

Para TODOS los otros países es más económico y práctico usar gas y gasolina en los vehículos.

NOTA = Como puede observarse en el cálculo, en el caso de países CON GAS y con CENTRALES DE CICLO COMBINADO modernas, la opción de usar directamente el gas en los vehículos o hacerlos eléctricos sería equivalente energéticamente hablando. Como los autos eléctricos son MUCHO MAS CAROS (baterías), la decisión se inclina por usarlos a gas.

ljrossi

Hay algo en lo que estoy en contra del articulo (quizas este desactualizado )

Te diria que ya estamosen el punto de quiebre, y el articulo habla de electricos, pero hibridos ya es un auto generalizado....

2 millones de Toyotas prius vendidos en año 2010
1 millon de Toyotas prius vendidos en 2011 solamente en Japon , el 2 auto mas vendido de todas las categorias.... al menos en Japon si es un auto popular y generalizado.


Si bien la densidad energetica aun es baja en las baterias, hay un factor no menos importante que es el costo del combustible liquido... que no veo se mencione en el articulo. Algo que se discute siempre es la matriz energetica, aun si usaramos el combustible para quemarlo en una usina, seria mas conveniente, trasladar energia electrica es mucho mas eficienciente que trasladar combustibles liquidos. Es decir 100 litros de gasoil quemados en una usina nos rinden mas si trasladamos electricidad al vehiculo y no en cambio trasladamos combustibles, bombeamos, quemamos combustible en un motor chico, etc....

Comodidad : un auto electrico es igual de comodo y ademas es menos ruidoso.

Rendimiento energetico : al contrario el auto electrico aprovecha mucho mejor la energia almacenada, en todo caso te estas refiriendo a almacenaje de energia, o como menciona el articulo densidad energetica.


Costos : cual costo, el costo operativo o el costo de inversion, de momento el costo de inversion es mas alto que autos normales y el costo operativo es menor ( energia electrica es mas barata) , actualmente solo el hibrido segun el pais , impuestos demas es el auto que iguala en la ecuacion costos operativos sumado a costos de inversion a un auto normal.. algo que puede cambiar rapido ...

Tiempo de reabatecimiento de energia : Este si es un punto clave, y coincido que aun no esta resuelto, opciones hay varias, la que mas impacto tendria seria la de carriles magneticos ( bobinas en la ruta), el auto electrico se podria ir cargando a medida que circual por dichos carriles, cuando lo estacionas tambien deberias estacionar arriba de una de estas bobinas y auto cargaria "inalambricamente", otra opcion que se estudia fuerte son los supercapacitores, en 5 min podrias tener la carga completa al mejor estilo surtidores actuales......

Si te referis a acelaracion y velocidad, el auto electrico supera ampliamente a un auto normal,ya que no require de caja de cambios y tiene torque constante.

100 kmh en 3,8 segundos, velocidad maxima 200 kmh.
http://www.motorpasion.com/coches-hi...co-australiano

JuanNacho86

Listo entonces, el último que apague la luz.

Los autos electricos no sirven porque no va a haber energía electrica.

Lo de combustión tampoco porque queda poca nafta.

Estamos fritos

kenshiro

El auto Híbrido, utiliza petróleo, por lo tanto es un parche al problema Principal.

Lo que el artículo deja en claro es que HOY no hay nada que pueda sustituir Mundialmente el uso del petróleo.

La densidad energética es la CLAVE y el petróleo es por lejos el REY.

No importa el precio, más bien lo que importa a Largo Plazo, es el uso racional y efectivo de la ENERGÍA y obviamente cuya fuente sea renovable.

Si el petróleo llegara a $ 100 el litro aún así sería mejor opción que la electricidad, hasta que puedan encontrarse métodos mejores de propulsión.

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Autovías de recarga y demás, es un cuento de ciencia ficción.

¿De donde saldrá el COLOSAL monto de dinero que se necesitaría para eso con un Mundo en crisis y a los tumbos?

El artículo claramente está orientado a PENSAR en las dificultades de implementación, sin mencionar el costo, porque la energía la pagaremos el precio que cueste conseguirla.

Para darte un ejémplo, en Córdoba hubo una Fuerte Tormenta y el 30% de la Ciudad se quedó si energía eléctrica, cayeron más de 1.400 árboles cortando cables, y tirando transformadores, un caos.

Muchos comerciantes con más de 2 días sin energía salieron a comprar generadores y además del costo del aparato ($12.000), el uso de gasoil se llevaba $ 120 por día... pero no les quedó otra alternativa.

Sin energía además de perder los artículos perecederos, también se le sumaba la baja facturación ya que nadie podía refrigerar lo que compraban, sin olvidar que en los edificios tampoco tenían agua al no poder utilizar las bombas para subierla a los tanques que están en el último piso

Aún que no será para todos, quizá en un futuro tener un auto será como tener un avión en la actualidad.

Esto favorecerá el uso del Transporte Masivo.

Marion

Igual gracias por las correcciones, me expresé apurado.