viernes, 15 de junio de 2018

EL TRACTOR ELÉCTRICO, ACTUALIDAD Y ANÁLISIS DE SU FUTURO (II parte)

Y llegó el desenlace...
En la I parte analicé las diferencias entre un motor eléctrico y uno de combustión. En esta 2ª parte me centraré en las diferencias de transmisión que montan los vehículos eléctricos y los convencionales; también se analizará el mantenimiento de ambos vehículos y por último me detendré en los tractores eléctricos e híbridos que ya están en el mercado aunque sean en fase de prototipo.

TRANSMISIÓN
Si en la I parte hablaba de la enorme “meseta” de par que tiene un motor eléctrico, entonces... “¿por qué se necesita la transmisión?
El motor térmico genera par y potencia utilizables en una banda estrecha de revoluciones. La transmisión, bien usada, consigue mantener al motor en esa banda “eficiente” de revoluciones. Pero si los motores eléctricos, como se vio en la ParteI, el 100 % de su par se consigue a velocidades muy bajas (en un motor de CC desde 0 y en uno de CA desde 400) ¿para qué se usa la transmisión?
¿Por qué poner una transmisión en un vehículo eléctrico?
En realidad hay muchos vehículos eléctricos, automóviles, coches y motos, que no incorporan transmisión. Un ejemplo puede ser cualquiera de las motos eléctricas de alquiler que pululan ahora por las grandes ciudades, pero también un vehículo más grande como el Tesla Model S.
Tesla Model S: Este modelo de Tesla puede llevar un motor en cada eje o un motor en el eje delantero y dos en el trasero. La transmisión consiste solo en una desmultiplicación 9.73:1 (patente US 8.453.770 B2) Hay una opción más y es la de montar dos motores eléctricos, uno para baja velocidad y otro para la alta. En este caso la distribución de potencia entre los motores está determinada por la eficiencia óptima en cada instante. La diferente velocidad se consigue jugando con el amplísimo rango de giro, 0 a 15.000 o más. En estos vehículos sin transmisión o mejor dicho con una relación única y fija se puede incluso eliminar el embrague.
Vehículos "grandes": Pero hay otros vehículos más grandes que si llevan transmisión. ¿Por qué? La respuesta es que si bien una transmisión complica el montaje tiene como ventaja no desperdiciar energía de la batería ya que la transmisión nivela la energía de las baterías.
Otra razón a la hora de decidir si se opta por transmisión si o no es la naturaleza del motor eléctrico, ya sea de corriente alterna o continua o incluso motor síncrono o asíncrono; arquitectura de montaje (un motor, uno por eje, uno en cada rueda…)
En cualquier caso lleve o no transmisión lo que el lector debe tener claro es que en los vehículos eléctricos encontrará transmisiones mucho más sencillas que las convencionales.
La transmisión consigue que los vehículos eléctricos y de combustión, con curvas de entrega de par tan diferentes, no se comporten de forma tan distinta.
Tractores: En el caso de los tractores, debido a la enorme variedad de faenas agrícolas que se realizan con el tractor, prescindir de la transmisión no es posible. Si se podría hacer si por ejemplo el tractor solo realizase labores de transporte.
Otra opción es colocar un motor por rueda. Cada motor se acciona mediante un regulador de velocidad, controlado por microprocesador, y con un sistema de engranajes para reducir la carga en los motores. Esta disposición genera nuevas oportunidades en el control dinámico del vehículo ya que se puede regular el par en cada rueda por separado y la velocidad de los ejes delantero y trasero eliminando el fenómeno Wind-Up.
Fenómeno Wind-Up: Se trata de un par de torsión que se genera en los componentes del vehículo cuando se coloca la tracción en las cuatro ruedas y se hace un giro sin existir un diferencial central, ya que las 4 ruedas recorren distancias diferentes. El problema aparece cuando se circula con la doble tracción conectada en superficies duras. Este estrés de torsión puede ocasionar daños muy costosos en transmisiones.
En tractores que no disponen de diferencial central, si se gira con dos ruedas motrices, el diferencial permite que cada rueda gire a la velocidad requerida. Si se dispone de tracción delantera, EDM, se suele recurrir a desconectar el eje delantero al detectar un giro.
En tractores isodiamétricos, con tracción constante a las cuatro ruedas, si que suele existir ese diferencial central que reparte potencia a las ruedas delanteras y traseras.
DirectDrive la CVT de John Deere

¿Y EN CUANTO AL MANTENIMIENTO?
"Uf, ¿dónde están las tripas?" Así se podría definir la impresión de cuando se abre el capó de un coche eléctrico: ¡Es un mecanismo de una simplicidad abrumadora!, ¡apenas existen piezas móviles!
Simplicidad mecánica significa pocos rozamientos, poca generación de calor, poca fatiga y en consecuencia mucha eficiencia energética.
Todo lo anterior se traduce en que la partida económica dedicada a mantenimiento por revisiones periódicas cada X horas, cambio de aceites, refrigerantes, filtros… en los eléctricos casi nada.
Mecánica simple que reduce el mantenimiento a líquidos de frenos, dirección… pero es que incluso los frenos se gastan menos ya que los motores eléctricos son regenerativos. Efectivamente otras operaciones como los filtros de aire en cabina si son iguales. Y en cuanto al nivel eléctrico/electrónico pues son más complicadas.
¿Y de duración?: La vida útil de un motor eléctrico puede superar fácilmente las 50.000 h

TRACTORES ELÉCTRICOS
Hay más ejemplos, pero solo hablo de aquellos de los que tengo algo de información remitida por el fabricante.
Baterías John Deere SESAM: Potencia en CC
John Deere SESAM
El SESAM (Suministro de Energía Sostenible para la Maquinaria Agrícola) es proyecto de John Deere, con apoyo financiero del gobierno alemán y desarrollo encabezado por la universidad de Kaiserlautern (casi al lado de Mannheim, el corazón de John Deere en Europa)
El prototipo SESAM está basado en la serie 6R pero completamente eléctrico. Una potencia de hasta 300 kW de corriente continua y dispositivos de recuperación de energía en el frenado.
El prototipo cuenta con dos motores eléctricos de 150 kW cada uno y una transmisión DirectDrive ligeramente adaptada. Uno de los dos motores se usa para la cadena de tracción, y el otro para la toma de fuerza, hidráulico y sistemas auxiliares aunque si es necesario se pueden unir ambos motores para suministrar toda la potencia para tracción (transporte) o para la TDF o incluso para el trabajo hidráulico.
Autonomía: La batería con una capacidad de 130 kWh proporciona una autonomía de 4 horas en labor de transporte a velocidad máxima, 50 km/h, o en trabajo típico de tracción. El tiempo de carga es de 3 h; Las baterías tienen una vida de 3000 ciclos de carga.
Fendt e100 Vario
Los alemanes de Fendt han optado por desarrollar un tractor especialista, el Fendt e100 Vario que dispone de 50 kW de potencia, una transmisión CVT Vario y dispositivos de recuperación de energía en el frenado.
Tractor de carga Alkè  ATX240E
El tractor puede trabajar con aperos completamente convencionales a través de su tripuntal, sistema hidráulico y toma de fuerza; también se puede utilizar como fuente de energía en aperos eléctricos.
Autonomía: La batería de iones de litio de 650 V y capacidad de 100 kWh permite trabajar hasta 5 horas de trabajo real. La recarga se puede realizar a través de un conector CEE normalizado (CCS tipo 2) en 40 minutos (hasta el 80%) o incluso con corriente continua.
De baterías: Se conectan de forma modular ya que es el diseño más conveniente para su reemplazo parcial en caso de fallo. Las celdas van en unos bloques conectados en paralelo. Los bloques forman un pack´s, y los pack se conectan entre ellos en serie.
Mucha batería: Si una batería de un móvil almacena unos 4 Wh se necesitaría unas 20.000 baterías de móvil para igualar la carga de un tractor de unos 100 CV

¿Y EL TRACTOR HÍBRIDO?
Muchos expertos apuestan por la tecnología híbrida, diésel-eléctrico. Un motor diésel conectado a un generador para crear la electricidad que necesitan tanto los componentes de potencia como los sistemas auxiliares.
La hibridación es una técnica conocida y depurada desde que en 1895 la usasen locomotoras de ferrocarril. Hoy es la técnica usada por los submarinos diesel-eléctricos, por camiones y autobuses urbanos y por coches tan renombrados y con tanto éxito comercial como el Toyota Prius al que han seguido prácticamente todas las marcas.
Motor eléctrico en cubo de rueda del Multitooltrac
El sistema híbrido ofrece ventajas sobre el sistema mecánico convencional en cuanto a posibilidades como parar el motor si se está a ralentí o usar la fuerza de las baterías para alimentar el climatizador o eliminar la necesidad de las baterías convencionales y el motor de arranque. Se puede prescindir del embrague y sus costes asociados ya que se puede arrancar con el motor eléctrico que dispone del par máximo desde el inicio y luego conectar el motor térmico.
Algunos casos interesantes entre los tractores
RigiTrac: Es un fabricante suizo que está trabajando sobre una versión híbrida de un tractor especialista de 125 CV. El motor alimenta un generador de 650 V de CC y dispone de un motor eléctrico por rueda.
MultiToolTrac (MTT): Un proyecto holandés de tractor multi herramienta capitaneado por Osse Equipment Manufacturing Group con un equipo de empresas como Machinefabriek Boessenkool, Wissels Techniek y Van Ham Organization&Advice. Un motor de 6 cilindros y 200 CV mueve un generador que alimenta unas baterías de 30 kWh y cuatro motores eléctricos. El tractor puede variar, hidráulicamente, el ancho de vía de 3,20 a 2,25 m incluso en marcha. También la cabina es deslizante para moverse por toda la longitud del chasis que tiene una capacidad de carga de 5 toneladas para montar implementos en casi cualquier posición.
John Deere 7030 E: En realidad no es un híbrido y ya lo cité en el número de septiembre de la revista Agrotécnica pero el concepto de generador eléctrico resulta muy interesante en la tendencia “de moda” en la alimentación de aperos y componentes.
CES 2018: En estos momentos se está produciendo en Las Vegas (EEUU) el evento más importante a nivel mundial sobre vehículos eléctricos. Se trata del denominado CES (Consumer Electronics Show) Las noticias que allí se generan son muchas y variadas, pero como ejemplo quiero poner el del fabricante francés Valeo.
Valeo, usando el modelo de coche chino Zhidou, ha presentado, conjuntamente con la universidad de Shanghai Jiao Tong, un coche eléctrico con algo muy novedoso: en vez de utilizar un motor de alto voltaje como los habituales 400 V solo recurre a un motor de 48 V. Las ventajas es que existen considerables ahorros por los requisitos de seguridad en alto voltaje.
Por supuesto los 48 V no ofrecen cifras de aceleración de un deportivo pero quizá se acercan más a la realidad de una gran parte de la población.
Valeo afirma que el coche tendrá un precio de venta rondando los 7500 € antes de las posibles ayudas públicas y una autonomía de unos 100 km para una velocidad sobre 100 km/h
Tractor eléctrico Farmtrac

MI OPINIÓN PERSONAL
De momento no veo al tractor eléctrico como alternativa a los convencionales, sin embargo celebro la investigación en este campo. 
Contrariamente a la afirmación anterior, estoy convencido de lo acertado de la tecnología híbrida diésel-eléctrico. La tecnología híbrida diésel-eléctrico tiene mucho potencial tanto en el tractor como en máquinas como la cosechadora.
Basta imaginar alguna de sus ventajas: Adiós a las transmisiones de correas y cadenas por motores eléctricos; Menos partes móviles que significa menos desgastes y menos pérdidas energéticas ya que se sustituyen por "silenciosos" motores eléctricos; Barras de corte o elevadores de grano accionados eléctricamente...
Ver más 
Electrificación del tractor
Dirección eléctrica
Tracción eléctrica en remolques agrícolas
John Deere Sesam expuesto en SIMA 2017

8 comentarios:

  1. Gran colofón para la serie.
    Visto así parece que es un futuro cercano, el JD parece que sea el tractor del vecino ya listo para trabajar, no algo de salón.
    El mantenimiento queda claro que será mínimo, aceite de las transmisiones y poco mas, claro, luego está el tema de las baterías, que bien podrían ser alquiladas a la casa o propias, tocará echar números con su amortización, vida útil, etc.
    El futuro (a mi modo de ver) vendrá marcado por la parte económica, el precio del petroleo y el del almacenamiento, si la cosa se mueve poco, los fabricantes seguirán amortizando los motores de combustión hasta que aprieten las normas anti contaminación, así nos encontraremos aplicaciones eléctricas puras e híbridas en función de la potencia demandada, porque la libertad de diseño que ofrecen y la eficiencia ya parecen fuera de toda duda. Una vez entre la electricidad los fabricantes tratarán de aprovechar la economía de escala, un grupo transmisión motor, y después escoger entre pack de baterías o generador, pero con calma.
    Solo si nos enfrentamos a un panorama disruptivo la evolución será mas rápida, en este sector la evolución es mas lenta por norma general que en otros.

    ResponderEliminar
  2. Una reflexión sobre el ultimo punto; cuando toca renovar el tractor (o cosechadora etc) nos asustamos del precio, "si el hierro cuesta tanto ¿porque vale eso?" y se nos olvida que aparte del material y horas de trabajo, están todos los estudios, prototipos y pruebas que hacen las casas, y que muchos de ellos no llegan nunca ni a pisar el campo, pero habrán requerido de muchas horas ingenieriles para quedar en un cajón.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Ay Roberto!, supongo que tienes alguna cámara oculta en mi despacho y observas lo que hago en cada momento... ¿Por qué lo digo? Porque te prometo que no hace ni tan siquiera 10 minutos que estaba "amorriñado" viendo un vídeo de 1991 que se rodó, de forma casera, por algún compañero de la ingeniería de Ebro Kubota. Se trata de un vídeo recorriendo a los diferentes integrantes de aquella ingeniería (¡qué buena era y que magníficos integrantes!) tras la pausa de la comida y mientras se iniciaba la "sesión de tarde" (se solía comer rápido para así disponer de tiempo y echar una cabezada o bien una partidilla de mus) Me asombra como en aquellos tiempos ya tan lejanos, repito que es 1991, la cantidad de tableros, ordenadores, programas de diseño, horas y horas de ingeniería, pruebas, prototipos, ensayos (muchos de ellos a vida), preseries... Efectivamente el coste de un tractor no es el coste de cada uno de sus componentes si no el coste de desarrollo, de fabricación, de logística empresarial (calidad, marketing, comercial, personal...) y todo esto... Pues si, como bien dices tú, para que en muchas ocasiones (pero muchas, muchas) se quede abandonado en un cajón, bien por inviabilidad técnica, bien por consideración empresarial, bien por falta de fondos...
      Saludos "enmorriñados"

      Eliminar
  3. Esta interesante el reportage, pero te has dejado en el tintero,lo que para mi seria la opcion mas interesante,y es la electrificación con pila de hidrogeno. Ya NH presento un prototipo hace años,pero desde entonces no he vuelto ha oir nada mas. El hidrogeno es tan fácil de producir,que en el reportáge de NH,explicaba que cada agricultor podría tener su pequeña planta de producción en su cochera. Ademas el tema de baterías enormes o multibaterías me da miedo por la poca fiabilidad que tienen,muchísimos taxistas han vendido sus Toyotas por esos problemas.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Juli19, me alegra que te haya gustado. Respecto a la opción de pila de hidrógeno ya lo traté en un artículo que escribí para una revista pero entonces no vi claro la opción. Eso unido a que New Holland ha dejado de hablar de su proyecto NH2 y sin embargo lanzó a bombo y platillo el del biogas he preferido dejarlo aparcado porque como te digo yo veo problemas. Incluso verás en los comentarios anteriores (no se si de esta II parte o en la I) que ya comentaba a otro compañero como yo que soy un fanático de los submarinos diesel-eléctricos y España está llevando a cabo el que posiblemente sea el proyecto tecnológico más importante de nuestro país en toda su historia con el S-80 no se ha barajado la opción de pila de hidrógeno si no baterías ácido o ion Litio y un procesador de bioetanol AIP.
      En cuanto a los problemas de los Prius yo tampoco estoy seguro que haya sido así. En fin, lo mejor es que estemos atentos a ver como evoluciona todo esto que está pasando como con los led´s y es que cada semana salen progresos nuevos.
      Saludos

      Eliminar
  4. He estado leyendo lo del S80,y es un sistema de pila de combustible,su sistema AIP,utiliza bio-etanol(que es mas fácil de tramsportar) para producir hidrogeno.
    Segun he leido,la maqueta a escala ha sido un exito,y ya en enero se ha empezado a fabricar el AIP para el S83.
    Por eso me lo pones mas facil,un tractor de pila de combustible,alimentado con bio-etanol y ademas,de fabricacion Española!!!

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Ojalá! No sabes las ganas que tengo yo de que saliese bien. Pero no sabes la de problemas que está teniendo el desarrollo y llevamos más de una década. Si que parece que esta última "maqueta" funciona pero ya ha habido otros ensayos que se lanzaron con bombo y platillos. Tengo confianza, pero también la tenía en otras fases del proyecto que luego resultaron fiasco.
      En 1, 2 o máximo 3 años podremos hablar de esto de nuevo y seguro que entonces con muchos más argumentos. Ojalá, ojalá...

      Eliminar
  5. Sobre la pila de hidrógeno después de darle vueltas pienso que quizás se podrían plantear problemas en la membrana si no se logra limpiar el aire lo suficientemente bien, y todos sabemos como acaban los filtros de los tractores y hasta donde es capaz de entrar el polvo, mientras que en un coche esos problemas no serán tan graves dado el entorno en el que se mueve.

    P.D. ¿Quieres un coche de pila? http://www.hyundai.com/es/es/Showroom/SUV/ix35-Fuel-Cell/PIP/index.html

    ResponderEliminar