el automóvil: ¿motor de combustión interna o motor … · cha, es el motor de combustión...

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Allá por el año 1901, al inicio de la vida delautomóvil, en los Estados Unidos de América el40% de los vehículos automóviles estaban pro-pulsados por un cilindro movido por la fuerza delvapor de agua; el 38% tenía por fuente propulso-ra un motor eléctrico y sólo el 22% utilizabancomo fuente de energía motriz un motor de com-bustión interna.

El descubrimiento de grandes reservas petrolí-feras en el subsuelo americano junto con la relati-va facilidad de obtener, a partir del petróleo,combustibles para motores de combustión inter-na, permitió que de los tres motores, el menosapto para la tracción copara el lugar de la fuentede energía en todos los automóviles.

De los tres motores el único que necesita unafuerza externa para ponerse en marcha es el decombustión interna; si bien en los automóvilesactuales un pequeño motor eléctrico es el queproporciona la fuerza necesaria para el arranque,en aquellos tiempos el arranque era manual,cosa que implicaba riesgos para la muñeca y elbrazo del chófer; también era manual el avancedel encendido del motor. Estas circunstanciasconviertieron al vehículo con motor de combus-tión interna en el más complejo de conducir. Y a

pesar de estos inconvenientes, y de los que acontinuación describiremos, se impuso el motorde combustión interna.

El único motor de los tres citados que no puedevencer la inercia del vehículo para ponerlo en mar-cha, es el motor de combustión interna, y necesitaun mecanismo, el embrague, para poder poner enmarcha el vehículo. Si se compara la gráfica deresistencias que se oponen a la marcha del vehícu-lo con la gráfica de la potencia y del momento tor-sor (par motor) que produce un motor de combus-tión interna (figura 1), se puede apreciar que elmotor de combustión interna no entrega potenciani par motor en los regímenes bajos (0 - 1.500rpm) llamados de ralentí, justo en los momentos enque la resistencia del vehículo al movimiento esmayor, y para ponerlo en marcha es necesario unpar motor elevado en las ruedas que venza lasfuerzas de inercia que lo mantienen parado.

El embrague permite desacoplar el motor dela transmisión, y de esta manera, con el motordesacoplado, podemos acelerarlo hasta conseguirlos regímenes de giro en que éste entregue lapotencia y el par necesarios para vencer la iner-cia del vehículo que lo mantiene parado y,entonces, acoplar el motor a la transmisión. Esto

Albert Martí Parera

El automóvil: ¿motor de combustión

interna o motor eléctrico?

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significa acoplar un disco que gira por encima delas 2.000 rpm con otro que, sujeto a las ruedas,está parado.

Cuando al accionar el embrague se “cala elmotor”, se evidencia esta deficiencia del motorde explosión, y resulta curioso al observar la evo-lución del embrague, desde los primeros mode-los que utilizaban discos con placas de corchohasta los embragues automáticos. Como se haconseguido ocultar esta deficiencia del motor, acosta de absorber un 4% más de su energía, gra-cias al uso de estos últimos embragues con loscuales resulta imposible calar el motor.

Tanto el motor eléctrico como el cilindro devapor llegan a generar el par motor necesariopara vencer las fuerzas de inercia, que mantie-nen al vehículo parado, sin necesidad deningún mecanismo accesorio. Por ejemplo, enlos cilindros alimentados con vapor, se eleva lapresión en la cara motriz del émbolo hasta con-seguir el momento torsor suficiente para vencerlas fuerzas de inercia y poner en marcha elvehículo; o, como ocurre en los motores eléctri-cos, basta conectarlos a la fuente de energíapara que puedan desarrollar el par motor dearranque necesario para poner en movimientolos pesados convoyes de todo tipo de trenes -tal es el caso de las locomotoras eléctricas quese utilizan en la red ferroviaria y de transportesuburbano.

Comparando denuevo las gráficas,en la figura 1, delpar (MT) que entre-ga un motor decombustión internacon la correspon-diente al par resis-tente de las ruedasde un vehículoautomóvil, observa-remos que no coin-ciden en absoluto,pues mientras la pri-mera se asemeja aun trazo de parábolade máximo positivo,la segunda es unahipérbola equiláteracon sus ramas

asintóticas a ambos ejes. En consecuencia, esnecesario un convertidor de par para poder adap-tar el par motor al par resistente; este convertidorde par es la caja de cambios.

Gracias a la caja de cambios, los vehículosautomóviles con motor de combustión interna,pueden superar pendientes prolongadas, convalores de inclinación comprendidos entre el35% y 45%. Utilizar la caja de cambios suponeun coste energético, en término medio, del 5%de la potencia útil suministrada por el motor.

Estos inconvenientes tecnológicos no son lospeores que presenta el motor de combustióninterna; uno de los inconvenientes importantes,aunque siempre se pasa por alto, es su bajo ren-dimiento energético. Tal como expliqué en unartículo publicado en el número anterior de estarevista, este tipo de motor, de cada 100 litros decombustible, por término medio, sólo transforma25 en energía propulsora, o lo que es lo mismo,tiene unas pérdidas del 75%.

¿Recuerdan la crisis del petróleo de la décadade los 70? Parecía que se acabaría el crudo en unfuturo inmediato. ¿Fue aquello una histeria colecti-va? En todo caso hemos resuelto el problema clasi-ficando el petróleo como combustible no renova-ble, una denominación bastante neutra que nohace referencia directa a su posible extinción. Puesbien, si el automóvil consume cerca del 60% de lasimportanciones de petróleo y el motor endotérmi-

El automóvil: ¿motor de combustión interna o motor eléctrico

Figura 1. Izquierda, gráfica del par resistente en las ruedas de un vehículo. MT = Momentotorsor (par torsor). Derecha, gráfica de par motor y potencia de un motor de combustión inter-na. En la gráfica: CV = Curva de potencia. MT = Curva del par motor. 1 = Régimen en que el

motor no entrega ni potencia ni par motor (Momento Torsor).


co (de combustión interna) tiene un rendimientoenergético bajo, su uso, en el automóvil, resulta undespilfarro tanto por la posibilidad de agotar lasbolsas petrolíferas como por el coste en divisas quesuponen las importaciones de crudo.

Pero el aspecto más grave y que nos lleva acuestionar el motor de combustión interna, es lacontaminación atmosférica, de la que el automó-vil es responsable en un 45%, y dentro de esteporcentaje se le hace responsable del 10% de lalluvia ácida que destruye nuestros bosques.

Observemos los tres aspectos que ofrece lacontaminación:

1º. Los que afectan a la salud de los habitan-tes de las grandes ciudades y polos indus-triales convertidos en “respiradores pasi-vos” de elementos tóxicos y cancerígenos.

2º. El efecto multiplicador del dióxido de car-bono, emitido por los tubos de escape,sobre el denominado efecto invernadero ysus repercusiones en un posible cambiodel clima del planeta.

3º. La lluvia ácida que arruina los bosques.

El problema que plantea el uso del motor decombustión interna se puede clasificar de gravesin pecar de exageración.

No obstante, en la década de los 70 hubo unintento, que no pasó de la fase de prototipo, paradotar al automóvil de un motor de combustiónexterna, más efectivo y menos contaminante, porparte de una multinacional europea. Pero es elmotor eléctrico, el que año tras año se presenta enlos salones del automóvil como alternativa almotor actual. Veamos pues las ventajas que ofreceeste motor y también sus inconvenientes.

El motor eléctrico no contamina en absoluto,no emite ningún tipo de partículas gaseosas yademás es silencioso. Si nuestros automóvilesestuvieran dotados de él, el aire en las ciudadessería mucho más saludable. Hay quien apuntaque esto es trasladar la contaminación de losnúcleos urbanos a los enclavamientos de las cen-trales térmicas.

En este campo, la ventaja es que la energíaeléctrica se puede producir de maneras poco con-

taminantes, como ocurre en las centrales hidro-eléctricas, las eólicas y las fotovoltaicas, si bienestos dos últimos tipos de centrales no están sufi-cientemente desarrolladas en su aplicación.También es cierto que, por desgracia, existen cen-trales eléctricas movidas con energía nuclear. Perola implantación del vehículo eléctrico no tienenecesariamente que aumentar la contaminación,y si queremos que se reduzcan las emisiones dedióxido de carbono, deberemos evitar las centra-les térmicas en la producción de energía eléctricay potenciar las de tipo eólico (parece que la fuer-za del viento en este país sólo ha servido parainspirar un episodio del Quijote), apostanto tam-bién por aprovechar la energía solar.

A pesar de que lo más probable es que se sigaoptando por las centrales térmicas para producirenergía eléctrica, todavía este sistema ofrece ven-tajas con el vehículo eléctrico. Aun siendo éstaslas de menor resultado, dado el bajo rendimientodel motor de combustión interna, se puede con-tar con un ahorro del 15 al 20% del combustible.También resulta más fácil controlar las emisionesde elementos contaminantes en instalacionesfijas (centrales térmicas) y dotarlas de instalacio-nes depuradoras de gases, que intentar conseguirque todos los vehículos del parte automovilísticotengan en perfecto estado el motor y el conjuntode dispositivos anticontaminantes que se vanañadiendo a cada nueva generación de vehícu-los y, además, que sus propietarios efectúen elmantenimiento necesario para que el vehículoemita pocas partículas contaminantes, asumien-do el coste que ello supone.

Otra ventaja para el vehículo eléctrico la ofre-ce la pauta de consumo de energía eléctrica, lacual podríamos considerar poco racional, ya queel consumo mínimo de energía eléctrica se dapor la noche; durante el día el consumo se dupli-ca, y en las horas punta, al iniciar y al finalizar lajornada laboral, especialmente cuando coincideel final de jornada con el crepúsculo vespertino,el consumo se dispara llegando en algunas ciu-dades y en determinadas épocas del año a quin-tuplicar el consumo mínimo.

Esta manera de consumir la energía eléctricarepresenta un problema importante para las com-pañías suministradoras de energía eléctrica, puesnecesitan disponer de unas instalaciones con gran



capacidad de producción de energía que funcio-nan muy por debajo de su capacidad durante eldía, y todavía más por la noche; sólo funcionan apleno rendimiento unas cuatro horas al día.

El automóvil eléctrico podría mejorar estasituación. Si los vehículos recargan sus bateríaspor la noche, permitirían a las compañías eléctri-cas una amortización más rápida de sus recursos,y en consecuencia, la posibilidad de dedicarrecursos al estudio y explotación de fuentes deenergía limpias y eficientes.

Por término medio, los vehículos automóvilessólo efectúan dos recorridos diarios de menos de10 km, lo que implica un uso por debajo de lasdos horas. De acuerdo a estos usos, un automó-vil eléctrico podría disponer de 22 horas diariaspara cargar sus baterías. En consecuencia elautomóvil eléctrico se puede catalogar como “elvehículo urbano por excelencia”, pero es necesa-rio disponer de la infraestructura en aparcamien-tos públicos, privados y en la propia vía públicapara poder cargar las baterías.

Si queremos también puede ser un vehículode carretera; bastará con disponer de las esta-ciones de servicio en las que cambiar lasbaterías descargadas por unas recargadas. Si seutilizan para el vehículo eléctrico bateríascromo/níquel, que permiten su descarga total sinque se deterioren las placas, no deben existirmás problemas con una carga de baterías quecon una carga de butano. Además, el cambio debaterías puede resultar más rápido que llenar eldepósito con 40 litros de gasolina, y está exento

de peligros.

El automóvil eléctrico resulta, un vehí-culo ahorrador, pues no consume cuan-

do el vehículo está parado: recordemos que lasretenciones en el tráfico viario de las áreas urba-nas crecen entre un 5% y un 10% cada año.Cada día resulta más caro efectuar el mismorecorrido con un vehículo con motor de combus-tión interna; con uno de motor eléctrico, aunquetardemos más en efectuar el mismo recorridodiario, como el motor sólo funciona cuando debeimpulsar el vehículo, no se incrementa el coste.Además, existe otra posibilidad de ahorro con elvehículo eléctrico, ya que cuando frena puederecargar las baterías utilizando el motor a la vezde freno y de generador de corriente eléctrica.

Con el motor eléctrico se elimina el problemaecológico derivado de los cambios de aceite delmotor de combustión interna; problema de bas-tante entidad dado el volumen del parque devehículos, aunque sea desconocido por el granpúblico al no ser ventilado en los medios decomunicación.

Otra de las ventajas del vehículo eléctrico esque la energía en los acumuladores no se acabade repente, como ocurre con los combustiblesfósiles dentro del depósito del vehículo. Contabaun fabricante suizo de vehículos eléctricos que,cuando su vehículo se queda sin energía y sedirige a paso de tortuga a buscar las bateríasrecargadas, el conductor va mirando hacia lascasas de las calles como si buscara una direcciónpara disimular. El lento final de la descarga delos acumuladores cuando se quedan sin energíaeléctrica permite recorrer unos pocos kilómetrosantes de que el motor quede totalmente parado.

La parte negativa del vehículo eléctrico en elcampo ecológico la genera el electrólito de lasbaterías. No es un asunto nuevo, pues tambiénlos automóviles actuales tienen baterías de acu-muladores, pero el vehículo eléctrico multipli-caría por diez el volumen del contaminante ysería necesario diseñar las medidas oportunas dereciclado de estos electrólitos.

Otro inconveniente de los vehículos eléctricos,por el momento, reside en el hecho que la energíaespecífica de los combustibles líquidos es unas150 veces mayor que la de los acumuladores eléc-tricos. Esto implica una relación peso-potenciapoco favorable y que las baterías ocupen un espa-cio considerable, que disminuye bastante las posi-bilidades de espacio debajo de los capós. Y tam-bién una frecuencia de carga más elevada que lade repostar llenando el depósito.

Una de las ventajas que poseen los motoresde combustión interna es que pueden consumircualquier tipo de combustible dentro de undeterminado margen de características; porejemplo, los motores de ciclo Otto funcionantambién con butano (algunos taxis) o con alco-hol, como ocurre en Brasil. Los motores de cicloDiesel se han hecho funcionar incluso concarbón pulverizado.

Es evidente que son necesarias algunas modi-



ficaciones en el motor para adaptarlo al nuevocombustible. Algunas de las modificaciones

resultan viables y otras impracticables,pero las posibilidades de cambiar de

combustible son grandes. Tal es así que sehan realizado bastantes estudios de motores decombustión interna que funcionen con combusti-bles que no sean fósiles, para disminuir los nive-les de contaminación de los actuales motores.Estos estudios apuestan de manera primordialpor el etanol y el hidrógeno como combustiblesideales para los motores de combustión interna.El hidrógeno, considerado el combustible máslimpio, que sólo produce (en teoría) emisionesde vapor de agua, se considera totalmente fuerade juego, pues la forma de producir el combusti-ble y de almacenarlo en el vehículo presentaserios problemas. Pero no así el etanol, que ya seha probado con relativo éxito en Brasil.

Aunque como bien comentan algunos res-ponsables de la Oficina del Medio Ambiente deEE.UU., el vehículo movido con motor de etanolestá en la fase “del huevo y la gallina”, refirién-dose a la controversia de quién fue el primero:¿quién se arriesga antes, el fabricante a producirvehículos o el productor de etanol a poner esta-ciones de servicio?

La facilidad de conseguir combustible paralos motores endotérmicos, tal como se ha men-cionado al inicio de este artículo, además de faci-litar el éxito del motor de combustión interna, hacortado el desarrollo a sus competidores. Puesjunto con la explotación de los yacimientospetrolíferos se ha creado una extensísima red dedistribución de combustibles derivados del petró-leo, que permite una gran autonomía a los vehí-culos con motores endotérmicos, además de sus-tentar un imperio económico de primer ordenmundial.

En consecuencia, el motor eléctrico, o cual-quier motor que no consuma derivados delpetróleo, dentro del ámbito del automóvil tienepocas posibilidades de llegar a generar una com-petencia seria para el motor de combustión inter-na. Por una parte, las multinacionales del petró-leo, primeras potencias económicas mundiales,no están dispuestas a ceder su cuota de mercadoy ver en peligro sus beneficios. Además, hanencontrado un excelente aliado en los gobiernos

europeos, que recaudan impuestos a través delconsumo del combustible. Como término medio,un 70% del precio del combustible son impues-tos. A estos factores debemos añadir las inversio-nes necesarias para crear toda la infraestructuraque permita utilizar el automóvil eléctrico sincontratiempos, acaso como los que pueden deri-var del uso de cualquier electrodoméstico.

Al repasar el texto en las sucesivas correccio-nes, me he planteado si acaso lo acertado nofuera cambiar el t í tulo del ar tículo por elsiguiente: “El automóvil: ¿se acabará el petróleoantes de que la contaminación acabe con noso-tros?”.

BIBLIOGRAFÍA

De Buen Lozano, Víctor: Lección inaugural delIII Curso superior de automoción ETSEIB,Barcelona.

Giacosa, Dante: Motores endotérmicos, EditorialCientífico Médica.

Karen Wright: ¿Hacia dónde va el transporte?,Investigación y Ciencia, Julio 1990.

Lucas Diesel: Motorisation de la voiture particu-lière, Blois 1995.


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