Termodinámica y refrigeración del prototipo eléctrico

En una motocicleta de competición el rendimiento de las unidades de potencia es fundamental para que el piloto pueda exprimir al máximo las prestaciones, y así lograr las metas que se proponen, como puede ser ganar un gran premio o obtener los mejores resultados en pista. Aparecen un conjunto de conceptos que determinan el rendimiento y que se reflejan en el diseño de la motocicleta. Termodinámica, aerodinámica y la refrigeración. En este artículo trataremos estos tres conceptos, basándonos en el prototipo eléctrico del equipo de MotoSpirit.

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Para establecer y desarrollar el diseño que tendrá el prototipo se parte de una base, que en este caso viene establecida por dos elementos de gran importancia que son el motor eléctrico y el pack de baterías. A causa de sus dimensiones y condiciones de trabajo, es limitada su organización dentro de la motocicleta, es por eso que son los primeros elementos a tener presente y a posicionar. De este modo y por razones que a lo largo de este articulo se mostraran, se determina la siguiente estructuración que aparece en la imagen:

Se opta por una disposición donde el motor se encuentra en la parte inferior delantera, tras la rueda delantera, y el pack de baterías forma dos volúmenes de caras rectangulares, posicionado por encima del motor. Este conjunto simula el depósito de gasolina y motor que emplea una moto convencional de combustión interna, en cuanto a dimensiones y posicionamiento.

Ambos elementos, a causa de su funcionamiento continuo y exigente (así es la lucha en competición), alcanzan unas temperaturas determinadas, unos 50⁰C en el caso del pack de baterías y entre unos 40 – 50 ⁰C en la superficie exterior del motor, en el interior se alcanzan valores mucho mayores. Pero para que estos componentes rindan como se espera, deben trabajar dentro de un intervalo de temperaturas óptimo. De no tratarse así, el rendimiento tiende a disminuir perdiendo entre un 20-30% sobre el rendimiento máximo, o en caso extremo el motor eléctrico deja de funcionar como debe y pierde potencia. Además, el calor generado se disipa hacia aquellos elementos que se encuentran a menor temperatura y se concentra en zonas donde la disipación no es posible.

Para alcanzar el objetivo que planteamos al inicio, entra en juego el concepto de refrigeración. El hecho de refrigerar consiste en el proceso por el cual se disminuye la temperatura de fluidos o elementos, en el caso del prototipo eléctrico hay 4 elementos a refrigerar con la finalidad de que trabajen en un régimen de temperaturas adecuado. Estos elementos son los dos ya comentados, motor y pack de baterías, y por otra parte el BMS y inversor, dos controladores necesarios para el correcto funcionamiento del conjunto. Para entender la gran importancia de la refrigeración de estos elementos, el inversor puede alcanzar temperaturas próximas a los 80⁰C, pero cuando se alcanzan 75⁰C la corriente que se transmite al motor por el inversor, comienza a decaer.

Una vez localizados los componentes a refrigerar, se debe establecer un sistema o circuito por donde circulará el flujo de aire generado al moverse la motocicleta a determinada velocidad. Este sistema canaliza el flujo de aire y lo dirige a aquellas zonas donde es esencial mantener unos valores de temperatura específicos. En motocicletas de competición es muy común elementos como los ‘RamAir’, que en motocicletas de combustión interna se emplean para aprovechar la presión del aire para dirigirlo a la admisión y así aumentar la potencia del motor, pero que en el caso de las motocicletas eléctricas se destina refrigerar, normalmente el pack de baterías. Esta pieza consiste en una tubería, dispuesta en posición central en la mayoría de los casos para aprovechar al máximo el paso del aire. Bien es cierto que existen otras posibilidades para llevar a cabo la refrigeración, todas ellas determinadas por el diseño que se elija.

Por tanto, aparece el último de los factores, la aerodinámica. Como he comentado, los sistemas empleados para llevar al cabo la refrigeración determinan en cierto modo el diseño final que tendrá el prototipo. Es importante que el diseño que se decida desarrollar, favorezca siempre al paso del aire de manera que sea una circulación lo más fluida posible. Así, podremos disponer de un prototipo capaz de alcanzar altas velocidades y consiguiendo un rendimiento que se acerque al máximo en todo momento.