Eficiencia y motores de buje

Los motores que mejor se integran a la hora de motorizar una bicicleta son los de buje, ya sea en la rueda delantera o en la trasera y su resultado es muy bueno en cuanto a prestaciones, precio, etc. sin embargo entre sus puntos débiles se encuentra su eficiencia o mejor dicho, la imposibilidad que tenemos que mantener su eficiencia en buenas cifras a diferentes velocidades.

La eficiencia lo que mide es la energía que aprovechamos de entre toda la que consumimos. Así, si un motor tuviese una eficiencia del 100% (lo cual no es posible) y nosotros extrajésemos de la batería 100Wh, él transformaría íntegramente esa energía en movimiento. Si por el contrario su eficiencia fuese del 50%, de esa energía transformaría 50Wh en movimiento y desaprovecharía otros 50Wh que se transformarían en calor y se evacuarían al entorno.

Nuestros motores de buje poseen eficiencias máximas superiores al 80% y de hecho los fabricantes suelen publicitar este dato ... pero eso es una verdad a medias que debe ser explicada.

Tomemos como ejemplo el conocido MXUS XF07 de 250W nominales y analicemos su comportamiento.

Este motor ofrece un buen equilibrio velocidad-empuje si se configura para unas 250RPM máximas, lo que se transforma en una velocidad en vacío de unos 30Km/h en una bicicleta que monte ruedas de 26´´ y en una velocidad máxima en llano, sin asistencia, de unos 25 Km/h a unas 210RPM y una eficiencia del 83% aproximada, que justamente se corresponde con la máxima eficiencia de este motor.

 

A esa velocidad el motor se comporta estupendamente, consume muy poco y no se calienta, pero no siempre vamos a ir a esa velocidad y resulta que fuera de ella la eficiencia cae. Muy bruscamente si la velocidad aumenta y algo más suavemente si disminuye, aunque también cae rápido.

En efecto, supongamos que afrontamos una subida de un 10% y analizamos lo que sucede. 

 

La velocidad sin asistencia sería de solo 8Km/h a unas 60RPM porque el alto torque que se necesita para subir (unos 36Nm para una masa de unos 100Kg) el motor sólo puede suministrarlo a esa pequeña velocidad y el problema reside en que en ese punto, a tan bajas RPM, este motor está muy lejos de su máxima eficiencia y sólo nos da un 44%, perdiéndose más de la mitad de la energía de la batería en forma de calor en el motor (sin contar las propias pérdidas de la batería) lo que, además, lo sobrecalentará.

Por ello estos motores son muy poco flexibles y sólo son eficientes en un régimen preciso de funcionamiento, es decir, a una velocidad muy concreta.

Ello exige que al montar un motor de buje en una bicicleta se debe estudiar muy bien el tipo de terreno por el que se va a rodar y cuánta asistencia va a proporcionar el ciclista, de modo que circule el máximo tiempo posible cerca de sus RPM de máxima eficiencia.

Un error frecuente es guiarse por la velocidad máxima que indica el fabricante y elegir el más rápido, lo que va a implicar a que en cuanto se empine la ruta un poco la velocidad caerá más en busca de un régimen de más alto torque lo que implicará baja eficiencia, aumento de consumo y sobrecalientamiento.

  
Saludos.
La energía más limpia es la que no se consume.

Potencia y torque

Se trata de dos conceptos relacionados y frecuentemente no entendidos. Los fabricantes los dan casi en modo "publicitario" no aportando toda la información, pues estos conceptos sólo tienen interés si además de su valor se informa del régimen en el que el motor alcanza cada uno de ellos y su eficiencia, es decir, si el motor está aprovechando o desperdiciando en forma de calor su energía en esos regímenes de giro.  

 Lo ilustraremos con un ejemplo. Un fabricante asegura que su motor posee un torque (también llamado par motor) de 70Nm y nosotros nos preguntamos si ese valor s alto o bajo.

Como idea de referencia, a mayor torque mayores pendientes vamos a poder subir y mayores aceleraciones disponibles, aunque si la potencia no es la adecuada, se hará a velocidad baja. En el caso de los motores de buje su torque coincide con el del motor (torque entregado "tras la reductora" y no el propio rotor), no siendo así en el caso de los motores centrales que ven modificado el torque por los desarrollos (como hacen las reductoras en los de buje).

Un torque de 70Nm sin saber a qué régimen de potencia y de eficiencia, es un dato de muy poco valor para conocer un motor.

 

El torque del motor es la magnitud directa que se mide en el banco de pruebas y nos informa de lo que el motor hace realmente en ese instante y en esas condiciones. La potencia se obtiene a partir de él de forma indirecta conociendo también el régimen de giro.

De entrada un torque de 70Nm es altísimo para una bicicleta ... aunque como digo esta cifra sin saber a qué régimen corresponde, no es gran cosa.

Por ilustrarlo con un motor real; el motor  eZee configurado para girar a unas razonables y equilibradas 7 v/V (7 vueltas por voltio) desarrolla unos 34 Km/h en llano, sin asistencia, moviendo una masa de 100Kg. Para ello necesita un torque de sólo 14Nm pero como la velocidad es muy alta, su potencia en esas circunstancias debe ser de unos 375W, lo cual consigue con una tasa de eficiencia de más del 80% lo que permite optimizar la capacidad de la batería. 

Ese mismo motor puede entregarnos un torque de 66 Nm girando a sólo 34RPM (lo que permite mover la bicicleta con rueda de 26” a poco más de 4Km/h) y gracias a un torque tan alto, se podría subir una pendiente del 20% sin pedalear con esos 100Kg ... pero el motor estaría generando poco más de 230W y su eficiencia en ese régimen sería del 30%, lo que supone un alto consumo de energía y de generación de calor.

Si un motor nos da 65Nm de torque y mueve la bicicleta con ruedas de 26” a 20Km/h, también permitirá subir esa pendiente del 20% sin pedalear, pero necesitará 1100W. Otra cosa sería ver la eficiencia (dependerá de cómo se haya diseñado el motor) y el consumo.

Por eso es tan importante algo que en el mundo de los vehículos eléctricos en general es habitual y es configurar la motorización a partir de unos objetivos, de unas necesidades.

Saludos

La energía más limpia es la que no se consume.