A pesar del ruido que generan las baterías de los coches eléctricos y sus ingredientes, el desarrollo de motores eficientes es un factor clave en la esfera de la electromovilidad. El instituto de investigación alemán Fraunhofer, junto a otros socios, trabajan para reducir el peso del motor eléctrico, y para ello está desarrollando una carcasa de motor hecha con materiales poliméricos.
Los socios del proyecto optaron por utilizar plásticos termoestables reforzados con fibra, que ofrecen resistencia a altas temperaturas entre muchas otras ventajas.
Más potencia, más eficiencia y menos peso que el aluminio
Los investigadores están trabajando para solucionar los tres principales obstáculos para que un motor eléctrico sea eficiente: alta densidad de potencia, un tamaño compacto y altos niveles de eficiencia. Para entender su funcionamiento, los motores eléctricos usan la rotación electromagnética descubierta por Faraday: dos imanes se rechazan o atraen en función de cómo alineamos sus polos.
En un motor eléctrico se usa la electricidad para crear campos magnéticos que se opongan entre sí, de este modo la parte giratoria, llamada rotor, se mueve, frente a la parte estática que es el estator. Es en el estator donde se ha centrado la investigación debido a que es aquí donde se produce la mayoría de las pérdidas de electricidad en forma de calor.
Según los investigadores, los motores eléctricos tienen una eficiencia de más del 90 %, lo que significa que una alta proporción de la energía eléctrica se convierte en energía mecánica, pero un 10 % se pierde. Para evitarlo han creado un diseño optimizado que permite disipar las pérdidas a través de un canal de enfriamiento dentro del propio estator.
Así, el nuevo diseño incorpora una solución de enfriamiento del rotor que también permite disipar la pérdida de calor del rotor directamente dentro del motor. Y es aquí donde entran los polímeros.
Al disipar el calor cerca de donde se genera, los socios del proyecto pudieron construir todo el motor y la carcasa a partir de materiales poliméricos, lo que generó que fuera más ligera y más fácil de fabricar:
"Las carcasas de polímero son livianas y más fáciles de producir que las carcasas de aluminio. También se prestan a geometrías complejas sin necesidad de procesamiento posterior, por lo que conseguimos ahorros reales en peso y costo general", explica Robert Maertens, investigador del centro Fraunhofer.
De esta forma, el metal requerido actualmente como conductor de calor puede ser reemplazado por materiales poliméricos, que tienen una baja conductividad térmica en comparación con los metales.
Los polímeros provienen mayoritariamente del petróleo (mezcla de hidrocarburos), gas natural y carbono. Los dos materiales más importantes son los elastómetros, hechos de caucho, y los plásticos, derivados de la celulosa, la proteína y la resina.
En este caso, los investigadores se han decantado por utilizar plásticos termoestables reforzados con fibra de su socio SBHPP, que ofrecen resistencia a altas temperaturas y alta resistencia a los refrigerantes agresivos. A diferencia de los termoplásticos, los termoestables no se hinchan cuando entran en contacto con productos químicos.
Y es que los materiales poliméricos son buenos aislantes eléctricos y térmicos y tienen un bajo peso, y ofrecen demás buena resistencia mecánica.
¿Cuáles han sido los resultados hasta el momento en este estudio? El equipo ya ha completado el ensamblaje del motor y han validado el prototipo de enfriamiento, que está demostrando ser efectivo. El siguiente paso será operar el motor en el banco de pruebas del instituto.
Foto | Fraunhofer ICT
