Corriente eléctrica: es el flujo de cargas eléctricas a través de un material conductor. Se mide en amperios (A) y se produce por la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito

Amperaje: es la intensidad de la corriente eléctrica, es decir, la cantidad de carga eléctrica que pasa por un punto del circuito en un tiempo determinado. Se mide en amperios (A) y depende de la resistencia del circuito y del voltaje aplicado

Amperios: es la unidad de medida de la corriente eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades. Un amperio es la corriente eléctrica que circula por un conductor cuando se aplica una diferencia de potencial de un voltio y la resistencia es de un ohmio

Voltaje: es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito. Se mide en voltios (V) y determina la fuerza con la que se mueven las cargas eléctricas. También se conoce como tensión eléctrica o diferencia de potencial

Voltios: es la unidad de medida del voltaje en el Sistema Internacional de Unidades. Un voltio es el voltaje que existe entre dos puntos de un conductor cuando una corriente de un amperio disipa una potencia de un vatio

Potencia: es la cantidad de energía eléctrica que se transfiere o consume por unidad de tiempo. Se mide en vatios (W) y se calcula multiplicando el voltaje por el amperaje. También se conoce como potencia eléctrica o potencia activa​

Vatios: es la unidad de medida de la potencia en el Sistema Internacional de Unidades. Un vatio es la potencia que se produce o se consume cuando una corriente de un amperio fluye con una diferencia de potencial de un voltio

Capacidad de almacenamiento de energía eléctrica: es la cantidad de energía eléctrica que puede almacenar un dispositivo, como una batería o un condensador, y que puede devolver al circuito cuando se necesita. Se mide en amperios-hora (Ah) o en vatios-hora (Wh) y depende del tipo y tamaño del dispositivo

Amperios-hora: es la unidad de medida de la capacidad de almacenamiento de energía eléctrica. Un amperio-hora es la cantidad de carga eléctrica que puede almacenar o suministrar un dispositivo cuando una corriente de un amperio fluye durante una hora

Circuito eléctrico: es la trayectoria cerrada por la que circula la corriente eléctrica. Está formado por una fuente de energía, como una batería o un generador, que crea el voltaje, y por uno o más elementos, como resistores, interruptores, lámparas, etc., que consumen o controlan la corriente​

Circuito electrónico: es un tipo de circuito eléctrico que contiene componentes electrónicos, como diodos, transistores, circuitos integrados, etc., que modifican o procesan la señal eléctrica. Se utiliza para realizar funciones lógicas, aritméticas, de amplificación, de conmutación, etc

Componente electrónico: es un dispositivo que forma parte de un circuito electrónico y que tiene una función específica. Puede ser un componente pasivo, como una resistencia, un condensador o una bobina, que no altera la señal eléctrica, o un componente activo, como un diodo, un transistor o un circuito integrado, que sí la modifica

 ¿A quién está dirigido este curso? 

A personas que conducen vehículos propulsados por electricidad, que, de acuerdo a su experiencia en su uso básico, profesional o deportivo, al igual que a propietarios  

 ¿Qué puedes lograr con este curso?

Como usuario de un vehículo propulsado por electricidad podrás optimizar tus recorridos que realizas día a día, podrás hacer que tus baterías tengan una vida útil más extensa lo que significa menos gastos en el corto plazo con tu vehículo

¿Qué nivel de profundidad puedes alcanzar?

 Este curso es básico y está escrito de una forma clara para que comprendas cómo funciona el sistema eléctrico del vehículo propulsado por electricidad, reconociendo con ello cada componente y como de forma sinérgica se relacionan para brindar el máximo rendimiento, al igual que podrás saber cómo la interacción del vehículo con el medio ambiente (entorno vial), afecta la capacidad de la carga eléctrica en las baterías, al igual como puedes aprovechar el terreno en que se desplaza el vehículo.

Estos son sistemas que permiten producir electricidad a partir de diversas fuentes de energía, como el sol, el viento, el agua, el gas, el carbón, etc., y almacenarla en dispositivos como baterías, condensadores, volantes de inercia, etc., para su uso posterior. Estos sistemas tienen componentes como generadores, transformadores, inversores, reguladores, cargadores, etc., que se encargan de convertir, transmitir, controlar y gestionar la energía eléctrica. Estos sistemas presentan ventajas como la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, el aprovechamiento de las fuentes renovables de energía, la mejora de la calidad y la seguridad del suministro eléctrico, la disminución de la dependencia energética de otros países, etc. También presentan desafíos como el alto costo inicial, la baja eficiencia, la intermitencia, la variabilidad, la complejidad técnica, la necesidad de infraestructura adecuada,

La generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía (química, cinética, térmica, lumínica, nuclear, solar entre otras), en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas ​.

A continuación, se describen los diferentes métodos para generar energía eléctrica:

Hidráulica: Este método utiliza la energía cinética del agua en movimiento para generar electricidad. La energía hidráulica se puede obtener a partir de la energía potencial del agua almacenada en una presa o de la energía cinética del agua en movimiento en un río o corriente. La energía hidráulica es una fuente de energía renovable y limpia ​.

Eólica: La energía eólica se genera a partir del viento. Los aero generadores convierten la energía cinética del viento en electricidad. La energía eólica es una fuente de energía renovable y limpia ​.

Solar: La energía solar se genera a partir de la radiación solar. Los paneles solares convierten la radiación solar en electricidad. La energía solar es una fuente de energía renovable y limpia ​.

Nuclear: La energía nuclear se genera a partir de la fisión nuclear del uranio o plutonio. La fisión nuclear libera una gran cantidad de calor que se utiliza para generar vapor y hacer girar una turbina que produce electricidad. La energía nuclear es una fuente de energía no renovable y puede ser peligrosa si no se maneja adecuadamente .

Térmica: La energía térmica se genera a partir de la combustión de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo o el gas natural. La combustión libera calor que se utiliza para generar vapor y hacer girar una turbina que produce electricidad. La generación térmica es una fuente de energía no renovable y emite gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático .

Las baterías eléctricas son dispositivos que almacenan energía química y la convierten en energía eléctrica cuando se conectan a un circuito. El funcionamiento de las baterías se basa en las reacciones de oxidación-reducción que ocurren entre dos sustancias llamadas electrodos, que son los polos positivo y negativo de la batería. Entre los electrodos hay una sustancia llamada electrolito, que permite el paso de los iones entre ellos. Cuando la batería se descarga, los electrones fluyen del electrodo negativo (ánodo) al positivo (cátodo), generando una corriente eléctrica. Cuando la batería se carga, se aplica una corriente externa que invierte el flujo de los electrones y restaura la composición química original de los electrodos.

Existen diferentes tipos de baterías según el material de los electrodos, el electrolito y la forma de las celdas. Algunos de los tipos más comunes son:

• Baterías de plomo-ácido. Son las más usadas en los vehículos convencionales, ya que tienen una alta capacidad de corriente y son relativamente baratas. Están formadas por placas de plomo y óxido de plomo sumergidas en una solución de ácido sulfúrico. Tienen una tensión nominal de 2 V por celda y una densidad energética de unos 30 Wh/kg. Su principal desventaja es su peso elevado, su baja durabilidad y su impacto ambiental negativo.
• Baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd). Son baterías recargables que se usan en aplicaciones que requieren una alta potencia y una larga vida útil, como herramientas eléctricas, cámaras o juguetes. Están formadas por electrodos de níquel e hidróxido de cadmio sumergidos en una solución alcalina de hidróxido de potasio. Tienen una tensión nominal de 1,2 V por celda y una densidad energética de unos 50 Wh/kg. Su principal desventaja es el efecto memoria, que reduce la capacidad de carga si no se descargan completamente antes de recargarlas, y la toxicidad del cadmio.
• Baterías de níquel-metal hidruro (Ni-MH). Son baterías recargables que se usan como alternativa a las de Ni-Cd, ya que tienen un menor efecto memoria y son más respetuosas con el medio ambiente. Están formadas por electrodos de níquel e hidruro metálico sumergidos en una solución alcalina de hidróxido de potasio. Tienen una tensión nominal de 1,2 V por celda y una densidad energética de unos 80 Wh/kg. Su principal desventaja es su alto coste y su baja resistencia a las altas temperaturas.
• Baterías de ion-litio (Li-ion). Son las más usadas en los dispositivos electrónicos portátiles, como teléfonos móviles, ordenadores o cámaras digitales, y también en algunos vehículos eléctricos o híbridos. Están formadas por electrodos de litio intercalado en materiales como óxido de cobalto, óxido de manganeso o fosfato de hierro sumergidos en un electrolito orgánico. Tienen una tensión nominal de 3,6 V por celda y una densidad energética de unos 150 Wh/kg. Su principal ventaja es su alta capacidad de carga, su bajo peso y su larga duración. Su principal desventaja es su alto coste, su riesgo de incendio o explosión si se sobrecargan o dañan y su baja tolerancia al frío.
• Baterías de polímero de litio (Li-Po). Son una variante de las baterías de Li-ion que usan un electrolito sólido o gelificado en lugar de líquido. Esto les permite tener formas más flexibles y delgadas, lo que las hace adecuadas para dispositivos electrónicos cada vez más pequeños y ligeros. Tienen una tensión nominal similar a las de Li-ion y una densidad energética ligeramente superior, pero también comparten sus ventajas y desventajas.

Las baterías pueden tener diferentes formas según el diseño y la disposición de las celdas. Algunas formas comunes son:

• Cilíndricas. Son las más habituales y se usan en pilas de uso doméstico, como las AA, AAA, C o D. Tienen una forma cilíndrica con un terminal positivo en un extremo y uno negativo en el otro. Se pueden conectar en serie o en paralelo para aumentar la tensión o la capacidad de la batería.
• Prismáticas. Son las que se usan en las baterías de plomo-ácido o de Li-ion para vehículos eléctricos o híbridos. Tienen una forma rectangular con los terminales en uno de los lados. Se pueden apilar unas sobre otras para formar módulos o paquetes de baterías.
• Pouch. Son las que se usan en las baterías de Li-Po para dispositivos electrónicos portátiles. Tienen una forma plana y flexible con los terminales en uno de los bordes. Se pueden enrollar o plegar para adaptarse al espacio disponible.

La capacidad y la forma de entregar energía de una batería dependen de varios factores, como el material de los electrodos, el electrolito, la temperatura, el estado de carga y la velocidad de descarga. La capacidad se mide en amperios-hora (Ah) y representa la cantidad de corriente que puede suministrar una batería durante una hora. La forma de entregar energía se mide en voltios (V) y representa la diferencia de potencial entre los terminales de la batería. La potencia se mide en vatios (W) y representa el producto de la corriente por el voltaje.

En general, las baterías que tienen electrodos con mayor número de electrones disponibles, como el litio, tienen mayor capacidad y voltaje que las que tienen electrodos con menor número de electrones disponibles, como el plomo. Sin embargo, también influye el tamaño y la superficie de contacto de los electrodos, así como la concentración y la conductividad del electrolito. Por ejemplo, las baterías de plomo-ácido tienen una baja densidad energética, pero pueden suministrar una alta corriente durante un corto periodo de tiempo, lo que las hace adecuadas para arrancar motores. Por otro lado, las baterías de Li-ion tienen una alta densidad energética, pero no pueden suministrar una corriente tan elevada como las de plomo-ácido, lo que limita su uso en aplicaciones que requieren mucha potencia.

La temperatura también afecta al rendimiento de las baterías, ya que influye en la velocidad de las reacciones químicas y en la resistencia interna de la batería. En general, las baterías funcionan mejor a temperaturas moderadas y pierden capacidad y voltaje a temperaturas extremas, tanto altas como bajas. Algunas baterías son más sensibles al frío que otras, como las de Li-ion, que pueden perder hasta un 50% de su capacidad a -20 °C.

El estado de carga es otro factor que determina la capacidad y el voltaje de una batería. A medida que una batería se descarga, su voltaje disminuye y su resistencia interna aumenta, lo que reduce su capacidad para suministrar corriente. Algunas baterías tienen un voltaje más estable que otras durante la descarga, como las alcalinas o las de Li-ion, mientras que otras tienen un voltaje más variable, como las de plomo-ácido o las de Ni-Cd.

La velocidad de descarga es la relación entre la corriente que suministra una batería y su capacidad nominal. Se suele expresar en forma de C-rate, que es el número que indica cuántas veces se puede descargar una batería en una hora. Por ejemplo, una descarga a 1 C significa que se extrae toda la capacidad nominal en una hora, mientras que una descarga a 0,5 C significa que se extrae la mitad en una hora. La velocidad de descarga afecta al rendimiento de las baterías, ya que a mayor velocidad menor es la capacidad real disponible. Esto se debe a que a mayor corriente mayor es la pérdida de energía por efecto Joule y mayor es la polarización de los electrodos.

El rendimiento de las baterías eléctricas es un concepto que se refiere a la relación entre la energía que se almacena en la batería y la que se puede aprovechar en un circuito eléctrico. El rendimiento depende de varios factores, como el tipo de batería, el proceso de carga y descarga, la temperatura, el uso y el tiempo.

Según Wikipedia, el rendimiento de una batería se calcula como el porcentaje entre la energía eléctrica recibida en la carga y la que entrega en la descarga. Por ejemplo, la batería de plomo-ácido tiene un rendimiento de más del 90 %, mientras que las baterías de níquel-cadmio tienen un 83 %

Otro concepto relacionado con el rendimiento es la eficiencia al momento de cargarse la batería, que se define como la relación entre la energía necesaria para cargar la batería y la que realmente se almacena

La capacidad de una batería eléctrica se mide en kilovatios-hora (kWh), que indica la cantidad de energía que puede almacenar y suministrar. La capacidad influye directamente en la autonomía y el peso del coche eléctrico3. En general, una mayor capacidad implica una mayor distancia que se puede recorrer con una sola carga, pero también un mayor coste y un mayor tiempo de recarga.

Las baterías de iones de litio son las más utilizadas en los coches eléctricos, debido a su mayor densidad energética, es decir, la energía que pueden suministrar por cada kilogramo. Se estima que la vida útil de estas baterías es de unos 150.000 o 200.000 kilómetros, aunque depende del uso y del cuidado que se les dé. Algunos factores que pueden afectar a la duración de las baterías son los ciclos de carga y descarga, el calor, el nivel de carga y el tiempo de almacenamiento.

El rendimiento de las baterías eléctricas en los vehículos eléctricos puede verse afectado por el relieve del terreno, es decir, la forma y la altitud de la superficie por la que se circula. En general, se puede decir que cuanto más irregular y montañoso sea el terreno, mayor será el consumo de energía y menor la autonomía de la batería.

Esto se debe a que los vehículos eléctricos tienen que hacer un mayor esfuerzo para superar las pendientes y las curvas, lo que implica una mayor demanda de potencia y una mayor resistencia aerodinámica. Además, el terreno irregular puede provocar una mayor fricción de los neumáticos y una menor eficiencia del sistema de frenado regenerativo, que permite recuperar parte de la energía cinética del vehículo al frenar o reducir la velocidad.

Según un estudio realizado por investigadores de la Universidad de California en Riverside, el consumo de energía de un vehículo eléctrico puede aumentar hasta un 40 % al circular por un terreno montañoso, en comparación con un terreno plano. El estudio también encontró que el consumo de energía depende del tipo de batería, siendo las de iones de litio las más eficientes en este aspecto.

Para mejorar el rendimiento de las baterías eléctricas en los vehículos eléctricos en relación al relieve del terreno, se pueden adoptar algunas medidas, como:

• Planificar la ruta más adecuada, evitando las zonas con mucha pendiente o curvas pronunciadas.
• Mantener una velocidad constante y moderada, evitando las aceleraciones y frenadas bruscas.
• Ajustar la presión de los neumáticos según las condiciones del terreno y la carga del vehículo.
• Utilizar el modo ECO o el control de crucero adaptativo, si el vehículo dispone de ellos, para optimizar el consumo de energía.
• Aprovechar las bajadas para recargar la batería mediante el sistema de frenado regenerativo.

En el sector de transporte aéreo, las baterías eléctricas están ganando terreno, especialmente en aplicaciones más ligeras y de corto alcance. Aquí hay algunas áreas específicas donde se están aplicando y se espera que se apliquen las baterías eléctricas en la aviación:

1. Aviación regional y de corto alcance: Aeronaves más pequeñas, como aviones regionales y de entrenamiento, están adoptando sistemas de propulsión eléctrica. Estas aeronaves pueden aprovechar las baterías para vuelos cortos, reduciendo así las emisiones y costos operativos.
2. Drones y vehículos aéreos no tripulados (UAV): Los drones ya están utilizando baterías eléctricas de manera extensa. Su diseño ligero y versatilidad los hace ideales para esta aplicación.
3. eVTOL (Vehículos Eléctricos de Despegue y Aterrizaje Vertical): Como mencionaste, los autos voladores o eVTOL son una realidad en desarrollo. Las baterías eléctricas son esenciales en esta categoría, donde la eficiencia y la densidad energética son críticas para lograr un vuelo seguro y eficaz.
4. Híbridos eléctricos en aeronaves más grandes: Se están explorando soluciones híbridas para aviones más grandes, donde un sistema eléctrico trabaje en conjunto con motores de combustión tradicionales para mejorar la eficiencia y reducir las emisiones.

Las ventajas clave incluyen la reducción de emisiones y la eficiencia mejorada, pero como mencioné anteriormente, las limitaciones siguen siendo el peso de las baterías y su capacidad de almacenamiento en comparación con los combustibles convencionales.

El desarrollo futuro se centra en mejorar la densidad de energía de las baterías y en la investigación de tecnologías emergentes, como las baterías de estado sólido. Además, la infraestructura de recarga y la estandarización de las baterías son aspectos cruciales a abordar para una adopción más generalizada en la aviación.

Veamos a continuación la variedad de vehículos eléctricos aéreos y cómo aprovechan y se benefician de usar un sistema de propulsión eléctrica apoyado con baterías:

1. Aviones eléctricos:
   • Funcionamiento: Los aviones eléctricos utilizan motores eléctricos alimentados por baterías. Algunos son totalmente eléctricos, mientras que otros son híbridos, combinando motores eléctricos con motores de combustión.
   • Impacto ambiental: Reducen las emisiones de gases de efecto invernadero y el ruido en comparación con aviones tradicionales.
   • Ventajas: Eficiencia energética, menor impacto ambiental, y en algunos casos, costos operativos reducidos.
   • Desventajas: Limitaciones de alcance debido a la capacidad de las baterías, peso adicional de las baterías, y la necesidad de infraestructuras de carga.
2. Helicópteros eléctricos:
   • Funcionamiento: Similar a los aviones, los helicópteros eléctricos usan motores eléctricos alimentados por baterías.
   • Impacto ambiental: Reducción de emisiones y ruido en comparación con helicópteros convencionales.
   • Ventajas: Mayor eficiencia en el vuelo vertical, menor costo operativo y mantenimiento en algunos casos.
   • Desventajas: Alcance limitado y desafíos técnicos asociados con la sustitución de sistemas de energía más grandes.
3. Drones eléctricos:
   • Funcionamiento: Motores eléctricos propulsados por baterías, comúnmente de iones de litio.
   • Impacto ambiental: Reducción de emisiones en comparación con vehículos aéreos tripulados, especialmente en aplicaciones como la entrega de paquetes.
   • Ventajas: Maniobrabilidad, versatilidad y aplicaciones diversas, desde fotografía aérea hasta vigilancia.
   • Desventajas: Limitaciones de tiempo de vuelo debido a la capacidad de las baterías y restricciones de carga útil.
4. Globos aerostáticos eléctricos:
   • Funcionamiento: Suelen utilizar motores eléctricos alimentados por baterías para proporcionar propulsión y control de altitud.
   • Impacto ambiental: Reducción de emisiones en comparación con globos aerostáticos tradicionales que dependen de quemar gas.
   • Ventajas: Operación silenciosa, menor dependencia de combustibles fósiles.
   • Desventajas: Limitaciones en la capacidad de carga y velocidad en comparación con otros vehículos aéreos.

En general, estos vehículos eléctricos aéreos tienen el potencial de reducir significativamente el impacto ambiental en comparación con sus contrapartes tradicionales. Sin embargo, la transición completa a la aviación eléctrica todavía enfrenta desafíos tecnológicos y económicos, especialmente en términos de eficiencia energética y capacidad de almacenamiento de energía.

Específicamente en vehículos como los EVTOL (vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje vertical), también conocidos como automóviles voladores.

Las baterías eléctricas son esenciales en EVTOL debido a su capacidad para proporcionar una fuente de energía limpia y eficiente. En este contexto, las baterías de ion de litio son las más comunes debido a su alta densidad de energía y peso relativamente ligero. Sin embargo, la tecnología de baterías está en constante evolución, y es posible que en el futuro veamos avances que permitan el uso de baterías aún más avanzadas.

Las ventajas de usar baterías eléctricas en EVTOL son numerosas. En primer lugar, contribuyen a la reducción de emisiones de gases contaminantes, lo que es crucial para el transporte sostenible. Además, ofrecen un rendimiento rápido y silencioso, lo que mejora la experiencia del usuario y reduce la contaminación acústica en áreas urbanas.

Sin embargo, existen limitantes significativas. La principal es la limitación actual en la densidad de energía de las baterías, lo que afecta la autonomía de vuelo. Además, el peso de las baterías es un factor crítico, ya que influye directamente en la capacidad de carga y en la eficiencia del vuelo.

El sistema de recarga de las baterías también presenta desafíos. La infraestructura de carga rápida debe desarrollarse para satisfacer la demanda de una recarga eficiente en los aeropuertos o estaciones de carga designadas. La complejidad de gestionar la carga y descarga durante operaciones frecuentes también es un aspecto a considerar.

En cuanto a la presión y la altitud, las baterías de ion de litio son sensibles a los cambios bruscos en estas condiciones. Es crucial diseñar las aeronaves con sistemas que regulen la presión interna y considerar las variaciones en la altura sobre el nivel del mar para garantizar la seguridad y la eficiencia de las baterías.

En cuanto a las mejores baterías, esto dependerá del uso específico. Para transporte de pasajeros, la densidad de energía y la seguridad serán prioridades. Para carga, se podría priorizar la capacidad de carga rápida y la durabilidad. En aplicaciones militares, la seguridad y la resistencia a condiciones extremas serían cruciales.

Para la creación de un sistema autónomo de generación de energía, se pueden incorporar tecnologías como la regeneración de energía durante el frenado, paneles solares en la carrocería y sistemas de carga inalámbrica mientras está estacionado. La integración de estas tecnologías puede mantener las baterías cargadas en diversas situaciones, contribuyendo a la autonomía y sostenibilidad del vehículo.