¿Cómo se compara la eficiencia energética y de peso entre una batería/propulsión eléctrica y un motor de combustión?

Para la misma energía total y potencia de salida, ¿sería más liviano un vehículo alimentado por batería que uno que usa un motor que quema combustible (actualmente)?

Esta pregunta está dirigida a los helicópteros.

Vota a la baja porque la respuesta es muy obvia.
@PeterA.Schneider No es justo. Las respuestas solo son obvias cuando las conoces. ¿Cuántos pilotos e ingenieros, y mucho menos gente que no está en la aviación, entienden las densidades de energía?
@Simon Bueno, hay muchas preguntas (y sus respuestas) en la pila de Aviación que realmente disfruto. Aquí hay expertos en aviación que brindan conocimientos e información que no están fácilmente disponibles para el público en general. Pero la densidad energética de las baterías frente a los combustibles fósiles no es una de ellas. En primer lugar, la respuesta es trivialmente googleable. En segundo lugar, la respuesta es visible en la vida cotidiana, comenzando con los límites de los autos eléctricos (¡que ni siquiera intentan volar!). ¿El autor nunca cambió la batería de un auto que es tan pesada como toda la gasolina en el tanque pero a veces ni siquiera puede encender el auto?
@PeterA.Schneider Bueno, si Googlability fuera un criterio, entonces supongo que entre un tercio y la mitad de todas las preguntas en este sitio no son bienvenidas.
La declaración de @PeterA.Schneider no es tan obvia para mí, un vehículo eléctrico puede ser más liviano que un vehículo que usa combustible con la misma potencia. De hecho, el combustible (45 MJ/kg) es más eficiente que la batería de iones de litio (0,5 MJ/kg). Pero esto es solo para combustible. Compare también el peso del motor y el resto de la infraestructura. Hay un límite, para pequeñas potencias, donde esta afirmación ya no es cierta. Si se especifica una potencia mínima, la declaración puede ser verdadera, pero la pregunta no especifica (ahora) un límite. Así que +1 a esta pregunta.

Respuestas (1)

Mal. Esa es una razón por la que no vemos aviones a batería más allá de algunos experimentos. La potencia específica sigue siendo mucho peor para las baterías.

Almacen de energia:

  • El combustible para aviones tiene una energía específica de alrededor de 43 MJ/kg y una densidad de energía de alrededor de 35 GJ/m³ [ 1 ] .
  • Las mejores baterías recargables producidas en masa hasta el día de hoy, polímero de iones de litio, el mejor tipo tiene una energía específica de 0,95 MJ/kg y una densidad de energía de 2,6 GJ/m³ como máximo [ 2 ] .

Eso es más de un orden de magnitud de diferencia a favor del combustible de hidrocarburo (casi 2 órdenes por peso, uno por volumen). Incluso teniendo en cuenta la eficiencia 2-3 veces mayor de los motores eléctricos (que no sufren los límites de eficiencia teóricos asociados con los motores térmicos), el combustible de hidrocarburo es un orden de magnitud mejor en peso.

Motores:

  • Según [ 3 ], las relaciones potencia-peso de los motores eléctricos y las turbinas de gas son comparables (en el rango de 5-10 kW/kg).

El motor eléctrico no dará ninguna ventaja a la electricidad.

Bueno, la diferencia en la densidad de energía es tan grande que incluso una gran diferencia en el peso del motor no ayudaría mucho de todos modos. Para los modelos, la electricidad está bien ya que, debido a la ley del cubo cuadrado , tienen mucha potencia y elevación, y los motores térmicos a pequeña escala son difíciles. Pero para los aviones que transportan humanos, las baterías están muy lejos de ser utilizables.

@Federico, 43/0.95 = 45, que es más de 10 1.5 .
oh, lo siento, estaba mirando el volumen. gracias por haber actualizado tu respuesta.
Y empeora con el tiempo de vuelo. Mientras se consume combustible y el avión se vuelve más liviano, las baterías tendrán la misma masa, independientemente de la energía restante.
A menos que las solacells puedan proporcionar parte del poder...
Todo está limitado por la segunda ley de la termodinámica. Por eso es una ley. ¿Quizás estás pensando en la eficiencia de Carnot?
@J..., eso es lo mismo. La segunda ley de la termodinámica dice lo que no se puede hacer con el calor y dado que los motores eléctricos no funcionan con calor, no tiene consecuencias para ellos.
@JanHudec No, la segunda ley dice que la entropía en un sistema cerrado aumenta; esto se aplica tanto a los motores eléctricos como a los motores de combustión. Cualquier cosa que no esté limitada por la segunda ley es una máquina de movimiento perpetuo o una fuente de energía libre. El límite de eficiencia de un motor de combustión se describe mejor mediante el ciclo de Carnot .
@IanRingrose Si coloca dieciséis 777-200 en un cuadrado de 4x4 (punta de ala a punta de ala, nariz a cola) y dibuja un cuadrado continuo alrededor de los dieciséis aviones, tendría una celda solar que, si fuera 20% eficiente ( típico de una buena celda), produciría aproximadamente la mitad de la potencia de un motor Trent-800 (a pleno sol, apuntando al sol).
Estuve involucrado en un proyecto para electrificar aviones pequeños. Si las mejores baterías disponibles aumentaran su densidad de energía de 3 a 5 veces la capacidad actual, entonces estamos hablando de un rango igual al de un avión pequeño propulsado por AVGAS. Esto tiene en cuenta la eficiencia mucho mayor del motor eléctrico.
¿Cómo se compara la eficiencia energética y de peso entre una batería/propulsión eléctrica y un motor de combustión?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v