Eficiencia de los Coches

Hola amigos.

Hoy quiero hablar sobre la eficiencia energética de los coches, que ahora es un tema que está muy de moda, por el tema de la polución y el ahorro de combustible. Creo que os sorprenderá saber que los coches de combustión interna, gasolina o diésel, son tremendamente ineficientes. He buscado las fuentes de dichas pérdidas y en la siguiente tabla he querido resumiros cuáles son esas pérdidas y cuál su magnitud.

Fuentes: rc.opelgt.org/indexcw.php.    R. A. Ristinen, J. J. Kraushaar.“Energy and the Environment"

Decir que estos datos son muy aproximados, depende del tipo de coche, del modo de conducción y también de la fuente, pero son bastante intuitivos y dan un idea bastante acertada de lo que ocurre realmente en la mecánica de un coche.

En primer lugar, hay que resaltar que del 100% de la energía aportada por los combustibles fósiles, entre un 58% y un 62% se pierde por disipación térmica (ya sea por el agua de refrigeración o por el aire), es decir, más de la mitad de la energía que aporta la gasolina o el diesel se pierde calentando el aire del ambiente, ¿no te parece curioso? Luego hay otras pequeñas pérdidas que, aunque parezcan insignificantes, juntas suponen unas pérdidas adicionales superiores al 22%. Con esto nos queda que la energía efectiva del motor, la que hace que el coche se mueva, es del 13%-20% y el resto, se pierde.

Pero esto no es todo, cuando el coche está en movimiento se generan una serie de fuerzas en contra del movimiento que hay que vencer, ¿cómo? Invirtiendo más energía. Las fuerzas de las que estamos hablando, son principalmente la resistencia al viento y la resistencia de giro de las ruedas. Restando todas estas pérdidas a lo que nos quedaba antes, con suerte nos quedará un 6% que podremos utilizar para encender el aire acondicionado o si queremos subir cuestas o acelerar…

La ciencia y la ingeniería está avanzando mucho en la última época, pero por desgracia poco se puede hacer con ese 6%. En primer lugar porque el máximo rendimiento teórico de un ciclo Otto(motor de gasolina) es menor del 60%, y en segundo lugar porque siempre va a haber pérdidas caloríficas, de rozamiento, de combustión…, eso es algo que las leyes de la naturaleza ha impuesto y con el que tendremos que vivir siempre; siempre habrá aire en nuestro camino. Con todo eso, tendremos un eficiencia de 20% máxima y nada más.

A pesar de todo esto, sí que se está avanzando para hacer los coches más eficientes (salta a la vista si comparamos el rendimiento de los coches actuales con los viejos clásicos de los 50, por ejemplo). Parte de este avance ha sido posible mejorando el rodamiento, el aislamiento y también mejorando la aerodinámica de los coches y, por consecuente reducir la energía gastada para vencerla.

Fuente: www.flickr.com

Realmente el Ford Mustang del 66 parece realmente anti-aerodinámico y el Corvette Z06 parece todo lo contrario.

Fuente: www.flickr.com.  rc.opelgt.org/indexcw.php, 

R. A. Ristinen, J. J. Kraushaar. “Energy and  the Environment" 1998

Y en esta última figura se muestran algunos modelos de coches con sus coeficientes de resistencias aerodinámicas (Cd) ordenados de mayor a menor, y curiosamente también se han ordenado la época de los coches de más antiguo a más moderno, demostrando que efectivamente está habiendo un avance: el Dodge Polara Wagon presenta el doble de resistencia aerodinámica que el Citroën C4, lo que hace que la energía que destina a vencer la resistencia aerodinámica disminuya considerablemente.

Y para terminar, vamos a ver cómo afecta este coeficiente y la velocidad, en la potencia que se necesita para vencer la resistencia aerodinámica. Para ello tenemos que utilizar una expresión que nos relacione ese gasto energético con la velocidad y el coeficiente aerodinámico. La expresión es la siguiente:

P=Potencia necesaria para vencer la resistencia aerodinámica

v=Velocidad

F=Resistencia aerodinámica

ρ=Densidad del aire

S=Superficie del coche expuesta

C_d=Coeficiente de resistencia aerodinámica

Fijaos que la potencia depende del cubo de la velocidad, esto quiere decir que a velocidades bajas no variará la potencia de manera importante, pero que a velocidades altas, se disparará. Veámoslo con números.

 Consideremos los siguientes valores:  ρ=1,225 kg/m³  (valor medio), S=2,10 m² (valor medio)  C_d={0,6 , 0,4 , 0,2} y  0≤v≤200 km/h. Y el resultado es el siguiente:

Merece la pena que observes detenidamente esta gráfica. En primer lugar queda clarísimo lo que comentábamos antes, a velocidades bajas no se incrementa la potencia, pero aproximadamente a partir de 100-120 km/h, el incremento de potencia es enorme y también el del consumo. Si te preocupa el medioambiente no subas de esta velocidad. Y con respecto al coeficiente aerodinámico, vosotros mismos veis el resultado, creo que no hace falta comentar nada.

Se podría continuar hablando sobre la eficiencia energética de los coches, hay muchos temas que me dejo en el tintero, pero con esto doy terminado este post. Si alguno está interesado en este tema y quiere que indague en él, lo único que debe hacer es dejar un comentario. Acepto ideas de todo tipo relativo a este tema, como por ejemplo “eficiencia en coches híbridos”, “eficiencia comparada entre coches de gasolina y diésel”… Estoy a vuestra disposición para cualquier cosa.

Espero vuestras comentarios. Un saludo!

Fuentes:

http://www.fueleconomy.gov/

rc.opelgt.org/indexcw.php

R. A. Ristinen, J. J. Kraushaar. “Energy and the Environment" 1998

www.wikipedia.com