Las técnicas de conducción energéticamente eficientes son utilizadas por los conductores que desean reducir su consumo de combustible y, por lo tanto, maximizar la eficiencia del combustible . Muchos conductores tienen el potencial de mejorar significativamente su eficiencia de combustible. [1] Cosas simples como mantener los neumáticos inflados correctamente, tener un vehículo bien mantenido y evitar el ralentí pueden mejorar drásticamente la eficiencia del combustible. [2] El uso cuidadoso de la aceleración y la desaceleración y, especialmente, limitar el uso de altas velocidades ayuda a la eficiencia. El uso de múltiples técnicas de este tipo se llama " hypermiling ". [3]
Las técnicas simples de ahorro de combustible pueden resultar en una reducción del consumo de combustible sin recurrir a técnicas radicales de ahorro de combustible que pueden ser ilegales y peligrosas, como conducir demasiado cerca de otros vehículos más grandes.
La mayor parte de la pérdida de energía del combustible en los automóviles se produce en las pérdidas termodinámicas del motor. En concreto, para conducir a una media de 60 kilómetros por hora (37 mph), aproximadamente el 33% de la energía va al escape y el 29% se utiliza para enfriar el motor; la fricción del motor supone otro 11%. El 21% restante se reparte entre la fricción de rodadura de los neumáticos (11%), la resistencia del aire (5%) y el frenado (5%). [6] Dado que no se ganan kilómetros al ralentí, o cuando el motor está en modo de espera , la eficiencia aumenta al apagar el motor cuando el coche está parado.
Si bien hasta el 95% de los límites de eficiencia a velocidades de ciudad son intrínsecos a la construcción del vehículo, [6] una amplia variedad de técnicas contribuyen a una conducción energéticamente eficiente.
Los neumáticos con una presión insuficiente se desgastan más rápido y pierden energía debido a la resistencia a la rodadura debido a la deformación del neumático. La pérdida en un automóvil es de aproximadamente el 1,0 por ciento por cada caída de presión de 2 psi (0,1 bar; 10 kPa) en los cuatro neumáticos. [7] La alineación incorrecta de las ruedas y la alta viscosidad cinemática del aceite del motor también reducen la eficiencia del combustible.
Los conductores pueden aumentar la eficiencia del combustible al minimizar la masa transportada, es decir, la cantidad de personas o la cantidad de carga, herramientas y equipo que se transporta en el vehículo. Quitar accesorios innecesarios comunes como portaequipajes, protectores de cepillo, deflectores de viento (o " spoilers ", cuando están diseñados para la carga aerodinámica y no para una separación mejorada del flujo), estribos y barras de empuje, así como usar neumáticos más estrechos y de perfil más bajo mejorará la eficiencia del combustible al reducir el peso, la resistencia aerodinámica y la resistencia a la rodadura . [8] Algunos automóviles también usan una llanta de repuesto de medio tamaño, con fines de ahorro de peso/costo/espacio. En un vehículo típico, cada 55 libras adicionales aumenta el consumo de combustible en un 1 por ciento. [7] Quitar los portaequipajes (y los accesorios) puede aumentar la eficiencia del combustible hasta en un 20 por ciento. [7] Reducir el combustible a bordo a un valor menor (del 50% al 75%) también puede beneficiar la reducción de combustible en un entorno de tráfico urbano ( "VW Golf 8 ayuda en línea".).
Mantener una velocidad eficiente es un factor importante en la eficiencia del combustible. [9] [10] Se puede esperar una eficiencia óptima al conducir a una velocidad constante y con la transmisión en la marcha más alta (ver Elección de la marcha, a continuación). La velocidad óptima varía según el tipo de vehículo, aunque generalmente se informa que está entre 35 y 50 mph (56 y 80 km/h). Por ejemplo, un Chevrolet Impala 2004 tenía una velocidad óptima a 42 mph (68 km/h), y estaba dentro del 15 por ciento de esa velocidad entre 29 y 57 mph (47 a 92 km/h).
A velocidades más altas, la resistencia del viento juega un papel cada vez mayor en la reducción del ahorro de combustible en los automóviles . A 60 km/h, la velocidad media mundial, la pérdida de energía debido a la resistencia del aire en los automóviles de combustible fósil es aproximadamente el 5% de la pérdida total de energía. La fricción (33%), el escape (29%) y la refrigeración del motor (33%) representan el resto. [12] Por encima de los 60 km/h, la resistencia del viento crece aproximadamente con el cuadrado de la velocidad, convirtiéndose en el factor dominante a alta velocidad. [11] : 256
Los híbridos suelen alcanzar su mejor eficiencia de combustible por debajo de esta velocidad límite que depende del modelo. El coche cambiará automáticamente entre el modo de funcionamiento por batería o el modo de funcionamiento por motor con recarga de la batería. Los coches eléctricos , como el Tesla Model S , pueden recorrer hasta 1.080 kilómetros (670 mi) a 39 km/h (24 mph). [13]
La capacidad de las carreteras afecta la velocidad y, por lo tanto, también la eficiencia del combustible. Los estudios han demostrado que las velocidades justo por encima de 45 mph (72 km/h) permiten un mayor rendimiento cuando las carreteras están congestionadas. [14] Los conductores individuales pueden mejorar su eficiencia de combustible y la de los demás evitando las carreteras y los momentos en que el tráfico se reduce a menos de 45 mph (72 km/h). Las comunidades pueden mejorar la eficiencia del combustible adoptando límites de velocidad [15] o políticas para prevenir o disuadir a los conductores de entrar en el tráfico que se acerca al punto en que las velocidades se reducen a menos de 45 mph (72 km/h). La tarificación por congestión se basa en este principio; aumenta el precio del acceso a las carreteras en los momentos de mayor uso, para evitar que los automóviles entren en el tráfico y reduzcan las velocidades por debajo de los niveles eficientes.
Las investigaciones han demostrado que los límites de velocidad obligatorios se pueden modificar para mejorar la eficiencia energética entre un 2 y un 18 por ciento, dependiendo del cumplimiento de límites de velocidad más bajos. [16]
La eficiencia del motor varía con la velocidad y el par motor. Para conducir a una velocidad constante, no se puede elegir ningún punto de funcionamiento del motor, sino que se necesita una cantidad específica de potencia para mantener la velocidad elegida. Una transmisión manual permite al conductor elegir entre varios puntos a lo largo de la banda de potencia. En el caso de un turbodiésel, una marcha demasiado baja moverá el motor a una región de altas revoluciones y bajo par motor en la que la eficiencia cae rápidamente y, por lo tanto, la mejor eficiencia se logra cerca de la marcha más alta. [17] En un motor de gasolina, la eficiencia generalmente cae más rápidamente que en un diésel debido a las pérdidas por estrangulamiento. [18] Debido a que la conducción a una velocidad eficiente utiliza mucho menos que la potencia máxima del motor, el punto de funcionamiento óptimo para la conducción a baja potencia es generalmente a una velocidad muy baja del motor, alrededor de (o incluso ligeramente por debajo de) 1500 rpm para motores de gasolina y 1200 rpm para motores diésel. Esto explica la utilidad de las marchas de "sobremarcha" muy altas para la conducción a velocidad crucero en autopista. Por ejemplo, un automóvil pequeño podría necesitar solo entre 10 y 15 caballos de fuerza (7,5 y 11,2 kW) para alcanzar una velocidad de crucero de 97 km/h (60 mph). Es probable que esté preparado para funcionar a unas 2500 rpm a esa velocidad, pero para lograr la máxima eficiencia, el motor debería funcionar a unas 1500 rpm (gasolina) o 1200 rpm (diésel) para generar esa potencia de la forma más eficiente posible para ese motor (aunque las cifras reales variarán según el motor y el vehículo). [ cita requerida ]
El consumo de combustible varía según el vehículo. El consumo de combustible durante la aceleración generalmente mejora a medida que aumentan las RPM hasta un punto cercano al par máximo ( consumo de combustible específico del freno [17] ). Sin embargo, acelerar a una velocidad mayor de la necesaria sin prestar atención a lo que hay por delante puede requerir frenar y luego acelerar más. Un estudio de 2001 recomendó acelerar enérgicamente, pero suavemente antes de cambiar de marcha en los automóviles manuales. [19]
En general, la eficiencia de combustible se maximiza cuando se minimizan la aceleración y el frenado. Por lo tanto, una estrategia de ahorro de combustible consiste en anticipar lo que sucederá más adelante y conducir de manera que se minimice la aceleración y el frenado y se maximice el tiempo de marcha por inercia.
La necesidad de frenar a veces se debe a acontecimientos impredecibles. A velocidades más altas, hay menos tiempo para permitir que los vehículos disminuyan la velocidad mediante el frenado por inercia. La energía cinética es mayor, por lo que se pierde más energía al frenar. A velocidades medias, el conductor tiene más tiempo para elegir si acelera, avanza por inercia o desacelera para maximizar la eficiencia general del combustible.
Al acercarse a una señal roja, los conductores pueden optar por "sincronizar el semáforo" soltando el acelerador antes de la señal. Al permitir que su vehículo reduzca la velocidad antes y avance por inercia, le darán tiempo a que la luz se ponga verde antes de llegar, lo que evitará la pérdida de energía por tener que detenerse.
Debido al tráfico con frecuentes arranques y paradas, conducir durante las horas pico es ineficiente en términos de combustible y produce más gases tóxicos. [20]
Los frenos convencionales disipan energía cinética en forma de calor, que es irrecuperable. El frenado regenerativo , utilizado por los vehículos híbridos/eléctricos, recupera aproximadamente el 50% de la energía del vehículo en cada frenada, lo que permite una reducción de quizás el 20% en los costos de energía de la conducción urbana. [11]
Una alternativa a la aceleración o al frenado es el deslizamiento, es decir, el deslizamiento sin propulsión . El deslizamiento disipa la energía almacenada ( energía cinética y energía potencial gravitatoria ) contra la resistencia aerodinámica y la resistencia a la rodadura que siempre debe superar el vehículo durante el desplazamiento. Si se desliza cuesta arriba, la energía almacenada también se gasta en la resistencia de la pendiente, pero esta energía no se disipa, ya que se almacena como energía potencial gravitatoria que podría usarse más adelante. El uso de la energía almacenada (a través del deslizamiento) para estos fines es más eficiente que disiparla en el frenado por fricción.
Al conducir con el motor en marcha y la transmisión manual en punto muerto o el embrague presionado, aún habrá algo de consumo de combustible debido a que el motor necesita mantener la velocidad de ralentí.
En la mayoría de los estados de EE. UU., la ley prohíbe circular con el vehículo sin una marcha puesta, sobre todo en pendientes. Un ejemplo es el Título 29-A, Capítulo 19, §2064 [21] de los Estatutos Revisados de Maine: "Un conductor, cuando viaja en una pendiente, no puede circular con las marchas del vehículo en punto muerto". Algunas regulaciones difieren entre los vehículos comerciales, que no deben desacoplar el embrague para una pendiente, y los vehículos de pasajeros, que deben poner la transmisión en punto muerto. Estas regulaciones indican cómo los conductores operan un vehículo. No usar el motor en pendientes pronunciadas y prolongadas, o usar excesivamente el freno puede causar una falla debido al sobrecalentamiento de los frenos.
Apagar el motor en lugar de dejarlo en ralentí permite ahorrar combustible. Los semáforos son predecibles y, a menudo, es posible anticipar cuándo se pondrá en verde. Una ayuda es el sistema Start-stop , que apaga y enciende el motor automáticamente durante una parada. Algunos semáforos tienen temporizadores que ayudan al conductor a utilizar esta táctica.
Algunos vehículos híbridos deben mantener el motor en marcha siempre que el vehículo esté en movimiento y la transmisión acoplada, aunque aún cuentan con una función de parada automática que se activa cuando el vehículo se detiene, lo que evita el desperdicio de combustible. Maximizar el uso de la parada automática en estos vehículos es fundamental porque el ralentí provoca una caída severa en la eficiencia instantánea del consumo de combustible a cero millas por galón, y esto reduce la eficiencia promedio (o acumulada) del consumo de combustible.
Un conductor puede mejorar su eficiencia de combustible si anticipa el movimiento de otros vehículos o los cambios repentinos en la situación en la que se encuentra. Por ejemplo, un conductor que se detiene rápidamente o gira sin señalizar reduce las opciones que tiene otro conductor para maximizar su rendimiento. Al brindar siempre a los usuarios de la vía la mayor cantidad posible de información sobre sus intenciones, un conductor puede ayudar a otros usuarios de la vía a reducir su consumo de combustible (así como a aumentar su seguridad). De manera similar, la anticipación de las características de la vía, como los semáforos, puede reducir la necesidad de frenar y acelerar excesivamente. Los conductores también deben anticipar el comportamiento de los peatones o los animales en las inmediaciones, de modo que puedan reaccionar adecuadamente ante una situación que se desarrolle en la que estén involucrados.
El uso del aire acondicionado requiere la generación de hasta 5 hp (3,7 kW) de potencia adicional para mantener una velocidad determinada. [ cita requerida ] Los sistemas de aire acondicionado se encienden y apagan, o varían su potencia, según lo requieran los ocupantes, por lo que rara vez funcionan a plena potencia de forma continua. Apagar el aire acondicionado y bajar las ventanillas puede evitar esta pérdida de energía, aunque aumentará la resistencia, por lo que el ahorro de costes puede ser menor de lo que generalmente se anticipa. [22] El uso del sistema de calefacción de pasajeros ralentiza el aumento de la temperatura de funcionamiento del motor. Tanto el estrangulador en un automóvil equipado con carburador (de los años 70 o anteriores) como la computadora de inyección de combustible en los vehículos modernos agregarán más combustible a la mezcla de combustible y aire hasta que se alcance la temperatura de funcionamiento normal, lo que reducirá la eficiencia del combustible. [23]
El uso de combustible de gasolina de alto octanaje en un vehículo que no lo necesita generalmente se considera un gasto innecesario, [24] aunque Toyota ha medido ligeras diferencias en la eficiencia debido al número de octanos incluso cuando el golpeteo no es un problema. [25] Todos los vehículos en los Estados Unidos construidos desde 1996 están equipados con diagnósticos a bordo OBD-II y la mayoría de los modelos tendrán sensores de golpeteo que ajustarán automáticamente la sincronización si y cuando se detecte un ping, por lo que se puede usar combustible de bajo octanaje en un motor diseñado para alto octanaje, con cierta reducción en la eficiencia y el rendimiento. Si el motor está diseñado para alto octanaje, entonces el combustible de mayor octanaje dará como resultado una mayor eficiencia y rendimiento bajo ciertas condiciones de carga y mezcla.
Los vehículos eléctricos a batería consumen alrededor de 20 kWh de energía por cada 100 km de recorrido (equivalente a 3 millas/kWh), aproximadamente 4 veces menos que un automóvil de combustible fósil. [11] : 127
La estrategia de conducción de pulso y planeo (PnG) consiste en acelerar hasta una velocidad dada ("pulso" o "quema"), seguido de un período de marcha por inercia o planeo hasta una velocidad menor, en cuyo punto se repite la secuencia de quema-planeo. [26] Los conductores han descubierto y experimentado que esta estrategia de conducción ahorra combustible durante mucho tiempo, y algunos experimentos también validaron su capacidad de ahorro de combustible. [27] En la operación PnG, la marcha por inercia es más eficiente cuando el motor no está en marcha, aunque se pueden obtener algunas ganancias con el motor encendido (para mantener la potencia a los frenos, la dirección y los auxiliares) y el vehículo en punto muerto. [26] La mayoría de los vehículos de gasolina modernos cortan el suministro de combustible por completo cuando se desplazan por inercia (sobremarcha) en una marcha, aunque el motor en movimiento agrega una resistencia de fricción considerable y la velocidad se pierde más rápidamente que con el motor desembragado del tren motriz.
Se ha demostrado que la estrategia de pulso y planeo es un diseño de control eficiente tanto en escenarios de seguimiento del vehículo [26] como de conducción libre [28] , con un ahorro de combustible de hasta un 20 %. En la estrategia PnG, el control del motor y la transmisión determina el rendimiento de ahorro de combustible, y se obtiene mediante la solución de un problema de control óptimo (OCP). Debido a una relación de transmisión discreta, características de combustible del motor fuertemente no lineales y una dinámica diferente en el modo de pulso/planeo, el OCP es un problema de conmutación de números enteros mixtos no lineales. [29] [30]
Algunos vehículos híbridos son adecuados para realizar el proceso de impulso y planeo. [31] En un híbrido en serie-paralelo (ver transmisión de vehículos híbridos ), el motor de combustión interna y el sistema de carga se pueden apagar para el planeo simplemente manipulando el acelerador. Sin embargo, según la simulación, se obtienen más ganancias en economía en vehículos no híbridos. [27] [26]
Esta estrategia de control también se puede utilizar en pelotones de vehículos (los pelotones de vehículos automatizados tienen el potencial de mejorar significativamente la eficiencia de combustible del transporte por carretera), y este método de control funciona mucho mejor que los controladores cuadráticos lineales convencionales. [32]
La relación de pulso y planeo del motor de combustión en vehículos híbridos apunta por relación de transmisión en su mapa de consumo , capacidad de la batería, nivel de batería, carga, en función de la aceleración, la resistencia del viento y su factor de velocidad.
La mayor parte del tiempo, los motores de los automóviles funcionan a solo una fracción de su eficiencia máxima, [33] lo que resulta en una menor eficiencia de combustible (o lo que es lo mismo, un mayor consumo específico de combustible (SFC)). [34] Los gráficos que muestran el SFC para cada combinación posible de torque (o presión efectiva media de freno) y RPM se denominan mapas de consumo específico de combustible de freno . Usando un mapa de este tipo, uno puede encontrar la eficiencia del motor en varias combinaciones de rpm , torque , etc. [26]
Durante la fase de pulso (aceleración) del pulso y planeo, la eficiencia es casi máxima debido al alto par motor y gran parte de esta energía se almacena como energía cinética del vehículo en movimiento. Esta energía cinética obtenida de manera eficiente se utiliza luego en la fase de planeo para superar la resistencia a la rodadura y la resistencia aerodinámica. En otras palabras, pasar entre períodos de aceleración eficiente y planeo proporciona una eficiencia general que suele ser mayor que cuando se navega a una velocidad constante. Los cálculos informáticos han predicho que en casos raros (a bajas velocidades donde el par motor necesario para navegar a velocidad constante es bajo) es posible duplicar (o incluso triplicar) el ahorro de combustible. [27] Las simulaciones más realistas que tienen en cuenta el resto del tráfico sugieren que es más probable que se produzcan mejoras del 20 por ciento. [26] En otras palabras, en el mundo real es poco probable que se vea que la eficiencia de combustible se duplique o triplique. Tal falla se debe a las señales, las señales de stop y las consideraciones sobre el resto del tráfico; todos estos factores interfieren con la técnica de pulso y planeo. Pero las mejoras en el ahorro de combustible del 20 por ciento o más siguen siendo factibles. [27] [26] [35]
El rebufo o deslizamiento es una técnica mediante la cual un vehículo más pequeño circula (o avanza por inercia) cerca de un vehículo que va delante de él para protegerse del viento. Además de ser ilegal en muchas jurisdicciones, suele ser peligroso. [36] Las pruebas en el mundo real de un automóvil a diez pies detrás de un camión semirremolque mostraron una reducción de más del 90 por ciento de la fuerza del viento (resistencia aerodinámica) con una eficiencia que se informa que es del 39 por ciento. [37]
A veces existe un equilibrio entre ahorrar combustible y prevenir accidentes. [9]
En Estados Unidos, la velocidad a la que se maximiza la eficiencia del combustible suele estar por debajo del límite de velocidad, normalmente entre 56 y 80 km/h (35 y 50 mph); sin embargo, el flujo de tráfico suele ser más rápido que eso. La diferencia de velocidad entre los vehículos aumenta el riesgo de colisión. [9]
El uso del carril de circulación aumenta el riesgo de colisión cuando hay una separación de menos de tres segundos con el vehículo precedente. [38]
El avance por inercia es otra técnica para aumentar la eficiencia del combustible. Cambiar de marcha o volver a arrancar el motor aumenta el tiempo necesario para una maniobra de evasión que implica aceleración. Por lo tanto, algunos creen que la reducción del control asociada con el avance por inercia es un riesgo inaceptable.
Sin embargo, también es probable que un conductor experto en maximizar la eficiencia mediante la anticipación de otros usuarios de la vía y las señales de tráfico sea más consciente de su entorno y, en consecuencia, más seguro. Los conductores eficientes minimizan el uso de los frenos y tienden a dejar mayores espacios frente a ellos. Si ocurre un evento imprevisto, estos conductores generalmente tendrán más fuerza de frenado disponible que un conductor que frena con fuerza por hábito.
El principal problema de seguridad y de conducción a gran velocidad es la falta de temperatura en el sistema de frenos. Esto es extremadamente importante en vehículos más viejos en invierno. Los sistemas de frenos de disco ganan eficiencia con temperaturas más altas. El frenado de emergencia con frenos congelados a velocidades de autopista genera una serie de problemas, desde una mayor distancia de frenado hasta desviaciones hacia un lado.
Los entusiastas conocidos como hypermilers [3] desarrollan y practican técnicas de conducción para aumentar la eficiencia de combustible y reducir el consumo. Los hypermilers han batido récords de eficiencia de combustible, por ejemplo, logrando 109 millas por galón en un Prius . En los vehículos no híbridos, estas técnicas también son beneficiosas, con eficiencias de combustible de hasta 59 mpg ‑US (4,0 L/100 km) en un Honda Accord o 30 mpg ‑US (7,8 L/100 km) en un Acura MDX . [39]
El término fue acuñado por
Wayne Gerdes
. 'Gerdes no es solo un hypermiler. Es el hypermiler. Es el hombre que acuñó el término "hypermiler"'
