Los conductores que desean reducir su consumo de combustible y así maximizar la eficiencia del combustible utilizan técnicas de conducción energéticamente eficientes . Muchos conductores tienen el potencial de mejorar significativamente su eficiencia de combustible. [1] Cosas simples como mantener los neumáticos inflados correctamente, tener un vehículo en buen mantenimiento y evitar el ralentí pueden mejorar drásticamente la eficiencia del combustible. [2] El uso cuidadoso de la aceleración y desaceleración y, especialmente, limitar el uso de altas velocidades ayuda a la eficiencia. El uso de múltiples técnicas de este tipo se denomina " hipermiling ". [3]
Técnicas simples de eficiencia de combustible pueden dar como resultado una reducción en el consumo de combustible sin recurrir a técnicas radicales de ahorro de combustible que pueden ser ilegales y peligrosas, como seguir a 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 divide entre la fricción de rodadura de los neumáticos (11%), la resistencia del aire (5%) y el frenado (5%). [6] Dado que no se ganan millas en ralentí o cuando el motor está en modo de espera , la eficiencia aumenta al apagar el motor cuando el automóvil está parado.
Si bien hasta el 95 % de los límites de eficiencia a velocidades urbanas son intrínsecos a la construcción del vehículo, [6] una amplia variedad de técnicas contribuyen a una conducción energéticamente eficiente.
Los neumáticos desinflados se desgastan más rápido y pierden energía para resistir la rodadura debido a la deformación del neumático. La pérdida para un automóvil es aproximadamente el 1,0 por ciento por cada 2 psi (0,1 bar; 10 kPa) de caída de presión de los cuatro neumáticos. [7] La alineación inadecuada 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 minimizando la masa transportada, es decir, el número de personas o la cantidad de carga, herramientas y equipos transportados en el vehículo. Quitar accesorios comunes innecesarios, como portaequipajes, protectores de cepillos, deflectores de viento (o " spoilers ", cuando están diseñados para carga aerodinámica y no para una separación mejorada del flujo), estribos y barras de empuje, así como el uso de neumáticos de perfil más estrecho y bajo, mejorará el consumo de combustible. eficiencia al reducir el peso, la resistencia aerodinámica y la resistencia a la rodadura . [8] Algunos automóviles también utilizan una llanta de refacción de tamaño medio, para ahorrar peso, costo y espacio. En un vehículo típico, cada 55 libras adicionales aumenta el consumo de combustible en un 1 por ciento. [7] Quitar las bacas (y los accesorios) puede aumentar la eficiencia del combustible hasta en un 20 por ciento. [7] Reducir el combustible a bordo a un valor más bajo (50% a 75%) también puede beneficiar la reducción de combustible en un entorno de tráfico urbano ( "Ayuda en línea del VW Golf 8".).
Mantener una velocidad eficiente es un factor importante en la eficiencia del combustible. [9] [10] Se puede esperar una eficiencia óptima mientras se navega a una velocidad constante y con la transmisión en la marcha más alta (consulte Elección de marcha, a continuación). La velocidad óptima varía según el tipo de vehículo, aunque generalmente se informa que está entre 56 y 80 km/h (35 y 50 mph). Por ejemplo, un Chevrolet Impala 2004 tenía una velocidad óptima de 42 mph (68 km/h), y estaba dentro del 15 por ciento de esa velocidad de 29 a 57 mph (47 a 92 km/h).
A velocidades más altas, la resistencia del viento juega un papel cada vez más importante 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 que funcionan con combustibles fósiles 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 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 obtener su mejor eficiencia de combustible por debajo de este umbral de velocidad que depende del modelo. El automóvil cambiará automáticamente entre el modo de alimentación por batería o la potencia del motor con recarga de batería. Los coches eléctricos , como el Tesla Model S , pueden recorrer hasta 1.080 kilómetros (670 millas) a 39 km/h (24 mph). [13]
La capacidad de la carretera afecta la velocidad y, por tanto, también la eficiencia del combustible. Los estudios han demostrado que velocidades ligeramente superiores a 72 km/h (45 mph) permiten un mayor rendimiento cuando las carreteras están congestionadas. [14] Los conductores individuales pueden mejorar su eficiencia de combustible y la de otros evitando carreteras y momentos en los que el tráfico disminuye a menos de 45 mph (72 km/h). Las comunidades pueden mejorar la eficiencia del combustible adoptando límites de velocidad [15] o políticas para evitar o disuadir a los conductores de ingresar al tráfico que se acerca al punto en el que las velocidades se reducen por debajo de 45 mph (72 km/h). La tarificación de la congestión se basa en este principio; eleva el precio del acceso a la vía en los momentos de mayor uso, para evitar que los automóviles entren en el tráfico y reduzcan la velocidad 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 los límites de velocidad más bajos. [dieciséis]
La eficiencia del motor varía con la velocidad y el par. Para conducir a una velocidad constante no se puede elegir ningún punto de funcionamiento para el motor; más bien, 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. Para un turbodiésel, una marcha demasiado baja moverá el motor a una región de altas revoluciones y bajo par 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 normalmente cae más rápidamente que en un motor diésel debido a las pérdidas de aceleración. [18] Debido a que navegar a una velocidad eficiente utiliza mucho menos que la potencia máxima del motor, el punto de funcionamiento óptimo para navegar a baja potencia suele ser a una velocidad del motor muy baja, alrededor o por debajo de 1000 rpm. Esto explica la utilidad de las marchas de "sobremarcha" muy altas para la conducción en carretera. Por ejemplo, un automóvil pequeño puede necesitar sólo entre 10 y 15 caballos de fuerza (7,5 a 11,2 kW) para viajar a 60 mph (97 km/h). Es probable que esté ajustado a aproximadamente 2500 rpm a esa velocidad, sin embargo, para obtener la máxima eficiencia, el motor debe estar funcionando a aproximadamente 1000 rpm 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 necesaria ]
La eficiencia del combustible varía según el vehículo. La eficiencia del 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 superior a la necesaria sin prestar atención a lo que está delante puede requerir frenar y luego acelerar adicionalmente. Un estudio de 2001 recomendaba acelerar enérgicamente, pero suavemente, antes de cambiar en los coches manuales. [19]
Generalmente, la eficiencia del combustible se maximiza cuando se minimizan la aceleración y el frenado. Por lo tanto, una estrategia para ahorrar combustible es anticipar lo que sucede más adelante y conducir de tal manera que se minimice la aceleración y el frenado, y se maximice el tiempo de avance.
La necesidad de frenar a veces viene provocada por acontecimientos impredecibles. A velocidades más altas, hay menos tiempo para permitir que los vehículos reduzcan la velocidad deslizándose 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 acelerar, frenar o desacelerar para maximizar la eficiencia general del combustible.
Al acercarse a una señal en rojo, los conductores pueden optar por "cronometrar un semáforo" soltando el acelerador antes de la señal. Al permitir que su vehículo reduzca la velocidad temprano y avance, dará tiempo a que el semáforo se ponga verde antes de llegar, evitando la pérdida de energía al tener que detenerse.
Debido al tráfico que se detiene y arranca, conducir durante las horas pico consume menos combustible y produce más humos tóxicos. [20]
Los frenos convencionales disipan la 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 automóvil en cada frenada, lo que lleva a una reducción quizás del 20% en los costos de energía de la conducción en ciudad. [11]
Una alternativa a la aceleración o el frenado es el deslizamiento, es decir, el deslizamiento sin propulsión . La navegación por inercia disipa la energía almacenada ( energía cinética y energía potencial gravitacional ) contra la resistencia aerodinámica y la resistencia a la rodadura que el vehículo siempre debe superar durante el viaje. Si se avanza cuesta arriba, la energía almacenada también se gasta por la resistencia de pendiente, pero esta energía no se disipa ya que se almacena como energía potencial gravitacional que podría usarse más adelante. Utilizar la energía almacenada (por inercia) para estos fines es más eficiente que disiparla mediante el frenado por fricción.
Al circular con el motor en marcha y la transmisión manual en punto muerto, o con el embrague presionado, todavía habrá algo de consumo de combustible debido a que el motor necesitará mantener la velocidad del motor en ralentí.
La ley prohíbe la conducción por inercia con un vehículo sin marcha en la mayoría de los estados de EE. UU., sobre todo si se va cuesta abajo. Un ejemplo son los Estatutos Revisados de Maine, Título 29-A, Capítulo 19, §2064 [21] "Un operador, cuando viaja en una pendiente, no puede avanzar con las marchas del vehículo en punto muerto". Algunas regulaciones difieren entre los vehículos comerciales para no desacoplar el embrague al bajar de categoría y los vehículos de pasajeros para poner la transmisión en neutral. Estas regulaciones señalan cómo los conductores conducen un vehículo. No usar el motor en caminos de bajada más largos y empinados, o usar excesivamente el freno puede causar una falla debido al sobrecalentamiento de los frenos.
Apagar el motor en lugar de dejarlo en ralentí ahorra combustible. Los semáforos son predecibles y, a menudo, es posible anticipar cuándo un semáforo se pondrá verde. Un apoyo es el sistema Start-stop , apagando y encendiendo el motor automáticamente durante una parada. Algunos semáforos tienen temporizadores que ayudan al conductor a utilizar esta táctica.
Algunos híbridos deben mantener el motor en marcha siempre que el vehículo esté en movimiento y la transmisión engranada, aunque todavía tienen una función de parada automática que se activa cuando el vehículo se detiene, evitando desperdicios. Maximizar el uso de la parada automática en estos vehículos es fundamental porque el ralentí provoca una grave caída 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 anticipando el movimiento de otros vehículos o cambios repentinos en la situación en la que se encuentra actualmente. Por ejemplo, un conductor que se detiene rápidamente o gira sin señalar, reduce las opciones que tiene otro conductor para maximizar su desempeño. . Al brindar siempre a los usuarios de la vía la mayor cantidad de información posible sobre sus intenciones, un conductor puede ayudar a otros usuarios de la vía a reducir su consumo de combustible (así como aumentar su seguridad). De manera similar, la anticipación de las características de la carretera, como los semáforos, puede reducir la necesidad de frenar y acelerar excesivamente. Los conductores también deben anticipar el comportamiento de los peatones o animales en las proximidades, para poder reaccionar adecuadamente ante una situación que los afecte.
El uso de aire acondicionado requiere la generación de hasta 5 hp (3,7 kW) de potencia adicional para mantener una velocidad determinada. [ cita necesaria ] 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 máxima 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 costos 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. Ya sea el estrangulador en un automóvil equipado con carburador (década de 1970 o antes) o la computadora de la inyección electrónica en los vehículos modernos agregarán más combustible a la mezcla de combustible y aire hasta que se alcance la temperatura normal de funcionamiento, lo que disminuirá la eficiencia del combustible. [23]
Usar 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 eficiencia debido al número de octanaje incluso cuando la detonación no es un problema. [25] Todos los vehículos en los Estados Unidos fabricados desde 1996 están equipados con diagnóstico a bordo OBD-II y la mayoría de los modelos tendrán sensores de detonación que ajustarán automáticamente la sincronización si se detecta un ping, por lo que se puede usar combustible de bajo octanaje en Un motor diseñado para alto octanaje, con cierta reducción en eficiencia y rendimiento. Si el motor está diseñado para alto octanaje, el combustible de mayor octanaje dará como resultado una mayor eficiencia y rendimiento bajo ciertas condiciones de carga y mezcla.
Los vehículos eléctricos de batería utilizan alrededor de 20 kWH de energía para 100 km de viaje (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 a una velocidad determinada ("pulso" o "quemar"), seguida de un período de deslizamiento o deslizamiento hacia una velocidad más baja, momento en el cual se repite la secuencia de quemar-coser. [26] Los conductores han descubierto y experimentado esta estrategia de conducción para ahorrar 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 de los frenos, la dirección y los accesorios) 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 (sobremarchan) con una marcha, aunque el motor en movimiento añade una considerable resistencia por fricción y la velocidad se pierde más rápidamente que con el motor desembragado de la transmisión.
Se ha demostrado que la estrategia de pulso y planeo es un diseño de control eficiente tanto en escenarios de seguimiento de automóviles [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 resolviendo un problema de control óptimo (OCP). Debido a una relación de transmisión discreta, fuertes características no lineales del combustible del motor y diferentes dinámicas en el modo pulso/planeo, el OCP es un problema de conmutación de enteros mixtos no lineal. [29] [30]
Algunos vehículos híbridos son adecuados para realizar pulsaciones y planear. [31] En un híbrido en serie-paralelo (ver tren motriz del vehículo híbrido ), el motor de combustión interna y el sistema de carga se pueden apagar para el deslizamiento simplemente manipulando el acelerador. Sin embargo, según la simulación, se obtienen más ganancias en economía en los vehículos no híbridos. [27] [26]
Esta estrategia de control también se puede utilizar en pelotón de vehículos (el pelotón de vehículos automatizados tiene el potencial de mejorar significativamente la eficiencia del combustible del transporte por carretera), y este método de control funciona mucho mejor que los controladores cuadráticos lineales convencionales. [32]
Pulso y planeo del motor de combustión en vehículos híbridos lo señala por relación de transmisión en su mapa de consumo , capacidad de la batería, nivel de la 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 sólo a una fracción de su eficiencia máxima, [33] lo que da como resultado una menor eficiencia del combustible (o lo que es lo mismo, un mayor consumo específico de combustible (SFC)). [34] Los gráficos que muestran el SFC para cada combinación factible de par (o presión media efectiva de freno) y RPM se denominan mapas de consumo de combustible específicos de freno . Usando dicho mapa, se puede encontrar la eficiencia del motor en varias combinaciones de rpm , torque , etc. [26]
Durante la fase de pulso (aceleración) de pulso y planeo, la eficiencia es casi máxima debido al alto par 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 da una eficiencia general que suele ser mayor que cuando se navega a una velocidad constante. Los cálculos por computadora han predicho que en casos raros (a bajas velocidades donde el torque requerido para navegar a velocidad constante es bajo) es posible duplicar (o incluso triplicar) la economía de combustible. [27] Simulaciones más realistas que tienen en cuenta otro 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 la eficiencia del combustible se duplique o triplique. Tal falla se debe a señales, señales de alto y consideraciones para el resto del tráfico; todos estos factores interfieren con la técnica de pulso y deslizamiento. Pero aún son factibles mejoras en la economía de combustible de aproximadamente el 20 por ciento. [27] [26] [35]
Drafting o slipstreaming es una técnica mediante la cual un vehículo más pequeño conduce (o se desliza) cerca de un vehículo que está delante de él para protegerlo del viento. Además de ser ilegal en muchas jurisdicciones, suele ser peligroso. [36] Las pruebas del mundo real de un automóvil a diez pies detrás de un camión mostraron una reducción de más del 90 por ciento de la fuerza del viento (resistencia aerodinámica) con una eficiencia que se informa 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 de 35 a 50 mph (56 a 80 km/h); sin embargo, el flujo de tráfico suele ser más rápido. La diferencia de velocidad entre los coches aumenta el riesgo de colisión. [9]
La corriente de aire aumenta el riesgo de colisión cuando hay una separación de menos de tres segundos del vehículo que le precede. [38]
La navegación por inercia es otra técnica para aumentar la eficiencia del combustible. Cambiar de marcha y/o reiniciar el motor aumentan el tiempo necesario para una maniobra de evasión que implique aceleración. Por lo tanto, algunos creen que la reducción del control asociado con la navegación por inercia es un riesgo inaceptable.
Sin embargo, también es probable que un operador experto en maximizar la eficiencia anticipándose a otros usuarios de la carretera y a 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 espacios más grandes delante de ellos. Si ocurre un imprevisto, estos conductores normalmente tendrán más fuerza de frenado disponible que un conductor que frena bruscamente por costumbre.
El principal problema con la seguridad y el hipermiling es la falta de temperatura en el sistema de frenos. Esto es muy importante en los vehículos más antiguos durante el 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 tirar hacia un lado.
Los entusiastas conocidos como hypermilers [3] desarrollan y practican técnicas de conducción para aumentar la eficiencia del combustible y reducir el consumo. Los Hypermilers han batido récords de eficiencia de combustible, por ejemplo, alcanzando 109 millas por galón en un Prius . En vehículos no híbridos, estas técnicas también son beneficiosas, con eficiencias de combustible de hasta 59 mpg ( 4,0 L/100 km) en un Honda Accord o 30 mpg ( 7,8 L/100 km) en un Acura MDX . [39]
El término fue acuñado por
Wayne Gerdes
. 'Gerdes no es sólo un hipermiler. Él es el hipermiler. Él es el hombre que acuñó el término "hypermiler".
