El equivalente en galón de gasolina ( GGE ) o galón equivalente de gasolina ( GEG ) es la cantidad de combustible alternativo que se necesita para igualar el contenido energético de un galón líquido de gasolina . El GGE permite a los consumidores comparar el contenido energético de los combustibles competidores con un combustible conocido comúnmente, es decir, la gasolina.
Es difícil comparar el costo de la gasolina con otros combustibles si se venden en diferentes unidades y formas físicas. GGE intenta resolver esto. Un GGE de GNC y un GGE de electricidad tienen exactamente el mismo contenido energético que un galón de gasolina. De esta manera, GGE proporciona una comparación directa de la gasolina con combustibles alternativos, incluidos los que se venden como gas ( gas natural , propano , hidrógeno ) y como electricidad medida .
En 1994, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST) definió el "equivalente a galón de gasolina (GGE) [como] 5,660 libras de gas natural". [1] El gas natural comprimido (GNC), por ejemplo, es un gas en lugar de un líquido. Se puede medir por su volumen en pies cúbicos estándar (ft 3 ) en condiciones atmosféricas , por su peso en libras (lb) o por su contenido energético en julios (J), unidades térmicas británicas (BTU) o kilovatios-hora (kW·h). El GNC que se vende en las estaciones de servicio de Estados Unidos se cotiza en dólares por GGE.
El uso del GGE como medida para comparar la energía almacenada de varios combustibles para su uso en un motor de combustión interna es solo un dato para los consumidores, quienes normalmente están interesados en el costo anual de conducir un vehículo, lo que requiere considerar la cantidad de trabajo útil que se puede extraer de un combustible determinado. Esto se mide por la eficiencia general del automóvil. En el contexto del GGE, una medida del mundo real de la eficiencia general es el ahorro de combustible o el consumo de combustible anunciado por los fabricantes de vehículos de motor.
Para empezar, solo una fracción de la energía almacenada de un combustible determinado (medida en BTU o kW-h) puede ser convertida en trabajo útil por el motor del vehículo. La medida de esto es la eficiencia del motor , a menudo llamada eficiencia térmica en el caso de los motores de combustión interna. Un motor de ciclo diésel puede ser tan eficiente como un 40% a 50% en la conversión de combustible en trabajo , [2] donde la eficiencia de un motor de gasolina de automóvil típico es de aproximadamente un 25% a 30%. [3] [4]
En general, un motor está diseñado para funcionar con una sola fuente de combustible y la sustitución de un combustible por otro puede afectar la eficiencia térmica. Cada combinación de combustible y motor requiere un ajuste de la mezcla de aire y combustible. Esto puede ser un ajuste manual mediante herramientas e instrumentos de prueba o puede realizarse de forma automática en vehículos con inyección de combustible y multicombustible controlados por computadora. La inducción forzada para un motor de combustión interna que utiliza un sobrealimentador o un turbocompresor también puede afectar la mezcla óptima de combustible y aire y la eficiencia térmica.
La eficiencia general de convertir una unidad de combustible en trabajo útil (rotación de las ruedas motrices) incluye la consideración de la eficiencia térmica junto con las pérdidas dinámicas que son inherentes y específicas del diseño de un vehículo determinado. La eficiencia térmica se ve afectada tanto por la fricción como por las pérdidas de calor; en el caso de los motores de combustión interna, parte de la energía almacenada se pierde en forma de calor a través del sistema de escape o de refrigeración. Además, la fricción dentro del motor se produce a lo largo de las paredes del cilindro, los cojinetes de biela y los cojinetes principales del cigüeñal, los cojinetes del árbol de levas, las cadenas de transmisión o los engranajes, además de otras superficies de apoyo menores y diversas. Otras pérdidas dinámicas pueden ser causadas por la fricción fuera del motor, incluidas las cargas del generador/ alternador , la bomba de dirección asistida, el compresor del aire acondicionado, la transmisión, la caja de transferencia (si es tracción en las cuatro ruedas), los diferenciales y las juntas universales, además de la resistencia a la rodadura de los neumáticos. El estilo externo del vehículo afecta a su resistencia aerodinámica, que es otra pérdida dinámica que debe considerarse para la eficiencia general.
En los vehículos eléctricos o de batería, el cálculo de la eficiencia general del trabajo útil del vehículo comienza con la tasa de carga y descarga del paquete de baterías, generalmente del 80% al 90%. A continuación, se realiza la conversión de la energía almacenada en distancia recorrida con energía. En términos generales, un motor eléctrico es mucho más eficiente que un motor de combustión interna a la hora de convertir la energía potencial almacenada en trabajo útil; en un vehículo eléctrico, la eficiencia del motor de tracción puede acercarse al 90%, ya que hay un calor residual mínimo que sale de las piezas del motor y no se emite calor por el radiador del refrigerante ni por el escape. Un motor eléctrico normalmente tiene fricción interna solo en los cojinetes del eje principal. [ cita requerida ] Las pérdidas adicionales afectarán la eficiencia general, de forma similar a un automóvil de combustión interna convencional, incluida la resistencia a la rodadura, la resistencia aerodinámica, la potencia de los accesorios, el control del clima y las pérdidas del tren de transmisión. Consulte la tabla a continuación para traducir los costos minoristas de electricidad para un GGE en BTU.
La eficiencia general se mide y se informa, generalmente mediante pruebas gubernamentales, mediante la operación del vehículo en un ciclo de conducción estandarizado diseñado para replicar el uso típico, al mismo tiempo que proporciona una base consistente para la comparación entre vehículos. Los automóviles vendidos en los Estados Unidos se anuncian por su eficiencia general medida (economía de combustible) en millas por galón (mpg). El MPG de un vehículo determinado comienza con la eficiencia térmica del combustible y el motor, menos todos los elementos de fricción anteriores. El consumo de combustible es una medida equivalente para los automóviles vendidos fuera de los Estados Unidos, generalmente se mide en litros por cada 100 km recorridos; en general, el consumo de combustible y las millas por galón serían recíprocos con factores de conversión apropiados, pero debido a que los diferentes países utilizan diferentes ciclos de conducción para medir el consumo de combustible, la economía de combustible y el consumo de combustible no siempre son directamente comparables.
La métrica MPGe fue introducida en noviembre de 2010 por la EPA en la etiqueta Monroney del automóvil eléctrico Nissan Leaf y el híbrido enchufable Chevrolet Volt . Las clasificaciones se basan en la fórmula de la EPA, en la que 33,7 kilovatios hora de electricidad equivalen a un galón de gasolina (lo que da un valor calorífico de 115.010 BTU/gal estadounidense), y el consumo de energía de cada vehículo durante las cinco pruebas de ciclo de conducción estándar de la EPA que simulan distintas condiciones de conducción. [5] [6] Todos los automóviles nuevos y camiones ligeros vendidos en los EE. UU. deben tener esta etiqueta que muestre la estimación de la EPA sobre el ahorro de combustible del vehículo. [7]
Las tarifas por kWh de electricidad residencial en los EE. UU. varían entre $0,0728 (Idaho) a $0,166 (Alaska), $0,22 (San Diego Tier 1, mientras que el Tier 2 es de $0,40) y $0,2783 (Hawái). [20] [21]
Un GGE de gas natural equivale a 126,67 pies cúbicos (3,587 m 3 ) en condiciones estándar . Este volumen de gas natural tiene el mismo contenido energético que un galón estadounidense de gasolina (basado en valores caloríficos inferiores : 900 BTU/pie cúbico (9,3 kWh/m 3 ) de gas natural y 114 000 BTU/gal estadounidense (8,8 kWh/L) de gasolina). [22]
Un GGE de GNC presurizado a 2400 psi (17 MPa) equivale a 0,77 pies cúbicos (22 litros; 5,8 galones estadounidenses). Este volumen de GNC a 2400 psi tiene el mismo contenido energético que un galón estadounidense de gasolina (basado en valores caloríficos inferiores: 148 144 BTU/pie cúbico (1533,25 kWh/m 3 ) de GNC y 114 000 BTU/gal estadounidense (8,8 kWh/L) de gasolina. [22] Utilizando la ley de Boyle , el GGE equivalente a 3600 psi (25 MPa) es 0,51 pies cúbicos (14 litros; 3,8 galones estadounidenses).
La Conferencia Nacional de Pesos y Medidas (NCWM) ha desarrollado una unidad de medida estándar para el gas natural comprimido, definida en el Apéndice D del Manual 44 del NIST de la siguiente manera: "1 galón equivalente de gasolina [EE. UU.] (GGE) significa 2,567 kg (5,660 lb) de gas natural". [23]
Cuando los consumidores repostan sus vehículos a GNC en los EE. UU., el GNC suele medirse y venderse en unidades de GGE, lo que resulta bastante útil como comparación con los galones de gasolina.
1,5 galones estadounidenses (5,7 litros) de etanol tienen el mismo contenido energético que 1,0 galón estadounidense (3,8 L) de gasolina.
El contenido energético del etanol es de 76.100 BTU/gal estadounidense (5,89 kilovatios-hora por litro), en comparación con 114.100 BTU/gal estadounidense (8,83 kWh/L) de la gasolina. (ver gráfico anterior)
Un vehículo de combustible flexible obtendrá aproximadamente un 76 % del rendimiento de combustible por galón cuando utilice productos E85 (85 % de etanol) en comparación con los que utilicen gasolina al 100 %. Los cálculos simples de los valores de BTU del etanol y la gasolina indican los valores térmicos reducidos disponibles para el motor de combustión interna. El etanol puro proporciona 2/3 del valor térmico disponible en la gasolina pura.
En el cálculo más común, es decir, el valor BTU de la gasolina pura frente a la gasolina con un 10 % de etanol, esta última tiene un poco más del 96 % del valor BTU de la gasolina pura. El BTU de la gasolina varía en relación con la presión de vapor Reid (lo que provoca una vaporización más fácil en mezclas invernales que contienen etanol (el etanol dificulta el arranque de un vehículo cuando hace frío) y aditivos antidetonantes. Dichos aditivos ofrecen una reducción en el valor BTU.