Millas por galón equivalente de gasolina

Medición del ahorro de combustible

Etiqueta de Monroney que muestra las clasificaciones de economía de combustible equivalente de la EPA para el Chevrolet Volt 2011. La clasificación para el modo totalmente eléctrico (izquierda) se expresa en millas por galón de gasolina equivalente (mpg).

Las millas por galón equivalente de gasolina ( MPGe o MPG _ge ) son una medida de la distancia promedio recorrida por unidad de energía consumida. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) utiliza MPGe para comparar el consumo de energía de los vehículos de combustible alternativo , los vehículos eléctricos enchufables y otros vehículos de tecnología avanzada con el consumo de energía ^{[1] de los vehículos} de combustión interna convencionales , medidos en millas por galón estadounidense . ^{[2] [3]}

La unidad de energía consumida se considera 33,7 kilovatios-hora sin tener en cuenta la eficiencia de conversión de energía térmica en energía eléctrica, también medida en kilovatios-hora (kWh). La equivalencia de esta unidad con la energía en un galón de gasolina es verdadera si y solo si el motor térmico, el equipo generador y el suministro de energía a la batería del automóvil son 100% eficientes. Los motores térmicos reales difieren enormemente de esta suposición.

MPGe no necesariamente representa una equivalencia en los costos operativos entre los vehículos de combustible alternativo y la clasificación MPG de los vehículos con motor de combustión interna debido a la amplia variación en los costos de las fuentes de combustible a nivel regional ^{[4] [5]} ya que la EPA asume precios que representan los promedios nacionales. ^{[6] [7]} El costo equivalente en millas por galón para combustible alternativo se puede calcular con una simple conversión a mpg convencional (millas por galón, millas/gal). Vea la conversión a MPG por costo a continuación.

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 kWh (121 MJ) de electricidad equivalen a un galón (estadounidense) de gasolina, ^[8] y el consumo de energía de cada vehículo durante las cinco pruebas de ciclo de conducción estándar de la EPA que simulan diferentes condiciones de conducción. ^{[9] [10]} Todos los automóviles nuevos y camiones ligeros vendidos en los EE. UU. deben tener esta etiqueta que muestra la estimación de la EPA sobre el ahorro de combustible del vehículo. ^[3]

En una resolución conjunta emitida en mayo de 2011, la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras (NHTSA) y la EPA establecieron los nuevos requisitos para una etiqueta de economía de combustible y medio ambiente que es obligatoria para todos los automóviles y camiones de pasajeros nuevos a partir del año modelo 2013. Esta resolución utiliza millas por galón de gasolina equivalente para todos los vehículos de combustible y tecnología avanzada disponibles en el mercado estadounidense, incluidos los híbridos enchufables, los vehículos eléctricos , los vehículos de combustible flexible , los vehículos de pila de combustible de hidrógeno , los vehículos de gas natural , los vehículos con motor diésel y los vehículos con motor de gasolina . ^{[11] [12]} Además de mostrarse en los vehículos nuevos, las clasificaciones de economía de combustible son utilizadas por el Departamento de Energía de los EE. UU. (DOE) para publicar la Guía de Economía de Combustible anual; el Departamento de Transporte de los EE. UU. (DOT) para administrar el programa de Economía de Combustible Promedio Corporativo (CAFE); y el Servicio de Impuestos Internos (IRS) para recaudar los impuestos a los vehículos con alto consumo de gasolina . ^[3]

Las estimaciones de ahorro de combustible para las etiquetas de las ventanas y el cumplimiento de la norma CAFE son diferentes. La calificación de MPGe de la EPA que se muestra en la etiqueta Monroney se basa en el consumo del contenido de energía a bordo almacenado en el tanque de combustible o en la batería del vehículo, o cualquier otra fuente de energía, y solo representa el consumo de energía del tanque a la rueda . Las estimaciones CAFE se basan en una base del pozo a la rueda y, en el caso de los combustibles líquidos y los vehículos con propulsión eléctrica, también tienen en cuenta la energía consumida en la corriente ascendente para producir el combustible o la electricidad y entregarlo al vehículo. La economía de combustible para los fines de CAFE incluye un ajuste de incentivos para los vehículos de combustible alternativo y los vehículos eléctricos enchufables que da como resultado MPGe más altos que los estimados para las etiquetas de las ventanas. ^{[13] [14]}

Fondo

1988: Ley de combustibles alternativos para motores

La Ley de Combustibles Alternativos para Motores (AMFA, por sus siglas en inglés) promulgada en 1988 ^[15] ofrece incentivos de Economía de Combustible Promedio Corporativo (CAFE, por sus siglas en inglés) para la fabricación de vehículos de combustible alternativo (AFV, por sus siglas en inglés) que funcionan con etanol , metanol o gas natural , ya sea exclusivamente o en combinación con gasolina o combustible diésel. Estos vehículos de combustible dual también se conocen como vehículos de combustible flexible (FFV, por sus siglas en inglés). Para ofrecer incentivos para el uso generalizado de estos combustibles y promover la producción de AFV y FFV, la AMFA otorga a los fabricantes de AFV/FFV créditos CAFE, lo que les permite aumentar los niveles generales de economía de combustible de su flota para cumplir con los estándares CAFE. ^{[16] [17]}

A partir de 1993, los fabricantes de vehículos de combustible alternativo calificados pueden mejorar su estimación del CAFE calculando el promedio ponderado del ahorro de combustible cuando funcionan con combustible convencional (gasolina y diésel) y cuando funcionan con combustible(s) alternativo(s). ^{[16] : 9–10} La AMFA proporciona los siguientes factores de equivalencia basados ​​en el contenido energético: ^{[15] : §513}

• 1 galón (alcohol) = 0,15 galones (gasolina)
• 100 pies ^cúbicos (gas natural) = 0,823 galones equivalentes (gas natural)
  • 1 galón equivalente (gas natural) = 0,15 galones (gasolina)

Un vehículo de combustible alternativo dedicado que funciona únicamente con alcohol dividiría el ahorro de combustible con alcohol por el factor de equivalencia energética de 0,15. Por ejemplo, un vehículo de combustible alternativo dedicado que logra un ahorro de combustible de 15 mpg mientras funciona con alcohol tendría un CAFE calculado de la siguiente manera: ^{[16] : 10}

${\displaystyle FE_{alcohol}={\frac {1}{0.15}}\cdot (15\,mpg_{alc})=100\,mpg_{equiv}}$

En el caso de los vehículos de combustible alternativo, se parte del supuesto de que los vehículos funcionarían el 50 % del tiempo con el combustible alternativo y el 50 % del tiempo con el combustible convencional, lo que daría como resultado un ahorro de combustible basado en un promedio armónico de combustible alternativo y combustible convencional. Por ejemplo, para un modelo de combustible dual alternativo que alcanza 15 millas por galón operando con un combustible de alcohol y 25 mpg con el combustible convencional, el CAFE resultante sería: ^{[16] : 10}

${\displaystyle FE_{dual-fuel}=\left[{\frac {0.5}{25\,mpg_{conventional}}}+{\frac {0.5}{100\,mpg_{alc\,equiv}}}\right]^{-1}=40\,mpg_{combined\,equiv}}$

El cálculo del ahorro de combustible para vehículos a gas natural es similar. Para los fines de este cálculo, el ahorro de combustible es igual al promedio ponderado del ahorro de combustible mientras se opera con gas natural y mientras se opera con combustible de gasolina o diésel. La AMFA especifica que el contenido de energía de 100 pies cúbicos de gas natural es igual a 0,823 galones equivalentes de gas natural, y se considera que la equivalencia de galones de gas natural tiene un contenido de combustible, similar al de los combustibles de alcohol, igual a 0,15 galones de combustible. Por ejemplo, según esta conversión y equivalencia de galones, un vehículo a gas natural dedicado que logre 25 millas por cada 100 pies cúbicos de gas natural tendría un valor CAFE como el siguiente: ^{[16] : 10}

${\displaystyle FE_{nat.gas}={\frac {1}{0.15}}{\frac {gal_{nat.gas}}{gal_{gasoline}}}\cdot \left[\left({\frac {25\,mi}{100\,ft_{nat.gas}^{3}}}\right)\cdot \left({\frac {100\,ft_{nat.gas}^{3}}{0.823\,gal_{nat.gas}}}\right)\right]=203\,mpg_{equiv}}$

La Ley de Política Energética de 1992 amplió la definición de combustible alternativo para incluir gas licuado de petróleo , hidrógeno , combustibles líquidos derivados del carbón y materiales biológicos, electricidad y cualquier otro combustible que el Secretario de Transporte determine que no se basa sustancialmente en petróleo y que tiene beneficios ambientales y de seguridad energética. A partir de 1993, los fabricantes de estos otros automóviles de combustible alternativo que cumplen con los requisitos de calificación también pueden beneficiarse de un tratamiento especial en el cálculo de su CAFE. ^[17]

1994: Equivalente a galón de gasolina

En 1994, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos (NIST) introdujo el equivalente a un galón de gasolina (GGE) como una métrica para medir el ahorro de combustible en vehículos a gas natural . El NIST definió un equivalente a un galón de gasolina (GGE) como 5,660 libras de gas natural, y un equivalente a un litro de gasolina (GLE) como 0,678 kilogramos de gas natural. ^[18]

2000: Economía de combustible equivalente al petróleo

A finales de los años 1990 y principios de los años 2000, se produjeron varios coches eléctricos en cantidades limitadas como resultado del mandato de la Junta de Recursos del Aire de California (CARB) de contar con vehículos de cero emisiones y más eficientes en el consumo de combustible . Los modelos populares disponibles en California incluían el General Motors EV1 y el Toyota RAV4 EV. ^{[25] [26]} La calificación del Departamento de Energía y la EPA de EE. UU. para la eficiencia energética a bordo de estos vehículos eléctricos se expresó en kilovatios hora /milla (KWh/mi), la métrica más conocida en ciencia e ingeniería para medir el consumo de energía, y se utilizó como unidad de facturación para la energía entregada a los consumidores por las empresas eléctricas . ^[27]

Para cumplir con las regulaciones de Economía de Combustible Promedio Corporativo (CAFE, por sus siglas en inglés) impuestas por el Congreso de los Estados Unidos en 1975, el Departamento de Energía de los Estados Unidos estableció en julio de 2000 una metodología para calcular la economía de combustible equivalente al petróleo de los vehículos eléctricos desde el pozo hasta la rueda . La metodología considera la eficiencia previa de los procesos involucrados en los dos ciclos de combustible. El contenido de energía de la gasolina se reduce de 33.705 Wh/gal al 83% de eso, o aproximadamente 27.975 Wh/gal desde el pozo hasta el tanque, para tener en cuenta la energía utilizada en el refinamiento y la distribución. De manera similar, el valor energético de la electricidad producida a partir de combustibles fósiles se reduce al 30,3% debido a la energía perdida en la generación y transmisión, según el promedio nacional. Esto se normaliza al valor de la gasolina anterior, lo que resulta en un contenido de energía equivalente a la gasolina desde el pozo hasta el vehículo de la electricidad de solo 12.307 Wh/gal. ^[14]

La fórmula también incluye un "factor de contenido de combustible" de1/0,15⁠ (aproximadamente 6,667) para beneficiar a los vehículos eléctricos, elevando el valor de 12.307 a 82.049 Wh/gal. Este factor de recompensa tiene como objetivo proporcionar un incentivo para que los fabricantes de vehículos produzcan y vendan vehículos eléctricos, ya que una mayor economía de combustible equivalente para los vehículos eléctricos mejora los niveles generales de economía de combustible de la flota del fabricante de automóviles en cumplimiento de los estándares CAFE, y el Congreso anticipó que dicho incentivo ayudaría a acelerar la comercialización de vehículos eléctricos. El factor de incentivo elegido por el Departamento de Energía para los vehículos eléctricos es el mismo ⁠1/0,15⁠ factor ya aplicado en el tratamiento regulatorio de otros tipos de vehículos de combustible alternativo. ^[14] Cuando se consideran todos los factores en la fórmula del DoE, la eficiencia energética o economía de combustible equivalente de los vehículos eléctricos aumenta, calculándose en millas por el factor de equivalencia de petróleo de 82,049 Wh/gal en lugar de millas por el equivalente habitual de galón de gasolina de 33,705 Wh/galón, para los fines de los créditos CAFE a los fabricantes. ^[27]

2007: Premio X

El concurso Automotive X Prize tenía como objetivo fomentar el desarrollo de automóviles capaces de recorrer 100 millas con un galón de gasolina (mpg). La comparación de los vehículos eléctricos con los vehículos que llevaban su propio motor fue debatida, ya que la noción de un equivalente de millas por galón como métrica para los vehículos eléctricos hacía que la competición fuera trivial para los vehículos eléctricos y una milla por galón correspondiente como métrica para los demás fuera extremadamente difícil para los demás. Miastrada Company argumentó que esto frustraba el propósito de la competición, sin ningún resultado. En abril de 2007, como parte del borrador de las directrices de la competición publicado en el Salón del Automóvil de Nueva York, se anunció MPGe como la principal métrica de mérito para el Progressive Insurance Automotive X Prize , una competición desarrollada por la Fundación X Prize para vehículos supereficientes que pueden alcanzar al menos 100 MPGe. ^[28] En febrero de 2009, Consumer Reports anunció que, como parte de una asociación con la Fundación X Prize, planeaban informar MPGe como una de varias medidas que ayudarán a los consumidores a comprender y comparar la eficiencia de los vehículos de combustible alternativo. ^[29]

2010-2011: millas por galón equivalente

Como lo exige la Ley de Seguridad e Independencia Energética de 2007 (EISA), con la introducción de vehículos de tecnología avanzada en los EE. UU. se debe incorporar nueva información en la etiqueta Monroney de los automóviles nuevos y camiones ligeros vendidos en el país, como calificaciones sobre economía de combustible, emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes del aire . La Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. (EPA) y la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras (NHTSA) han realizado una serie de estudios para determinar la mejor manera de rediseñar esta etiqueta para proporcionar a los consumidores comparaciones energéticas y ambientales simples en todos los tipos de vehículos, incluidos los vehículos eléctricos de batería (BEV), los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) y los vehículos con motor de combustión interna convencionales alimentados por gasolina y diésel, con el fin de ayudar a los consumidores a elegir vehículos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente. Se propuso introducir estos cambios en los vehículos nuevos a partir del año modelo 2012. ^{[3] [30]}

Antes de 2010, la calificación de la EPA para la eficiencia energética a bordo de los vehículos eléctricos se expresaba en kilovatios hora por cada 100 millas (kWh/100 mi). ^{[27] [31]} Por ejemplo, la calcomanía de la ventana del Mini E de 2009 mostraba un consumo de energía de 33 kWh/100 mi en conducción en ciudad y 36 kWh/100 mi en carretera, técnicamente equivalente a 100 mpg‑e en ciudad y 94 mpg‑e en carretera. ^[31] De manera similar, el Tesla Roadster de 2009 tenía una calificación de 32 kWh/100 mi (110 mpg‑e) en ciudad y 33 kWh/100 mi (100 mpg‑e) en carretera. ^{[32] [33]}

Como parte del proceso de investigación y rediseño, la EPA llevó a cabo grupos de discusión en los que se presentaron a los participantes varias opciones para expresar el consumo de electricidad de los vehículos eléctricos enchufables . La investigación mostró que los participantes no entendían el concepto de kilovatio hora como medida del uso de energía eléctrica a pesar del uso de esta unidad en sus facturas eléctricas mensuales. En cambio, los participantes favorecieron un equivalente de millas por galón, MPGe, como la métrica para comparar con las conocidas millas por galón utilizadas para los vehículos de gasolina. La investigación también concluyó que la métrica de kWh por 100 millas era más confusa para los participantes del grupo de discusión en comparación con las millas por kWh. Con base en estos resultados, la EPA decidió utilizar las siguientes métricas de economía de combustible y consumo de combustible en las etiquetas rediseñadas: MPG (ciudad y carretera, y combinado); MPGe (ciudad y carretera, y combinado); Galones por 100 millas; kWh por 100 millas. ^[30]

En 2010, se consultó al público durante 60 días sobre el diseño propuesto y el contenido final de dos opciones de la nueva etiqueta adhesiva que se introduciría en los automóviles y camiones del año modelo 2013 , y ambas incluyen millas por galón equivalente y kWh por 100 millas como métricas de economía de combustible para automóviles enchufables, pero en una opción, MPGe y el costo anual de electricidad son las dos métricas más importantes. ^{[34] [35]} En noviembre de 2010, la EPA introdujo MPGe como métrica de comparación en su nueva etiqueta adhesiva para la economía de combustible del Nissan Leaf y el Chevrolet Volt. ^{[9] [10]}

Etiqueta típica para vehículos con pila de combustible de hidrógeno expresada en MPGe, obligatoria a partir del modelo del año 2013

En mayo de 2011, la NHTSA y la EPA emitieron una norma final conjunta que establece nuevos requisitos para una etiqueta de economía de combustible y medio ambiente que es obligatoria para todos los automóviles y camiones de pasajeros nuevos a partir del año modelo 2013. La norma incluye nuevas etiquetas para los vehículos de combustible alternativo y propulsión alternativa disponibles en el mercado estadounidense, como los híbridos enchufables, los vehículos eléctricos, los vehículos de combustible flexible, los vehículos de pila de combustible de hidrógeno y los vehículos de gas natural. ^{[11] [12]} La métrica común de economía de combustible adoptada para permitir la comparación de los vehículos de combustible alternativo y tecnología avanzada con los vehículos convencionales con motor de combustión interna es millas por galón de gasolina equivalente (MPGe). Un galón de gasolina equivalente significa la cantidad de kilovatios hora de electricidad, pies cúbicos de gas natural comprimido (GNC) o kilogramos de hidrógeno que es igual a la energía en un galón de gasolina. ^[11]

Las nuevas etiquetas también muestran por primera vez una estimación de cuánto combustible o electricidad se necesita para recorrer 160 kilómetros (100 millas), lo que permite a los consumidores estadounidenses conocer el consumo de combustible por distancia recorrida, una métrica que se utiliza habitualmente en otros países. La EPA explicó que el objetivo es evitar la métrica tradicional de millas por galón que puede ser potencialmente engañosa cuando los consumidores comparan las mejoras en el ahorro de combustible, y que se conoce como la "ilusión de las MPG". ^[11]

Como se mencionó anteriormente, entre el público es común la confusión y la mala interpretación de los dos tipos de " eficiencia de combustible ". La economía de combustible mide la distancia que recorre un vehículo por cantidad de combustible (unidades de MPGe). El consumo de combustible es el recíproco de la economía de combustible y mide el combustible utilizado para conducir una distancia fija (unidades de gal/100 millas o kWh/100 millas). ^[36] La unidad de gal/100 millas se describe con precisión como consumo de combustible en algunos folletos de la EPA, pero esta unidad aparece en la sección de economía de combustible de la etiqueta Monroney (que no utiliza el término consumo de combustible). ^{[37] [38]}

Descripción

El equivalente de millas por galón de gasolina se basa en el contenido energético de la gasolina. La energía que se obtiene al quemar un galón estadounidense de gasolina es de 115 000 BTU, 33,70 kWh o 121,3 MJ. ^[8]

Para convertir la clasificación de millas por galón en otras unidades de distancia por unidad de energía utilizada, el valor de millas por galón se puede multiplicar por uno de los siguientes factores para obtener otras unidades:

Conversión a MPGe

El MPGe se determina convirtiendo el consumo del vehículo por unidad de distancia, determinado mediante un modelo informático o la realización de un ciclo de conducción real, de sus unidades nativas a un equivalente de energía de gasolina. Algunos ejemplos de unidades nativas incluyen W·h para vehículos eléctricos, kg- H
₂para vehículos de hidrógeno, galones para vehículos de biodiésel o gas natural licuado , pies cúbicos para vehículos de gas natural comprimido y libras para vehículos de propano o gas licuado de petróleo. A continuación se analizan casos especiales para combustibles alternativos específicos, pero una fórmula general para MPGe es:

${\displaystyle {\text{MPGe}}={\frac {\text{total miles driven}}{\left[{\frac {\text{total energy of all fuels consumed}}{\text{energy of one gallon of gasoline}}}\right]}}={\frac {({\text{total miles driven}})\times ({\text{energy of one gallon of gasoline}})}{\text{total energy of all fuels consumed}}}}$

Para la EPA, esto considera el consumo de energía desde el tanque hasta la rueda para líquidos y desde la pared hasta la rueda para electricidad, es decir, mide la energía por la que el propietario suele pagar. Para los vehículos eléctricos, el costo de la energía incluye las conversiones de CA para cargar la batería. ^[39] Las clasificaciones de MPGe de la EPA que se muestran en las etiquetas de las ventanas no tienen en cuenta el consumo de energía aguas arriba, que incluye la energía o el combustible necesarios para generar la electricidad o para extraer y producir el combustible líquido; las pérdidas de energía debido a la transmisión de energía; o la energía consumida para el transporte del combustible desde el pozo hasta la estación. ^{[14] [40]}

Los valores básicos para el contenido energético de varios combustibles se dan según los valores predeterminados utilizados en el modelo GREET (gases de efecto invernadero, emisiones reguladas y energía utilizada en el transporte) del Departamento de Energía, ^[41] de la siguiente manera:

Nota: 1 kWh equivale a 3.412 BTU

El contenido energético de un combustible en particular puede variar un poco en función de su composición química y método de producción específicos. Por ejemplo, en las nuevas clasificaciones de eficiencia que ha desarrollado la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) para los vehículos eléctricos de batería (BEV) y los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) –ver más abajo– se supone que el contenido energético de un galón de gasolina es de 114.989,12 BTU o 33,7 kWh. ^[8]

Conversión a MPG por costo

El costo equivalente en millas por galón de un vehículo con combustible alternativo se puede calcular con una fórmula simple para comparar directamente los costos operativos de MPG (en lugar del consumo de energía de MPGe ^[7] ) con los de los vehículos tradicionales, ya que el costo de los recursos varía sustancialmente de una región a otra. ^{[5] [4]} Como referencia, la ecuación completa es:

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over {\text{unit}}} \over {\text{capacity(unit)}}}\times {{\text{capacity(unit)}} \over [({\text{EnergyQuotient}}\times 100)\div {\text{MPGe}}]\div 100}}$

También para los que prefieren kWh/100 mi un equivalente es simplemente:

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={\Bigl (}{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over {\text{kWh}}}{\Bigr )}\div {{\text{kWh}}/100~{\text{mi}} \over 100~{\text{mi}}}}$

Esta ecuación se reduce a una fórmula sencilla que funciona únicamente con la capacidad de la fuente de combustible y su alcance posible para comparar vehículos. Con las tarifas locales de gasolina y su fuente de combustible, puede comparar fácilmente el costo operativo de su vehículo de combustible alternativo directamente con un modelo de motor de gasolina con lo siguiente:

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over unit} \over {\text{capacity(unit)}}}\times {\text{mi}}}$

La fórmula incluye la eficiencia inherente del vehículo, ya que la capacidad de autonomía de una fuente de combustible específica representa directamente la prueba de la EPA; luego se vuelve universal independientemente del peso, el tamaño del vehículo, el coeficiente de arrastre y la resistencia a la rodadura, ya que estos influyen directamente en la autonomía posible y se tienen en cuenta. El estilo de conducción y las condiciones climáticas se pueden tener en cuenta utilizando la autonomía lograda en lugar de la autonomía publicitada para el cálculo.

La fórmula funciona calculando la cantidad de combustible alternativo que se puede comprar por el costo de un galón de gasolina, creando una relación entre esta cantidad y la capacidad de almacenamiento del vehículo y luego multiplicando esta relación por la autonomía posible del vehículo. El resultado es la cantidad de millas que recorre el vehículo con combustible alternativo por el mismo costo de un solo galón de gasolina.

El cálculo final da como resultado la unidad MPG y es directamente comparable con los costos de combustible de un vehículo con motor de combustión interna estándar para su MPG nominal.

Ejemplos

La fórmula con las unidades correctas para un BEV o PHEV en modo totalmente eléctrico es la siguiente.

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over {\text{kWh}}} \over {\text{charge(kWh)}}}\times {\text{mi}}}$

Usando los supuestos de las Guías de Economía de Combustible de la EPA 2018 para un precio nacional promedio de $2.56/gal de gasolina regular y $0.13/kWh ^[42] podemos calcular un vehículo que tiene una calificación de 84 MPGe o 40 kW/100 Mi de eficiencia y tiene una batería EV de 16.5 kW de los cuales 13.5 kWh son utilizables para conducción eléctrica con un alcance publicitado de 33 millas por carga.

Nota: si se utiliza el tamaño de la batería en lugar de la carga utilizable, se obtendrá un valor conservador. Si se utiliza la carga real y la autonomía real, se obtendrá un ahorro real.

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$2.56 \over {\text{gal}}}\div {\$0.13 \over {\text{kWh}}} \over 13.5~{\text{kWh}}}\times 33.75~{\text{mi}}}$

Calcular cuántos kWh por galón

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{19.69~{\text{kWh}}/{\text{gal}}} \over 13.5~{\text{kWh}}}=1.46~{\text{charges}}\times 33.75~{\text{mi}}=49.2~{\text{MPG}}}$

Ahora el mismo vehículo donde la gasolina vale $3,20/galón y la electricidad $0,085/kWh.

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$3.20 \over {\text{gal}}}\div {\$0.085 \over {\text{kWh}}} \over 13.5~{\text{kWh}}}\times 33.75~{\text{mi}}}$

Calcular cuántos kWh por galón

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{37.65~{\text{kWh}}/{\text{gal}}} \over 13.5~{\text{kWh}}}=2.78~{\text{charges}}\times 33.75~{\text{mi}}=94.1~{\text{MPG}}}$

Vehículos eléctricos e híbridos enchufables

Etiqueta de Monroney que muestra las clasificaciones de economía de combustible equivalente de la EPA para el automóvil eléctrico Smart ED 2011

Entre 2008 y 2010, varios fabricantes de automóviles importantes comenzaron a comercializar vehículos eléctricos de batería (BEV), que funcionan exclusivamente con electricidad, y vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV), que utilizan electricidad junto con un combustible líquido almacenado en un tanque de combustible a bordo, generalmente gasolina, pero también puede funcionar con motores diésel , etanol o de combustible flexible .

Para los vehículos eléctricos a batería, la fórmula de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos para calcular el MPGe del pozo a la rueda se basa en los estándares de energía establecidos por el Departamento de Energía de los Estados Unidos en 2000: ^{[2] [13] [14]} La conversión del pozo a la rueda se utiliza en el cálculo de la economía de combustible promedio corporativa (CAFE), pero no para la economía de combustible de la etiqueta de la ventana (Monroney). Para la economía de combustible Monroney, la ecuación es

${\displaystyle MPGe={\frac {E_{G}}{E_{M}\cdot E_{E}}}={\frac {33\,705{\text{ Wh/gallon}}_{\text{US}}}{E_{M}}}}$

dónde

${\displaystyle MPGe}$se expresa en millas por galón de gasolina equivalente (como se muestra en la etiqueta de Monroney)

${\displaystyle E_{G}=}$contenido de energía por galón de gasolina = 115.000  Btu /galón, según lo establecido por el Departamento de Energía de EE. UU. e informado por el Centro de Datos de Combustibles Alternativos. ^[14]

${\displaystyle E_{M}=}$Energía eléctrica de pared a rueda consumida por milla ( Wh /mi), medida según las cinco pruebas de ciclo de conducción estándar de la EPA para automóviles eléctricos y los procedimientos de prueba SAE ^{[13] [39]}

${\displaystyle E_{E}=}$factor de conversión de unidades de energía (redondeado) = 3,412 Btu/Wh ^[14]

La fórmula empleada por la EPA para calcular su MPGe nominal no tiene en cuenta ningún combustible o energía consumida aguas arriba, como la generación y transmisión de energía eléctrica, o el ciclo de vida del pozo a la rueda, ya que la comparación de la EPA con los vehículos de combustión interna se realiza sobre una base de tanque a rueda versus batería a rueda.

La Junta de Recursos del Aire de California utiliza un dinamómetro de prueba diferente al de la EPA y considera la gasolina reformulada que se vende en ese estado. Para las estimaciones de la CARB, la fórmula se convierte en: ^[13]

${\displaystyle MPGe={\frac {E_{G}}{E_{M}\cdot E_{E}}}={\frac {32\,600{\text{ Wh/gallon}}_{\text{US}}}{E_{M}}}}$

La nueva norma SAE J1711 para medir las emisiones de escape y el ahorro de combustible de los vehículos eléctricos híbridos y los híbridos enchufables se aprobó en julio de 2010. Los procedimientos recomendados para los PHEV se revisaron en el Laboratorio Nacional Argonne , y se espera que la nueva regulación de la EPA para definir el protocolo de informe de ahorro de combustible de los PHEV se base en la SAE J1711. ^{[43] [44]} En noviembre de 2010, la EPA decidió calificar el modo eléctrico y el modo solo gasolina por separado, y estas son las dos cifras que se muestran de forma destacada en la pegatina de la ventana del Chevrolet Volt 2011. En modo eléctrico, la calificación del Volt se estima con la misma fórmula que un coche eléctrico. ^{[10] [13]} La calificación de ahorro de combustible general o compuesta que combina electricidad y gasolina se muestra en la etiqueta Monroney en una letra mucho más pequeña, y como parte de la comparación del ahorro de combustible del Volt entre todos los vehículos y dentro de los coches compactos . ^[45] La EPA ha considerado varias metodologías para calificar la economía de combustible general de los PHEV, pero hasta febrero de 2011 la EPA no ha anunciado la metodología final que se aplicará para estimar los créditos de Economía de Combustible Promedio Corporativo (CAFE) 2012-2016 de los nuevos fabricantes para los híbridos enchufables. ^{[13] [46]}

Ejemplos

En noviembre de 2010, la EPA comenzó a incluir "MPGe" en su nueva etiqueta para comparaciones de economía de combustible y medioambientales. La EPA calificó al coche eléctrico Nissan Leaf con una economía de combustible combinada de 99 MPGe, ^[9] y calificó al híbrido enchufable Chevrolet Volt con una economía de combustible combinada de 93 MPGe en modo totalmente eléctrico , 37 MPG cuando funciona solo con gasolina y una calificación general de economía de combustible de 60 mpg-US (3,9 L/100 km) combinando energía de electricidad y gasolina. ^{[10] [45] [47]} Para ambos vehículos, la EPA calculó la calificación MPGe en sus pruebas de cinco ciclos utilizando la fórmula mostrada anteriormente con un factor de conversión de 33,7 kWh de electricidad que es el equivalente energético de un galón de gasolina. ^[10]

Coches totalmente eléctricos

La siguiente tabla compara las clasificaciones oficiales de la EPA para economía de combustible (en millas por galón de gasolina equivalente, mpg-e o MPGe, para vehículos eléctricos enchufables ) para vehículos de pasajeros totalmente eléctricos de producción en serie calificados por la EPA para los años modelo 2015, ^[48] 2016, ^[49] 2017, ^[50] y 2023 ^[51] versus los vehículos del año modelo 2016 que fueron calificados como los más eficientes por la EPA con transmisiones híbridas enchufables ( Chevrolet Volt - segunda generación ), transmisiones híbridas gasolina-eléctricas ( Toyota Prius Eco - cuarta generación ), ^{[52] [53] [54]} y el vehículo nuevo promedio para ese año modelo, que tiene una economía de combustible de 25 mpg _‑US (9,4 L/100 km; 30 mpg _‑imp ). ^{[49] [52]}

Los datos de clasificación de la EPA se toman de las pruebas que realizan los fabricantes a sus propios vehículos, generalmente con prototipos de preproducción. Los fabricantes informan los resultados a la EPA, que los revisa y confirma entre el 15% y el 20% de ellos mediante sus propias pruebas en el Laboratorio Nacional de Vehículos y Emisiones de Combustible. ^[55]

Híbridos enchufables

La siguiente tabla compara los costos de combustible de bolsillo estimados por la EPA y las calificaciones de economía de combustible de los vehículos eléctricos híbridos enchufables de producción en serie calificados por la EPA a enero de 2017 expresados ​​en millas por galón de gasolina equivalente (mpg-e), ^{[6] [86] versus el} automóvil híbrido de gasolina y electricidad más eficiente en combustible , el Toyota Prius Eco 2016 (cuarta generación) , calificado con 56 mpg _‑US (4,2 L/100 km; 67 mpg _‑imp ), y el vehículo nuevo promedio de 2016 de la EPA, que tiene una economía de combustible de 25 mpg _‑US (9,4 L/100 km; 30 mpg _‑imp ). ^{[86] [87] [88]} La tabla también muestra la eficiencia de combustible de los híbridos enchufables en modo totalmente eléctrico expresada en KWh/100 millas, la métrica utilizada por la EPA para calificar los autos eléctricos antes de noviembre de 2010. ^[27][update]

Vehículos de pila de combustible

La siguiente tabla compara el ahorro de combustible de la EPA expresado en millas por galón de gasolina equivalente (MPGe) para los dos modelos de vehículos de celdas de combustible de hidrógeno calificados por la EPA a septiembre de 2021 ^[update]y disponibles en California. ^[120]

Conversión mediante GGE

El mismo método se puede aplicar a cualquier otro vehículo de combustible alternativo cuando se conoce el consumo de energía de ese vehículo. Generalmente, el consumo de energía del vehículo se expresa en unidades distintas de W·h/milla o Btu/milla, por lo que se requiere aritmética adicional para convertirlo a un equivalente de galón de gasolina (GGE), utilizando 33,7 kWh/galón = 114989,17 Btu/galón. ^[8]

Ejemplo de hidrógeno con GGE

Se anuncia que el Honda FCX Clarity 2008 tiene un consumo de vehículo de 72 mi/kg- H
₂. ^[121] El hidrógeno a presión atmosférica tiene una densidad energética de 120 MJ /kg (113.738 BTU/kg), ^[122] al convertir esta densidad energética a GGE, se descubre que se necesitan 1,011 kg de hidrógeno para satisfacer la energía equivalente de un galón de gasolina. Este factor de conversión se puede utilizar ahora para calcular el MPGe para este vehículo.

${\displaystyle MPGe=MPkg_{H_{2}}\times {GGE}}$,

${\displaystyle MPGe=72{\frac {mi}{kg_{H_{2}}}}\times {1.011{\frac {kg_{H_{2}}}{gallon_{gasoline}}}}=72.8MPGe}$

Evaluación del ciclo de vida

Bomba/Pozo a rueda

La métrica de millas por galón equivalente de la EPA que se muestra en la etiqueta de la ventana no mide la eficiencia energética del ciclo completo de un vehículo ni el ciclo de vida del pozo a la rueda. En cambio, la EPA presenta MPGe de la misma manera que MPG para vehículos con motor de combustión interna convencionales como se muestra en la etiqueta de Monroney , y en ambos casos la calificación solo considera el consumo de energía de la bomba a la rueda o de la pared a la rueda, es decir, mide la energía por la que el propietario generalmente paga. Para los vehículos eléctricos, el costo de la energía incluye las conversiones de CA de la pared utilizada para cargar la batería ^[39]. Las calificaciones de la EPA que se muestran en las etiquetas de las ventanas no tienen en cuenta el consumo de energía aguas arriba, que incluye la energía o el combustible necesarios para generar la electricidad o para extraer y producir el combustible líquido; las pérdidas de energía debido a la transmisión de energía; o la energía consumida para el transporte del combustible desde el pozo hasta la estación. ^{[14] [40]}

Factor de equivalencia de petróleo (PEF): una métrica CAFE

En 2000, el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) estableció la metodología para calcular la economía de combustible equivalente al petróleo de los vehículos eléctricos basándose en el contenido de energía equivalente a la gasolina del pozo a la rueda (WTW) de la electricidad ( ). La metodología considera la eficiencia ascendente de los procesos involucrados en los dos ciclos de combustible y considera las eficiencias nacionales promedio de generación y transmisión de electricidad porque un vehículo eléctrico de batería quema su combustible (principalmente combustibles fósiles) fuera de borda en la planta de generación de energía. ^[14] Esta metodología es utilizada por los fabricantes de automóviles para estimar los créditos en su Economía de Combustible Promedio Corporativo (CAFE) general para la fabricación de vehículos de propulsión eléctrica . ^[13] ${\displaystyle E_{g}}$

El consumo de combustible equivalente al petróleo de los vehículos eléctricos se determina mediante las siguientes ecuaciones: ^[14]

${\displaystyle PEF=E_{g}\times FCF\times AF\times DPF}$

dónde:

${\displaystyle PEF}$= Economía de combustible equivalente al petróleo

${\displaystyle E_{g}}$= Factor de contenido de energía eléctrica equivalente a la gasolina

${\displaystyle FCF}$= Factor de "contenido de combustible" o factor de incentivo. El Departamento de Energía seleccionó un valor de 1 ⁄ 0,15 para mantener la coherencia con los procedimientos reglamentarios y estatutarios existentes y para brindar un tratamiento similar a los fabricantes de todos los tipos de vehículos de combustible alternativo ^[123]

${\displaystyle AF}$= Factor de accesorios alimentados con petróleo; es igual a 1 si el vehículo de propulsión eléctrica no tiene accesorios alimentados con petróleo instalados, y 0,90 si los tiene.

${\displaystyle DPF}$= Factor de patrón de conducción; es igual a 1, ya que el Departamento de Energía consideró que los vehículos eléctricos elegibles para su inclusión en CAFE ofrecerán capacidades, quizás con excepción del alcance de conducción, similares a las de los vehículos convencionales.

El factor de contenido energético equivalente a la gasolina, abreviado como , se define como: ${\displaystyle E_{g}}$

${\displaystyle E_{g}={\frac {\left(T_{g}\times T_{t}\times C\right)}{T_{p}}}}$

dónde:

${\displaystyle T_{g}}$= Eficiencia promedio de generación de electricidad con combustibles fósiles en EE. UU. = 0,328 ^[124]

${\displaystyle T_{t}}$= Eficiencia promedio de transmisión de electricidad en EE. UU. = 0,924 ^[124]

${\displaystyle T_{p}}$= Eficiencia de refinación y distribución de petróleo = 0,830 ^[124]

${\displaystyle C}$= Factor de conversión de vatios-hora de energía por galón de gasolina = 33 705 Wh/gal estadounidense (115 006 BTU/gal estadounidense) ^[124]

${\displaystyle E_{g}}$se calcula como:

${\displaystyle E_{g}={\frac {(0.328\times 0.924\times 33705{\frac {Wh}{gal}})}{0.830}}}$

${\displaystyle =12307{\frac {Wh}{gal}}}$

Este cálculo tiene en cuenta las pérdidas de pozo a pared resultantes de la extracción de petróleo crudo y su refinamiento en gasolina ( T _p ), la conversión a electricidad ( T _g ) y la red de transmisión ( T _t ); en resumen, la cantidad total de energía eléctrica útil que se puede extraer de la gasolina es solo el 36,5% de su energía teórica total almacenada. ^[124] Sustituyendo los valores numéricos en la primera ecuación,

${\displaystyle PEF=E_{g}\times {\frac {1}{0.15}}\times AF\times DPF}$

${\displaystyle ={\frac {12307{\frac {Wh}{gal}}}{0.15}}\times AF\times DPF}$

${\displaystyle =82049{\frac {Wh}{gal}}\times AF\times DPF}$

Como se señaló anteriormente, cuando y son 1, como lo serían para un vehículo puramente eléctrico, . ${\displaystyle AF}$ ${\displaystyle DPF}$ ${\displaystyle PEF=82049{\frac {Wh}{gal}}}$

Ejemplos

En el ejemplo proporcionado por el Departamento de Energía de los EE. UU. en su norma final, un automóvil eléctrico con un consumo de energía de 265 vatios hora por milla en conducción urbana y 220 vatios hora por milla en conducción en carretera, da como resultado una economía de combustible equivalente a petróleo de 335,24 millas por galón, con base en un factor de programa de conducción de 55 por ciento urbano y 45 por ciento en carretera, y utilizando un factor de equivalencia de petróleo de 82.049 vatios hora por galón. ^[14]

${\displaystyle MPG_{PE}={\frac {PEF}{\left(EC_{city}\times f_{city}\right)+\left(EC_{hwy}\times f_{hwy}\right)}}}$

${\displaystyle ={\frac {82049{\frac {Wh}{gal}}}{\left(265{\frac {Wh}{mi}}\times 0.55\right)+\left(220{\frac {Wh}{mi}}\times 0.45\right)}}=335.24{\frac {mi}{gal_{PE}}}}$

En 2009, la calcomanía Monroney para el Mini E calificó el consumo de energía de pared a rueda en 33/36 kWh/100 mi (102,1/93,6 mpg‑e) para los ciclos de conducción en ciudad y carretera, respectivamente. ^[124] El consumo de combustible equivalente al petróleo es de 239 MPG _PE , asumiendo una división urbana/carretera del 55%/45%.

A modo de comparación, el Chevrolet Bolt EV 2017 tiene un consumo nominal (de pared a rueda) de 128/110 mpg‑e (263/306 Wh/mi) que figura en la calcomanía de Monroney para los ciclos de conducción urbano/carretera, respectivamente. ^[63] La economía de combustible equivalente al petróleo para el Bolt, utilizando la regla del DoE para considerar las pérdidas de energía de pozo a pared, es de 284 MPG _PE , calculada utilizando la misma división urbana/carretera del 55 %/45 %.

Véase también

• Propulsión alternativa
• Economía de combustible promedio corporativa (CAFE)
• Eficiencia de conversión de energía
• Densidad de energía
• Eficiencia de combustible en el transporte
• Galón equivalente de gasolina (GGE)
• Lista de unidades de medida inusuales

Notas

1. Tenga en cuenta que MPGe se calcula utilizando estándares anteriores y no es directamente comparable.

Referencias

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Enlaces externos

• Guía de economía de combustible del año modelo 2014, Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. y Departamento de Energía de EE. UU., abril de 2014.