Millas por galón equivalente de gasolina

Medición de la economía de combustible.

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

Millas por galón equivalente de gasolina ( MPGe o MPG _ge ) es una medida de la distancia promedio recorrida por unidad de energía consumida. MPGe es utilizado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) para comparar el consumo de energía de vehículos de combustible alternativo , vehículos eléctricos enchufables y otros vehículos de tecnología avanzada con el consumo de energía ^[1] de vehículos convencionales de combustión interna clasificados 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, medida también en kilovatios-hora (kWh). La equivalencia de esta unidad a la energía en un galón de gasolina es verdadera si y sólo 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 el promedios nacionales. ^{[6] [7]} El costo equivalente de millas por galón para combustible alternativo se puede calcular con una simple conversión al 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 pegatina de Monroney del automóvil eléctrico Nissan Leaf y del 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 (EE.UU.) 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 camionetas livianas vendidos en los EE. UU. deben tener esta etiqueta que muestre la estimación de la EPA de economía de combustible del vehículo. ^[3]

En un fallo conjunto emitido en mayo de 2011, la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras (NHTSA) y la EPA establecieron los nuevos requisitos para una etiqueta ambiental y de economía de combustible que es obligatoria para todos los automóviles de pasajeros y camiones nuevos a partir del año de modelo 2013. Este fallo utiliza millas por galón equivalente de gasolina para todos los vehículos de combustible y tecnología avanzada disponibles en el mercado de EE. UU., incluidos los híbridos enchufables, los vehículos eléctricos , los vehículos de combustible flexible , los vehículos con pila de combustible de hidrógeno , los vehículos a gas natural , los vehículos con motor diésel y los vehículos con motor de gasolina . ^{[11] [12]} Además de mostrarse en vehículos nuevos, las clasificaciones de economía de combustible son utilizadas por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) para publicar la Guía anual de economía de combustible; el Departamento de Transporte de EE. UU. (DOT) para administrar el programa Corporate Average Fuel Economy (CAFE); y el Servicio de Impuestos Internos (IRS) para recaudar impuestos sobre los consumidores que consumen mucha gasolina . ^[3]

Las estimaciones de economía de combustible para las pegatinas en las ventanas y el cumplimiento del estándar CAFE son diferentes. La clasificación MPGe de la EPA que se muestra en la etiqueta de 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 en cualquier otra fuente de energía, y solo representa el consumo de energía del tanque a la rueda . Las estimaciones de CAFE se basan en el criterio del pozo a la rueda y, en el caso de los combustibles líquidos y los vehículos de propulsión eléctrica, también tienen en cuenta la energía consumida aguas arriba para producir el combustible o la electricidad y entregarlo al vehículo. La economía de combustible para propósitos de CAFE incluye un ajuste de incentivo para vehículos de combustible alternativo y vehículos eléctricos enchufables que resulta en MPGe más altos que los estimados para las pegatinas en las ventanas. ^{[13] [14]}

Fondo

1988: Ley de combustibles alternativos para motores

La Ley de Combustibles de Motor Alternativos (AMFA) promulgada en 1988 ^[15] proporciona incentivos de Economía de Combustible Promedio Corporativo (CAFE) para la fabricación de vehículos de combustible alternativo (AFV) que funcionan con etanol , metanol o gas natural , ya sea exclusivamente o en conjunto con combustible gasolina o diesel. Estos vehículos de combustible dual también se conocen como vehículos de combustible flexible (FFV). Para proporcionar incentivos para el uso generalizado de estos combustibles y promover la producción de AFV y FFV, AMFA otorga créditos CAFE a los fabricantes de AFV/FFV, 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 AFV calificados pueden mejorar su estimación CAFE calculando el promedio ponderado de la economía de combustible cuando operan con combustible convencional (gasolina y diesel) y cuando operan con combustible(s) alternativo. ^{[16] : 9–10} AMFA proporciona los siguientes factores de equivalencia basados ​​en el contenido de energía: ^{[15] : §513}

• 1 gal (alcohol) = 0,15 gal (gasolina)
• 100 pies ³ (gas natural) = 0,823 galones equivalentes (gas natural)
  • 1 gal equivalente (gas natural) = 0,15 gal (gasolina)

Un AFV dedicado que funcione únicamente con alcohol dividiría la economía de combustible de alcohol por el factor de equivalencia de energía de 0,15. Como ejemplo, un AFV dedicado que logra una economía de combustible de 15 mpg mientras funciona con alcohol tendría un CAFE calculado de la siguiente manera: ^{[16] : 10}

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

Para los FFV, se supone que los vehículos operarían el 50% del tiempo con combustible alternativo y el 50% del tiempo con combustible convencional, lo que resulta en una economía de combustible que se basa en un promedio armónico de combustible alternativo y combustible convencional. Por ejemplo, para un modelo alternativo de combustible dual que alcanza 15 millas por galón funcionando con combustible de alcohol y 25 mpg con 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 de la economía de combustible para los vehículos a gas natural es similar. Para los propósitos de este cálculo, la economía de combustible es igual al promedio ponderado de la economía de combustible mientras se opera con gas natural y mientras se opera con gasolina o diésel. AMFA especifica que el contenido energético de 100 pies cúbicos de gas natural es igual a 0,823 galones equivalentes de gas natural, y se considera que el equivalente en 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 dedicado a gas natural que alcance 25 millas por 100 pies cúbicos de gas natural tendría un valor CAFE de la siguiente manera: ^{[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 está basado sustancialmente en petróleo y tiene efectos ambientales. y beneficios de seguridad energética. A partir de 1993, los fabricantes de estos otros automóviles de combustible alternativo que cumplan los requisitos de calificación también podrán beneficiarse de un trato especial en el cálculo de su CAFE. ^[17]

1994: equivalente en galones de gasolina

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

2000: economía de combustible equivalente al petróleo

A finales de la década de 1990 y principios de la de 2000, se produjeron varios automóviles eléctricos en cantidades limitadas como resultado del mandato de la Junta de Recursos del Aire de California (CARB) para vehículos de cero emisiones 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 clasificación del Departamento de Energía de EE. UU. y la EPA para la eficiencia energética a bordo de estos vehículos eléctricos se expresó como kilovatios hora /milla (KWh/mi), la métrica más comúnmente conocida en ciencia e ingeniería para medir el consumo de energía, y se utilizó como unidad de facturación de la energía entregada a los consumidores por las empresas eléctricas . ^[27]

Para cumplir con las regulaciones corporativas sobre la economía promedio de combustible (CAFE, por sus siglas en inglés) impuestas por el Congreso de los EE. UU . en 1975, el Departamento de Energía de los EE. UU . estableció en julio de 2000 una metodología para calcular la economía de combustible equivalente al petróleo de los vehículos eléctricos en un sistema integral. base. La metodología considera la eficiencia aguas arriba de los procesos involucrados en los dos ciclos del combustible. El contenido energético de la gasolina se reduce de 33.705 Wh/gal al 83% de eso, o aproximadamente 27.975 Wh/gal de pozo a tanque, para tener en cuenta la energía utilizada en el refinamiento y la distribución. Asimismo, el valor energético de la electricidad producida a partir de combustibles fósiles se reduce al 30,3%, debido a la pérdida de energía en la generación y transmisión, según la media nacional. Esto se normaliza al valor anterior de la gasolina, lo que da como resultado un contenido energético de electricidad equivalente a gasolina desde el pozo hasta el vehículo de sólo 12,307 Wh/gal. ^[14]

La fórmula también incluye un "factor de contenido de combustible" de 1/0,15 (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 de fabricantes de automóviles para cumplir con los estándares CAFE, y el Congreso anticipó que dicho incentivo ayudaría. acelerar la comercialización de vehículos eléctricos. El factor de incentivo elegido por el Departamento de Energía para los vehículos eléctricos es el mismo factor de 1/0,15 que ya se aplica en el tratamiento regulatorio de otros tipos de vehículos de combustible alternativo. ^[14] Cuando se consideran todos los factores en la fórmula del Departamento de Energía, la eficiencia energética o la economía de combustible equivalente de los vehículos eléctricos aumenta, y se calcula en millas por el factor de equivalencia de petróleo de 82,049 Wh/gal en lugar de millas por el equivalente en galón de gasolina habitual de 33,705. Wh/galón, para efectos de créditos CAFE a fabricantes. ^[27]

2007: X Premio

La competencia Automotive X Prize tenía como objetivo fomentar el desarrollo de automóviles que fueran capaces de operar 100 millas con un galón de gasolina (mpg). Se debatió la comparación de los vehículos eléctricos con los vehículos que llevaban su propio motor, ya que la noción del equivalente en millas por galón como métrica para los vehículos eléctricos hacía que la competencia fuera trivial para los vehículos eléctricos y las correspondientes millas por galón como métrica para los demás, extremadamente difícil. para los demás. Miastrada Company argumentó que esto frustraba el propósito de la competencia, sin éxito. En abril de 2007, como parte del borrador de las pautas de competencia publicado en el Salón del Automóvil de Nueva York, MPGe fue anunciado como la principal métrica de mérito para el Premio Progressive Insurance Automotive X , una competencia desarrollada por la X Prize Foundation para vehículos súper eficientes que pueden lograr al menos 100 MPGe. ^[28] En febrero de 2009, Consumer Reports anunció que, como parte de una asociación con la X Prize Foundation, 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

Tal como lo exige la Ley de Seguridad e Independencia Energética (EISA) de 2007, con la introducción de vehículos de tecnología avanzada en los EE. UU. se debe incorporar nueva información en la etiqueta Monroney de los automóviles y camionetas livianos nuevos vendidos en el país, como las calificaciones. sobre el ahorro de combustible, las emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes del aire . La Agencia de Protección Ambiental de 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 brindar a los consumidores comparaciones energéticas y ambientales simples en todos los tipos de vehículos, incluidos los eléctricos de batería. (BEV), vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) y vehículos convencionales con motor de combustión interna propulsados ​​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 vehículos nuevos a partir del año modelo 2012. ^{[3] [30]}

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

Como parte del proceso de investigación y rediseño, la EPA llevó a cabo grupos focales donde a los participantes se les presentaron varias opciones para expresar el consumo de electricidad para vehículos eléctricos enchufables . La investigación demostró 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 prefirieron el equivalente a millas por galón, MPGe, como 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 focal en comparación con la métrica de millas por kWh. Con base en estos resultados, la EPA decidió utilizar las siguientes métricas de economía y consumo de combustible en las etiquetas rediseñadas: MPG (ciudad y carretera, y combinado); MPGe (ciudad y carretera, y combinados); Galones por 100 millas; kWh por 100 millas. ^[30]

El diseño propuesto y el contenido final para dos opciones de la nueva etiqueta adhesiva que se introduciría en los automóviles y camionetas modelo 2013 se consultaron con el público durante 60 días en 2010, y ambas incluyen el equivalente a millas por galón y kWh por 100 millas como valor métricas de economía de combustible para automóviles enchufables, pero en una opción, MPGe y costo anual de electricidad son las dos métricas más destacadas. ^{[34] [35]} En noviembre de 2010, la EPA introdujo MPGe como métrica de comparación en su nueva etiqueta de economía de combustible para el 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 año modelo 2013.

En mayo de 2011, la NHTSA y la EPA emitieron una regla final conjunta que establece nuevos requisitos para una etiqueta ambiental y de economía de combustible que es obligatoria para todos los automóviles de pasajeros y camiones nuevos a partir del año de modelo 2013. La resolución incluye nuevas etiquetas para combustible alternativo y propulsión alternativa. vehículos disponibles en el mercado estadounidense, como híbridos enchufables, vehículos eléctricos, vehículos de combustible flexible, vehículos de pila de combustible de hidrógeno y vehículos de gas natural. ^{[11] [12]} La métrica común de economía de combustible adoptada para permitir la comparación de vehículos de combustible alternativo y tecnología avanzada con 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 equivalen a la energía de un galón de gasolina. ^[11]

Las nuevas etiquetas también muestran por primera vez una estimación de cuánto combustible o electricidad se necesita para conducir 100 millas (160 km), presentando a los consumidores estadounidenses el consumo de combustible por distancia recorrida, una métrica comúnmente utilizada en otros países. La EPA explicó que el objetivo es evitar la tradicional métrica de millas por galón que puede ser potencialmente engañosa cuando los consumidores comparan mejoras en la economía de combustible, y conocida como la "ilusión MPG". ^[11]

Como se mencionó anteriormente, es común entre el público la confusión y la mala interpretación entre los dos tipos de " eficiencia de combustible ". La economía de combustible mide qué tan lejos llegará 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

Las millas por galón equivalente de gasolina se basan en el contenido energético de la gasolina. La energía que se puede obtener al quemar un galón estadounidense de gasolina es 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

MPGe se determina convirtiendo el consumo del vehículo por unidad de distancia, según lo determinado mediante modelado por computadora o la finalización de un ciclo de conducción real, de sus unidades nativas a un equivalente de energía de gasolina. Ejemplos de unidades nativas incluyen W·h para vehículos eléctricos, kg- H
₂para vehículos de hidrógeno, galones para vehículos de biodiesel 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 del tanque a la rueda para líquidos y de la pared a la rueda para electricidad, es decir, mide la energía por la que el propietario suele pagar. Para los vehículos eléctricos, el costo de energía incluye las conversiones de CA para cargar la batería. ^[39] Las clasificaciones MPGe de la EPA que se muestran en las pegatinas de las ventanas no tienen en cuenta el consumo de energía aguas arriba, que incluye la energía o el combustible necesarios para generar electricidad o extraer y producir el combustible líquido; las pérdidas de energía por 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 diversos combustibles vienen dados por 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 de energía de un combustible en particular puede variar un poco según su química específica y su método de producción. Por ejemplo, en las nuevas clasificaciones de eficiencia desarrolladas por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) para vehículos eléctricos de batería (BEV) y vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) (ver más abajo), el contenido energético de un galón de Se supone que la gasolina es 114.989,12 BTU o 33,7 kWh. ^[8]

Conversión a MPG por costo

El costo equivalente en millas por galón de un vehículo de combustible alternativo se puede calcular mediante una fórmula simple para comparar directamente los costos operativos de MPG (en lugar del consumo de energía de MPGe ^[7] ) con los vehículos tradicionales, ya que el costo de los recursos varía sustancialmente de una región a otra. región. ^{[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 aquellos 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 simple que funciona solo con la capacidad de la fuente de combustible y su posible alcance para comparar vehículos. Con sus 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 alcance de una fuente de combustible específica representa directamente las pruebas 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 el alcance. posibles y se tienen en cuenta. El estilo de conducción y las condiciones climáticas se pueden tener en cuenta utilizando la autonomía alcanzada en lugar de la autonomía anunciada para el cálculo.

La fórmula funciona derivando cuánto combustible alternativo se puede comprar por el costo de un solo galón de gasolina, y crea una relación de cómo se compara esta cantidad con la capacidad de almacenamiento del vehículo, luego multiplica esta relación por el alcance posible del vehículo. El resultado es el número de millas que recorre el vehículo con combustible alternativo por el mismo costo de un galón de gasolina.

El cálculo final da como resultado la unidad MPG y es directamente comparable a 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.

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

Utilizando los supuestos de las Guías de economía de combustible de la EPA de 2018 para el precio promedio nacional de $2.56/gal de gasolina regular y $0.13/kWh ^[42], podemos calcular un vehículo con una potencia nominal de 84 MPGe o 40 kW/100 Mi de eficiencia y que tenga una batería EV de 16.5 kW de cuyos 13,5 kWh se pueden utilizar para conducción eléctrica con una autonomía anunciada de 33 millas por carga.

Nota: Usar el tamaño de la batería en lugar de la carga utilizable proporcionará un valor conservador. El uso de la carga real y el alcance real proporcionará una economía 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 cuantos 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/gal y la electricidad vale $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 cuantos 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 equivalentes de economía de combustible 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 combustible flexible .

Para los vehículos eléctricos de batería, la fórmula de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. para calcular el MPGe entre el pozo y la rueda se basa en los estándares energéticos establecidos por el Departamento de Energía de EE. UU. en 2000: ^{[2] [13] [14]} El pozo para -La conversión de ruedas se utiliza para calcular el consumo de combustible promedio corporativo (CAFE), pero no para el consumo de combustible de la etiqueta de ventana (Monroney). Para la economía de combustible de 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 equivalente de gasolina (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. y lo 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 a través de 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 sus MPGe nominales no tiene en cuenta ningún combustible o energía consumida aguas arriba, como la generación y transmisión de energía eléctrica, o el ciclo de vida desde el pozo hasta la rueda, ya que la comparación de la EPA con los vehículos de combustión interna se realiza en una base de tanque a rueda versus batería a rueda.

La Junta de Recursos del Aire de California utiliza una prueba de dinamómetro diferente a la de la EPA y considera la gasolina reformulada que se vende en ese estado. Para las estimaciones de 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 la economía de combustible de vehículos híbridos eléctricos e híbridos enchufables se aprobó en julio de 2010. Los procedimientos recomendados para los PHEV se revisaron en el Laboratorio Nacional de Argonne y la nueva regulación de la EPA para definir los informes de economía de combustible de los PHEV. Se espera que el protocolo se base en SAE J1711. ^{[43] [44]} En noviembre de 2010, la EPA decidió calificar el modo eléctrico y el modo solo de gasolina por separado, y estas son las dos cifras que se muestran de manera destacada en la etiqueta de la ventana del Chevrolet Volt 2011. En modo eléctrico, la potencia del Volt se estima con la misma fórmula que la de un coche eléctrico. ^{[10] [13]} La clasificación de economía de combustible general o compuesta que combina electricidad y gasolina se muestra en la etiqueta de Monroney en un tipo mucho más pequeño y como parte de la comparación de la economía de combustible del Volt entre todos los vehículos y dentro de los autos 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 a los efectos de estimar la economía de combustible promedio corporativa (CAFE) para el período 2012-2016 de los nuevos fabricantes. ) créditos para híbridos enchufables. ^{[13] [46]}

Ejemplos

En noviembre de 2010, la EPA comenzó a incluir "MPGe" en su nueva etiqueta para comparaciones ambientales y de economía de combustible. La EPA calificó el automóvil eléctrico Nissan Leaf con una economía de combustible combinada de 99 MPGe, ^[9] y calificó el 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 clasificación 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 clasificación 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 la energía equivalente a un galón de gasolina. ^[10]

Coches totalmente eléctricos

La siguiente tabla compara las clasificaciones oficiales de la EPA en cuanto a economía de combustible (en millas por galón equivalente de gasolina, mpg-e o MPGe, para vehículos eléctricos enchufables ) para vehículos de pasajeros totalmente eléctricos de producción en serie clasificados por la EPA para los años de 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 de gasolina y electricidad. ( 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 calificación de la EPA se toman de las pruebas de los fabricantes de sus propios vehículos, generalmente realizadas utilizando 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 bolsillo estimados de la EPA y las calificaciones de economía de combustible de los vehículos eléctricos híbridos enchufables de producción en serie clasificados por la EPA a enero de 2017, expresados ​​en millas por galón equivalente de gasolina (mpg-e), ^{[6] [ 86] en comparación con el} automóvil híbrido de gasolina y electricidad con mayor eficiencia de combustible , el Toyota Prius Eco 2016 (cuarta generación) , con una potencia de 56 mpg _-EE.UU. (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 _-EE.UU. (9,4 L/100 km; 30 mpg _-imp ). ^{[86] [87] [88]} La tabla también muestra la eficiencia de combustible para los híbridos enchufables en modo totalmente eléctrico expresada como KWh/100 millas, la métrica utilizada por la EPA para calificar los automóviles eléctricos antes de noviembre de 2010. ^[27][update]

Vehículos de pila de combustible

La siguiente tabla compara la economía de combustible de la EPA expresada en millas por galón equivalente de gasolina (MPGe) para los dos modelos de vehículos con celda de combustible de hidrógeno clasificados por la EPA a septiembre de 2021 ^[update]y disponibles en California. ^[120]

Conversión usando 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 convertir a un galón equivalente 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 de energía de 120 MJ /kg (113,738 BTU/kg), ^[122] al convertir esta densidad de energía a un GGE, se encuentra que se necesitan 1,011 kg de hidrógeno para alcanzar la energía equivalente. de un galón de gasolina. Este factor de conversión ahora se puede utilizar para calcular el MPGe de 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 equivalente a millas por galón 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 desde el pozo hasta las ruedas. Más bien, la EPA presenta MPGe de la misma manera que MPG para vehículos con motor de combustión interna convencional, como se muestra en la etiqueta de Monroney , y en ambos casos la clasificación sólo 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 suele pagar. Para los vehículos eléctricos, el costo de energía incluye las conversiones de CA de la pared utilizada para cargar la batería ^[39] . Las clasificaciones de la EPA que se muestran en las pegatinas de las ventanas no tienen en cuenta el consumo de energía aguas arriba, que incluye la energía o el combustible necesarios para generar electricidad o para extraer y producir el combustible líquido; las pérdidas de energía por 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 el año 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 energético de la electricidad equivalente a la gasolina del pozo a la rueda (WTW) ( ). La metodología considera la eficiencia ascendente de los procesos involucrados en los dos ciclos del combustible y considera las eficiencias promedio nacionales de generación y transmisión de electricidad porque un vehículo eléctrico con batería quema su combustible (principalmente combustibles fósiles) fuera de la planta de generación de energía. ^[14] Los fabricantes de automóviles utilizan esta metodología para estimar los créditos en su economía de combustible promedio corporativa (CAFE) general para la fabricación de vehículos eléctricos . ^[13] ${\displaystyle E_{g}}$

La economía de combustible equivalente al petróleo de los vehículos eléctricos está determinada por las siguientes ecuaciones: ^[14]

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

dónde:

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

${\displaystyle E_{g}}$= Contenido energético equivalente a gasolina del factor eléctrico

${\displaystyle FCF}$= Factor "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 proporcionar un tratamiento similar a los fabricantes de todo tipo de vehículos de combustible alternativo ^[123].

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

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

El contenido energético equivalente a gasolina del factor eléctrico, 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 a partir de 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]

${\displaystyle C}$= Vatios hora de energía por galón de gasolina factor de conversión = 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 desde el pozo hasta la pared resultantes de la extracción de petróleo crudo y el refinamiento en gasolina ( T _p ), la conversión en 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 apenas 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 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 carretera, da como resultado una economía de combustible equivalente al petróleo de 335,24. millas por galón, basado en un factor de horario de conducción de 55 por ciento en ciudad 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 pegatina de Monroney para el Mini E calificó el consumo de energía de la pared a las ruedas en 33/36 kWh/100 mi (102,1/93,6 mpg‑e) para los ciclos de conducción en ciudad y carretera, respectivamente. ^[124] La economía de combustible equivalente al petróleo es de 239 MPG _PE , suponiendo 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 etiqueta de Monroney para los ciclos de conducción urbana/carretera, respectivamente. ^[63] La economía de combustible equivalente al petróleo para el Bolt, utilizando la regla del Departamento de Energía para considerar las pérdidas de energía del pozo a la pared, es de 284 MPG _PE , calculada utilizando la misma división urbana/carretera de 55%/45%.

Ver también

• Propulsión alternativa
• Economía de combustible promedio corporativa (CAFE)
• Eficiencia de conversión de energía
• Densidad de energia
• Eficiencia de combustible en el transporte
• Equivalente en galones 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.