11 ago. 2012

LA POTENCIA EL ENEMIGO NUMERO TRES DEL CONSUMO

Es de todos conocido que los coches muy potentes tienen un consumo muy elevado. Lo que no se suele explicar es por qué ocurre esto. Yo al menos identifico 3 causa claras de este fenómeno:
  • Aumento de peso y de la resistencia de rodadura.
  • En el pasado, diseño del motor meno eficiente.
  • Funcionamiento a cargas parciales muy bajas.
Antes de empezar a explicar este tema estamos hablando siempre de un mismo coche y motores tecnológicamente comparables. No tiene sentido por ejemplo comparar un motor de gasolina apretado de 1,2 litros que da 100CV con un turbodiesel de 1,9 litros que da 110CV. A poco bien que se haya proyectado el motor diesel, el consumo será con toda seguridad inferior. Tampoco tiene sentido comparar un motor vetusto que el fabricante va a retirar este año y vende a saldo con el último motor que acaban de desarrollar. Como ejemplo de lo que estoy hablando vamos a echar un vistazo a lo que ocurre con un coche que se vende en 5 potencias diferentes (sólo comparo los turbodiesel):

Coche Pot. Consumo1
Mercedes-Benz C 180 CDI BlueEFFICIENCY Berlina 120CV 4,8l
Mercedes-Benz C 200 CDI BlueEFFICIENCY Berlina 136CV 4,8l
Mercedes-Benz C 220 CDI BlueEFFICIENCY Berlina 170CV 4,4l
Mercedes-Benz C 250 CDI BlueEFFICIENCY Berlina 204CV 4,8l
Mercedes-Benz C 350 CDI BlueEFFICIENCY Berlina 265CV 5,9l
NOTA 1: consumo medio homologado.

¡Aparentemente cuanto más pagas menor es el consumo hasta nada menos que 170CV!

Sin embargo, cuando se escarba un poco se descubre que Mercedes Benz tal vez no está siendo todo lo diligente que debería con sus clientes. Veamos algunos datos más:

Modelo Par max.(Nm) y
régimen par max.(rpm)
Cilindrada (cm3) Peso
(Kg)
Desarrollo
(Km/h a 1000rpm)2
Neumáticos
(ancho, mm)
180 CDI 300 / 1400-2800 2143 1565 56,4 205
200 CDI 360 / 1600-2600 2143 1565 56,4 205
220 CDI 400 / 1400-2800 2143 1600 62,2 205
250 CDI 500 / 1600-1800 2143 1615 57,8 205
350 CDI 620 / 1600-2400 2987 1705 64,4 225
NOTA 2: se muestra el desarrollo más largo (en la marcha más alta). El 350CDI monta un cambio automático de 7 marchas. Los demás cambio manual de 6 marchas.

Inmediatamente se ve que el 350 compite en otra liga. Tiene cambio automático, ruedas más anchas y un peso sensiblemente mayor. Como no podía ser de otra manera el consumo del 350 es notablemente superior.

Sin embargo ¿que ocurre con los otros 4 coches? Los 4 montan misma rueda, los cuatro pesan casi lo mismo (máxima diferencia 50Kg) y los 4 tienen misma cilindrada. Apuesto que el 180 y 200 montan casi el mismo motor. Observad como el peso, el desarrollo y el consumo es idéntico en los dos coches. El 220 y 250 es posible que monten un motor más nuevo, o al menos mejorado, ya que corren más y consume menos. Observad además como el desarrollo en 6ª es más largo en el 220, lo cual sin duda ayudará a reducir en consumo en autopista y carretera (por el par tan alto que tiene, este motor a 1400rpm es suficiente para circular en 6ª a 90Km/h).

De aquí saco dos conclusiones claras:
  • Si te quieres comprar un clase C que consuma poco cómprate el 220 CDI, y de paso tendrás un coche que corre mucho.
  • Los señores de Mercedes Benz lo podrían hacer mejor. Ok, entiendo que un 220 CDI cuesta mucho más dinero que un 180 CDI, y por tanto tiene que tener un mejor motor, pero no hace falta penalizar el consumo del 180 CDI y el 200 CDI. Si los señores de Mercedes quisieran tratar bien a los clientes que no quieren 170CV (que supongo que son muchos) tienen varias opciones posibles:
    • La más sencilla sería montar el motor del Mercedes Benz clase B de 136CV. Este motor tiene un par de 300Nm a 1600-3000rpm y una cilindrada de 1796cc. Con este motor apuesto que el consumo sería de 4,4l3 y el peso del coche es un poco menor.
      NOTA 3: en el Mercedes-Benz clase B este motor consume 4,4l con unas ruedas de 205mm y un peso de 1475. El Mercedes-Benz clase C pesaría ligeramente más pero tiene mejor aerodinámica, luego parece razonable que el consumo sea el mismo.
    • Tal vez incluso se puede mejorar el motor que monta el clase B. Por ejemplo desarrollar un motor tan bueno como el que monta el 220 CDI, pero de 1,6litros y de 120CV. Con esta estrategia el consumo tal vez estaría entre 4,0l y 4,2l.
    • Otra alternativa para mejorar el consumo en autopista es montar la caja de cambios más larga, como la del 220CDI. Pero no creo que hagan eso nunca, por que reduce un poco las prestaciones (la velocidad máxima del coche y las aceleraciones).

Este ejemplo que os he mostrado lo podéis encontrar en otros fabricantes, así que ojo cuando tenéis varios motores de la misma cilindrada, es posible que el consumo se menor el de más potencia.

Aumento de peso y resistencia de rodadura
Cuanto más potente es el motor más pesado es. Incluso si la cilindrada sube poco hay mayores cargas (al final más potencia en motores similares significa más par motor y/o más revoluciones). Hay que reforzarlo todo, desde el cigüeñal a la culata, pasando por el embrague y la caja de cambios. Además habitualmente se montarán ruedas más gruesas para poder transmitir mejor la potencia y frenos más grandes para poder frenar a velocidades más elevadas.

Cuando el aumento de peso es significativo (por ejemplo se duplica la potencia del motor) empezamos a afectar al resto del coche. Hacen falta amortiguadores más robustos y sofisticados, un chasis más rígido etc. Por eso un BMW serie 1 de 116d 5p pesa 1385Kg y un BMW serie 1 de M135i 5p pesa 1570Kg (un 13% más)3. Además pasamos de ruedas de 205mm a ruedas de 245mm/265mm. Sólo con el aumento de peso y el aumento de resistencia de rodadura hacen misión imposible que coche de 320CV consuma lo mismo que el coche de 116CV. Y eso que los ingenieros de BMW han hecho muy buen trabajo. El aumento de peso del M1 es realmente bajo, al final en un deportivo cada kilo cuenta en las prestaciones.
NOTA 3: para los fanáticos del peso, BMW también comercializa un M1 aligerado que pesa 1505Kg.

Pérdida de eficiencia del motor
En las mismas condiciones cuando más potente es un motor mejor es el rendimiento. Esto sólo es significativo hasta cierto límite, pero en el caso de motores alternativos tenemos que irnos a motores gigantescos de varios MW’s. Este suele ser el caso lo motores turbodiesel. Si pasamos de un turbodiesel de 1,6litros a otro de 2,2litros el rendimiento subirá seguro. Ya que ambos motores tendrán 4 cilindros y girarán exactamente al mismo régimen (la inyección directa manda), y cabe esperar que el motor más grande tenga mejor rendimiento.
Pero esto se acaba aquí. Si quieres aumentar más la potencia a por ejemplo 3,5litros y mantienes los 4 cilindros tendrás un motor tan perezoso como el motor de un camión que te permitirá ir muy rápido por autopista pero no será nada “deportivo”. Por eso en cilindradas altas hay que aumentar el número de cilindros. Por ejemplo en el caso de 3,5litros a 6 cilindros. Aumentar los cilindros mejora la dinámica del motor, es decir: menos cargas dinámicas, menos vibraciones. En la práctica esto se traduce en: menos masas móviles, aceleraciones más rápidas y régimen de giro máximo más alto. Pero añadir más cilindros también significa más rozamientos y más superficie mojada4, y todo esto impide que mejore la eficiencia del motor. Como “regla del dedo gordo” se puede comparar el volumen por cilindro:
NOTA 4: al aumentar el número de cilindros hay más superficie en contacto con las cámaras de combustión, esto aumenta las perdidas de calor y empeora el rendimiento.

1,6l / 4 cilindros = 0,4l
2,2l / 4 cilindros = 0,55l
3,5l / 6 cilindros = 0,58l

Luego cabe esperar que se gane mucho más rendimiento con el paso de 1,6l a 2,2l que con el paso de 2,2l a 3,5l.

La historia era completamente diferente para motores de gasolina. El cliente que se compra un coche gasolina de mucha potencia espera un auténtico “comportamiento deportivo”. Es decir mucha potencia con poco peso. O lo que es lo mismo, mucha potencia por unidad de volumen del motor (potencia específica). Esto obliga a tres estrategias malas para el rendimiento del motor:
  • Turbos con más presión de soplado.
  • Más cilindros (para más de 2litros de cilindrada).
  • Punto de diseño a régimen muy alto.
El efecto de aumentar el número de cilindros ya lo he comentado, el efecto del turbo ya lo explicaré más adelante, requiere cierto tiempo. Lo mismo ocurre con los motores diseñados para funcionar a régimen alto, también lo dejo para más adelante. De momento os ruego que me creáis. Lo gracioso, es que esos motores de gasolina muy deportivo de los que os hablo están en grave riesgo de extinción, para ilustrarlo os voy a mostrar tres ejemplos:

Empecemos por un purasangre de la década pasada, un clásico que de momento parece que ha pasado a mejor vida: el Subaru Impreza 2.0 WRX. Este es uno de los motores de 2l más apretados, tomo los datos del modelo que se vendía hace 10 años:

Potencia máxima Par máximo Relación de compresión
265CV / 6000rpm 343Nm / 4000rpm 8,0

El peso del coche era muy razonable: 1580Kg, y las ruedas muy finas (para un deportivo): 225

Los consumos homologados de este coche, como no podían ser de otra manera, eran muy malos:

Consumo urbano Consumo extraurbano Consumo medio
16,7l 9,5l 12,1l

Claramente veo un punto débil en este motor, la relación de compresión es muy muy baja, y esto hay que compensarlo tirando de turbo. Para que os hagáis una idea de lo baja que es la relación de compresión os muestro el motor de uno de los superdeportivos más salvajes que se comercializan, el McLaren MP4-12C, con un motor de 3,8litros:

Potencia máxima Par máximo Relación de compresión
600CV / 7000rpm 600Nm / 3000-7000rpm 8,7

El par máximo específico es menor (158Nm/l frente a 172Nm/l del Subaru), sin embargo este motor tiene una potencia específica todavía más alta (158CV/l frente a 132CV/l del Subaru) y la clave está en que mantiene el par máximo al régimen de potencia máxima, superando además en 1000 las rpm del Subaru. Como es normal en cualquier superdeportivo los cilindros son pequeños (475cc por cilindro frente a los 500cc del Subaru).
Sin embargo la relación de compresión es mayor en el McLaren, y el par máximo se consigue a un régimen muy bajo de 3000rpm. Respecto al Subaru el peso es algo menor (1509Kg) y las ruedas infinitamente más gruesas 235mm/305mm.

Lo interesante de este coche es que los consumos homologados en carretera son extraordinariamente bajos para el tipo de coche que se trata (no puedo decir lo mismo del consumo en ciudad):

Consumo urbano Consumo extraurbano Consumo medio
18,5l 7,8l 11,7l

Volvamos al mundo de los coches normales, y comparemos con un deportivo reciente, el Ford Focus Berlina ST Plus 2.0 EcoBoost también de 2 litros:

Potencia máxima Par máximo Relación de compresión
250CV / 5500rpm 340Nm / 2000-4500rpm 9,3

Si no fuera por los 250CV este coche no parece un deportivo. La relación de compresión es sensiblemente más alta que en el Subaru, la potencia se alcanza a un régimen habitual en cualquier gasolina y el par máximo se alcanza a un régimen muy muy bajo, nada menos que ¡2000rpm!

Además, el peso del coche se ha contenido al máximo (1362Kg) y las ruedas son razonables para un modelo deportivo (235mm). El resultado es unos consumos homologados muy contenidos, ¡5l menos que el Subaru!:

Consumo urbano Consumo extraurbano Consumo medio
9,9l 5,6l 7,2l

Como podéis ver los motores deportivos se han metamorfoseado, y ya casi sólo se identifican por el número de caballos. Un par de ideas para los señores de la Ford:
  • La 6ª marcha de este Focus es demasiado corta para circular por carretera y autopista (42,4Km/1000rpm). Si este coche se comercializará con un cambio automático de 8 velocidades con una 8ª marcha muy larga los consumos en carretera y autopista serían tan buenos como un Focus normalito de 120CV. ¡Y probablemente el cambio de marcha le sale gratis al usuario! 5
    NOTA 5: el Focus mostrado tiene unas emisiones homologadas de 169gr/Km de CO2. Ya no es que no supere los temidos 200gr/Km que disparan los impuestos de matriculación, es que casi alcanza los 160gr/Km. Si las emisiones se bajaran a ese valor se reduciría un 5% más el precio del coche.
  • ¡Este motor es una maravilla! Quítenle un cilindro y comercialicen un motor de 180CV. Además este motor creo que sería ideal para muchos de los compradores de coches más grandes (Ford Mondeo y Ford S-Max).
El mensaje que os quiero transmitir es que los fabricantes de coches ya no se pueden permitir el lujo de fabricar motores potentes poco eficientes por que no los venden. En estos momentos muchos coches muy "deportivos" tienen elevados rendimientos a un régimen de giro bajo, lo que se traduce en consumos contenidos.

Esta tendencia también aplica a muchos superdeportivos. Sólo un ejemplo: Porsche Boxster PDK, velocidad máxima 262Km/h, aceleración de 0 a 100Km/h en 5,7s, pero consumo medio homologado 7,7l y emisiones CO2 180gr/Km.

NOTA: datos obtenidos en Km77.

Continuará...

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