15 dic. 2012

¿CÓMO CONDUCIR CON PENDIENTES PARA MINIMIZAR EL CONSUMO? IV

…continuación posts anteriores.

Para continuar avanzando necesitamos añadir el rendimiento del coche. El problema es que cada coche es diferente, por tanto las conclusiones que obtengamos no pueden ser universales. El mayor problema para obtener resultados concretos es que necesitamos el diagrama de consumo específico del motor del coche, y esa información casi nunca está disponible. Una opción es utilizar un diagrama genérico como es que se propone en este artículo A method for estimation of average engine fuel maps de Hammarstöm et al. publicado en 2010 y luego comprobar que el modelo se aproxima a la realidad en algunos puntos de control.

Yo la aproximación que he elegido es hacer los cálculos con un diagrama de consumo específico real. Para ello voy a retomar el diagrama que presenté en este post, y esta vez en vez de hacer los números con mi coche, que suele ser lo habitual en este blog, haré los números con un Volkswagen Golf de hace 10 años con el motor mencionado. Además, este coche me parece representativo del coche medio (al menos en España):


Estas son sus características del coche (obtenidos en Km77):

Coeficiente de resistencia aerodinámica: CD = 0,31
Superficie frontal: S = 2,1m2
Masa: M = 1400Kg (El peso en vacío es de 1198Kg)
Transmisión:

Marcha Desarrollos (km/h a 1.000 rpm)
9,1
16,2
25,2
35,3
45,1

Además, necesitamos suponer algunos datos más, en concreto:

Densidad aire: ρ = 1,225Kg/m3 (Atmosfera estándar al nivel del mar)
Rendimiento transmisión en 5ª marcha: η = 97%
ATENCIÓN: el rendimiento global de un sistema de transmisión está en el entorno del 90%, sólo en el caso de marchas largas, tracción a dos ruedas y cambio manual el rendimiento es algo mayor, pero inferior al 97%. El motivo por el que considero un rendimiento tan elevado es porque buena parte de las pérdidas de la transmisión se incluyen en la resistencia de rodadura. Ver post sobre resistencia de rodadura.
Coeficiente resistencia rodadura: CR = 1% (supongo el coeficiente constante)
Potencia elementos auxiliares: Paux = 500W
NOTA: estoy casi seguro que el diagrama de consumo específico es del motor en banco. Incluso suponiendo que no conectamos el aire acondicionado hay ciertos sistemas que consumen potencia. A destacar la dirección asistida y los sistemas eléctricos (a través del alternador). Un valor de 500W parece un poco escaso, además, en la realidad la potencia auxiliar está variando continuamente, y depende de infinidad de variables. En cualquier caso, un valor mayor, de por ejemplo 1200W tampoco afectará a los resultados significativamente, simplemente aumentará el consumo en aproximadamente 0,2l a la hora.

Con todos estos datos ya podemos predecir el consumo del coche en diversos puntos de funcionamiento.

Para comenzar voy a estudiar los consumos en autopista. La ventaja de las autopistas es que podemos elegir la velocidad a la que queremos circular en un rango muy amplio de velocidades.

En la siguiente figura os muestro las curvas de par circulando en 5ª marcha sobre el diagrama de consumo específico:

NOTA: ¿Por qué pendientes hasta el 6%? Aunque puntualmente se puedan encontrar pendientes mayores en las autovías y autopistas españolas, los puertos de montaña tienen pendientes máximas del 6% o el 7%. Dado que los tramos con pendiente del 7% son muy escasos, con una pendiente hasta el 6% estamos cubriendo más del 99% de las autovías y autopistas españolas.

Por ejemplo circulando en llano la máxima velocidad se alcanza a 4100rpm, es decir casi 185Km/h, que más o menos cuadra con la máxima velocidad en la ficha del coche (180Km/h), lo que indica que la aproximación del modelo es razonablemente buena. En cambio subiendo una pendiente del 6%, la máxima velocidad (en 5ª) es 3000rpm, es decir 135Km/h. Bajando la máxima velocidad está limitada por el corte de inyección a partir de una pendiente del -4,5%, que corresponde con una velocidad de 4500rpm, es decir 200Km/h.

El consumo en cualquier punto se obtiene multiplicando el par por el consumo específico. Así con un poco de trabajo se obtiene la siguiente gráfica de consumo en función de la velocidad del coche:
NOTA: como mostraba en el post que trataba sobre el consumo específico, hay que pasar de gr/h a l/h, y luego a l/100Km.

El resultado es el siguiente:


Se pueden sacar algunas conclusiones absolutamente evidentes:
  • Según disminuye la pendiente aumenta la velocidad máxima que puede alcanzar el coche.
  • Según disminuye la pendiente el consumo disminuye.

Sin embargo también hay un par de detalles no tan evidentes:
  • Este motor funciona extraordinariamente bien a pocas revoluciones. Ya mostré en este post sobre desarrollos que en mi coche el consumo aumentaba por debajo de 1300rpm (para marchas largas). En cambio en este motor se puede bajar hasta los 1000rpm mejorando el consumo.
    NOTA: no confundir lo comentado con la capacidad de circular con el motor muy poco revolucionado. Cualquier motor diésel puede mover el coche a muy pocas revoluciones. Lo bueno de este motor es que además de funcionar como cualquier motor diésel, permite además consumir menos en esas condiciones. También tengo mis dudas que el motor sea capaz de mover el coche en la realidad. Es decir, es posible (yo diría probable) que en el coche real cuando bajemos mucho de régimen el funcionamiento del motor sea inestable y se acaba frenando el coche (por ejemplo por debajo de 1400rpm con pendientes elevadas o 1200rpm en llano). Al menos esa es mi experiencia conduciendo un VW Golf turbodiésel mucho más moderno.

  • El motor tiene un rendimiento malísimo a cargas bajas. Esto ocurre siempre en cualquier motor de combustión alternativa, incluso en un motor diésel que normalmente funciona mejor a cargas parciales que un motor de gasolina. Por ejemplo para este motor podemos fijarnos en la línea de consumo específico de 400gr/KWh. Si el par baja de esta línea entramos en una zona en que el consumo es más del doble que en el polo económico (punto en el que el consumo específico es mínimo, para este motor 197gr/KWh). Es decir, el motor más eficiente subiendo que bajado (el consumo específico es mejor con el motor cargado que con el motor poco cargado). Este efecto es más acusado cuando la carga es muy baja, este es el caso para los siguientes casos:
    • Bajando pendientes del 1,5%: para menos de 1900rpm (86Km/h)
    • Bajando pendientes del 3%: para menos de 2900rpm (131Km/h)
    • Bajando pendientes del 4,5%: para menos de 3500rpm (158Km/h)
    • Bajando pendientes del 6%: para menos de 4000rpm (180Km/h)
Y aquí me encuentro con un problema importante para continuar con los cálculos, el diagrama que he utilizado no tiene datos en esta zona. Es decir, no tengo forma de saber cuál es el consumo del coche en esa zona, ya que lo único que dispongo es una única línea con el consumo de 500gr/KWh. Si tuviera este coche con un ordenador de a bordo, podría calcular el consumo en algunos puntos para completar el diagrama, pero como no es el caso, me veo obligado a realizar una estimación.

Continuará…

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