14 jun. 2013

CIRCULAR EN PUNTO MUERTO VIII: FRENAR A BAJA VELOCIDAD


...Continuación posts anteriores.

En el post anterior mostré como frenar en punto muerto a alta velocidad es provechoso tanto desde el punto de vista del consumo, como desde el punto de vista de la penalización en tiempo. Frenar a baja velocidad en punto muerto ya no es siempre una solución tan claramente óptima, y justificarlo requiere cierto tiempo.

Existen diversas dificultades cuando se frena a baja velocidad que complican las cosas. En concreto identifico los siguientes problemas:

 El tiempo de frenado se eterniza
En la siguiente figura se representa el tiempo necesario para frenar mi coche en punto muerto en llano en función de la velocidad inicial y el decremento de la velocidad:


NOTA: las ecuaciones que rigen el freno del coche las presenté en este post. Los tiempos cambian especialmente según lo cargado que va el coche. También hay una pequeña dependencia con el firme y con la densidad del aire. En la gráfica sólo he representado tiempos de frenada hasta 10Km/h, no tiene interés práctico considerar velocidades menores.

Veamos lo que represento en la gráfica con un par de puntos:

Para frenar de 120Km/h a 80Km/h se requieren 42 segundos. En cambio para frenar de 50Km/h a 10Km/h se requieren 126 segundos. En ambos casos se ha reducido la velocidad en 40Km/h, pero a baja velocidad se tarda 3 veces más tiempo en frenar que a alta velocidad.

A velocidades muy bajas los tiempos de frenada son absurdamente largos para una aplicación práctica. Evidentemente si queremos tardar un tiempo razonable al realizar un desplazamiento, y no queremos enervar a cualquier conductor sensato con velocidades ridículamente bajas, en algún momento tenemos que empezar a frenar reteniendo con el motor o utilizando los frenos.

El consumo a baja velocidad al relentí es significativo
El consumo en punto muerto es proporcional a la inversa de la velocidad. En la siguiente figura muestro el consumo en función de la velocidad para diferentes consumos al relentí:


En las velocidades típicas de carretera y autopista el consumo siempre es bajísimo oscila típicamente entre 1l/100Km y 0,25l/100Km. A velocidades muy bajas el consumo empieza a ser significativo, llegando un punto que circular despacio en punto muerto no solamente aumenta significativamente el tiempo que pasamos en el coche, también aumenta el consumo.

Para ilustraros lo que os comento tomemos el ejemplo de una señal de stop. Tenemos que detener el coche completamente en un punto conocido. Si intentamos aprovechar al máximo la energía cinética del coche llegaremos al stop a una velocidad ridículamente baja, por ejemplo 5Km/h, esta velocidad tan baja aumenta el consumo respecto a llegar al stop a una velocidad baja por ejemplo 20Km/h (aunque luego al frenar se pierde más energía cinética).

Podemos utilizar el freno motor a bajo régimen
Cuando circulamos por encima de 80Km/h no es posible utilizar el freno motor a un régimen bajo1, por tanto, siempre saldrá a cuenta (desde el punto de vista del consumo) frenar en punto muerto. Cuando circulamos a baja velocidad si es posible utilizar el freno motor a bajo régimen en un rango amplio de velocidades. Surge la duda de que opción es mejor para el consumo, frenar en punto muerto o frenar con el freno motor.
NOTA 1: existe la notable excepción de coches muy potentes con cambios automáticos de 8 o 7 marchas.

Os muestro como ejemplo mi coche, aunque lo que comento es aplicable a casi cualquier coche que tenga 5 o 6 marchas:

El régimen de relentí es aproximadamente 800rpm. El mínimo régimen al que se puede retener el coche con el motor es a 1000rpm (a menor régimen el control del motor inyecta combustible para evitar que se cale el motor).

El régimen máximo para utilizar el freno motor (si queremos ahorrar combustible) debe ser muy bajo. Por ejemplo fijo el máximo régimen un 50% por encima del régimen del relentí, es decir 1200rpm, por tanto siguiendo este ejemplo se debe frenar con el freno motor mientras el régimen motor se encuentre entre 1000rpm y 1200rpm. En la siguiente figura os muestro el régimen del motor y la marcha a engranar en función de la velocidad:


Es posible frenar el coche entre 15Km/h y 63Km/h. Utilizando 5 marchas, de 2ª a 6ª marcha. Como ya comenté en su momento en este post, no tiene interés práctico retener el coche en 1ª marcha porque la energía cinética a menos de 15Km/h es muy pequeña.

Siempre hay regiones en las que no es posible utilizar el freno motor a muy bajo régimen. En el caso de mi coche hay tres regiones en las que no es posible utilizar el freno motor, porque las marchas están demasiado separadas. Ese es el caso entre 2ª y 3ª marcha, y entre 3ª y 4ª marcha. También hay un pequeño hueco entre 4ª y 5ª marcha, que se puede evitar si se reduce hasta 1250rpm en 4ª marcha.

En la práctica retener a bajo régimen no reduce el consumo, al menos yo no lo he conseguido. He probado en numerosas ocasiones a circular utilizando el freno motor y sin utilizar el freno motor, y consigo menor consumo sin el freno motor. Lo veremos más adelante con un ejemplo. Siempre podéis probar vosotros mismo con vuestro coche, a ver si os da resultado. En cualquier caso, en condiciones reales se utiliza con frecuencia el freno motor, y por eso es importante (para el consumo) conocer en que rango de velocidades hay que utilizar cada marcha para que el freno motor sea el mínimo posible.

No se puede frenar con precisión a baja velocidad
Incluso si estamos dispuestos a sacrificar nuestro tiempo por ahorrar combustible, nos encontramos con otro problema en la práctica, es muy difícil acertar en que punto hay que sacar la marcha para llegar al punto que queremos a la velocidad deseada. Os lo muestro seguidamente en un ejemplo.

La prueba es muy sencilla, y la podéis repetir vosotros mismos. Consiste en simular un ciclo de conducción urbana con paradas frecuentes. Cada ciclo corresponde a circular 250m empezando y terminando a 0Km/h. Voy a comparar el consumo con diferentes estrategias de más a menos agresivas:

Estrategia 1:
Acelero hasta 48Km/h (he de utilizar hasta 3ª marcha).
Mantengo los 48Km/h (corresponde con los 50Km/h en el velocímetro del coche).
Freno motor reteniendo con un régimen moderado en 3ª marcha.
Freno motor reteniendo con un régimen alto en 2ª (2500rpm).
A 35Km/h uso el freno.

Estrategia 2:
Acelero hasta 40Km/h (he de utilizar hasta 3ª marcha).
Mantengo los 40Km/h.
Freno motor reteniendo con un régimen moderado en 3ª marcha.
Freno motor reteniendo con un régimen moderado en 2ª marcha.
A 30Km/h uso el freno.

Estrategia 3:
Acelero hasta 40Km/h (he de utilizar hasta 3ª marcha).
Poco después del alcanzar 40Km/h freno motor a bajo régimen en 4ª marcha.
Freno motor reteniendo con un régimen moderado en 3ª marcha.
Freno motor reteniendo con un régimen moderado en 2ª marcha.
A 25Km/h uso el freno.

Estrategia 4:
Acelero hasta 35Km/h (he de utilizar hasta 2ª marcha).
Circulo en punto muerto.
Freno motor reteniendo con un régimen bajo en 3ª marcha.
Freno motor reteniendo con un régimen bajo en 2ª marcha.
A 20Km/h uso el freno.

Estrategia 5:
Acelero suavemente hasta 35Km/h (he de utilizar hasta 2ª marcha).
Circulo en punto muerto.
Freno motor reteniendo con un régimen entre 1000rpm y 1200rpm en 3ª marcha.
Freno motor reteniendo con un régimen bajo en 2ª marcha.
A 20Km/h uso el freno.
NOTA: en realidad esta estrategia es casi idéntica a la estrategia 4, pero soy más cuidadoso al acelerar y frenar.

Estrategia 6:
Acelero suavemente hasta 30Km/h (he de utilizar hasta 2ª marcha).
Circulo en punto muerto.
Freno motor reteniendo con un régimen entre 1000rpm y 1200rpm en 3ª marcha.
Circulo en punto muerto.
Freno motor reteniendo con un régimen entre 1000rpm y 1200rpm en 2ª marcha.
A 15Km/h uso el freno.

Estrategia 7:
Acelero suavemente hasta 35Km/h (he de utilizar hasta 2ª marcha).
Circulo en punto muerto.
Freno motor sólo en 2ª entre 22 y 20Km/h (régimen 1440rpm a 1300rpm).
A 20Km/h uso el freno.

Esta última estrategia es tramposa. A diferencia de las otras estrategias, en las que detenía el coche cada 250m, en esta estrategia sólo empiezo a frenar al alcanzar 22Km/h, por lo que muchas veces recorro más metros de los previstos.

Esta última estrategia la he optimizado para minimizar el consumo manteniendo una velocidad media razonablemente elevada. Se basa en circular casi todo el tiempo en punto muerto. Pero además, como se empieza frenar a 22Km/h, y se frena  razonablemente rápido, se minimiza el tiempo que se circula a muy baja velocidad. Como he comentado, en la práctica no es operativa, ya que es imposible frenar el coche en el punto exacto. En las otras estrategias es posible con la ayuda del freno motor en varias marchas ajustar más o menos el punto en el que paro el coche, sin embargo con esta estrategia eso es imposible. La distancia que se recorre en punto muerto entre 35Km/h y 22Km/h es muy variable, la más mínima pendiente, racha de viento o irregularidad en el firme afectan a esa distancia. Y no estoy hablando de errores pequeños, te puedes pasar perfectamente 50m del punto en el que deseabas parar el coche. Quedarse corto es mucho más difícil porque siempre puedes dejar que el coche avance unos metros más si retrasas el uso del freno motor.

Estos son los consumos y velocidades medias para cada una de las estrategias:

Estrategia     Consumo2     Velocidad
   media
Estrategia 1 7,1l/100Km3 32Km/h
Estrategia 2 6,6l/100Km 29Km/h
Estrategia 3 5,9l/100Km 27Km/h
Estrategia 4 4,8l/100Km 25Km/h
Estrategia 5 4,7l/100Km 23Km/h
Estrategia 6 4,5l/100Km4 21Km/h
Estrategia 7 4,2l/100Km 24Km/h
NOTA 2: cuando se realizan este tipo de pruebas es muy difícil conseguir valores de consumo repetitivos debido a que nunca consigues repetir las aceleraciones y frenadas exactamente igual. Por tanto, hay que fijarse en las tendencias y no en los consumos exactos, además, hay que tener en cuenta el error del ordenador de a bordo, los consumos reales son algo mayores.
NOTA 3: si a la estrategia 1 le añades el error del ordenador de a bordo, que siempre marca de menos, el efecto del motor frío (todas las mediciones las he realizado con el motor caliente), y las paradas en los semáforos y atascos, consigues los 8 o 9 l/100Km que obtiene un conductor poco cuidadoso con mi coche en circulación urbana.
NOTA 4: no tiene sentido probado a reducir aún más la velocidad máxima, a por ejemplo 25Km/h, ya que el consumo no mejora.


El ahorro de combustible es asombroso. Con una conducción cuidadosa pasamos de más de 7l/100Km a menos de 5l/100Km, con un ahorro máximo del 40%, por tanto ¿Compensa la conducción cuidadosa?

Pues no, en el ejemplo mostrado no compensa económicamente la conducción cuidadosa cuando se tiene en cuenta el coste de nuestro tiempo. Si tomamos como referencia la estrategia 1, y un coste del litro de gasóleo a 1,3euros, entonces el ahorro económico por cada hora que circulamos de más es:

Estrategiaahorro en euros por
hora de más en el coche
Estrategia 22,0€/h
Estrategia 32,7€/h
Estrategia 43,4€/h
Estrategia 52,6€/h
Estrategia 62,1€/h
Estrategia 73,6€/h

Es decir, en esta prueba el coste de utilizar una conducción muy agresiva es realmente bajo, da igual la estrategia que empleemos respecto a una conducción agresiva. Supongo que para mucha gente el resultado será decepcionante, especialmente si comparamos con los ahorros que podemos obtener cuando circulamos a alta velocidad. Sólo un par de ejemplos:
  • En una frenada en punto muerto a alta velocidad de 120Km/h a 100Km/h. Por ejemplo para el caso de mi coche se consigue un ahorro de 35€/h (ver el post anterior).
  • El ahorro de circular un poco más despacio en autopista. Por ejemplo para el caso de mi coche se consigue un ahorro de 16€/h reduciendo la velocidad de 130Km/h a 120Km/h (ver este post).

Permitidme por tanto las siguientes reflexiones:
  • Aunque utilizar poco el freno es esencial para ahorrar combustible, circular muy despacio es una mala idea. A veces ves conductores circulando muy despacio esperando ahorrar combustible por el menor uso del freno, en realidad no ahorras nada. Para el ejemplo mostrado reduciendo la velocidad máxima de 35Km/h a 30Km/h (estrategia 5 y 6) únicamente se reduce el consumo en 0,2l/100Km, pero tardamos 25 minutos más en recorrer 100Km, si reducimos aún más la velocidad ni siquiera conseguimos reducir el consumo. Por tanto, circular a velocidades muy bajas es malo para el consumo incluso aunque utilices frecuentemente el punto muerto y no toques el freno.
    NOTA: evidentemente, si tienes un coche híbrido o eléctrico perjudica mucho menos al consumo circular muy despacio.
  • Aunque lo racional (desde un punto de vista económico) es una conducción agresiva, obviamente sólo funciona cuando después de frenar podemos acelerar inmediatamente, por ejemplo en una señal de stop. Además, una conducción agresiva es cansada, y a veces peligrosa. En la práctica, hay que llegar a un equilibrio entre tardar poco, pero conducir cómodo y seguro.
  • Obviamente, cuando después de frenar nos quedamos parados, por ejemplo en un semáforo en rojo, interesa frenar lo más lentamente posible, y es aquí donde es interesante lo explicado en este post. En particular:
    • En las situaciones en las que sea conveniente frenar lo más lentamente posible evidentemente el óptimo es frenar en punto muerto.
    • En las situaciones en las que sea conveniente frenar con un poco más de intensidad utilizaremos el freno motor a muy bajo régimen. En la práctica esto nos obliga en algunos rangos de velocidades a combinar la circulación en punto muerto con el freno motor.
    • En las situaciones en las que sea necesario frenar aun con más intensidad dejaremos de utilizar la conducción en punto muerto (tal y como expliqué en este post).
Continuará...

2 comentarios:

  1. Un análisis interesante.
    En mi experiencia he aprendido a usar un par de métodos que me son muy útiles para las detenciones en semáforos y con la práctica no sacrifico tiempo, tardo lo mismo.

    Caso 1: Si veo a lo lejos (pongamos 300 metros) un semáforo en rojo o ámbar, y circulo a una velocidad donde se que usando el punto muerto llegaré suavemente y muy posiblemente pase a la altura del semáforo en verde, sí uso el punto muerto y no el freno motor.

    Caso 2: Si me toca un semáforo en rojo, que por falta de previsión lo tengo a 100 metros (una distancia corta), e intuyo que me va a tocar parar, retengo con el freno motor en la marcha más alta posible, solo si me pilla muy cerca y sin tiempo, uso el freno motor en una marcha corta junto a los frenos, si esto no es suficiente.

    Con esto, en ciudad noto un ahorro considerable y tardo lo mismo.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. En unas semanas escribiré sobre como conducir en ciudad (aún me queda escribir dos o tres post más en esta serie).

      P.D: siempre me ha sorprendido la cantidad de conductores que pegan frenazos en los semáforos en rojo. Con lo fácil e intuitivo que es hacerlo bien, y encima ahorras combustible sin ninguna penalización.

      Eliminar