¿CÓMO APRENDER A CONDUCIR CONSUMIENDO POCO? IV - EL CONTROL DE VELOCIDAD

... Continuación de esta serie que escribí hace años.

El principal instrumento, y más importante, para aprender a conducir consumiendo poco es el medidor de consumo, tanto instantáneo, como promedio. Es el juez que te dice si una estrategia vale la pena. Y por eso lo mencioné en el primer post de la serie. Es casi imposible comprarte un coche sin este dispositivo. Y si tienes un coche sin este dispositivo debes saber que muy probablemente puedes conseguir la misma información a través del puerto OBD, mediante dispositivos bastante económicos.

El segundo dispositivo que ayuda a ahorrar es el control de velocidad de crucero, y precisamente de esto voy a hablar en este post.

Yo soy un gran defensor del control de velocidad por 3 motivos:

• Ahorras combustible.
• Te cansas bastante menos en viajes largos.
• Tardas menos, porque puedes apurar la máxima velocidad de la vía sin preocuparte por las multas. Por ejemplo en autopista puedes circular exactamente a 120Km/h (que siempre será más en el velocímetro del coche, hay que calibrarlo con un GPS).

Sólo le veo dos inconvenientes:

• En algunos coches es un extra que hay que pagar. Pero aun así está justificado su precio que nunca debe exceder unos pocos cientos de euros. Incluso si no lo tiene instalado tu coche casi seguro que encontrarás un taller que te lo instale o un tutorial en internet para instalarlo tu mismo.
• Puede comprometer la seguridad. Sólo tengo dos recomendaciones al respecto, que son bastante obvias. Respecto a las curvas, a la mínima duda antes de entrar desconectarlo. Respecto al pie derecho, siempre cerca de los pedales, y cuando haya la mínima probabilidad de que pase algo (por ejemplo estás rebasando a un coche en autopista o no hay excesiva distancia con el coche que te precede) inmediatamente coloca el pie sobre los pedales. Nunca se sabe cuando puede hacer falta un acelerón o tocar el freno.

¿Por qué se ahorra con el control de velocidad?

El primer motivo, y el más obvio, es porque la velocidad constante es en la mayoría de las condiciones la velocidad óptima para el consumo. Esto ya lo explique en este post. Por muy cuidadoso que seas con el pedal del acelerador es inevitable que la velocidad no sea constante.

Además, el control de velocidad evita uno de los errores más típicos, reducir la velocidad al subir pendientes, y aumentar la velocidad al bajar pendientes. De nuevo esto ya se ha explicado en varios posts de la serie conducir con pendientes.

Alguien puede pensar que esto sólo aplica a un conductor medio sin grandes aspiraciones, que un conductor que realmente quiera ahorrar combustible siempre conseguirá mejores consumos porque tratará el acelerador con más suavidad que el control automático del coche. Error, permitidme que os lo explique: si es cierto que el control de velocidad no es óptimo, si es cierto que presionar el acelerador con suavidad reduce el consumo, el problema es que sin el control de velocidad es muy difícil detectar cuando se necesita la acción humana. Por eso el control de velocidad es necesario.

Existen numerosas situaciones en las que es conveniente actuar sobre la velocidad, o evitar acelerones bruscos del control del coche. Especialmente cuando nos enfrentamos a pendientes positivas o negativas, pero también en otros casos como cuando hace mucho viento. Hay numerosos posts de este blog que tratan estos casos en detalle. El problema es que sin mantener la velocidad constante es casi imposible saber cuando llega el momento de intervenir. Sigamos con el ejemplo de la pendiente: puede haber un momento en que la pendiente aconseje cambiar de estrategia, el problema es que sin instrumentos de medida es imposible saber si hemos llegado al punto exacto. En cambio, cuando llevas activado el control de velocidad puedes determinar el momento exacto para intervenir. Sólo tienes que observar el consumo instantáneo y cuando se supere o se baje de cierto umbral de consumo instantáneo sabes que ha llegado el momento de intervenir, por ejemplo, cambiando de marcha o cambiando la velocidad a la que circulas.

Por tanto, aunque estés muy interesado en reducir el consumo, prueba a circular con el control de velocidad. Siempre tienes la opción de intervenir cuando el control del coche no se comporta como te gustaría.

EL VIENTO III - CÓMO CONDUCIR CON VIENTO PARA REDUCIR EL CONSUMO

...Continuación posts anteriores.

En el post anterior mostré tres estrategias óptimas que en el caso de un coche son básicamente un ejercicio matemático, porque no son aplicables en condiciones reales. Pero nos dan pistas sobre qué podemos hacer en la práctica.

Cuando circulamos con un coche nos enfrentamos a dos problemas gordos: no sabemos que viento hace, porque no tenemos una toma Pitot como tienen los aviones o los Fórmula 1:

Foto gentileza de Ferrari en el gran premio de Monza de hace unos días. Señalo con una flecha donde está el tubo de Pitot.

Y, además, aunque tuviéramos un sensor que nos proporcionará esa información normalmente la intensidad y la dirección del viento varían continuamente. Por eso voy a proponer una estrategia que utiliza la información que si disponemos: el medidor de consumo del coche.

Lo primero que tienes que tener claro es que sólo tiene interés cambiar tu forma de conducir si estás dispuesto a perder algo de tiempo en aras a reducir el consumo. Si lo que quisieras es reducir el consumo sin tardar más, ya mostré en el post anterior que a lo máximo que se puede aspirar es a eliminar un tercio del efecto del viento, y además la conducción que hay que seguir es muy incómoda, ya que te obliga a reducir la velocidad cuando el viento sopla de cara, y aumentar bastante más la velocidad cuando el viento sopla a favor, lo que obligaría típicamente en un día ventoso a circular a velocidades ilegales.  Por tanto, se gana tan poco y se complica tanto la conducción que simplemente no recomiendo hacer nada cuando hay viento, hay que limitarse a asumir que el consumo aumenta.

Entonces, ¿qué se debe hacer si estás dispuesto a tardar un poco más para eliminar el efecto del viento?

En los tramos en los que el viento sople en promedio a favor: simplemente conducir a la velocidad normal, lo que ahorres de combustible te hará falta para compensar el aumento de consumo cuando el viento sople de cara.

En los tramos en los que el viento sople de cara: se debe reducir un poco la velocidad para que sumado a lo que ahorras cuando el viento sopla a favor el consumo en promedio no aumente. ¿cuánto hay que reducir la velocidad? Teóricamente poquísimo, como se muestra en la siguiente gráfica:

Muestro dos curvas, el aumento de la resistencia aerodinámica con el viento de cara sin reducir la velocidad, y el aumento de la resistencia aerodinámica con viento de cara reduciendo la velocidad la cantidad óptima. En el eje X se muestra la velocidad del viento adimensionalizada con la velocidad del coche, pero os podéis olvidar de ese dato, la velocidad del viento es una información que desconocemos y que además no vamos a necesitar.

¿Qué nos está diciendo este gráfico? Que cuando el viento es muy bajo (entendiendo por bajo un viento de cara que aumenta la resistencia aerodinámica en un 10%) apenas tenemos que hacer nada, recuperaremos el consumo con el viento de cola. En cambio, cuando el viento es extremadamente fuerte (entendiendo por fuerte un viento de cara que aumenta la resistencia aerodinámica en un 100%) hay que reducir un poco la velocidad, lo suficiente para reducir el efecto del viento en un tercio. Por ejemplo, si nuestro coche consumo unos 3 litros/100Km por la resistencia aerodinámica, cuando en viento duplique ese consumo hasta los 6 litros/100Km, únicamente habrá que reducir ligeramente la velocidad hasta que el coche consuma 1 litro menos.

¿Esto es realista? No, porque el viento nunca sopla justo en la dirección del coche, y como ya demostré en el primer post de la serie el viento lateral aumenta el consumo. Puede haber más fenómenos adversos, por ejemplo el rendimiento del coche probablemente empeore con viento a favor, y no tiene porque compensarse con la previsible mejoría de rendimiento con el viento de cara. Por eso en la realidad si no quieres que aumente el consumo es mejor contar con reducir el efecto del viento en un 50% en vez de en un tercio.

Y ahora vayamos a unos ejemplos prácticos:

Circulando por autopista a 120Km/h. Tenemos un coche típico que consume 6litros/100Km. ¿Qué proporción del consumo es debido a la resistencia aerodinámica? Pues depende del coches, puedes hacer número fácilmente si sabes lo que pesa el coche y el factor de resistencia (el factor de resistencia que es C_D×S se explicaba aquí). Un valor razonable para autopista es 2/3. Por tanto nuestro consumo de referencia son 4litros/100Km.

Empezamos a notar que hay viento, notas que el consumo medio aumenta, ves el movimiento el alguna bandera de una gasolinera etc. ¿Cómo se cuantifica? Tienes que circular varios kilómetros y calcular el consumo medio (por ejemplo 10Km), tienes que asegurarte que no se suba a se baje mucho en el tramo de referencia (si el coche sube o baja en el tramo de referencia tienes que tener una idea aproximada de lo que consume el coche en ese tramo sin viento, sino será imposible saber cuánto viento hace). Supongamos que obtenemos un consumo de 6,6litros/100Km, o lo que es lo mismo la resistencia ha aumentado 0,6/4 = 15%. Estamos en la parte izquierda de la gráfica. En principio no hay que hacer nada. Si eres un obseso del consumo puedes reducir ligerísimamente la velocidad para reducir en un 50% el efecto del viento, es decir en 0,3litros/100Km. En la práctica con reducir 4 o 5Km/h la velocidad será suficiente. Si quieres confirmarlo una vez has reducido la velocidad puedes verificar el consumo en un tramo, pero con vientos tan débiles no vale la pena calentarse la cabeza.

Seguimos con el ejemplo pero esta vez notas un viento muy fuerte. Lo han advertido en la predicción metereológica, y se nota claramente que el consumo está disparado. Verificas el consumo medio en un tramo y obtienes un consumo de 8,4litros/100Km, en este caso la resistencia ha aumentado en 2,4/4 = 60%. Estamos en la parte media de la tabla, desde el punto de vista del consumo nos interesa reducir la velocidad, buscando reducir más o menos a la mitad el aumento de resistencia. Es decir hasta un consumo de 7,2litros/100Km. El cuerpo te puede pedir reducir aún más la velocidad, es un comportamiento respetable, pero a mi juicio irracional, otro día tendrás mucho viento a favor y recuperarás el exceso de consumo. ¿Más o menos cuanto hay que bajar la velocidad? En este ejemplo que es bastante extremo unos 15Km/h, pero lo mejor es chequearlo volviendo a verificar el consumo en un tramo.

No creo que haya que obsesionarse buscando las velocidades exactas, simplemente hay que ser observador, si al cabo de 100Km de autopista parece que hay menos viento vuelves a chequear el consumo, y si efectivamente no detectas el viento en el consumo vuelves a circular a 120Km. Si sabes que la ruta cambia bruscamente de dirección durante muchos kilómetros entonces el viento ya no te dará de cara, ya puedes volver a circular a 120Km/h etc.

Ahora vayamos a un ejemplo de carretera. Con el mismo coche circulamos a 90Km/h, y el consumo medio del coche en estas condiciones es de 5l/100Km. Para este caso el consumo debido a la resistencia aerodinámica es de aproximadamente 3l/100Km.

Supongamos un viento débil que aumenta el consumo a 5,5l/100Km. Por tanto la resistencia ha aumentado en 0,5/3 = 17%. Es un aumento tan bajo que yo personalmente no haría nada, pero si quieres reducir el aumento en un 50% para asegurar el consumo medio de 5l/100Km tendrías que reducir la velocidad en 3 o 4Km/h.

Vayamos a un ejemplo de viento muy fuerte. El consumo ha aumentado a 7,2litros/100Km. Por tanto la resistencia ha aumentado en 2,2/5 = 73%. Tienes que buscar una velocidad que se reduzca un 50% el efecto del viento, es decir bajar el consumo hasta 6,1litros/100Km. Para este ejemplo extremos estimo que hay que reducir unos 13Km/h, de nuevo recomiendo chequearlo en la práctica.

Después de esta explicación se puede formular la estrategia para que el consumo del coche no aumente por efecto del viento:

• Cuando el viento sopla en promedio a favor: mantener la velocidad habitual (el combustible que ahorramos lo necesitaremos para compensar el viento de cara).


• Cuando el viento sopla en promedio de cara: cuantificar el aumento del consumo (respecto a los consumos sin viento) mediante el consumo medio en un tramo.
• Si el aumento de consumo es pequeño (por ejemplo menos del 10% del consumo total del coche) no hacer nada. Se compensará más o menos cuando el viento sople a favor.
• Si el aumento de consumo es moderado o grande (más del 10% del consumo total del coche). Reducir ligeramente la velocidad (típicamente en el rango 5 a 10km/h. En casos muy extremos podríamos llegar a 15Km/h) hasta conseguir que el aumento del consumo sea un 50% del aumento de consumo circulando a la velocidad habitual.

NOTA: si eres muy perfeccionista se puede hacer la estrategia más progresiva. Por ejemplo en 3 tramos: no hacer nada hasta un aumento del consumo del 8%. Para un aumento entre el 8% y el 12% reducir la velocidad hasta reducir el aumento del consumo provocado por el viento en un tercio. Y finalmente para un aumento del consumo por encima del 12% reducir la velocidad hasta reducir el aumento del consumo provocado por el viento a la mitad. Yo personalmente, salvo que condujera un camión, no me preocuparia por seguir estrategias muy sofisticadas.

NOTA: para fanáticos del consumo en recorridos que frecuentas, una forma fácil de saber más o menos que vinto hay es sacar la marcha en una cuesta abajo. Una cuesta pequeña de unos segundo es suficiente. Simplemente hay que tener memorizada la velocidad a la que baja más o menos el coche en días sin viento. En unos segundos notarás si hay viento de cara o a favor, porque la velocidad del coche cambia. En realidad también puedes hacer la prueba circulando en llano y sacando la marcha unos segundos, pero es más laborioso, necesitas medir los segundos con precisión, y al menos mi coche no tiene un segundero a la vista, así que tendría que recurrir al segundero de mi reloj de mano. La ventaja de hacer la prueba en llano es que únicamente tiene que memorizar dos números: los segundos que dura el ensayo, y la velocidad que alcanza el coche un día sin viento. Aquí explicaba como hacer los cálculos.

EL VIENTO II - ¿CUÁL ES LA VELOCIDAD QUE MINIMIZA LA RESISTENCIA?

...Continuación post anterior.

Para el caso que se planteó en el post anterior de viento soplando en la dirección de avance la respuesta a cuál es la velocidad del coche que minimiza la resistencia aerodinámica parece sencilla, pero tiene más miga de lo que parece.

Obviamente si reducimos la velocidad del coche se reduce la resistencia aerodinámica, pero a costa de tardar más. Lo que estamos buscando es recuperar el tiempo perdido (al menos parcialmente) cuando el viento sopla a favor aumentando la velocidad. La pregunta es cuánto hay que modificar la velocidad para minimizar lo máximo posible el efecto del viento:

Recuperamos la ecuación que presenté en el post anterior y añadimos la variación de la velocidad para reducir la resistencia.

D_v ∝ ½×(V+v-δ₁)²+½×(V-v+δ₂)²

Donde:

D_v es la resistencia aerodinámica en promedio con viento soplando la mitad del tiempo de cara y la otra mitad del tiempo a favor
V es la velocidad del coche a la que circulamos en condiciones sin viento
v es la velocidad del viento
δ₁ es la reducción de la velocidad del coche cuando el viento sopla de cara
δ₂ es el aumento de la velocidad del coche cuando el viento sopla a favor

Si desarrollamos los dos términos de la ecuación obtenemos lo siguiente:

D_v ∝ V²+ V×(δ₂-δ₁) + ½×(v-δ₁)²+½×(δ₂-v)²

Y aquí ya se ve que aparentemente la solución es: δ₂ = δ₁ = v es decir reducir y aumentar la velocidad del coche justo la velocidad del viento. O lo que es lo mismo circular de manera que el viento aparente (es decir la velocidad del coche más la velocidad del viento) sea siempre V. Con esta estrategia conseguimos eliminar por completo el efecto del viento, ya que queda D_v  proporcional al cuadrado de V y los otros tres términos son cero.

Esta además es la estrategia que siguen los aviones comerciales.  Un avión se puede enfrentar a vientos muy elevados, en muchas ocasiones de más de 100Km/h, donde además el efecto del viento es mayor que en un coche ya que afecta a más términos de la ecuación (como se explicó en este post el coeficiente C_D es sensible al número de mach). Por eso cuando se cruza el atlántico norte, donde hay una corriente de chorro potente,  se tarda menos cuando se va a Europa que cuando se va a Norteamérica, porque se vuela manteniendo más o menos constante el número de mach, es decir la estrategia mostrada.

Pero esta estrategia no es gratuita, el precio que hay que pagar por eliminar el efecto del viento en la resistencia aerodinámica es un aumento en el tiempo que tardamos, en la práctica es lo mismo que reducir la velocidad, pero de manera óptima. En este post explicaba como la velocidad media es proporcional a la media armónica. Para el caso que nos ocupa el aumento de tiempo obedece a la siguiente proporción:

Δt = (1/(V-v)+1/(V+v))/(2/V)

Si adimensionalizamos la velocidad del viento v con la velocidad de referencia V nos queda la siguiente ecuación:

Δt = ((1-v/V)×(1+v/V))^-1

Y la siguiente gráfica:

Como es lógico el aumento de tiempo tiende a infinito cuando v se aproxima a V, o en otras palabras no hay solución si v iguala o supera a V. Ejemplo práctico: supongamos que circulamos por autopista normalmente a 100Km/h, y nos enfrentamos a un viento de 30Km/h. Si seguimos la estrategia óptima para que no aumente la resistencia aerodinámica (circular a 70Km/h con viento de cara y 130Km/h con viento a favor) entonces en promedio tardaremos un 10% más respecto a la opción de circular siempre a 100Km/h. Este coste en tiempo, más los inconvenientes de circular a velocidades tan extremas, hace esta estrategia poco utilizable en la práctica. Para el ejemplo mostrado la velocidad baja es inaceptablemente baja (circular a 70Km/h es una falta de respeto a los demás conductores y además es peligroso, entre otras cosas todo el tráfico pesado te adelantará). Y circular a 130Km/h además de ser ilegal en España, probablemente será inaceptablemente alto para una persona que circula normalmente a una velocidad tan baja como 100Km/h.

Así que tenemos que buscar algo mejor. Resulta que la solución mostrada no es la única posible, en realidad existe una infinidad de velocidades posibles que cumplen la condición de no aumentar la resistencia aerodinámica. Para verlo definimos las siguientes variables adimensionales:

v' = v/V
x = δ₁/V
y = δ₂/V

La ecuación que tenemos que resolver es:

V² = ½×(V+v-δ₁)²+½×(V-v+δ₂)²

Que con las variables que he introducido queda como:

(1+v'-x)² + (1-v'+y)² = 2

Y si despejamos x queda un polinomio de segundo grado como:

x² - 2×(1+v')×x + (y² + y×(2-2×v') + 2×v'²) = 0

Y la solución a este polinomio es:

x = (1+v') ± (2-(1-v'+y)²)^½

Pero de las dos raíces posibles la única solución válida es la negativa, ya que x ha de ser menor que 1 y v' oscila entre 0 y 1. Fijaros como la primera estrategia mostrada satisface la ecuación ya que cuando y = v'; entonces x = v'.

De la infinidad de soluciones posibles ¿cuál es la que más nos interesa? Pues depende lo que estemos buscando, en este caso estamos buscando variaciones de velocidad lo más bajas posibles, y el valor más bajo posible para y es 0 (una y negativa no tiene sentido, porque supondría reducir la velocidad cuando el viento sopla a favor). Por tanto, la estrategia que más nos interesa para el caso de un coche es:

y = 0
x = (1+v') - (2-(1-v')²)^½

O sin adimensionalizar:

δ₂ = 0
δ₁ = (V+v) - V×(2-(1-v/V)²)^½

Ecuación que os muestro en la siguiente gráfica:

Apliquemos esta estrategia al ejemplo anterior: viento de 30Km/h y velocidad de referencia sin viento 100Km/h. La velocidad a la que hay que circular para que en promedio no aumente la resistencia aerodinámica es: con viento a favor la velocidad de referencia, y con viento de cara reducir la velocidad un 7,1% es decir 93Km/h. Y el coste en tiempo de utilizar esta estrategia es tardar un 3,8%. Por tanto, queda claro que esta estrategia es mucho más ventajosa que la planteada inicialmente. De hecho, se podría incluso utilizar para el caso de v = V. Aunque el coste en tiempo sería enorme, tardaríamos un 71% más, pero también reduciríamos la resistencia aerodinámica en promedio a la mitad.

Las estrategias mostradas tienen un inconveniente importante cuando la relación v/V es elevada, tardamos más. Otra optimización que tiene sentido es añadir la restricción de no aumentar el tiempo que tenemos que estar en la carretera. ¿Cuánto es posible reducir la resistencia aerodinámica con esta restricción? La solución óptima desgraciadamente ni es obvia, ni fácil de resolver, ya que se trata de una de las raíces de un polinomio de cuarto orden, al menos la solución es analítica, aunque no sea sencilla en absoluto. Seguidamente muestro la solución analítica por si es útil para alguien:

La ecuación que tenemos que resolver es:
min[(1+v'-x)²+(1-v'+y)²]

Y la restricción de no aumentar el tiempo se recoge en la siguiente ecuación, que no es más que la media armónica:
1/(1-x)+1/(1+y) = 2

Despejando:
x = y/(1+2y)

Por tanto la ecuación que queremos minimizar se puede expresar únicamente como una función de y, para calcular los mínimos hay que derivar en y, y calcular los ceros de la siguiente ecuación:
df(y)/dy = 2×(1+v'-y/(1+2y))×(-1/(1+2y)+2y/(1+2y)²)+2×(1-v'+y) = 0

Para simplificar la ecuación introducimos la nueva variable:
z = 1+2y

Operando obtenemos el siguiente polinomio de cuarto orden:
z⁴+(1-2×v')×z³+(-1-2×v')×z-1

Para facilitar la solución del problema introducimos la nueva variable:
a = 1-2×v'

La ecuación que tenemos que resolver es:
z⁴+a×z³+(a-2)×z-1=0

De las 4 raíces de la ecuación la siguiente es el mínimo que estamos buscando:
z = -a/4 + R/2 + D/2

Donde R y D son:
R = (a²/4+b)^½
D = (3×a²/4-R²-(8×(a-2)-a³)/(4×R))^½

Donde b es:
b = A+B
A = (-b'/2+(b'²/4+a'³/27)^½)^1/3
B = (-b'/2-(b'²/4+a'³/27)^½)^1/3

Donde b' y a' son:
a' = a²-2×a+4
b' = 4×a-4

En la siguiente gráfica os muestro las velocidades óptimas y el aumento en promedio de la resistencia aerodinámica para esta tercera optimización:

Esta estrategia se puede aproximar con la siguiente regla:

• Con viento de cara reducir la velocidad un 24% de la velocidad del viento.
• Con viento a favor aumentar la velocidad un 47% de la velocidad del viento.

El ajuste de esta regla no es perfecto, para conseguir una regla sencilla que aproxime con precisión lo mejor que he encontrado es aproximar con una ecuación cuadrática:

• Con viento de cara reducir la velocidad: -0,0830×(v/V)² + 0,3236×(v/V) + 0,0007
• Con viento a favor aumentar la velocidad: 0,1463×(v/V)² + 0,3207×(v/V) + 0,0009

Apliquemos esta estrategia al ejemplo anterior. Con el viento de cara reduciremos la velocidad un 9,1%, es decir circularemos a 91Km/h. Con el viento a favor aumentaremos la velocidad un 11,1%, es decir circularemos a 111Km/h. Esto son velocidades razonables para utilizar en la práctica. Pero a cambio la resistencia aerodinámica aumentará en promedio un 6%. Como sin aplicar ninguna estrategia la resistencia aerodinámica en este ejemplo aumenta un 9%, quiere decir que la restricción de no aumentar el tiempo limita bastante la posibilidad de ahorro. Si hacéis los números veréis que para cualquier velocidad de viento y del coche los ahorros son siempre muy similares a un tercio, en principio poco para un fanático del consumo.

Lo que hemos visto en este post está muy bien para un avión que se enfrenta a vientos constantes, y dispone de instrumentación que proporciona la velocidad del viento con precisión, pero son de difícil aplicación en un coche. En el próximo post propondré estrategias sencillas que se puedan utilizar en la práctica.

Continuación...

EL VIENTO I - ¿POR QUÉ ES UN ENEMIGO DEL CONSUMO?

Para mostrar cómo el viento en promedio siempre perjudica al consumo empecemos por lo más obvio: considerar el caso del viento en la dirección de avance, en promedio el viento soplará la mitad del tiempo de cara y la mitad del tiempo a favor. El problema es que la resistencia aerodinámica tiene una relación cuadrática respecto al viento aparente (velocidad del coche más velocidad del viento), por lo que el viento de cara perjudica más que beneficia el viento a favor. Veamos exactamente cuanto:

Recurrido sin viento, como ya mostré en el post donde se explicaba la resistencia aerodinámica:

D₀ ∝ V²

Donde:

D₀ es la resistencia aerodinámica sin viento
V es la velocidad del coche

Recorrido con viento, a largo plazo cabe esperar que la mitad del tiempo el viento sople de cara y la otra mitad el viento sople a favor, por tanto:

D_v ∝ ½×(V+v)²+½×(V-v)²

Donde:

D_v es la resistencia aerodinámica en promedio con viento
V es la velocidad del coche
v es la velocidad del viento

Si desarrollamos los dos términos obtenemos:

D_v ∝ V²+v²

Por tanto, la resistencia aerodinámica no sólo aumenta, sino que aumenta en con el cuadrado de la velocidad del viento, y además el aumento en la resistencia es independiente de la velocidad del coche, si reduces la velocidad del coche el consumo disminuirá, pero el perjuicio que causa el viento será exactamente el mismo.

Pero la cosa no acaba aquí, aunque el viento sople de lado también aumenta la resistencia aerodinámica. Como este efecto no es tan intuitivo, os muestro las ecuaciones:

Coche sin viento:

D₀ = ½×ρ×C_D×S×V²

Donde:

ρ es la densidad de aire
S es la superficie frontal proyectada en la dirección de avance
C_D es el coeficiente de resistencia aerodinámica

Coche con viento lateral:

D_r =½×ρ×C_Dα×S_α×V_r²

Donde:

D_r es la resistencia aerodinámica que ejerce el aire sobre el coche
V_r es la velocidad del aire que ve el coche correspondiente a la composición de V y v
α es el alguno con el que incide el aire sobre el coche
S_α es la superficie del coche proyectada en la dirección del viento aparente, es decir de V_r
C_Dα es el coeficiente de resistencia aerodinámica cuando el aire incide con el ángulo α.

Lo siguiente que vamos a hacer es despreciar el término normal al avance. Esa fuerza no ayuda en nada al consumo, pero su efecto negativo será pequeño seguro. Por tanto, nos queda el término D_e, es decir la proyección de D_r sobre la dirección de avance.

D_e = D_r×cos(α)

Como: cos(α) = V/V_r y V_r = (V²+v²)^1/2

D_e = ½×ρ×C_Dα×S_α×V×(V²+v²)^1/2

Y ahora ya es obvio que D_e es mayor que D, es decir la resistencia con viento lateral aumenta, ya que:

El termino ½×ρ×V es el mismo.
El termino C_Dα > C_D ya que los coche están diseñados para que recibir el aire de cara, no para recibir el aire de lado.
El termino S_α > S ya que los coches son siempre alargados.
Y finalmente el termino (V²+v²)^1/2 > V

En resumen queda demostrado que en promedio el viento siempre perjudica al consumo. Pero hay una cosa positiva a comentar respecto al viento, el viento real que ve un coche es normalmente muy inferior al que te indica el hombre del tiempo. En las estaciones meteorológicas el viento se mide en un lugar despejado y a 10 metros del suelo. Afortunadamente un coche circula pegado al suelo y casi siempre rodeado de obstáculos de todo tipo (guardarraíles, setos, otros vehículos, árboles, construcciones...). Así que salvo que circules por lugares tan singulares como la carretera de los cayos de Florida:

Excusa para mostrar la foto de una carretera espectacular. Lo normal es que el viento a la altura del coche sea claramente inferior. ¿Cuánto menos? Pues depende principalmente de la rugosidad del terreno. Es decir; la cantidad, tipo y altura de los obstáculos. Existen numerosos modelos sofisticados, pero para hacer números rápidos nos bastará el perfil más básico y sencillo, que es el perfil exponencial:

V_Z = V_ref×(Z/Z_ref)^exp

Donde:

Conocemos la velocidad del viento V_ref a una altura de referencia Z_ref
Queremos conocer la velocidad del viento V_Z a una altura determinada Z
exp es un exponente que depende de la rugosidad del terreno

La pregunta es cuál es el exponente que mejor se ajusta. No hay más que mirar por la literatura a ver qué valores se sugieren. Parece razonable el rango: 0,4 y 0,15. Además, tomaré como referencia la altura media de un coche típico, es decir 0,75m.

Por lo que el porcentaje del viento que ve el coche oscilará típicamente en el rango:

• Zona con muchos obstáculos: (0,75/10)^0,4 = 35% de la velocidad del viento meteorológica.


• Zona extraordinariamente despejada: (0,75/10)^0,15 = 68% de la velocidad del viento meteorológica.

Así que la velocidad del viento que ve el coche, y por tanto afecta al consumo, es claramente inferior a la que anuncia la predicción meteorológica. En casos favorables, incluso menor que el 35% mostrado. Por ejemplo, circulando por un bosque espeso.

Continuación...

¿CÓMO APRENDER A CONDUCIR CONSUMIENDO POCO? III

...Continuación posts anteriores.


CONOCER TU COCHE

Si pruebas el tipo de cosas que recomendaba en el post anterior el ahorro de combustible está garantizado. Lo que ocurre es que el ahorro cambia mucho de un coche a otro. Muchas veces ahorrar combustible implica tardar algo más, otras veces supone cierto esfuerzo y a veces incluso tiene cierto impacto en la seguridad. Es necesario saber cuanto estamos ahorrando para poder decidir si nos merece la pena o no.

En este proceso es esencial conocer como funciona tu coche. Hay que huir de recetas generalistas, como engranar 5ª marcha a 50Km/h, o llevar el motor entre 1500rpm y 2000rpm porque es la zona de par máximo. Cada coche es diferente, y el régimen del motor hay que elegirlo en función de las condiciones para que el consumo sea mínimo, asegurando también que se cuida la mecánica.

Aunque en general es imposible disponer del diagrama de consumo específico del motor de tu coche, sí que podemos más o menos identificar a que velocidad hay que utilizar cada marcha (cuando circulamos en llano a velocidad constante).
NOTA: si puedes conseguir al menos la curva de par máximo del motor de tu coche tendrás una información valiosa, ya que en general en la zona de máximo par el rendimiento es mayor. En cambio cuando la curva de par cae mucho el rendimiento suele ser malo. Por eso, muchas veces mirando la curva de par máximo podemos saber si un motor funciona regular ente 1000 y 1300rpm o a más de 3500rpm.

Una de las cosas más importantes es saber en que marcha debemos circular en cada momento. Lo único seguro es que a cargas bajísimas (por ejemplo circulando en llano muy despacio a velocidad constante) el régimen del motor tiene que ser todo lo bajo que sea posible (típicamente 1000rpm). En cuanto la carga del motor aumenta las cosas cambian muchos de unos motores a otros. En motores con una curva de par excepcionalmente plana¹ (sobre todo si son muy potentes) subiremos muy lentamente el régimen, en motores con pocos refinamientos, o con turbos intensos y baja cilindrada (sobre todo si el motor es poco potente) habrá que subir rápidamente el régimen.
NOTA 1: ya lo explicaré más adelante, pero en general cuanto más caro es el coche más refinamientos tiene el motor. Muchos motores muy refinados se caracterizan por un turbo que funciona bien en un rango amplio de revoluciones, y sistemas de admisión y escape se ajustan en función de carga y revoluciones. En estos motores típicamente se consigue una curva de par más plana que en motores menos refinados.

Esto es especialmente importante en los motores de gasolina. Hay motores de gasolina que funciona muy eficientemente a bajo régimen, y que se deben conducir más o menos como un motor diésel, de manera que muy raramente pasamos de 2500rpm. Y hay motores de gasolina escasos de potencia que funcionan mal a bajo régimen, que obligan con frecuencia a subirlos a más de 3500rpm o 4500rpm.

Atención, no hay que confundir elasticidad del motor con eficiencia del motor. Por ejemplo en mi coche se puede circular en llano a 55Km/h en 5ª marcha, aunque hay que ser cuidadoso con el pedal del acelerador y la capacidad de aceleración es nula, sin embargo es mejor idea circular en 4ª marcha a 1500rpm, por que el consumo es menor, además, el motor va más desahogado y hay mucha más capacidad de aceleración.

Otro aspecto importante es la presión del acelerador. Normalmente no hay problema en pisar el acelerador con cierta intensidad. El problema viene cuando hace falta pisar más fuerte el acelerador. En un motor diésel normalmente se puede pisar el acelerador cerca del final del recorrido (si la adherencia de las ruedas lo permite, y el motor no se revoluciona demasiado). En los motores de gasolina no suele ser una buena idea apurar el recorrido del pedal. Hay que saber hasta donde se puede pisar el acelerador para no perjudicar demasiado al consumo.

Las características del coche afectan al comportamiento en las pendientes. Los coches pesados y aerodinámicos se aceleran notablemente en las bajadas, y por contra consumen mucho en las subidas. En cambio los coches ligeros y de aerodinámica pobre son mucho menos sensibles a las cuestas.

Si quieres obtener consumos realmente bajos se requiere cierto tiempo para acostumbrarte a un coche. De hecho, si realmente deseas conocer con precisión como funciona tu coche aconsejaría perder algo de tiempo realizando algunas pruebas como las que muestro en el blog. Si perdiendo un poco de tiempo consigues un pequeño ahorro permanente durante toda la vida del coche, el esfuerzo merece la pena.


CONOCER EL RECORRIDO
Al igual que es importante conocer el coche, conocer el recorrido también ayuda mucho a conseguir consumos excepcionales². Lo ideal para depurar la conducción es un recorrido que repetimos con frecuencia, por ejemplo el recorrido diario para ir a trabajar, o un recorrido que repitamos muchos fines de semana. En estos recorridos si te tomas como un reto bajar el consumo puedes conseguir mejoras espectaculares. Por ejemplo, puedes aprender cuando cambian los semáforos, o puedes aprender las velocidades óptimas en cada punto para prácticamente no tocar nunca el freno.
NOTA 2: evidentemente siempre se puede encontrar un contraejemplo. Por ejemplo si tu recorrido diario es casi únicamente circular por una autopista llana no han nada que optimizar. Sin embargo eso no suele ser lo habitual.

Otro ejercicio interesante en los recorridos que repetimos con frecuencia es elegir entre los diferentes caminos posibles teniendo en cuenta el consumo. Es decir, el consumo es un parámetro más junto a otros (como el tiempo, la comodidad, los peajes o la seguridad) para elegir qué camino es el que más nos conviene. A veces no es nada fácil saber que opción será la mejor para el consumo (por ejemplo: el tráfico que solemos encontrar, en las cuesta abajo el ángulo y la posibilidad de aprovechala, o que tengamos preferencia en los cruces afectan al consumo) por eso a veces vale la pena verificar el consumo entre las opciones que tenemos.

Resumen: si queremos obtener un consumo muy bajo necesitamos conocer las particularidades de nuestro coche, también es muy útil conocer cuanto combustible estamos ahorrando para saber si el esfuerzo nos merece la pena. Además, si conocemos el trayecto que tenemos que recorrer nos será más fácil conseguir consumos excepcionales.

Continuación...

¿CÓMO APRENDER A CONDUCIR CONSUMIENDO POCO? II

...Continuación post anterior.

Afortunadamente ahora aprender a conducir muy eficientemente es una tarea relativamente sencilla al alcance de cualquiera. Sólo son necesarias tres condiciones:

1. Tener interés en aprender.
2. Saber que tipos de cosas hay que probar.
3. Conocer tu coche y el recorrido.

Una vez has aprendido a conducir muy eficientemente, ya es tu elección en función de las condiciones de contorno si quieres conducir muy eficientemente, o no. En cambio si no has aprendido, nunca podrás conducir de manera muy eficiente.

TENER INTERÉS EN APRENDER
Como en cualquier proceso de aprendizaje es necesario poner algo de tu parte.  Es sorprendente la cantidad de conductores que tiene nulo o muy escaso interés en aprender. A mí esto me parece un comportamiento un poco irracional. ¿Por qué no aprender algo que a largo plazo compensa con creces económicamente y mejora el entorno? Luego en el futuro lo puedes utilizar como te plazca. Puedes conducir rápido o agresivo consumiendo menos de lo que consumías antes de aprender. Es decir, aprender que el óptimo (para el consumo) es circular a una velocidad máxima típicamente de 70Km/h, no quiere decir que luego no puedas conducir mucho más rápido.

La situación es especialmente paradójica cuando se tiene un coche pesado y potente. En estos coches es fácil conseguir ahorros importantes con una conducción eficiente tardando lo mismo que un conductor medio. La cantidad de dinero que ahorramos sacrificando muy poco es apreciable, especialmente en circulación urbana.

Precisamente para conductores con nulo interés en realizar una conducción eficiente, mi recomendación es que compren un coche con el menor consumo posible.  Así al menos su estilo de conducción no les será tan gravoso. Para este tipo de conductor un cambio automático es recomendable, (siempre que sea un cambio automático eficiente).

SABER QUE TIPO DE COSAS HAY QUE PROBAR
A veces encuentro personas que intentando ahorrar utilizan estrategias que no funcionan o funcionan regular. Y claro, se llega a la conclusión que conducir cuidadosamente es poco provechoso. Veamos algunos ejemplos en los que apenas se ahorra, o incluso se aumenta el consumo:

• Subir las pendientes demasiado despacio y bajas las pendientes demasiado rápido.
• Utilizar el punto muerto en llano, circulando a velocidad constante a 100Km/h o más.
• Intentar llevar siempre el motor en el régimen (las revoluciones) de par máximo.
• En motores de gasolina cuando se requiere mucha potencia no reducir de marcha.

En mi humilde opinión, hay dos aproximaciones posibles para evitar perder el tiempo probando estrategias poco provechosas: entender como funcionan los diferentes elementos y variables que afectan al consumo, tal y como explico en numerosos posts de este blog. O simplemente seguir recetas.

Si te interesa la primera aproximación propuesta, entonces numerosos post de este blog te pueden ayudar. Puedes utilizar el índice del blog para encontrar directamente los post donde se comenta el tema que quieres profundizar. Es especialmente importante entender que el consumo del coche es el resultado de multiplicar la resistencia que tiene que vencer el coche por el rendimiento del conjunto motor/transmisión. Son particularmente importantes los conceptos de consumo específico y curva de máxima eficiencia.

Si simplemente estás interesado en las recetas para reducir el consumo entonces puedes leer los siguientes posts:

Decálogo para reducir el consumo

Cómo minimizar el efecto del aire acondicionado en el consumo

Consejos para conducir con pendientes para minimizar el consumo

Cómo minimizar el consumo con un coche eléctrico

Circular en punto muerto: consejos para circulación urbana

Circular en punto muerto: consejos para circular en carretera

Continuación...

¿CÓMO APRENDER A CONDUCIR CONSUMIENDO POCO? I - LA IMPORTANCIA DEL ORDENADOR DE ABORDO

Después de casi un año de blog ya he escrito sobre casi todo lo más importante. Me quedan todavía muchas cosas en el tintero, pero ya es un buen momento para recapitular.

Para poder ver en retrospectiva lo que se ha progresado en la últimos 15 o 20 años, empezaré explicando como aprendí yo. En mi caso fue un proceso bastante fatigoso. Empecé hace casi 20 de forma totalmente autodidacta, y más por necesidad que por gusto, ya que tenía un salario mínimo y conducía más de 40.000Km al año. En aquel momento ni siquiera se había acuñado el término hypermiling, ni existían foros ni webs dedicado a estos temas.

Si te esforzabas podías encontrar algo publicado en la literatura, especialmente a consecuencia de las crisis del petróleo de los 70 había cierto interés académico. Recuerdo con especial cariño un libro titulado Motor Vehicle Fuel Economy de Richard Stone. Cuando el libro llegó a mis manos ya estaba bastante desfasado, ya que se publicó en 1981, pero tenía una redacción amena y rigurosa. En la actualidad todavía se puede encontrar una edición ligeramente posterior de 1989 que nunca llegó a mis manos.

Aunque lo más traumático que recuerdo de mis inicios es no disponer de un ordenador de abordo con el dato del consumo instantáneo y medio. Recuerdo perfectamente que para comparar diversas estrategias de conducción había que circular varios depósitos para comparar los consumos. Tenía una libretita en la que apuntaba cuidadosamente cada repostaje y las condiciones de circulación para poder sacar conclusiones. Lo que hoy en día se resuelve probando en un rato con el ordenador de abordo en aquella época me llevaba varias semanas.

Por tanto, el instrumento básico para aprender rápido (justo al contrario de como hice yo) es disponer de un ordenador de abordo que te permita conocer el consumo instantáneo y el consumo medio. Este dispositivo casi siempre tiene tendencia a marcar de menos, pero esto no es grave, lo importante es conocer cuanto mejora o empeora el consumo según las condiciones. Además, siempre se puede calcular el error.

No todos los ordenadores funcionan igual de bien al medir el consumo instantáneo. Los hay que tienen un pequeño retraso, y los hay que no miden adecuadamente el consumo con el coche parado. Para hacer una conducción muy eficiente es útil disponer de un consumo instantáneo tan instantáneo como sea posible, ya que te da más información. Por ejemplo te permite conocer más rápidamente cuando ha llegado el momento de cambiar de marcha o de conducir en punto muerto.

Si no dispones del dato del consumo, pero el motor de tu coche es suficientemente moderno, puedes intentar obtener esa información a través del puerto que tiene la centralita que controla el motor y que debería estar accesible en el interior del coche, típicamente muy cerca del volante. Este puerto se conoce como OBD (On-board diagnostics) y es el que utiliza el taller cuando tiene que chequea el motor.

Situación típica del puerto OBD en un coche, próximo al volante y debajo del salpicadero. En este link se muestra la posición para muchos coches

Detalle del puerto OBD

Si no dispones en tu coche de un ordenador de abordo que te indique el consumo, te recomiendo que obtengas esa información a través de puerto OBD. Además puedes obtener mucha más información que el consumo instantáneo y medio. Existen muchas opciones en el mercado: por ejemplo puedes instalar un visor que funcione exactamente igual que un ordenador de abordo instalado por el fabricante. O si dispones de un teléfono inteligente puedes instalar una aplicación que se comunique vía Wi-Fi o Bluethooth con un dispositivo instalado en el puerto por un precio bastante reducido.

ATENCIÓN: desgraciadamente en los coches muy antiguos (según marca y modelo con más de 10 o 20 años de antigüedad) este puerto no está disponible. Además, hay varios protocolos de comunicación en función del fabricante, antigüedad del vehículo y zona geográfica. Aunque el puerto tiene 16 pines, sólo se utilizan unos pocos en función del protocolo. Por eso, antes de comprar un cable de conexión o equipo, asegúrate que funcionará en tu coche.

Si no puedes disponer del dato del consumo instantáneo y medio del coche, te recomiendo como solución menos mala que utilices un teléfono inteligente con GPS para poder tener algunos datos que te ayuden a conducir más eficientemente. En particular podrás conocer la pendiente en la que estás circulando, el desnivel recorrido y la velocidad real. Es una información peor que el consumo, pero menos es nada.
NOTA: recomiendo utilizar un teléfono inteligente con GPS porque permite más flexibilidad que un aparato de GPS para coche.

Continuación...

CÓMO MINIMIZAR EL CONSUMO CON UN COCHE ELÉCTRICO

No hay mucho decir sobre como conducir un coche eléctrico. A parte que nunca he tenido un coche eléctrico, la conducción de un coche eléctrico es bastante transparente en términos de consumo. En un coche el consumo es el resultado de multiplicar la resistencia que hay que vencer por el consumo específico del conjunto motor transmisión. Sin embargo en un coche eléctrico el rendimiento del motor siempre es alto y la transmisión típicamente de relación constante (no existe cambio de marchas). Veámoslo con un ejemplo real:

Os muestro el diagrama de funcionamiento de un motor eléctrico de 10KW utilizado en coches híbridos de Honda. Fuente tesis doctoral de J.V. Baalen. Los números indicados corresponden al rendimiento. Este motor es el típico motor síncrono de imanes permanentes, el par es máximo a bajas revoluciones y va reduciéndose según aumenta el régimen, por lo que tenemos más o menos un motor de potencia constante (frente a un motor convencional que es más o menos de par constante). El máximo rendimiento es del 94%, el mínimo rendimiento es del 57%, pero este rendimiento mínimo únicamente se da con el motor trabajando como generador a máxima carga y régimen mínimo. Compárese con el consumo específico de un motor convencional.

Esta sencillez (en términos de rendimiento y de manejo) de la planta de potencia, junto al frenado regenerativo de los coches eléctricos simplifica mucho la conducción eficiente respecto a un coche convencional. Si tomamos como referencia mi decálogo de recomendaciones, las principales diferencias de un coche eléctrico son:

Punto 3, circula despacio en conducción extraurbana: esto es mucho más cierto en un coche eléctrico. Una velocidad elevada aumenta mucho más el consumo que en un coche convencional. Ya comentado en este post.

Punto 4, circula como si no tuvieras freno: esto es menos importante en un coche eléctrico. Obviamente, cada vez que tocas el freno (o incluso levantas el pie del acelerador) aumenta el consumo. Sin embargo si te mantienes en la zona de frenado regenerativo este efecto es mucho menor que en un coche convencional, ya que recuperamos parte de la energía.

El frenado regenerativo no es más que hacer funcionar al motor como generador eléctrico. El frenado regenerativo aumenta el consumo, ya que hay pérdidas en el proceso de generar electricidad con el motor y almacenarla en las baterías, pero obviamente es mucha mejor alternativa que utilizar un freno convencional, en el que toda la energía cinética se pierde.

Por si hay algún lector despistado, hay un detalle importante sobre el freno. En un coche eléctrico para que no actúe el freno (en realidad el frenado regenerativo) normalmente hay que presionar ligeramente el acelerador. Hay que aprender a partir de que posición en el pedal del acelerador comienza el frenado regenerativo. También es importante saber a partir de que punto los frenos convencionales del coche empiezan a actual (según la ley de control esto ocurrirá en cuanto presionemos el pedal de freno o a partir de cierto nivel de presión en el pedal de freno).

Por tanto, la forma de conducir un coche eléctrico es:

• Salvo que sea necesario reducir la velocidad, jamás levantar el pie del acelerador.
• Cuando no se pueda cumplir la norma anterior, levantaremos levemente el pie del acelerador (sin actuar el frenado regenerativo).
• Cuando no se pueda cumplir la norma anterior, utilizaremos el frenado regenerativo para frenar el coche.
• Cuando no se pueda cumplir la norma anterior utilizaremos los frenos convencionales. En una conducción eficiente esta última alternativa se debe relegar casi únicamente a frenadas de emergencia.
  NOTA: a un conductor eficiente de coche eléctrico las pastillas de freno le tienen que durar muchísimos kilómetros.

Punto 5, circula con la marcha más larga posible: obviamente no aplica en un coche con una relación de transmisión constante.

Punto 6, procura elegir recorridos que minimizan el consumo: aquí hay que adaptarse a las características del coche. Un coche eléctrico es mucho menos sensible a los recorridos con frenadas (travesías con semáforos, atascos). Pero hay que ser cuidadoso con los puertos de montaña, especialmente los que acumulan mucho desnivel (ver el ejemplo de este post); y con los recorridos por autopista, ya que nos podemos quedar sin batería antes de lo previsto.

Punto 8, comprar el combustible a buen precio: como se comentaba en este post, es importante recargar el coche con la tarifa eléctrica más económica.

Punto 9, utilizar racionalmente los elementos que aumentan el consumo: como ya he comentado, en un coche eléctrico afectan mucho al consumo todos estos elementos: climatizador, bacas, bajar las ventanillas, remolques...

Punto 10, gestionar correctamente la conducción con pendientes: como ya comenté en su momento en esta serie, en un coche eléctrico es muy sencillo. Hay que circular casi siempre a la misma velocidad. La única diferencia es cuando se circula pendiente abajo. A diferencia de un coche convencional donde perjudica al consumo frenar, en un coche eléctrico si la pendiente obliga a frenar el coche, buena parte de esta energía se recuperará con el frenado regenerativo.
NOTA: sólo para obsesos de consumo. Al igual que ocurre en un coche convencional, en un coche eléctrico es conveniente en una cuesta abajo no tocar el freno, ya que el frenado regenerativo aumenta el consumo. Aunque tal vez a velocidades muy elevadas convenga empezar a utilizar el frenado regenerativo. Ejemplo: si circulas a una velocidad de crucero de 90Km/h, y en una cuesta abajo el coche se acelera hasta 130Km/h, puede ser interesante para el consumo bajar a 115Km/h utilizando el frenado regenerativo. Hay que realizar la prueba con un coche real para tener un resultado concluyente.

Los puntos 1, 2 y 7 del decálogo no requieren aclaraciones adicionales.

Señalar también que aunque una conducción eficiente tiene escaso impacto económico (siempre que se recargue la batería con una tarifa eléctrica económica), si tiene tres beneficios:

• Reduce las emisiones producidas en la generación de la electricidad.
• Aumenta la autonomía.
• Aumenta la vida de las baterías. No olvidar que las baterías son el componente más caro del coche.

MOTORES DIESEL III

...Continuación posts anteriores.

Continúo con los motivos por los que un motor diésel consume menos que un motor de gasolina.

Motivo 3 - el rendimiento que alcanza un motor diésel es mayor
Como explicaba en este post sobre el consumo específico existe un punto conocido como el polo económico en el que rendimiento del motor es máximo. El rendimiento máximo que se puede alcanzar con un motor diésel es mayor.

El rendimiento máximo de un motor diésel bien diseñado oscilará entre un 40% y un 45%. En general cuanto más grande y refinado sea el motor, mejor será el rendimiento.

Tomo como ejemplo el post referido, tenemos un motor Volkswagen desarrollado hace quince años:

Motor turbodiésel de 1,9litros de cilindrada y una potencia máxima de 90CV. El consumo específico en el polo económico es de 197gr/KWh. Por tanto, el rendimiento es:

η = 1KWh/197gr gasóleo = 3600KJ/0,197Kg×35,86MJ/Kg = 42%

NOTA: como curiosidad los mejores rendimientos se obtienen con motores muy grandes. Estos motores son típicamente de dos tiempos. Uno de los clásicos son los motores de aviación Jumo 20X de Junkers, desarrollados a final de los años 20, y puestos en servicio a principios de los años 30. El Jumo 205 alcanzaba un rendimiento del 40%. Otro ejemplo: el motor marino MAN Diesel S80ME-C Mk7 de 23MW de potencia. Este motor alcanza un rendimiento record del 54%.

En cambio los mejores motores de gasolina no alcanzan un rendimiento del 40%. Un par de ejemplos:

Motor	Potencia	Año	Rendimiento
Toyota Prius	57KW1	2004	37%
Ford EcoBoost	74KW - 184KW2	2011	35%

NOTA 1: este motor corresponde a la generación anterior, tenía una cilindrada de 1,5litros. La generación actual del Prius tiene una cilindrada de 1,8litros, una potencia de 73KW, y un rendimiento ligeramente superior.
NOTA 2: existen varios modelos, se muestra rango de potencia para motores de cilindrada entre 1litro y 2litros.

El motor del Toyota Prius es probablemente el motor de gasolina con mejor rendimiento que hay en el mercado. Los motores EcoBoost de Ford son de lo mejor que se puede encontrar en los coches de precio razonable no híbridos. 

Una de las claves para esta diferencia en el rendimiento está en la relación de compresión³. La relación de compresión es la relación entre la densidad del aire exterior, y la densidad del aire en la cámara de combustión (para un motor de combustión alternativa corresponderá a la densidad en el punto muerto superior). Teóricamente cuanto mayor es la relación de compresión mayor es el rendimiento del motor⁴. En realidad para relaciones de compresiones muy elevadas esto deja de ser cierto por que la temperatura del aire es tan elevada que la combustión es menos eficiente⁵. Es decir, se obtiene más energía quemando el combustible en una cámara de combustión con una temperatura de partida de  400ºC, que en una cámara de combustión con una temperatura de partida de 1000ºC. La relación de compresión óptima para un motor de combustión alternativa suele estar por encima de 20.
NOTA 3: normalmente cuando consultas la relación de compresión de un motor el dato que te dan es la relación de compresión geométrica del motor. Es decir la relación entre el volumen de la cámara de combustión en el punto muerto superior, y el volumen con el cilindro en el punto muerto inferior. Sin embargo la relación de compresión real es diferente por diversos motivos. En particular si el motor tiene un turbocompresor la relación de compresión será mayor, ya que el aire se comprime antes de entrar en la cámara de combustión. Por eso he definido la relación de compresión de una forma ligeramente diferente.
NOTA 4: si el motor sigue un ciclo de Carnot (ver post) el rendimiento no depende de la relación de compresión. En cambio si el motor sigue un ciclo diésel o un ciclo Otto (modelo aproximado de un motor de gasolina) hay una importante dependencia con la relación de compresión. No obstante, la realidad se parece poco a un ciclo termodinámico ideal, por lo que no creo que tenga sentido presentar las ecuaciones de estos ciclos termodinámicos.
NOTA 5: cuanto menor sea el rendimiento del proceso de compresión más acusado será este fenómeno de calentamiento del aire. Y menor será la relación de compresión óptima. Volveré sobre este tema cuando hable sobre los turbocompresores.

Los motores diésel están diseñados típicamente para relaciones de compresión elevadas (entorno de 20). Esto no es posible en los motores de gasolina por el riesgo de detonaciones. Las detonaciones se conocen popularmente como "picar biela". La relación de compresión de un motor de gasolina convencional está limitada al entorno de 10 (excepcionalmente cerca de 15). Más adelante veremos que existen diversas opciones para aumentar la relación de compresión, pero incluso en los motores más modernos y utilizando combustibles con octanaje elevado, la relación de compresión está por debajo de un motor diésel.

Motivo 4 - el rendimiento de un motor diésel a cargas parciales es mejor
Ya he repetido en varias ocasiones que un motor normalmente funciona a cargas muy bajas, independientemente del régimen, el rendimiento del motor es peor a cargas bajas. Vuelvo a tomar como ejemplo el post sobre el consumo específico.

En un motor diésel el funcionamiento a cargas parciales es tecnológicamente muy sencillo. Simplemente se inyecta menos combustible. Por eso a cargas parciales el rendimiento es relativamente bueno. Veámoslo con un ejemplo (Fuente diagrama Wikipedia):

En este motor diésel si nos mantenemos en un régimen de giro bajo (menos de 2000rpm), obtendremos un rendimiento elevado mientras nos mantengamos por encima del 25% del par máximo.

Ahora tomemos un ejemplo de un motor de gasolina (Fuente diagrama Sciencedirect):

Este es un motor con un rendimiento máximo razonable (33%), y una curva de par máximo bastante plana entre 1000rpm y 6000rpm, por tanto en este sentido más elástico que el motor turbodiésel elegido como ejemplo.

En este motor incluso en el régimen de giro ideal de 1500rpm, debemos mantenernos por encima del 30% del par máximo para conseguir un buen rendimiento. Fuera de ese punto debemos mantenernos por encima del 35% o del 40% del par máximo. Esto explica por que es tan difícil conseguir un buen consumo con motores potentes de gasolina (ver este post sobre este tema), y en cambio con un motor de gasolina justo de potencia es más fácil conseguir buenos consumos.

Este problema donde se hace muy patente es en la circulación urbana. Los coches con motores de gasolina potentes tienen unos consumos homologados en ciclo urbano malos.

¿Por qué ocurre esto?

El problema está en el proceso de combustión. En un motor de gasolina convencional no se puede seguir la estrategia de los motores diésel, si simplemente se inyecta menos gasolina la mezcla no se quema correctamente. Por eso se colocó hace muchos años una válvula mariposa (o sistema equivalente que reduce el caudal) en la admisión.

Permitidme que explique este problema con un poco más de detalle. Cuando mezclamos un combustible con el aire podemos tener tres tipos de mezcla en función de la cantidad de combustible aportado:

• Mezcla estequiométrica: tenemos la cantidad de oxigeno justa en el aire para quemar el combustible.
• Mezcla rica: tenemos más combustible que el oxigeno disponible. Por tanto no todo el combustible se quemará. Obviamente este tipo de combustión es altamente contaminante, ya que estamos emitiendo combustible sin quemar y gases como el monóxido de carbono.
• Mezcla pobre: tenemos más oxigeno que el necesario para quemar el combustible, por tanto parte del oxigeno no se quema.

Pues bien, las mezclas pobres de aire con gasolina no queman bien. Por eso en los motores de gasolina lo que se ha hecho tradicionalmente (a cargas parciales) es cerrar parcialmente la admisión  para que entre menos aire. De esta manera se puede reducir la cantidad de combustible que se inyecta, manteniendo una proporción casi estequiométrica. Esto perjudica al rendimiento, al menos aumentan las perdidas de bombeo de aire. A fin de cuentas un motor está continuamente bombeando aire. Bombear ese aire requiere un trabajo, es decir son perdidas para el rendimiento del motor. Cerrar la admisión aumenta esas pérdidas.

Los fabricantes de coches han trabajado mucho en soluciones para mitigar las pérdidas asociadas a la válvula de mariposa. Por ejemplo el cierre de cilindros y la mezcla estratificada. Lo explicaré más adelante cuando revise los motores de gasolina. Por tanto, en un buen motor moderno de gasolina la perdida de rendimiento a cargas parciales se ha reducido respecto a los motores tradicionales de gasolina.

Continuará...

MOTORES DIESEL II

...Continuación post anterior.

En el post anterior explicaba como la clave del motor diésel es el uso de un combustible muy poco volátil. Debido al tipo de combustible empleado la combustión se obtiene de manera expontánea cuando la presión, y la temperatura como consecuencia del aumento de la presión, son suficientemente altas.

Como resumiré más adelante un motor diésel es peor que uno de gasolina en casi todo, sin embargo tiene una gran ventaja sobre un motor de gasolina: el consumo es menor.

¿Por qué el consumo es menor en un motor diésel?

Identifico al menos cuatro motivos claros por los que un motor diésel consume menos que un motor de gasolina:

Motivo 1 - Los combustibles para coches se comercializan en volumen
Comparemos los dos combustibles más habituales para coches (fuente Wikipedia):

Combustible	Densidad	Energía por litro	Energía por Kilo
Gasolina	0,74Kg/l	32,18MJ/l	43,5MJ/Kg
Gasóleo	0,83Kg/l	35,86MJ/l	43,2MJ/Kg

NOTA: las propiedas pueden variar bastante en función del pais, tipos de combustibles, la calidad etc.

Si el combustible se vendiera al peso, la densidad energética de la gasolina y el gasóleo son casi la misa, pero como se vende en volumen, el gasóleo tiene aproximadamente un 11% más de energía que la gasolina.

Motivo 2 - El gasóleo tiene un trato fiscal favorable
Tradicionalmente las fracciones más pesadas del crudo eran más baratas. Eso hace tiempo que paso a la historia. Por ejemplo un fuel oil pesado puede conseguirse barato, pero en estos momentos un litro de gasóleo no es más barato que un litro de gasolina. Entre otras cosas por que cada vez se consume más gasóleo, y como acabamos de ver la densidad de energía (por unidad de volumen) del gasóleo es mayor.

Un buen sitio para obtener información sobre el precio de los combustibles fósiles es el Ministerio de Industria de España. Estos son los precios por litro de los últimos dos meses de 2012 en los mercados internacionales (sin impuestos):

 Como se puede ver en diciembre el gasóleo se negoció un 10% más caro que la gasolina sin plomo. Sin embargo este precio no se transmite al usuario sino todo lo contrario:

En la mayoría de los países la gasolina es más cara. Además, incluso en los países donde se invierte esta tendencia, como por ejemplo el Reino Unido, donde la fiscalidad sobre el gasóleo es la mayor de Europa, el gasóleo únicamente cuesta un 6% más que la gasolina, luego incluso en Reino Unido el precio de la energía es menor para el caso del gasóleo.

Sin embargo la situación es completamente diferente en Estados Unidos. Podéis consultar los precios en la Energy Information Administration (EIA). En estas figuras se recoge la media de diciembre:



NOTA: un galón (US gal) = 3,785litros

El gasóleo es un 20% más caro que la gasolina.

La fiscalidad de los dos combustibles es bajísima para los estándares europeos: 12% para el gasóleo y 13% para la gasolina.

El precio del combustible refinado es muy parecido a los datos europeos. Un galón de gasolina cuesta $2,5; y un galón de gasóleo cuesta $2,8. Es decir más o menos un 10% más caro.

Sin embargo los costes de distribución y promoción son muy superiores para el gasóleo: para un galón de gasolina $0,36 frente un galón de gasóleo $0,67.

La EIA da la siguiente explicación de este fenómeno:

Why has diesel fuel been more expensive than gasoline?

On-highway diesel fuel prices have been higher than regular gasoline prices almost continuously since September 2004, a break from the historical pattern of diesel fuel prices usually being lower than gasoline prices except in cold winters when demand for heating oil pushed diesel fuel prices higher. The main reasons why diesel fuel prices have been higher than gasoline prices in recent years are:

• High worldwide demand for diesel fuel and other distillate fuel oils, especially in Europe, China, India, and the United States, and a tight global refining capacity available to meet demand during the period of high economic growth from 2002 to mid-2008.
• The transition to less polluting, lower-sulfur diesel fuels in the United States affected diesel fuel production and distribution costs.
• The Federal excise tax for on-highway diesel fuel of 24.4 cents/gallon is 6 cents per gallon higher the gasoline tax.

Traducción libre de quien os escribe:

¿Por qué el combustible diésel está más caro que la gasolina?

En carretera el diésel está más caro que la gasolina normal desde septiembre del 2004 de manera casi continuada. Una rotura de la tendencia histórica de precios del diésel menores a los precios de la gasolina; excepto en inviernos fríos, en los que la demanda de combustible de calefacción provoca precios del combustible diésel mayores. Estos son los principales motivos por los que, en los últimos años, el precio del diésel es mayor que la gasolina :

• Mayor demanda mundial de diésel y fueloils, especialmente en Europa, China, India y los Estados Unidos, y la capacidad disponible de refino al límite para responder a la demanda durante el periodo de elevado crecimiento económico (de 2002 a mediados de 2008).
• La transición a combustibles diésel menos contaminantes en Estados Unidos, bajos en sulfuros, afectan a la producción del combustible diésel y los costes de distribución.
• El impuesto federal especial para el diésel en carretera de 24,4 céntimos (de dólar) por galón es 6 céntimos superior a los impuestos para la gasolina.

No me acaban de cuadrar estos argumentos. Según las figuras de más arriba (obtenidas en la misma fuente, y más recientes) la fiscalidad del gasóleo es ligeramente favorable. Además, me cuesta creer que no haya suficiente capacidad de refino.

En cualquier caso, como los consumos típicos de un coche con motor diésel se encuentran típicamente en el rango 25%-35% por debajo de los coches con motor de gasolina, el ahorro si vives en Estados Unidos se encuentra muy mermado. Aproximadamente dos tercios del ahorro en el consumo del coche los pierdes por un precio mayor del combustible. Si además tenemos en cuenta que los coches con motor diésel suelen ser más caros queda claro porque:

• En Estados Unidos prácticamente no se comercializan coches con motor diésel.
• Los fanáticos estadounidenses del hypermiling suelen conducir híbridos con motor de gasolina.

Continuará...

CONSEJOS PARA MINIMIZAR EL CONSUMO AL CONDUCIR CON PENDIENTES, Y ALGUNOS MITOS

Después de 8 posts dedicados a este asunto, y más de seis mil palabras, ya me veo en condiciones de explicar un par de mitos muy asentados, y dar algunas reglas sencillas para conducir con pendientes. Para los interesados en entender las “tripas” de estos consejos, podéis dedicar un buen rato a leer esta serie:

Post I
Post II
Post III
Post IV
Post V
Post VI
Post VII
Post VIII

El mito de subir los repechos cuidadosamente pisando el acelerador lo mínimo posible
Creo que la clave de este mito tan extendido en los ahorradores de combustible es asociar un consumo instantáneo elevado con un aumento del consumo medio. En general tratar de reducir el consumo en las subidas moderando la presión sobre el acelerador no funciona. Ya se elija la opción de acelerar en el llano antes de empezar a subir un repecho, o se elija la opción de dejar que el coche se decelere en la subida, no funciona. Salvo en los casos que indicaré más adelante, el óptimo es siempre movernos cerca de la velocidad media, no importa que haya que pisar mucho el acelerador para subir una cuesta.

El mito del aumento de consumo cuando circulamos en carreteras con pendientes
Este es otro mito muy extendido. Y simplemente no es cierto. En la mayoría de los recorridos que realizo con pendientes los consumos que obtengo son muy similares a los consumos circulando en llano, y eso que mi coche es particularmente pesado. No obstante, quiero hacer cuatro puntualizaciones:

• Cuando se calcula el consumo medio de un recorrido, hay que asegurarse que el punto de origen y el punto de destino están a la misma altura. Ya se que esto es obvio, pero he visto errores de bulto (incluso publicados en medios supuestamente respetables) por no tenerlo en cuenta.
• Cuando se circula por puertos de montaña sinuosos y empinados el consumo siempre aumenta. En España tenemos gran número de estos puertos, algunos especialmente famosos por el ciclismo. Que aumente el consumo es absolutamente normal, ya que en este tipo de carreteras no se pueden aplicar las reglas que más adelante enunciaré.
• Existen dos normas del "dedo gordo" que indican que el consumo está aumentado (respecto a circular en llano):
• Cuando se alcanza consumos instantáneos superiores al doble del consumo en llano. En esta situación va a ser muy difícil que el consumo no aumente. Ejemplo: si realizamos un viaje por autopista a 120Km/h, y el consumo de mi coche en llano es de 6l/100Km, en cuanto llegue a cuestas que el consumo supera los 12l/100Km es muy posible que el consumo medio aumente.
• Cuando en la cuesta abajo es necesario frenar el coche. Es decir, en una cuesta abajo el coche se debe frenar con la retención del motor en la marcha más larga. Cuando es necesario retener con una marcha más corta, o incluso accionar el pedal de freno, es casi seguro que está aumentando el consumo medio.
En un viaje es perfectamente posible que haya alguna pendiente en la que se cumplen alguna de estas dos condiciones. El truco es que generalmente se da en una parte muy pequeña del viaje. Por ejemplo, si únicamente durante el 3% del viaje circulamos en estas condiciones, aunque el consumo aumente un 35% en ese 3%, el consumo medio únicamente aumenta 35%×3% = 1,05%. En el ejemplo de un consumo del 6l/100Km, esto significa aumentar el consumo 0,063 l/100Km, es decir una cantidad casi insignificante.

• Hay vehículos muy sensibles a las cuestas: por ejemplo un camión cargado. Y vehículos muy poco sensibles a las cuestas: por ejemplo un coche pequeño y ligero. Es muy fácil conseguir un consumo casi insensible a las cuestas en el segundo caso, y absolutamente imposible en el primer caso. Por tanto si conduces un camión cargado, esto no es un mito, es una realidad palpable.

Consejos para circular con pendientes

1. CIRCULAR A VELOCIDAD CONSTANTE. No me cansaré de repetirlo. Ya sea en llano o con pendientes, hay que circular a velocidad constante. Ya he demostrado en los posts anteriores que el óptimo no tiene por que ser la velocidad constante, pero es tan difícil conocer ese óptimo y depende de tantas variables (pendiente, altura, viento, temperatura, como vamos de cargados, el perfil del viaje; y sobretodo el coche y como va a evolucionar la pendiente en los siguientes metros) que en la práctica es más fácil circular a velocidad constante. Además, la ganancia circulando a las velocidades óptimas en cada momento es tan minúscula que sólo tiene sentido si estás en una competición de hypermiling. No te dejes impresionar por el consumo instantáneo, si llegas a una cuesta pisa el acelerador, si llegas a una cuesta abajo levanta el pie del acelerador.


2. CIRCULA SIEMPRE EN LA MARCHA MÁS LARGA POSIBLE. No me cansaré tampoco de repetirlo. Si por algún motivo se pierdes velocidad (por ejemplo una curva cerrada) en cuanto sea posible se recupera la velocidad suficiente para volver a engranar la marcha más larga. Para prácticamente todos los coches con cinco marchas esto es una verdad literal: en carretera o autopista lo deseable es siempre circular en 5ª marcha.  Si tienes un coche de seis marchas, y la 6ª marcha es larga esto hay que matizarlo un poco. La marcha más larga en algunas condiciones puede ser la 5ª marcha, especialmente si la velocidad de crucero elegida es muy baja (por ejemplo 80Km/h), aunque incluso en ese caso la 6ª marcha deberá utilizarse al circular cuesta abajo. Es difícil encontrar un coche en el que tenga interés para el consumo circular con marchas más cortas (siempre que circulemos a las velocidades típicas de carretera y autopista, digamos 80Km/h o más).
   


3. Para pendientes extremas, hay que reconsiderar las dos normas:
1. Subida de pendientes extremas con coches de potencia limitada: es difícil encontrar un coche moderno que no pueda subir una pendiente elevada (por ejemplo 8%) circulando por carretera (90Km/h). Si que es más fácil encontrar coches que o bien no pueden subir una pendiente elevada (por ejemplo 6,5%) circulando por autopista (120Km/h), o bien van al límite del motor. Típicamente es el caso de coches pequeños con menos de 70CV. Si ese es tu caso, no suele ser una buena idea reducir a una marcha más corta, ni pisar el acelerador a tope. En estos casos la mejor solución suele ser subir la pendiente ligeramente más despacio. Desgraciadamente no todos los coches son iguales, así que tienes que conocer tu coche para saber hasta cuanto puedes pisar el acelerador. En los motores Diesel es más sencillos, ya que el motor funciona muy eficientemente con el pedal del acelerador pisado a tope o casi. En cambio en un motor de Gasolina no suele ser una buena idea pisar a tope el acelerador, ya que empeora la eficiencia del motor. Mi recomendación del "dedo gordo" es para motor Diesel puedes subir pendientes fuertes pisando hasta ¾ del recorrido del pedal. Para motor de gasolina puedes subir pendientes fuertes pisando hasta 2/3 del recorrido del pedal. Si no es posible subir a la velocidad prevista, simplemente sube más despacio. Únicamente si el coche es incapaz de subir la pendiente a una velocidad razonable plantéate engranar una marcha más corta. Por ejemplo, si tienes un coche (típicamente con muchos años y muchos kilómetros) que ni siquiera es capaz de subir una pendiente de autopista a 100Km/h en 5ª, tendrás que considerar la opción de subir en 4ª marcha. El consumo aumentará, pero es un mal menor para no arruinar la velocidad media.
2. Bajadas con pendientes extremas: en estas bajadas cuando levantemos completamente el pie del acelerador puede que el coche se aceleré por encima de nuestra velocidad media objetivo. Aunque sea una obviedad, desde el punto de vista del consumo es absurdo frenar el coche. Hay que dejar que el coche baje a mayor velocidad, después, se reduce muy ligeramente la velocidad de crucero, y de esta manera se reduce el consumo.

En la vida real, especialmente circulando en vías de un carril, no podemos circular a velocidad constante por gran número de motivos: los otros vehículos, las curvas, los límites de velocidad etc. Obviamente la seguridad es lo primero, pero alejarnos de estas reglas típicamente perjudica al consumo y/o la velocidad media. Es decir, normalmente un coche consume menos subiendo una pendiente en una buena carretera a 90Km/h, que subiendo esa misma pendiente en las curvas sinuosas de un puerto de montaña a 40Km/h, y en cualquier caso circular a 40Km/h arruina la velocidad media. En la bajada de un puerto lo normal es que el consumo sea cero. Pero si la carretera es buena podremos bajar más aprisa, y por tanto tardar menos. En autopista en cambio si que es fácil cumplir estas reglas con precisión, incluso en las bajadas es poco habitual que el coche se acelere por encima de 120Km/h.

Obviamente las condiciones de circulación mandan. Cuando hay que circular más despacio hay que engranar la marcha correcta:

• Cuando subamos una pendiente despacio habrá que engranar marchas más cortas.
• En cambio en las bajadas hay que engranar la marcha más larga que sea posible. Sólo cuando necesitemos frenar/retener el coche se engranará una marcha más corta. En este post  explicaba el uso del freno motor.