¿CUÁL ES LA MÁXIMA POTENCIA QUE NECESITA UN COCHE?

Esto es una continuación de este post de hace unos años en el que se explicaba porque el consumo aumentaba con la potencia.

Desde que el coche se popularizó a mediados del siglo pasado, la potencia de los coches ha ido progresivamente aumentando. Hoy en día nos parece lo normal tener coches tan potentes que prácticamente nunca se utiliza la máxima potencia disponible, para que nos entendamos es muy raro que se dé el caso de pisar el acelerador al máximo en el régimen de máxima potencia. En este post voy a trasladar los datos que conocemos cuando elegimos un coche a datos más fáciles de entender para un usuario, y de ahí que cada uno saque sus conclusiones sobre cuánta potencia necesita.

Permitidme que os muestre un ejemplo de la tendencia de la que os estaba hablando, os muestro el primer verdadero deportivo que conocí cuando era adolescente, hace más de 30 años, el Audi Coupé del 80. No era la versión mítica Quattro que ganaba todos los rallies, pero para la época era un verdadero deportivo, y ese que mi padre lo compró de segunda mano:

Foto gentileza de Audi

Estas eran las características principales, totalmente representativas de la época, salvo por el número de cilindros, que eran 5, una solución muy típica de Audi en aquella época:

Número cilindros	5 cilindros en línea
Motor	gasolina atmosférico
Válvulas	2 válvulas por cilindro
Cilindrada	2 litros
Potencia máxima	115CV a 5900rpm
Cambio de marchas	5 velocidades manual
Neumáticos	175/70 R13
Peso en vacío	1175Kg
Aceleración 0-100Km/h	10,6sec
Aceleración 80-120Km/h	8,2 sec
Velocidad máxima	183Km/h
Relación peso/potencia	10,2Kg/CV

Los coches han mejorado mucho desde que este coche salió al mercado, casi 40 años después estas prestaciones se consiguen con cualquier coche familiar, por ejemplo, mi coche, un Ford S-MAX de 150CV tiene prestaciones equivalentes al Audi Coupé, y eso que lo único que tiene de deportivo es la S del nombre.
NOTA: mismos datos para mi coche actual: 4 cilindros en línea; turbodiésel; 4 válvulas por cilindro; 2 litros; 150CV a 3500rpm; 6 velocidades manual; 235/55 R17; 1725Kg; 10,7sec; 8,3sec; 198Km/h; 11,5Kg/CV.

El equivalente actual podría ser el A5 Coupé con el motor menos potente de gasolina, que corresponde al motor TFSI de 140KW, y estas son sus características:

Foto gentileza de Audi

Número cilindros	4 cilindros en línea
Motor	gasolina turbo intercooler
Válvulas	4 válvulas por cilindro
Cilindrada	2 litros
Potencia máxima	190CV a 6000rpm
Cambio de marchas	6 velocidades manual
Neumáticos	225/50 R17
Peso en vacío	1480Kg
Aceleración 0-100Km/h	7,2sec
Aceleración 80-120Km/h	5,2sec
Velocidad máxima	240Km/h
Relación peso/potencia	7,8Kg/CV

Queda clara la enorme progresión en 40 años. Este post trata de contestar a la pregunta cuánta potencia es necesaria para circular holgadamente con seguridad y comodidad, y para ello revisaré la potencia necesaria para conducción real en las condiciones típicamente más desfavorables:

Pendientes en autopista
Esta es la condición más adversa que se puede encontrar un coche circulando a velocidad constante.

La resistencia debido a una pendiente se comentaba en este post:

R = seno(θ)×M×g
Donde:
M – es la masa del coche
g – es la aceleración gravitatoria
θ – es la pendiente de la carretera

La resistencia aerodinámica se comentaba en este post:

D = ½×ρ×V²×C_D×S
Donde:
ρ - es la densidad del aire
V - es la velocidad
C_D - es el coeficiente de resistencia aerodinámica, un número adimensional
S - es la superficie frontal

La resistencia de rodadura se comentaba en este post:

F_r = C_r×M×g
Donde:
M - es la masa del coche.
g - es la aceleración gravitatoria
C_r - es un coeficiente de rodadura, un número adimensional

La potencia necesaria será la suma de las tres resistencias multiplicada por la velocidad.

Aplicación práctica a mi coche en las condiciones más desfavorables: 7 personas de 90Kg, pendiente del 7% y velocidad de 130Km/h, el resultado es:

R = 1665N
D = 703N
F_r = 262N
Potencia = 94KW

NOTA: estos son los datos utilizados M = 2430Kg; g = 9,81m/s; sen(θ) = 0,0698; ρ = 1,3Kg/m3; C_D = 0,313; S = 2,65m2; C_r= 0,011.

A esta potencia hay que añadir un margen de seguridad por las pérdidas de la transmisión, porque el régimen del motor no será el de máxima potencia, y un posible viento de cara. Pero los números que he hecho son muy extremos. Para la práctica totalidad de los coches será suficiente una potencia de 100KW (136CV).

Aceleración desde parado
Salvo que tengas un coche eléctrico, buena parte de la potencia disponible no se utilizar para acelerar, especialmente cuando hay problemas de motricidad, cosa que ocurre en cualquier coche de tracción delantera a bajas velocidades, por eso no hay que fijarse en la potencia del coche sino en los tiempos de aceleración. El problema es que el tiempo de aceleración de 0 a 100Km/h (que es casi el mismo que el tiempo de aceleración de 0 a 60mph) no es nada intuitivo. Por eso lo he trasladado a metros desde parado, que es un dato mucho más intuitivo. El cálculo es muy sencillo si se asume que la aceleración es constante, obviamente la aceleración real dista mucho de ser constante, se trata simplemente de hacernos una idea aproximada de los metros recorridos:

a_m = ΔV/Δt
V = V₀ + a_m×t
e = e₀ + V₀×t + ½×a_m×t²

Donde:

a_m - es la aceleración media
ΔV - es el aumento de la velocidad que conocemos, típicamente de 0 a 100Km/h o de 80 a 120Km/h
Δt - es el dato de partida, el tiempo de aceleración
V - es la velocidad en función del tiempo
e - es el espacio recorrido en función del tiempo

En la siguiente tabla se muestran los metros recorridos:

t(sec) 0-100Km/h	am (m/s2)	e(m) a 50Km/h	e(m) a 100Km/h
5	5,56	17	69
6	4,63	21	83
7	3,97	24	97
8	3,47	28	111
9	3,09	31	125
10	2,78	35	139
11	2,53	38	153
12	2,31	42	167
13	2,14	45	181
14	1,98	49	194
15	1,85	52	208

Sorprende lo poco que le cuesta a un coche normal coger velocidad. Por ejemplo en mi caso, con un coche que acelere de 0 a 100Km/h en 15 segundos sería suficiente para casi cualquier circunstancia, es decir ese valor sería mi minio de aceleración aceptable. Si a mí me preguntan cuánto es la máxima potencia necesaria para salir desde parado diría 10 segundos. Eso permite en ciudad alcanzar la máxima velocidad permitida en 35 metros, y en un stop de incorporación a una carretera alcanzar los 100Km/h en menos de 150m. Y al menos yo no pagaría más por más potencia en mi coche. Cada uno que elija en función de sus necesidades.

Adelantamientos en carretera
He dejado para el final la maniobra más exigente para la potencia, y además la más importante para la seguridad. La máxima velocidad a la que circulan los camiones en una carretera es de 80Km/h, por eso la aceleración desde los 80Km/h es tan importante, y por eso creo que es el principal dato que tienes que mirar cuando te compras un coche, y no la potencia. Si eres perezoso con el uso del cambio de marcha también puedes consultar las recuperaciones. Cuando en una revista te indican la aceleración de 80Km/h a 120Km/h es el tiempo que se obtiene acelerando con las marchas óptimas, y en muchos casos ese tiempo óptimo requiere utilizar el cambio de marchas (por ejemplo, de 3ª a 4ª velocidad). Las recuperaciones son las aceleraciones manteniendo en todo momento la misma marcha engranada, y obviamente los tiempos de recuperación siempre serán peor.

Vayamos al caso que nos ocupa, el adelantamiento más difícil que te puedes encontrar: un camión grande tiene en el peor de los casos 25m, si además contamos 20m de distancia por detrás del camión para iniciar la maniobra, y 5m de distancia para superar el camión la distancia que tenemos que superar es de 50m. Y ¿cuál es la aceleración deseable? El mínimo para poder realizar la maniobra es alcanzar los 100Km/h en 50m, pero es una aceleración muy pobre, y por tanto la maniobra sería muy peligrosa. Para mí lo deseable es alcanzar 120Km/h. No necesito mucha más aceleración, porque a 120Km/h ya estamos circulando a una velocidad ilegal en España, de hecho, respetando el código de circulación sólo debes acelerar hasta 110Km/h, y a partir de ahí mantener esa velocidad hasta completar el adelantamiento. Además, 120Km/h ya es una velocidad muy elevada si es una carretera con curvas.
NOTA: recientemente la máxima velocidad en carreteras de doble sentido se ha reducido en España a 90Km/h (tal y como ocurre en muchos otros países de nuestro entorno), como en España sólo está permitido rebasar el máximo de la vía en 20Km/h, de ahí salen los 110Km/h.
NOTA2: Respecto a los 20m de distancia al camión,  para realizar un adelantamiento seguro se debe dejar cierta distancia con el camión, de esta manera cuando empezamos a ocupar el carril contrario ya hemos ganado bastante velocidad. Adelantado a un coche no tiene mucha relevancia, pero en un camión de 25m es crítico para minimizar el tiempo que estamos ocupando el carril contrario.

Si simplemente calculamos los metros que se recorren el coche obtenemos lo siguiente:

t(sec) 80-120Km/h	am (m/s2)	e(m) a 100Km/h	e(m) a 120Km/h
2	5,56	25	56
3	3,70	38	83
4	2,78	50	111
5	2,22	63	139
6	1,85	75	167
7	1,59	88	194
8	1,39	100	222
9	1,23	113	250

Es decir, aparentemente lo mínimo para poder salir a la carretera es 4 segundos, que corresponde a un deportivo de por ejemplo 250 o 300CV, y la aceleración deseable desde el punto de vista de la seguridad es de 2 segundos que corresponde al tiempo de un superdeportivo. Evidentemente los cálculos están mal, y el motivo es que mientras avanzamos el camión avanza con nosotros. Los 50 metros que estoy buscando es con respecto a la posición del camión que en este supuesto se mueve a 80Km/h. Cuando se corrige los metros teniendo en cuenta el movimiento del camión estos son los valores:

t(sec) 80-120Km/h	am (m/s2)	Δe(m) 100Km/h	Δe(m) 120Km/h
4	2,78	5,56	22,22
5	2,22	6,94	27,78
6	1,85	8,33	33,33
7	1,59	9,72	38,89
8	1,39	11,11	44,44
9	1,23	12,50	50,00
10	1,11	13,89	55,56
15	0,74	20,83	83,33

Como ya he comentado para mí el mínimo aceptable es 9 segundos. Que no es tanto como lo que parece porque los primeros 4,5 segundos los inviertes en acelerar de 80 a 100Km/h detrás del camión (12,5m), y los otros 4,5 segundos los inviertes en recorrer los 37,5 metros restantes ocupando el carril contrario. De hecho, mi coche cargado con toda la familia y equipaje estará más o menos en este mínimo aceptable.

Si me sobrara mucho dinero creo que lo máximo que estaría dispuesto a pagar es unos 6 segundos. En este caso invertirías unos 3,5 en recorrer los 12,5m anteriores detrás del camión hasta aproximadamente 105Km/h, después 2,5 segundos para alcanzar los 120Km/h y finalmente 1,5 segundos en completar a 120Km/h los 16,67 metros que te faltan para terminar el adelantamiento. En total el adelantamiento requiere 7,5 segundos, de los que 4 estás ocupando el carril contrario.

Si por ejemplo tienes un buen deportivo con una aceleración de 4 segundos la mejora (con la restricción de no superar los 120Km/h) es la siguiente: tardas 3 segundos en recorrer 13m y alcanzar una velocidad de 110Km/h, luego otro segundo más en alcanzar 120Km/h y finalmente 2,5 segundos en completar a 120Km/h los 27,78 metros restantes. En total el adelantamiento requiere 6,5 segundos, de los que 3,6 estás ocupando el carril contrario. Más potencia que esta me parece absurda, porque ya cuando empiezas a dar alcance al camión has alcanzado los 120Km/h, y prácticamente estás todo el adelantamiento sin pisar el acelerador.

Obviamente el caso que he presentado es el más desfavorable, en una carretera es muy muy poco probable encontrar un camión de 25m, los trailers normales miden 17m, y los trailers con remolque normalmente 19m.

Animo a cada persona a realizar sus cálculos, los que os presento son los casos que veo más interesantes para un conductor interesado en respetar razonablemente las normas de circulación. Obviamente se pueden buscar situaciones en las que haya que estudiar más casos. Por ejemplo si vives en Alemania, y quieres circular hasta 200Km/h por autopista entonces te tendrás que fijar por ejemplo en la velocidad máxima suficiente (por ejemplo por encima de 225Km/h) y en el tiempo de aceleración de 0 a 200Km/h, (por ejemplo por debajo de 30 segundos).
NOTA: aunque a priori no impresione 30 segundos, implica pasar de 0 a 200Km/h en aproximadamente 1Km, lo que es suficiente para moverse por una autopista. No presento una tabla con aceleraciones de 0 a 200Km/h porque en aceleraciones tan largas la aceleración dista mucho de ser constante (va disminuyendo muy acentuadamente cuando nos acercamos a 200Km/h), y por tanto las distancias pueden variar cientos de metros entre 2 coches con mismo tiempo de aceleración, cosa que no es tan acusada en las otras dos tablas presentadas.

MOTORES COHETE III - 25 AÑOS PARA LLEGAR A LA LUNA, 50 SIN VOLVER

...Continuación post anterior.

Ya he revisado los mayores hitos históricos:

• Primer cohete que alcanzó el espacio - el V2 en 1944


• Primer satélite artificial - el Sputnik 1 en 1957


• Primer hombre en orbitar la tierra - Yuri Gagarin en 1961


• Primeros hombres en la luna - Neil Armstrong y Edwin E. Aldrin en 1969

Es decir, la humanidad tardó 25 años en ir de la nada en los vuelos espaciales a pisar la Luna. Pero después de 50 años no es que no hayamos llegado a Marte, es que ni siquiera hemos vuelto a la Luna.

Empecemos haciendo un repaso de estos últimos 50 años en el lado Soviético. La URSS no fue capaz de desarrollar un cohete pesado como el Saturno V, así que no pudo competir en enviar un hombre a la Luna. La réplica era el cohete N-1, pero el desarrollo se retrasó y fracasaron los primeros lanzamientos. Durante muchos años sólo tuvieron como lanzador pesado los cohetes Protón. En 1971 se anotaron el último gran hito de la carrera espacial, el lanzamiento de la primera estación espacial la Salyut 1. Aunque la estación más famosas fue la estación MIR (1986 a 2001) que estuvo ocupada más de 12 años y recibió más de 100 visitas entre tripulaciones y suministros. Con la perspectiva histórica de 50 años podemos decir que la URSS nunca pudo competir con EEUU en medios ni en capacidad tecnológica, pero en conjunto ganó la carrera espacial, porque con menos medios fue capaz de apuntarse 3 de los grandes hitos, mientras que Alemania y EEUU sólo se apuntaron uno.

Estación MIR

En estados unidos el programa Apolo acabó tan rápido como había comenzado. En 1972 la tripulación del Apolo 17 fue la última en pisar la Luna. En 1973 pusieron en órbita la réplica a las estaciones espaciales Soviéticas, el Skylab. Pero esta estación que a priori era muy prometedora porque era mucho mayor que las Salyut a penas se ocupó unos meses. A partir de aquí EEUU puso todo su esfuerzo en el programa de los transbordadores espaciales. El transbordador fue un alarde de técnica porque reutilizaba un gran número de componentes. Pero globalmente fue un fiasco, porque contrariamente a lo que estaba previsto encarecía enormemente los vuelos espaciales, y además no era suficientemente seguro, como demostró el accidente del Challenger en 1986 y el Columbia en 2003.

El resto del mundo no ha hecho nada comparable a los programas espaciales de la URSS o EEUU. Y el futuro no es en estos momentos prometedor. La URSS en sus últimos años desarrolló el cohete pesado Energía y el transbordador espacial Buran, pero ambos proyectos fueron desmantelados cuando se desintegró la URSS, desde los 90 Rusia al menos ha tenido una contribución clave en la Estación Internacional. Muchos de los principales módulos son de fabricación Rusa, además atesoran más experiencia que ningún otro país y finalmente son el único país capaz de enviar tripulaciones a la estación. Pero en un futuro cercano Rusia no tiene previsto reactivar la carrera espacial, y la Estación Internacional no ha aportado nada revolucionario a lo que se consiguió con la MIR.

Por su parte EEUU no dispone de vehículo tripulado desde 2011. En este momento está desarrollando la cápsula Orión que básicamente es una cápsula Apolo modernizada. Y que es lanzada por un cohete químico convencional.

Y la pregunta es ¿por qué se ha avanzado tan poco en 50 años?

El argumento repetido mil veces es que no se destinan suficientes recursos: esto es cierto para la URSS, que simplemente desapareció. Pero no es cierto para EEUU. Es cierto que no se destinan tantos recursos como en el programa Apolo, como se muestra en esta gráfica:

Fuente Wikipedia. Se muestra el presupuesto dedicado a la NASA como porcentaje del presupuesto total de la federación.

Pero hay que tener en cuenta dos cosas. Primero que la economía de EEUU ha crecido enormemente desde los años 60, por lo que un 1% del presupuesto federal en 2018 debería cundir mucho más que un 1% de 1960. Segundo que han pasado muchos más años. El gasto realizado entre el 60 y el 72 que corresponde al programa Apolo es comparable al gasto realizado entre el 73 y la actualidad, pero no se ha conseguido ningún hito significativo, ni una estación permanente en la Luna, ni un vehículo espacial reutilizable eficaz, ni una misión tripulada a Marte.

El motivo tiene que ser otro, y para mí son fundamentalmente dos motivos:

1. EEUU es en estos momentos, y en un futuro cercano, la única esperanza para la humanidad. Pero la NASA y el complejo industrial que hay detrás de subcontratistas privados son más ineficientes de lo que lo fueron en el programa Apolo. No solamente se ha perdido la ilusión de los 60, se ha perdido la capacidad de hacer las cosas a un precio razonable.


2. El motor cohete no sirve. No se puede mejorar, nos permitió pisar la Luna, pero no nos permitirá conquistar el universo. Es una herramienta aceptable para enviar sondas espaciales a explorar el sistema solar, o para lanzar satélites artificiales, pero no sirve para establecer colonias en la Luna y menos en Marte. Cada euro o dólar invertido en los programas tripulados actuales es dinero desaprovechado, que se podría dedicar a otras necesidades de la humanidad o a desarrollar otros sistemas de lanzamiento más eficientes, que sí nos permitirán conquistar el universo.

En los siguientes posts me centraré exclusivamente en el motor cohete, y porque el motor de mayor rendimiento termodinámico es tan extraordinariamente malo.

Continuará...

EL MOTOR COHETE II - LA CARRERA ESPACIAL

...Continuación post anterior.

Acabó la segunda guerra mundial y la bomba atómica se convirtió en el arma estratégica por excelencia de las 4 potencias aliadas. Y para lanzar las bombas hacía falta bombarderos capaces de llegar hasta el enemigo, en el caso de Reino Unido a "sólo" 2500Km de Moscú bastaba con bombarderos ineficiente pero de crucero muy rápido, y en particular el que más se construyó fue el Vulcan de Avro que a duras penas podía acercarse a Moscú, ya que tenía un alcance de algo más de 4000Km. Francia ni siquiera desarrollo nunca bombarderos estratégicos, lo más parecido fue el Mirage IV de Dassault que sólo podía aspirar a cruzar el telón de acero sin acercarse a Moscú. En cambio, en la URSS y EEUU la cosa fue totalmente diferente. Fabricaron una gran cantidad de bombarderos estratégicos de largo alcance, ya que la distancia entre los dos países es enorme. Por ejemplo, entre Nueva York y San Petersburgo casi 7000Km, o entre Anchorage (capital Alaska) y Vladivostok (mayor ciudad en el lejano oriente ruso) es de 5000Km. En el caso de la URSS destacó por su alcance el Tu-95 de Túpolev con un alcance enorme para la época de 15.000Km, que va camino de alcanzar los ¡70 años! en servicio. En el caso de EEUU destacó el B-47 de Boeing, del que se fabricaron más de 2000 unidades, pero probablemente el más famoso sea el B-52 también de Boeing, con un alcance comparable al Tu-95, y comparte la particularidad que entró en servicio casi a la vez que el Tu-95, y también ¡todavía sigue en servicio!

Pero los bombarderos estratégicos de largo alcance eran demasiado lentos. Aunque los primeros aviones supersónicos eran contemporáneos (Charles Elwood Yeager fue el primer hombre en romper la barrera del sonido en el 47) no podían conseguir alcances tan grandes. Ni siquiera los bombarderos actuales pueden conseguirlo. El avión supersónico más grande que existe es el Túpolev Tu-160 y sólo tiene un alcance de unos pocos miles de kilómetros a velocidad supersónica. Así que la solución para hacer llegar las bombas más rápido fue abandonar la atmósfera, es decir hacer llegar las bombas mediante un misil balístico, lo que se conoce usualmente por sus siglas en inglés ICBM - InterContinental Balistic Missil.

Siguiendo el orden histórico de los acontecimientos vamos a poner el foco en la URSS, y en su diseñador jefe más famoso: Serguei Koroliov. Este ingeniero aeronáutico estaba muy interesado en los motores cohetes desde mucho antes de la segunda guerra mundial, pero como muchos Soviéticos acabó con sus huesos en un gulag, por cierto, presuntamente denunciado por el otro gran ingeniero aeroespacial Soviético, Valentin Glushko. Estuvo a punto de morir, pero para la grandeza de la Unión Soviética sobrevivió. Durante la segunda guerra mundial trabajó en aviones clave para la aviación Soviética. Su oportunidad llegó al acabar la guerra. Participó en uno de los grandes botines de guerra, el programa V2. Miles de ingenieros y científicos alemanes fueron expatriados a la URSS junto con multitud de material. El V2 demostró ser un misil demasiado pequeño e impreciso, Stalin tenía como prioridad nacional el desarrollo de misiles intercontinentales, y había que hacerlo con tecnología nacional. Después de numerosos desarrollos la oficina de Koroliov consiguió el primer misil intercontinental digno de tal nombre: el R-7 Semiorka (designación OTAN SS-6):

Imagen del prototipo inicial.

Vamos a ponernos en contexto, estamos en el año 1957 y este misil tiene todos los ingredientes para iniciar la carrera espacial a destacar:

• Utilizaba varias etapas. Esto es necesario para el vuelo espacial, ya que para poner en órbita una carga mediante motores cohetes químicos se necesitan al menos dos etapas. Además, utilizaba una de las configuraciones más típicas mediante boosters que ayudan a la etapa principal durante los primeros segundos del lanzamiento.
• Una gran masa para poder lanzar cargas importantes. En la configuración inicial casi 300 toneladas. La carga de pago eran 3000Kg, mucho más de lo necesario para una bomba atómica.
• Extraordinariamente seguro. Esto es remarcable para ser el primer ICBM, y de hecho la URSS tardó décadas en conseguir un sistema de lanzamiento tan fiable y seguro como han sido y son la familia de lanzadores que inició el R-7.
• Muy preciso para la época, aunque ahora parece poca cosa. Un sistema de guiado más sofisticado que las V-2 permitía lanzar una carga a muchos miles de kilómetros con una precisión de 5Km. Además, se utilizaban varios motores para el control del cohete lo que permitía el guiado en el vacío. 

En realidad, el R-7 tenía grandes limitaciones como ICBM, era enormemente complejo, grande y caro. Al utilizar como oxidante oxígeno líquido, un líquido criogénico, obligaba a carga el oxígeno justo antes del lanzamiento, y se requería varias horas para preparar el misil para un lanzamiento, tampoco se podía lanzar desde silos bajo tierra. Y por eso se retiró de servicio en el 68 cuando ya habían disponible otros ICBM's realmente operativos. Y a partir de aquí empiezan los 10 años más famosos de la guerra fría, lo que se acuñó como la carrera espacial. De hecho, ya antes de que el R7 fuera operativo estaba previsto incorporar una tercera etapa para conseguir un verdadero cohete espacial.

El primer gran hito fue el Sputnik, casi indistinguible del R-7, pero gracias a la pequeña tercera etapa colocó en órbita el primer satélite artificial, el Sputnik 1 en el mismo año (1957).

En 1961 justo cuatro años después se alcanzó el segundo gran hito, el Vostok puso en órbita Yuri Gagarin.

Sólo 5 años después se lanzó el primer cohete Soyuz, que ha sido desde entonces el único lanzador tripulado de la URSS, luego Rusia y de todo el mundo desde que se retiró el Trasbordador espacial en 2011. En la siguiente foto el Soyuz FG que es la última versión disponible:

Como veis, 60 años después, sigue siendo en esencia el misil R-7 con una tercera etapa.

 Siguiendo el orden cronológico de las cosas nos vamos a otro momento histórico. El 25 de mayo de 1961 el presidente de EEUU J. F. Kennedy anuncia que antes de que acabe la década el hombre pisará la luna. En aquel momento EEUU ni siquiera era capaz de poner un hombre en órbita, y el programa Apolo sólo tenía un año de vida. En 1962 sólo disponía del minúsculo cohete Atlas de 120 toneladas también derivado de un ICBM, y que únicamente podía poner en órbita baja a un único astronauta. En 1965 el cohete Titan II de 154 toneladas permitió colocar en órbita a dos astronautas.

Pero en paralelo EEUU estaba preparándose para la luna. El Saturno I con una masa de 500 toneladas fue lanzado en 1961, y en 1967 lanzó por primera vez el colosal Saturno V de casi 3000 toneladas. En paralelo se desarrolló todo lo necesario para poder pisar la luna: la cápsula Apolo para 3 tripulantes, el módulo lunar y el módulo de servicio que permitía volver desde la luna. También en 1967 se produjo la mayor desgracia del programa, toda la tripulación del Apolo 1 falleció en un incendio durante una prueba de la cápsula. Pero esto no frenó el programa, todo lo contrario, la velocidad de los acontecimientos es vertiginosa:

Apolo 7 (11 de octubre de 1968) - primer vuelo tripulado del programa Apolo. Lanzador Saturno I.
Apolo 8 (21 de diciembre de 1968) - se lanzó con éxito el Saturno V con tripulación.
Apolo 9 (3 de marzo de 1969) - se prueban todos los sistemas, incluida una salida extravehicular.
Apolo 10 (18 de mayo de 1969) - el módulo lunar roza la luna, quedándose sólo a 15Km de la superficie, y fotografía posibles lugares de alunizaje para el Apolo 11.

Para terminar el 20 de julio de 1969, en el plazo pronosticado por Kennedy, el Apolo 11 consiguió poner dos hombres en la luna: Neil Armstrong y Edwin E. Aldrin. No encuentro palabras para explicar la increíble dificultad técnica que supuso el Programa Apolo, ni el enorme poderío que demostró EEUU. Es casi milagroso que en menos de 10 años EEUU pasara de la nada en vuelos espaciales a poner 2 hombre en la luna. En una época en la que entre otras cosas tuvo un extraordinario gasta militar por la Guerra de Vietnam, que estaba en su máximo apogeo, y por la guerra fría (si exceptuamos las dos guerras mundiales, nunca EEUU ha gastado tanto en armamento en términos de GDP como en las décadas de los 50 y los 60). El entusiasmo con el que se vivió el programa Apolo nunca se ha vuelto a repetir. En su pico se estima que 400.000 personas trabajaban para el programa Apolo. Hay muy pocos precedentes en la historia de cientos de miles de personas trabajando juntos en algo que no tenga que ver con la guerra.
NOTA: me he entretenido en buscar precedentes históricos. Algunos ejemplos en los que trabajaron menos de 100.000 personas: la gran pirámide de Giza; obras del imperio Romano como el acueducto de Constantinopla o el Coliseo; el canal de Panamá o la presa de las 3 gargantas. Sólo he encontrado un caso en el que se estima que trabajaron más de 400.000 personas, el mausoleo del primer emperador de China.

Animo a cualquiera que no esté familiarizado con la misión Apolo a leer o ver documentales para visualizar la complejidad de cada uno de los viajes a la luna. Es abrumador la cantidad de operaciones complejas que tenía que hacer cada tripulación durante aproximadamente 10 días que duraba cada misión. Hasta la reentrada era todo un reto. Pero volvamos al tema del post, el cohete Saturno V:

Foto gentileza de la NASA. La he elegido porque se pueden ver claramente dos personas y un camión, y nos permite hacernos una idea de su enorme tamaño.

Este era el motor más potente del Saturno V, el F1, que lógicamente era el motor más potente de su tiempo:

Foto gentileza de Wikipedia. Donde se ve a von Braun posando delante del F1.
NOTA: los ingenieros Soviéticos tenían predilección por motores cohete con una tubobomba central y cuatro cámaras de combustión. En el Saturno V la solución es 5 motores independientes cada uno con una única cámara de combustión.

Y al igual que la URSS tenía Serguéi Koroliov, los EEUU tenían a Werhner von Braun. Así como la URSS rápidamente prescindió de la ayuda alemana, la cosa en Estados Unidos fue muy diferente. Ya hablé de von Braun en el post anterior. Von Braun era un aristócrata que colaboró con los nazis. Y con este pasado, qué mejor forma de redimirse que poner al hombre en la luna. Como muchos alemanes, ya al final de la guerra planeo ser capturado por EEUU. Empezó desarrollando varios ICBM's, y ya para 1955 tenía la nacionalidad americana. Pero por el cohete por el que más se le recuerda es el Saturno 5, voy simplemente a destacar los datos que me parece más interesante, más arriba tenéis el link a la wikipedia:

• Una masa de 2900 toneladas, lo que le permitía colocar 118 toneladas en órbita LEO y 47 toneladas en órbita lunar.
• Tres etapas. Dos etapas no era suficiente para alcanzar la órbita lunar.
• Dos etapas con hidrógeno (en la primera etapa que no requiere ser tan ligera se utilizaba RP-1, combustible similar al queroseno que es mucho más barato y fácil de utilizar). El hidrógeno es el mejor combustible químico posible porque es una molécula muy ligera y con un poder calorífico enorme ( 120 MJ/kg, aproximadamente el triple que cualquier hidrocarburo). Pero por contra es un combustible caro, peligroso y muy difícil de manejar, porque la ligereza necesaria en cohete obliga a utilizarlo como líquido, y el hidrógeno líquido tiene una temperatura de ebullición extraordinariamente baja de 20K (lo que es poquísimo si comparamos por ejemplo con el oxígeno: 90K).
• Unos motores cohetes enormes. En particular se diseñaron dos motores principales: el F-1 que impulsaba la primera etapa tenía un empuje al nivel del mar de casi 7MN y una presión en la cámara de combustión de aproximadamente 70 atmósferas. Y el J-2 que impulsaba la segunda y tercera etapa. El empuje específico de este motor era muy respetable para ser el primer motor de hidrógeno que se desarrollaba:  418 s (4099 m/s).
  NOTA: más adelante explicaré lo que es el empuje específico. Nos indica lo bueno que es el motor. Por ejemplo, para un motor químico es máximo cuando el combustible es hidrógeno, y puede ser a lo sumo de aproximadamente 450s, por lo que 418s es un valor muy próximo a la idealidad. Lo mejores motores actuales si consiguen impulsos del entorno de 450s.

Continuará...

EL MOTOR COHETE I - REVISIÓN HISTÓRICA

...Primer post de la serie que inicié en este post.

Como veremos el motor cohete es un motor absolutamente desastroso abocado a desaparecer. Lo traigo al blog por 3 motivos:

• Primero porque es el primer motor que desarrolló el ser humano.
• Segundo porque es el motor que permitió al hombre asomarse al universo.
• Tercero porque es un motor extraordinariamente sencillo tanto como concepto, como sistema muy fácil de modelizar en términos matemáticos.

Y también porque es un motor que le tengo especial cariño. Todo empezó en la antigua China hace aproximadamente mil años. A alguien se le ocurrió llenar un trozo de bambú con pólvora, lo único que necesitaba el cohete para funcionar era que fuera estable. Y la solución fue sencilla, añadirle una varilla larga y fina, para que el centro de gravedad estuviera por debajo de la tobera, y ya tenemos el cohete pirotécnico que ya ha llegado a nuestros días:

Pero este diseño conseguía un empuje reducido porque los gases de escape no podían superar la velocidad del sonido, y solo encontró uso en los fuegos artificiales y en alguna aplicación militar. Pero como arma el cohete de pólvora competía a duras penas con su primo el cañón de pólvora, que revolucionó la guerra y aún hoy en día es la base de todas las armas de fuego.
Hubo que esperar a que a finales del siglo 19 el inventor sueco Gustav de Laval encontrara la solución al problema: la tobera convergente-divergente. Y con este sencillo descubrimiento el motor cohete se convirtió en el motor más sencillo y de mayor rendimiento térmico de cuantos existen. (Lo veremos en detalle más adelante).

Unos años después se empezó a teorizar sobre el uso de cohetes para viajar al espacio, mención especial merece la contribución teórica del ruso  Konstantin Tsiolkovsky. Varios pioneros desarrollaron motores cohete, siendo el norteamericano Robert Goddard el primero que sustituyó los explosivos sólidos como la pólvora por combustibles líquidos. Lo cual obliga a llevar un oxidante para impulsar el cohete, ya que los cohetes no toman oxígeno de la atmósfera para conseguir la combustión. La pólvora como cualquier explosivo lleva en su composición componentes que actúan de oxidante, pero si utilizas para la combustión un combustible como el queroseno o el hidrógeno necesitas un oxidante como el oxígeno para conseguir la combustión.

Por aquella época el alemán Fritz Opel (fundado de la casa de coches con el mismo nombre) fabricó una serie de prototipos de coches impulsado por motores cohete, en particular el Opel RAK 2 que os muestro en la siguiente foto gentileza de Opel:

El RAK 2 alcanzó en 1928 una velocidad de 238 km/h, que fue récord del mundo del momento.

Pero no sería hasta los años 30 que Alemania empezaría a desarrollar auténtico motores cohete potentes. Y un ingeniero destacó especialmente: Wernher von Braun. Y el fruto de toda esta investigación fue el cohete balístico V2:

Os resumo sus características principales (podéis encontrar toda la información adicional que queráis en Internet):

• Propulsado por combustible líquido: etanol (con algo de agua) y oxígeno líquido.
• Altitud de 206Km (en lanzamiento vertical). Esa altura corresponde a la última parte de la atmósfera, lo que se conoce como termosfera o ionosfera, y prácticamente se puede considerar como el espacio, ya que corresponde a las órbitas más bajas factibles para un satélite.
• Velocidad máxima 1,600 m/s lo que le convertía en el primer vehículo claramente supersónico.
• Sistema de guiado automático mediante aletas controladas por giróscopos. La precisión era modesta, del orden de kilómetros, pero no se puede pedir más en los inicios de la navegación inercial.
• Un sistema de turbobombas para inyectar los propergoles en la cámara de combustión. Esta parte es probablemente la más compleja y revolucionaria de un V2, la solución técnica elegida es una turbina Walter de 720HP. Esta turbina se impulsa por vapor de agua a alta temperatura. Para generar el vapor este tipo de turbina utiliza la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno (H2O2, es decir agua oxigenada, sólo que el agua oxigenada que te venden en la farmacia tiene una concentración del 3% de peróxido).
• Tobera refrigerada por los propergoles. Para el V2 se utilizaba en concreto el etanol.
• Peso total 14500Kg, con una carga útil de 1000Kg.

Afortunadamente para los aliados el V2 llegó al final de la guerra, en septiembre de 1944. No obstante, los Nazis tuvieron suficiente tiempo para lanzar varios miles de V2 sobre los aliados, y debido a su velocidad supersónica no había medios para derribarlos, ni siquiera las víctimas podían oír como se aproximaba.

Al terminar la guerra los numerosos V2 sin lazar, y el equipo técnico que los desarrolló y fabricó fueron celosamente confiscados y expatriados por las principales potencias aliadas. A saber: Los Estados Unidos de América; La Unión Soviética; Reino Unido y Francia. Ayudando y facilitando enormemente la conquista del espacio como veremos en el siguiente post.

Continuación...

LOS MOTORES TÉRMICOS - ¿POR QUÉ LOS COCHES UTILIZAN MOTORES DE COMBUSTIÓN ALTERNATIVA?

Siempre me ha dejado perplejo las teorías conspirativas sobre los motores de los coches, y también la gente que sin ningún conocimiento habla de rendimientos fabulosos como del 60% con tal o cual motor, como si fueran factibles.

Para entender porque los coches utilizan los motores que utilizan y no cualquier otro, voy a empezar una larga serie donde voy a revisar las tres alternativas a los motores de combustión alternativa por excelencia. Por orden histórico son:

• Los motores cohete.
• La caldera de vapor.
• La turbina de gas.

Y aunque estos motores no sirven para impulsa un coche son útiles para aprender cosas interesantes, por ejemplo, sobre cómo mejorar la eficiencia de los motores térmicos.

¿Qué es un motor térmico? Es una máquina térmica que transforma el calor en trabajo. Es una de las tres máquinas térmicas posibles, las otras dos son: los refrigeradores que son máquinas que llevan el calor de un foco frío a otro caliente y las bombas de calor que llevan el calor de un foco caliente a otro frío. En este post presentaba estas 3 máquinas y el ciclo ideal que maximiza el rendimiento, lo que se conoce como ciclo de Carnot.

La ciencia que estudia los flujos de calor y en particular las máquinas térmicas es la termodinámica. La termodinámica se basa en unos principios muy básicos, a saber:

• Principio cero: es un principio axiomático de nuestro universo, simplemente dice es que dos estados térmicos iguales a un tercero son iguales entre sí.
• Primer principio: establece la conversión de energía, la versión del E = m×c² de Einstein a la termodinámica, donde las energías que nos interesan son el calor y el trabajo. Y estos dos tipos de energía se conservan en un sistema cerrado (así como cualquier otro tipo de energía).
• Segundo principio: el segundo principio es la aplicación a la termodinámica de otro axioma de nuestro universo, la irreversibilidad de los sistemas cerrados. Los seres vivos se mueren, las estrellas se apagan, las temperaturas se igualan con el tiempo etc. Se ha ido reformulando con el avance de la ciencia y en estos momentos en términos termodinámicos se puede expresar simplemente como la entropía de un sistema cerrado sólo puede aumentar con el tiempo. La entropía (S) es una magnitud que mide la calidad energética de un sistema, cuanto mayor es la entropía menor es la capacidad de nuestro sistema de generar trabajo. Como S es un concepto esquivo, intentaré evitar su utilización en las formulaciones matemáticas.
• Tercer principio: es otro principio axiomático de nuestro universo. Así como la temperatura puede ser muy alta, digamos que no hay límite superior (siempre se puede añadir calor a un sistema), tiene un límite inferior, y esa temperatura mínima es el cero absoluto.

NOTA: en realidad la termodinámica como todas las ciencias se pueden reducir a las leyes físicas básicas. En particular la temperatura corresponde a estados de vibración y movimiento de los átomos, moléculas y cristales, pero no hace falta saber física cuántica, ni mecánica estadística, para estudiar un sistema macroscópico, nos basta con los principios presentados.

El drama al que nos enfrentamos la humanidad es que tenemos una civilización basada en las máquinas térmicas. En particular, casi todo el trabajo lo obtenemos de motores térmicos. Además, casi todo el calor lo obtenemos quemando combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas natural. Es decir, obtenemos energía química que se obtuvo de la fotosíntesis que realizaron una infinidad de organismos durante muchos millones de años. El siguiente gráfico gentileza de Wikipedia con el mix energético mundial es profundamente revelador:

NOTA: el dominio de los combustibles fósiles aplica a todo nosotros. Podéis analizar los datos de las principales regiones como Europa, Estados Unidos o Latinoamérica o cualquier país, y obtendréis mix muy parecidos. Por ejemplo, actualmente en España la energía nuclear es algo más del 10%, todas las energías renovables se acercan en el mejor de los casos al 15%, y todo lo demás son combustibles fósiles, que además en el caso de España se importan.

Obviamente nuestra civilización no es sostenible, pero hasta que las energías renovables no se multipliquen por 2 o por 3, y las energías fósiles se reduzcan significativamente, proponer el coche eléctrico (o de hidrógeno) como la solución es en el mejor de los casos ignorancia bienintencionada (como ya comenté hace años en la serie sobre el coche eléctrico).

Mientras la cosa no cambie (y tardará mucho en cambiar) por lo menos tenemos que utilizar máquinas térmicas tan eficientes como nos sea posible, y os aseguro que las posibilidades de mejora son enormes. Y como este blog va de coche, nos centraremos en revisar los motores térmicos.

NOTA: en realidad existen al menos dos alternativas a mejorar las máquinas térmicas y aumentar las energías renovables que no puedo dejar de comentar:
La primera es la energía nuclear: las centrales actuales de fisión de uranio no son viables. Contaminan mucho, y a muy muy largo plazo, y son muy peligrosas como han demostrado los accidentes de Chernóbil y Fukushima. Pero otras alternativas de fisión y fusión nuclear son posibles.
La segunda es extraer la energía química de los combustibles por procesos fisicoquímicos más eficientes que los motores térmicos. Se han postulado diversas formas de extraer la energía química de un combustible. La más famosa probablemente es las pilas de hidrógeno, que comenté en este post. Si se consiguiera una pila por ejemplo de metano muy eficiente, podría sustituir a los motores térmicos. En el siguiente link de la Wikipedia se habla de pilas de combustible de diversos tipos.


Continuación...

QUÉ SALE MÁS BARATO UN COCHE ELÉCTRICO O UN COCHE DE GAS NATURAL

...Continuación posts anteriores.

Para terminar esta serie vamos a comparar que sale más barato un coche eléctrico o un coche de gas natural. Y la respuesta es depende, depende de lo eficiente que sea cada coche y de lo barata que te salga la electricidad; y sobre todo depende del precio de cada coche.

Obviamente si te comprar un coche eléctrico con un consumo malo y que encima es caro como pueda ser un Tesla modelo S, te va a salir más caro seguro. Por eso hay que hacer los números con un coche que tenga un consumo y precio contenido. El Nissan Leaf me parece una buena elección, cojamos este coche como referencia, y en concreto el modelo nuevo que tiene más batería que el modelo previo, y en particular el acabado más económico. Veamos las características de este coche en Km77:

Modelo	Nissan LEAF 40 kWh Acenta
Precio	33.400€
Velocidad máxima	144Km/h
Aceleración de 0 a 100Km/h	7,9s
Peso	1.580kg
Volumen maletero	394 litros
Potencia máxima	110KW
Neumáticos	205/55 R16
Baterías	iones de litio 40KWh

La primera pregunta: ¿qué autonomía tiene este coche? Pues según el ciclo NEDC 380 kilómetros. Como este ciclo no es nada representativo de la realidad mejor miramos datos de gente que lo ha conducido, como los que se registran en Spritmonitor. Y parece más realista pensar en los 300Km que correspondería con una conducción principalmente urbana. El límite bajo se da para un viaje en autopista, en este caso la autonomía es sólo de 200Km.  Es decir, consumos entre 20KWh/100Km y 13,3KWh/100Km.

Aquí tenemos que hacer un inciso, cuando cargamos una batería se caliente, ese calor son pérdidas. ¿cuál es el rendimiento de carga de un coche? Pues depende de varias cosas. Lo que sí hay consenso en la literatura es que las baterías de iones de litio son las que tienen mayor rendimiento. Otro fenómeno que hay que tener en cuenta es que las baterías se descargan con el paso del tiempo. Estimo estos dos efectos en el rango 90% y 80%. Por tanto, la electricidad que tenemos que pagar realmente estará en el rango:

Caso más desfavorable: 20/80% = 25KWh/100Km
Caso más favorable: 13,3/90% = 14,8KWh/100Km

Último paso, ¿cuánto nos cuesta la electricidad? Pues depende, y especialmente en España donde hay una especie de confabulación para que la factura de la luz sea incomprensible. Voy a proponer un escenario típico, con un poco de cuidado cualquiera pueda hacer números en cualquier otro escenario. Lo normal si te compras un coche eléctrico (al menos de momento) es que tengas una vivienda unifamiliar y lo recargues en casa. Lo lógico es que contrates una factura específica para un coche eléctrico. En estos momentos tenemos la tarifa supervalle. Esta tarifa dura únicamente 6 horas (01:00 a 07:00), lo que te obliga a instalar un cargador especial de 6,6KW. La instalación de este cargador cuesta unos 1000€. Además, otra ventaja de la tarifa supervalle es que aumenta poco la potencia contratada, ya que el consumo es (generalmente) en las horas que hay menor consumo en la casa. Supongamos una potencia contratada entre 4,6KW (20A) y 6,9KW (30A). Para estas potencias un incremento de 3 o 4KW de la potencia contratada parece suficiente, este aumento del término de potencia lo tenemos que añadir al coste de cargar el coche. Los números son los siguientes:

Escenario favorable: aumento potencia 3KW y consumo por el coche de 700KWh (unas 15 recargas al mes)
Precio real electricidad 0,10€/KWh

Escenario desfavorable: aumento 4KW y consumo por el coche de 140KWh (unas 3 cargas al mes)
Precio real electricidad 0,27€/KWh

NOTA: hay un inconveniente en escoger la tarifa supervalle, el resto de tu factura puede aumentar, ya que parte lo haremos durante el horario más desfavorable, he considerado un aumento de 5 euros/mes por este concepto, dependerá de cada casa. Pero podría darse el caso contrario si ajustas tu consumo a la tarifa contratada. Seguro que alguien dirá que cómo es posible que los números salgan tan malos. En el post anterior el dato que daba como mejor precio posible era de 0,089€/KWh; el principal problema es el término fijo de potencia que no tuve en cuenta en el coste de la energía.

Y por tanto esta es la horquilla para circular 100Km

Escenario más favorable: 14,8KWh/100Km×0,10€/KWh = 1,48€/100Km

Escenario más desfavorable: 25KWh/100Km×0,27€/KWh = 6,75€/100Km

Y sin revisar los números respecto al gas natural ya tenemos una conclusión clara: para que el coche eléctrico sea barato necesitas hacer bastantes kilómetros al año. Si te compras un coche eléctrico para hacer unos 12000Km/año (mi escenario desfavorable) y pretendes cargar el coche en unas horas los números no sale, porque el término de potencia que tienes que pagar cada mes a la compañía eléctrica te arruinan el precio real que pagas por la electricidad. Si ese es tu caso paciencia, poco a poco irán apareciendo más "electrolineras", tendrás que conformarte con mantener la potencia contratada que tengas, recargar tu coche con una potencia reducida (por ejemplo 3KW), y el día que tengas que cargar tu coche con rapidez, que se supone que será excepcional, tendrás que ir a la "electrolinera".

Para el coche de gas natural vamos a buscar un coche similar al Nissan Leaf:

Modelo	Volkswagen Golf Variant Advance 1.4 TGI
Precio	26.540€
Velocidad máxima	196Km/h
Aceleración de 0 a 100Km/h	10,9s
Peso	1.363kg
Volumen maletero	424 litros
Potencia máxima	81KW
Neumáticos	205/55 R16
Deposito Gasolina	50 litros
Deposito Gas natural	15Kg

Este coche acelera menos que el Nissan, pero suficiente para la mayor parte de los usuarios, y a cambio corre mucho más de lo necesario para la mayor parte de los usuarios. Tiene un poco más de maletero, y es un poco más grande (lo necesita para que no penalice el depósito de gas) y es un poco más ligero. Las ruedas son exactamente las mismas.

¿Cuál es el consumo real de este coche? Pues casi no hay datos. En Spritmonitor sólo hay un usuario que ha circulado bastantes kilómetros moviéndose en el rango 3 y 5Kg/100Km. Afortunadamente hay muchos datos de coches similares del grupo VW (VW Golf carrocería normal, Seat Leon o Audi A3). Me parece más realista pensar en consumos entre 3,5 y 6Kg/100Km, que es la horquilla amplia entre un conductor ahorrador, y un conductor que no cuida el consumo. Voy a tomar como precio del combustible 0,98€/Kg para tener en cuenta el aumento del precio en las últimas semanas, el resultado es:

Escenario favorable: 3,5Kg/100Km×0,98€/Kg = 3,43€/100Km

Escenario desfavorable: 6Kg/100Km×0,98€/Kg = 5,88€/100Km

La conclusión en este ejemplo está clara, no compensa desde el punto de vista económico comprarse el coche eléctrico respecto al coche de gas natural. Comparando estos dos coches similares podemos esperar ahorros, en el escenario más favorable al coche eléctrico, de unos 4 euros cada 100Km. Que correspondería a conductor que circulas muchos kilómetros al año en un entorno mayoritariamente urbano con una conducción además poco cuidadosa. En este caso el consumo del eléctrico es mínimo y el consumo del coche convencional es máximo. En el lado opuesto, un conductor que realice pocos kilómetros por autopista el ahorro es mucho menor. como el coche eléctrico en este ejemplo cuesta 7000 euros más, es casi imposible recuperar esa diferencia ya que se necesita nada menos que:

7000/4 → 175.000Km

Y eso sin tener en cuenta la amortización de la toma de corriente de alta potencia, por que espero que esté suficientemente bien fabricada para que dure mucho más que el coche. Alguien puede decir que no he tenido en cuenta que un coche eléctrico es más barato de mantener, y esto es cierto, pero sólo es una verdad a medias. Desde el primer dia la capacidad de la batería empieza a deteriorarse y en algún momento hay que plantearse cambiar la batería, y esa cambio cuesta varios miles de euros, y entonces deja de ser cierto que el mantenimiento del coche eléctrico es bajo. ¿En qué momento llega ese cambio de la baterías? Pues depende del coche que te compres, del trato que le des al coche y los kilómetros que hagas al año. Pero sobretodo depende de cuánta pérdida de capacidad estás dispuesto a aceptar. Podemos esperar que el punto de cambio de baterías esté en el rango 150.000Km y 300.000Km. Aquí tenéis una entrevista a un taxista con el primer  modelo de Nissan Leaf, en esta caso la capacidad se ha reducido en un 40% después de 300.000Km.

No obstante sigue habiendo importantes razones que justifican comprarse un coche eléctrico, y el sobrecoste que tienes que pagar es moderado. Solo tienes que sobrellevar su principal problema: una autonomía limitada a 200-300Km. Problemática que no tiene solución técnica en estos momentos porque si Nissan fabricara un Leaf con 80KWh entonces el consumo empeoraría ligeramente (coche más pesado y voluminoso) y el precio aumentaría significativamente, y deja de ser cierto que es sobrecoste de un coche eléctrico es moderado.

Habrá que esperar que pasa en los próximos años. Salvo revolución tecnológica inesperada el margen de mejora de un coche de gas natural está limitado a motores híbridos con un poco más de rendimiento que los actuales que permitiría consumos de hasta 2,5Kg/100Km de gas natural. Para los coches eléctricos sólo hace falta que bajen los precios de las baterías y que aumente el número de electrolineras. Y esta tendencia ha sido visible en los últimos años. Por tanto el tiempo corre a favor del coche eléctrico.

Para los próximos años mi apuesta más probable es que se impondrá la solución intermedia, los coches híbridos enchufables, y si la fiscalidad sigue siendo favorable triunfarán los modelos de gas natural. No hay que ser un experto para ver que ya mismo estos coches son perfectamente viables. El único empujón que necesitamos es que se extiendan las gasolineras con gas natural, y entonces será posible eliminar el depósito de gasolina, o dejar un depósito de gasolina de un tamaño mínimo.

EL GAS - EL HIDROCARBURO MÁS ECONÓMICO IV

...Continuación posts anteriores.

Si habéis leído los posts anteriores, no hay duda, el gas natural es el hidrocarburo más económico que hay en España, únicamente el Gasóleo B puede competir en precio, pero sólo se puede utilizar en vehículos y maquinaria agrícola.

La duda que voy a intentar aclarar es que ocurre cuando se compara el gas natural con otros combustibles alternativos, y la respuesta es esta tabla:

COMBUSTIBLE	PRECIO	DENSIDAD ENERGÉTICA	PRECIO ENERGíA
Gas natural	0,923€/Kg	47,1MJ/Kg	1,96cent€/MJ
Hidrógeno	10€/Kg	119,96MJ/Kg	8,34cent€/MJ
Electricidad tarifa económica	0,089€/KWh	N/A	2,47cent€/MJ
Electricidad tarifa cara	0,210€/KWh	N/A	5,85cent€/MJ
Biomasa económica	100€/Ton	19MJ/Kg	0,53cent€/MJ
Biomasa cara	200€/Ton	19MJ/Kg	1,05cent€/MJ

NOTA: disculpad, los datos están un poco pasados. En las últimas semanas el petróleo y la luz han subido, pero por coherencia comparo con los precios cuando se publicó el primer post de la seria. Tampoco tiene sentido obsesionarse, los precios de la energía fluctúan cada día.

Lo primero que quiero destacar es el caso del hidrógeno. El principal problema para revisar este combustible es que no hay mercado, no sabemos lo que costaría este gas si realmente se comercializara en cantidades elevadas. El precio que os muestro corresponde a Alemania, donde si existen "hidrogeneras". Seguro que este precio estás subvencionado, pero seguro también que los costes de producción se reducirían si se produjera a gran escala. No me atrevo a aventurar cuánto costaría un kilo de hidrógeno en un mercado real, pero partimos de un precio tan alto que, aunque baje, podemos descartarlo como alternativa al gas natural y la electricidad.

Lo siguiente que quiero destacar es lo extremadamente importante que es comprar el combustible a un buen precio. Las gasolineras son un mercado oligopólico y extremadamente controlado por el estado. Es importante buscar una gasolinera económica, pero sólo ahorrarás unos céntimos por litro de combustible respecto a una gasolinera cualquiera. Con la luz y la leña no ocurre lo mismo. Según donde y como lo compres los cambios pueden ser brutales, siendo típicas las horquillas que os muestro. A veces se pueda ahorrar un 50% respecto a una mala tarifa.

Continuemos con la biomasa. Lo primero que hay que entender es la siguiente regla del dedo gordo: da igual lo que quemes, toda la biomasa tiene más o menos la misma densidad energética. Un kilo del mejor roble o encina da el mismo calor que un kilo de pino, que un kilo de pellets y que un kilo de los rastrojos de jardín. El motivo es que la biomasa es básicamente celulosa. De hecho, las coníferas, que son maderas económicas, tienen una densidad energética un poco mayor que otras maderas porque tienen resina. Por eso el único parámetro verdaderamente importante (desde el punto de vista de ahorrar dinero) cuando quemas biomasa es la humedad. La leña tiene que estar todo lo seca que sea posible. Una leña húmeda pesa más y calienta mucho menos.

Como todo el mundo sabe la biomasa es con diferencia el combustible más barato que un particular puede comprar. Especialmente si buscas una leña barata, compras cantidades elevadas (siempre mínimo una tonelada) y te la colocas tú en la leñera. Pero también como todo el mundo sabe no sirve para impulsar un coche. Pero, ¿podríamos volver a la máquina de vapor? La respuesta es no, algún día hablaremos de la caldera de vapor, y lo justificaré. Sin embargo, la biomasa es tan barata que para vehículos muy pesados como un buque de marina mercante sería una solución más económica. Una caldera de vapor tiene un rendimiento un poco inferior a un motor de combustión interna, pero se compensa con creces con el ahorro en el precio del combustible. Y esto es así porque el mercado de la biomasa es un mercado sin interferencias fiscales. Si compras leña sólo estás pagando la leña y el IVA, si compras hidrocarburos o electricidad están pagando muchos impuestos, en el caso de la luz además enmascarados en un montón de conceptos oscuros.

Pero entonces ¿por qué no se ven barcos a vapor? Pues porque las reglas del juego no son las mismas para todos, y los ciudadanos somos tan torpes de aceptarlo. Los sufridos consumidores tenemos que pagar impuestos que otros no pagan. Si te compras un barco y vas a comprar gasoil o gasolina en cualquier puerto deportivo te cobrarán más o menos lo mismo que para tu coche. Si eres una naviera y compras gasoil marino (MFO - Marine Gas Oil) pagaras unos cientos de euros por toneladas. Si además te vas a un puerto franco, y preparas tu barco para el combustible más barato posible, es decir los residuos del destilado del petróleo, lo que se conoce como Fuel Oil residual (HFO - Heavy fuel oil) pagarás tan poco por este combustible muy contaminante que es un insulto para el sentido común. Por eso no esperéis que ningún armador ponga en sus buques una caldera de vapor alimentada con biomasa, por muy beneficioso que pueda ser para el medio ambiente, porque no le compensa económicamente.

Finalmente llegamos a la luz. La electricidad es cara, pero también es el combustible más eficiente, estamos comprando energía pura, y por tanto mucho más valiosa que cualquier combustible que tenemos que quemar, y para mostrarlo os voy a hacer unos números muy fáciles para calentar una casa que os pueden servir a cualquiera de vosotros (salvo los afortunados que vivan en regiones tropicales):

Caso biomasa:

Precio combustible si buscas una opción económica: 100 euros/toneladas.
Rendimiento calefacción si buscas una estufa de alto rendimiento: 70%.

Te cuesta la energía: 0,53cent€/MJ/70% = 0,76cent€/MJ


Caso electricidad:

Obviamente no te puedes calentar con un radiador eléctrico, te saldría mucho más caro. Necesitas una bomba de calor.

¿Cuál es el precio real de la energía? Pues coge tu factura y divide lo que pagas por lo que te dan. Por ejemplo, en mi caso tomando las últimas 3 facturas del invierno el promedio la electricidad me costó 0,122€/KWh. O lo que es lo mismo 3,40cent€/MJ.

¿Qué COP necesito para igualar a la biomasa? pues fácil: 3,40/COP_min = 0,76. Lo que exige un COP de al menos 4,5. Que por cierto es un COP extremadamente difícil de superar con una bomba de calor convencional (aerotermia), para conseguir un COP tan alto necesitarás una bomba que intercambie calor con la tierra (geotermia), pero os anticipo que esta solución es muy cara.
NOTA: en este post explicaba lo que es el COP (Coefficient of Performance) de una bomba de calor. Ojo que si quieres hacer números hay que tener en cuenta más cosas. A destacar los costes de amortización de las diferentes alternativas. También tienes que valorar las ventajas e inconvenientes. En particular una estufa te obliga a rellenar la tolva o cargarla de leña y retirar las cenizas periódicamente y no enfría en verano.

Resumiendo, simplemente os quería mostrar en este ejemplo que, aunque la electricidad sea una energía muy cara, también es la que mejor se aprovecha, hasta el punto que casi puede competir en precio con el combustible más barato, la biomasa.

Para el siguiente post concluyo esta serie comparando el coche eléctrico con el coche de gas natural.

Continuará...

EL GAS - EL HIDROCARBURO MÁS ECONÓMICO III

...continuación posts anteriores.

En este post vamos a aclarar la duda de comprar un coche de GNC o GLP.

Si has leído los dos posts anteriores no hay duda, desde un punto de vista de ahorro en España hay que comprarse un coche de GNC. Sin embargo, hay que tener en cuenta una serie de inconvenientes. He construido la siguiente tabla resumen:

	Coche GLP	Coche GNC
Precio combustible	Peor	Mejor
Precio coche	Mejor	Peor
Autonomía	Mejor	Peor
Contaminación	Peor	Mejor
Potencia motor	Mejor	Peor
Disponibilidad gasolineras	Mejor	Peor
Perdida espacio maletero	Mejor	Peor

Por tanto, aunque haya una clara ventaja en el ahorro, hay una lista de pequeños, o no tan pequeños inconvenientes. Empecemos con lo más evidente, el impacto del depósito de gas. Un depósito de GLP penaliza en peso, espacio, precio y/o autonomía. ¿cuanto? Pues veamos un ejemplo, el Fiat Punto 5p Easy 1.4; en las 3 opciones posibles:

	Fiat Punto 5p Easy 1.4 8v 77 CV Gasolina/GLP	Fiat Punto 5p Easy 1.4 70 CV Natural Power	Fiat Punto 5p 1.4 8v 77 CV
Precio	12.290	12.550	10.490
Peso	1.115Kg	1260Kg	1.040Kg
Maletero	252l	200l	275l
Deposito gasolina	38l	45l	45l
Deposito gas	21Kg	13Kg	N/A
Potencia	57KW	51KW	57KW

Podéis ver como la diferencia de precio entre los 3 coches es pequeña, en unas pocas decenas de miles de kilómetros está amortizado el sobreprecio, especialmente en el modelo de GNC, pero las desventajas se ven también claramente: más peso, menos maletero y una autonomía bastante modesta. Con 13Kg la autonomía oscilará en el entorno 300Km y 400Km, mucho menos que con gasolina y bastante menos que con GLP.
Otra cosa que se ve es la perdida de potencia. Con GLP la potencia máxima que da el motor baja un poco, en este ejemplo del entorno del 10%.

Otro inconveniente, probablemente el mayor del GLP y GNC: hay relativamente pocas gasolineras con gas en España, y aún menos con GNC. Con el tiempo apuesto que mejorará, pero en estos momentos es un problema serio en muchas zonas de España, especialmente para el caso del GNC, donde sólo en la zona de Barcelona y Madrid existe una red de gasolineras, y encima la baja autonomía agrava el problema. Pero mejor una imagen del portal del Ministerio de Industria:

Gasolineras con GLP

Gasolineras con GNC

Finalmente tenemos el problema de la oferta de coches. Si queremos comprar un coche de fabrica preparado para GLP tienes una oferta limitada. Si realizas una búsqueda en Km77 puedes elegir entre 51 modelos de los siguientes fabricantes: Dacia, Hyundai, Fiat, Opel, Citroën, Ssangyong, Ford, Jeep y Alfa Romeo. Si te quieres comprar un coche preparado para GNC tienes una oferta igualmente limitada, si realizas una búsqueda el número de modelos es parecido, en concreto 55 modelos, pero sólo puedes elegir entre modelos de Fiat y del grupo Volkswagen, aunque al menos están representadas las marcas generalistas: Seat, Audi, Volkswagen y Skoda. De nuevo apuesto que la oferta se ampliará pronto.

En resumen, no hay combustible más barato que el GNC, si quieres ahorrar ese es el coche que te tienes que comprar, y de paso proteges el medio ambiente. Pero antes de tomar esa decisión sopesa cuidadosamente los inconvenientes, en estos momentos muchas personas no tendrán más opción razonable que comprar un coche Diesel. En el siguiente post compararé el GNC con las otras alternativas disponibles, a saber: coches eléctricos y coches con pilas de combustible de hidrógeno.

Continuación...

EL GAS - EL HIDROCARBURO MÁS ECONÓMICO II

...Continuación post anterior.

Continuamos con el siguiente combustible que se comercializa en España:

Gas licuado del petróleo (GLP)
¿Qué es el GLP? Al igual que el gas natural es una mezcla de hidrocarburos ligeros en estado gaseoso. Pero a diferencia del gas natural, se busca las moléculas que son más pesadas que el metano ¿Por qué? Porque se puede licuar fácilmente al comprimirlo. En la práctica es un mezcla de prácticamente sólo butano y propano.

Inmediatamente se entiende cual es la ventaja del GLP, la densidad es bastante mayor que el caso del Gas Natural Comprimido (GNC). Mentas que la densidad del GNC es en el mejor de los caso 158Kg/m³ (a temperatura ambiente y una presión de 200Bar) la densidad del GLP es de 550Kg/m³, es decir sólo un poco menos que la gasolina, y además a una presión mucho más razonable de el entorno de 8Bar a 15Bar, por lo que el tanque es más ligero, más pequeño y más barato que en el caso del GNC.

¿Cuales son los inconvenientes del GLP? Yo veo principalmente dos:

El sensiblemente más caro que el GNC. De manera que cuando se compara con el gasóleo C, se comprueba que no hay ahorro, ya que la pequeña ventaja que tiene en precio se pierde cuando se tiene en cuenta que el rendimiento del motor es algo peor. En este post explicaba porque un motor Diesel es más eficiente. En cualquier caso hay un enorme ahorro respecto a la gasolina, y algunas otras ventajas que veremos más adelante.

Es más contaminante que el GNC. El motivo es fácil de entender, cuanto más hidrógeno tiene un combustible más agua se genera en la combustión, y menos dióxido de carbono, así de sencillo:

Combustión metano: 2CH₄ + 3O₂ => 2CO₂ + 4H₂O   (Ratio H₂O/CO₂ = 2)
Combustión propano: 2C₃H₈ + 10O₂ => 6CO₂ + 8H₂O (Ratio H₂O/CO₂ = 4/3)
Combustión butano: 2C₄H₁₀ + 13O₂ => 8CO₂ + 10H₂O (Ratio H₂O/CO₂ = 5/4)
NOTA: se concluye fácilmente que en el caso de los alcanos de cadena larga como el queroseno que se utiliza en aeronáutica o el fueloil que se utilizar en la marina mercante el ratio H₂O/CO₂ es muy próximo al 1.

Antes de empezar a hablar de coches, quiero señalar dos ventajas importantes del GNC y el GLP sobre la gasolina y el gasóleo:

Desde el punto de vista de la durabilidad del motor, la combustión es más limpia. Por tanto se forma menos carboncillo, y cabe esperar a largo plazo menos averías, y por tanto un coste de mantenimientos más bajo. Sin embargo no tengo muy claro si es buena idea comprar un kit de adaptación a gas. En estos momentos hay una oferta razonable de coches nuevos preparados para GNC o GLP, y ya he visto unos cuantas personas en internet que se quejan de averías prematuras en coches modificados con un kit.

Desde el punto de vista del uso, estos coches tiene un distintivo eco, lo cual tiene potencialmente muchas ventajas:

• Menores impuestos tanto en la compra como normalmente en el impuesto de circulación (depende del ayuntamiento).
• En muchas ciudades te permite estacionar con una tarifa más económica. En algunos casos hasta los peajes son más económicos.
• Finalmente en algunas grandes ciudades te permite circular cuando hay restricciones de tráfico. Esto es una ventaja determinante para muchas personas. Pero ojo, hay que estudiar la regulación de tu ciudad que además cambia con el tiempo. La mejor opción para poder circular en zonas o periodos de restricción de tráfico es un vehículo de cero emisiones (es decir eléctrico o pila de combustible o probablemente híbrido que puede circular sólo en modo eléctrico).

Un último comentario bastante obvio, utilizar gas como combustible no está reñido con un sistema de propulsión híbrido. Sin embargo en práctica no he visto nada en el mercado. Me supongo que tiene que ver con el espacio. En estos momentos los modelos que venden tiene dos depósitos, uno de gasolina y otro de gas, debe ser muy complicado encajar esos dos depósitos en un coche híbrido que ya va de por si justos de espacio. Apuesto que es cuestión de tiempo que se comercialicen coches híbridos (me refiero con motor eléctrico) a gas. Lo que si que hay es usuarios que modifican híbridos para utilizar gas como combustible. Como ejemplo tuvo cierta repercusión mediática este accidente de un Toyota Prius modificado para usar GLP. Y esto nos recuerda que un combustible gaseoso entraña más riesgos que un combustible líquido, especialmente si el sistema instalado es un kit en vez de una instalación de fabrica, y más si comparamos con el gasóleo, que es un combustible muy estable.

Continuación...

EL GAS - EL HIDROCARBURO MÁS ECONÓMICO I

Estimado lector, después de unos años de parón voy a retomar la actividad en el blog. En estos años han pasado una cuantas cosas interesantes y además aun me quedaban algunas cosas en el tintero.

Voy a empezar por un combustible que hasta hace muy poco estaba prácticamente restringido al mundo del taxi: el gas. La gran ventaja del gas es su excelente trato fiscal. Aquí os dejo una tabla comparativa de los diversos combustibles que se comercializan en las gasolineras españolas a fecha de hoy. Se puede consultar por ejemplo aquí:

COMBUSTIBLE	PRECIO	DENSIDAD ENERGÉTICA	PRECIO ENERGíA	1/DENSIDAD
Gasolina 98 octanos	1,259€/l	43,4MJ/Kg	3,94cent€/MJ	1,357Kg/l
Gasolina 95 octanos	1,149€/l	43,4MJ/Kg	3,59cent€/MJ	1,357Kg/l
Gasóleo automoción (A)	1,039€/l	43MJ/Kg	2,86cent€/MJ	1,182Kg/l
Gasóleo de Calefacción (C)	0,935€/l	43MJ/Kg	2,57cent€/MJ	1,182Kg/l
Gas licuado del petróleo (GLP)	0,635€/Kg	46MJ/Kg	2,51cent€/MJ	1,818Kg/l
Bombona doméstica Butano (12.5 KG.)	13,96€	45,75MJ/Kg	2,44cent€/MJ	-
Bombona domestica Propano (11 KG.)	12,28€	46,35MJ/Kg	2,41cent€/MJ	-
Gasóleo para uso agrario (B)	0,772€/l	43MJ/Kg	2,12cent€/MJ	1,182Kg/l
Gas natural comprimido (GNC)	0,923€/Kg	47,1MJ/Kg	1,96cent€/MJ	-
Gas natural licuado (GNL)	0,923€/Kg	47,1MJ/Kg	1,96cent€/MJ	-

NOTA: el dato de densidad energética corresponde al poder calorífico inferior, es decir la energía que se obtiene al quemar el combustible con el agua resultante de la combustión en estado de vapor. Los precios corresponden a la semana pasada, y a las gasolineras más económicas que tengo cerca de mi casa.

Todos los combustibles que os muestro son combustibles fósiles, la mayoría resultado de la destilación del petróleo. El gas natural es la gran excepción.
NOTA: los hidrocarburos también se pueden obtener por transformación del carbón o de fuentes renovables, así tenemos el biogás equivalente al gas natural, el biodiésel equivalente al gasóleo o el etanol (o alcohol etílico) que puede remplazar a la gasolina.

Si os fijáis en la densidad energética veréis que es muy similar para todos los hidrocarburos. Es un poco más alta cuanto más hidrógeno contiene el combustible, pero las variaciones son modestas. Sin embargo cuando miramos la energía que obtenemos por cada euro que pagamos las diferencias son muy grandes:

La gasolina cuesta mucho más que la popular y un poco anacrónica bombona de butano, y dos veces lo que pagamos por el GNL. Únicamente el gasóleo B tiene un precio comparable a los combustibles gaseosos, pero en un coche sólo es legal utilizar gasóleo A (es cierto que los gasóleos B y C son de peor calidad, pero la diferencia de precio entre los 3 gasóleos viene determinada casi únicamente por la fiscalidad). Este trato fiscal favorable a los combustibles gaseosos es practica común en toda la unión europea y también en otros continentes. Pero si miráis por ejemplo aquí veréis que la fiscalidad en EEUU es muy diferente, y la ventaja del gas natural es mucho más modesta.

Revisemos las dos opciones que tenemos para utilizar en un coche:


El gas natural comprimido (GNC)

El gas natural es una combinación de hidrocarburos muy ligeros, pero en su mayor parte es metano. Por eso es el hidrocarburo que tiene una combustión más limpia y por tanto menos contaminante. Como combustible le veo dos puntos débiles:

Primero no se licua cuando se comprime, por eso normalmente se transporta por larguísimos gaseoductos y requieren depósitos grandes para su almacenamiento.
NOTA: cuando se requiere comprimir el gas natural en un volumen pequeño, por ejemplo para su transporte desde lugares remotos en buques gaseros, se recurre a licuarlo. Pero la temperatura de ebullición del metano a presión atmosférica es de la friolera de -160ºC. Os podéis hacer una idea del coste energético y las dificultades logísticas para manejar un producto a esas temperaturas. En cualquier caso como no venden coches que puedan funcionar con gas natural licuado (GNL) se escapa del contenido del blog. No obstante, se comercializa porque sí hay camiones y autobuses preparados para repostar GNL.

El segundo problema del metano es que contribuye enormemente al calentamiento global (mucho más que el dióxido de carbono), por eso de donde venga y según se ha obtenido tiene efecto en su impacto ambiental. Si el metano viene como subproducto de otra actividad utilizarlo como combustible es un gran servicio al medio ambiente (frente a expulsarlo a la atmósfera). Por ejemplo el metano extraído como biogás de purines de un granja, o el metano que aparece en pozos de petróleo.
NOTA: seguro que recordaréis fotos y vídeos sobre todo en el pasado de un pozo de petróleo con una torre soltando llamaradas a la atmósfera en su punto más alto. Esas llamas eran la combustión del metano que se extraía con el petróleo y simplemente se desechaba a la atmósfera.

En cambio podemos tener el caso contrario, un pozo de gas natural de baja calidad con un sistema de distribución de baja calidad, con perdidas de gas durante todo el proceso. En este escenario el beneficio para el medio ambiente de utilizar gas natural es más modesto.

Continuación...

LOS CONSUMOS HOMOLOGADOS V - ¿NOS ENGAÑAN LOS FABRICANTES?

...Continuación posts anteriores.

Es fácil encontrar personas o información en internet en los que se acusa a los fabricantes de coches de realizar trampas para obtener los consumos homologados. Yo no quiero ser alarmista, ni conspiranoico, pero no me puedo olvidar de escándalos como por ejemplo el de Kia y Hyundai en 2012. La compañía acabó reconociendo que los consumos homologados según la EPA eran fraudulentos en varios de sus modelos (ver por ejemplo esta noticia en el New York Times).

Al menos se pueden constatar dos cosas:

• Los fabricantes tienen enormes incentivos para conseguir consumos NDEC tan bajos como sea posible.
• Incluso manteniéndose dentro de la legalidad, la norma permite consumos NDEC absurdamente bajos respecto a la conducción real debido a una serie de lagunas que los fabricantes aprovechan en su favor.

Empecemos por los incentivos para un consumo homologado bajo:

En estos momentos en España los impuestos de matriculación de un vehículo se calculan en función de las emisiones según la siguiente tabla:

• 0%: vehículos de emisiones menores o iguales a 120gr/km de CO₂
• 4,75%: vehículos de emisiones mayores de 120 y menores de 160gr/km de CO₂
• 9,75%: vehículos de emisiones mayores o iguales a 160 y menores de 200gr/km CO₂
• 14,75%: vehículos de emisiones mayores o iguales a 200gr/km de CO₂

Por ejemplo en un coche medio con un precio de 20.000euros, conseguir bajar de 160gr/km o 120gr/Km supone una disminución en el precio del 5%, es decir 1000euros, muchísimo dinero. En otros países europeos existe también esta progresividad en la fiscalidad de la compra de un coche.

Además, los fabricantes deben cumplir unos objetivos de emisiones totales, y en algunos países¹ el impuesto de circulación tiene en cuenta el nivel de emisiones. Por ejemplo en Alemania este impuesto es cero para emisiones menores a 110gr/km, y aumenta a partir de ahí a razón de 20euros por cada 10gr/Km que se supera el límite de 110gr/km.
NOTA 1: en estos momentos el impuesto de circulación en España no es proporcional a las emisiones, pero tiempo al tiempo.

También existen zonas urbanas en las que se restringe la circulación de vehículos con emisiones elevadas, y finalmente muchos compradores tienen en cuenta los consumos homologados al elegir un coche.

Por tanto, un fabricante tiene enormes incentivos para conseguir consumos homologados tan bajos como sea posible, aunque tenga que moverse al borde de la ley. De hecho, en el estudio que presenté en este post se observa que cuando los impuestos no dependían del consumo homologado, los consumos homologados eran mucho más parecidos a los consumos reales que ahora.

Respecto a las lagunas de la norma, sin ser exhaustivo, veamos algunas de las más evidentes:

UN CICLO DE CIRCULACIÓN ESQUEMÁTICO
Como comentaba en este post, uno de los puntos débiles de los consumos NDEC es utilizar un ciclo de circulación esquemático. Este tipo de ciclos en los que siempre se circula a las mismas velocidades, y se repiten las mismas aceleraciones y deceleraciones, invitan a ajustar la centralita que controla el motor o los desarrollos del cambio de marchas para minimizar los consumos homologados. Esta presión por bajar el consumo homologado podría incluso perjudicar a los consumos en condiciones reales. Por ejemplo los desarrollos en las marchas más largas casi siempre son demasiado cortos para minimizar el consumo a altas velocidades.

NO SE CONSIDERA EL CONSUMO DEL AIRE ACONDICIONADO
Como comenté en el post anterior los fabricantes no tienen ninguna obligación de reportar el consumo del aire acondicionado, lo cual incentiva muy poco la fabricación de sistemas de climatización eficientes. En realidad calcular el consumo del aire acondicionado es muy fácil, sólo hay que comparar los consumos al relentí con y sin aire acondicionado conectado, pero los fabricantes nunca dan ese dato, así que no lo sabes hasta que te compras el coche.

TOLERANCIAS DEMASIADO RELAJADAS Y FALTA DE DEFINICIÓN EN LA NORMA
Según un estudio de TNO² de finales de 2012, explotando todas las lagunas y tolerancias permitidas en la norma se pueden conseguir ahorros espectaculares, al menos del 10%, y en algunos casos de más del 20%. Quien quiera profundizar le recomiendo que se lea el mencionado estudio, es bastante farragoso, pero también muy detallado y extenso.
NOTA 2: TNO es un centro de investigación independiente holandés. El estudio que recomiendo fue financiado por la Comisión Europea, y elaborado con la colaboración de otras instituciones.

La norma permite unas tolerancias muy holgadas en gran número de variables que impactan en el consumo homologado. Tal vez hace muchos años estas tolerancias tenían cierta justificación, pero con los equipos de medida actuales son demasiado laxas. Veamos un par de ejemplos:

•  Se permite descontar un 4% la medida de emisiones obtenida en el test.
• Al inicial el test la temperatura del aceite y líquido refrigerante puede estar comprendida entre 20ºC y 30ºC.

Existen numerosos parámetros y condiciones al realizar los ensayos que la norma no define suficientemente, o ni siquiera menciona. Veamos un par de ejemplos:

• No se define el nivel de carga de la batería. Obviamente los fabricantes cargan la batería al máximo antes de empezar el ensayo, de esta manera el alternador trabaja menos. Esto es especialmente  provechoso en coches que utilizan mucho la batería, por ejemplo en los coches equipados con start & stop o los coches híbridos.
• No se define suficientemente el ensayo de deceleración en punto muerto para obtener la resistencia aerodinámica y la resistencia de rodadura. En estos ensayos se optimizan numerosos parámetros para conseguir una resistencia mucho más baja que la que sufrimos al circula en condiciones normales. Uno de los parámetros que no está definido es el tipo de firme. Los fabricantes utilizan pistas preparadas como por ejemplo la pista de la Idiada situada en España (y más concretamente en Barcelona) donde la resistencia de rodadura es inferior a las carreteras normales.