LEYENDAS URBANAS: CONECTAR EL AIRE ACONDICIONADO CONSUME MUCHO

Leeréis en muchos sitios que el aire acondicionado puede aumentar el consumo hasta un 15% o un 20% (según fuentes). Si buscáis un poco más también podéis leer por ahí que el compresor de un aire acondicionado puede llegar a consumir 5KW. Por eso, muchos sufridos conductores pasan las de Caín para ahorrar un poco de combustible.

Sin embargo cuando me fijé en los consumos que obtenía en mi coche con el aire acondicionado conectado descubrí que esto números (al menos en mi caso) eran una leyenda urbana, la gente ha ido copiando con el paso de los años lo que ha leído sin demasiado análisis, y finalmente estos porcentajes se han convertido en una especie de "pseudo-verdad" universal.

He dedicado un tiempo a hacer unos números, pero antes de eso, voy a empezar con el consumo en el caso de mi coche (un Ford S-Max):

En los típicos consumos de los viajes de verano el consumo apenas sube 0,1l/100Km respecto a mis mejores consumos en época que no utilizo el aire acondicionado (por ejemplo el mes de mayo). Suponiendo que aproximadamente el 50% del tiempo que circulo utilizo el aire, el aumento de consumo real que se obtiene por utilizar el aire es de 0,2l/100Km. Voy a añadir un 0,1l/100Km más para tener en cuenta el caso más desfavorable (conducir un día de mucho calor). Voy a suponer además un consumo medio sin aire acondicionado por lo bajo de 5,5l/100Km (para conseguir este consumo con mi coche hay que circular al menos en un 50% por carretera, es decir velocidades típicamente entre 90Km/h y 100Km/h).

Resumen: circulando entre 90Km/h y 120Km/h
Aumento del consumo: 0,3/5,5 = 5,5%

Vayamos a un caso más desfavorable. Desplazamientos cortos a baja velocidad. Mi trabajo está a poco más de 9Km de mi casa. En los mese cálidos en los que no hay que conectar el aire es donde consigo el mejor consumo. Por ejemplo en septiembre sin colegios (en cuanto abren los colegios el tráfico empeora) y con un poco de suerte he llegado a conseguir un consumo medio semanal de 4,8l/100Km, aunque lo normal es conseguir unos 5l/100Km. En las semanas de más calor el aumento de consumo a lo sumo llega a 0,2l/100Km. Como por la mañana no utilizo el aire acondicionado, el aumento de consumo debido al aire es de a lo sumo 0,4l/100Km. De nuevo voy a ser conservador, y voy a añadir 0,1l/100Km. Además voy a suponer un consumo sin aire de 5,0l/100Km, y os garantizo que hay que conducir muy fino y tener suerte para conseguir ese consumo con mi coche.

Resumen: desplazamientos cortos a velocidad media 40Km/h
Aumento del consumo: 0,5/5,0 = 10%

Es decir en las condiciones más adversas, a saber:

• Desplazamientos muy cortos, en los que los primeros minutos el aire acondicionado está más sobrecargado. Ya que aparco el coche al sol, y por dejadez ni siquiera pongo parasol.
• Desplazamientos a baja velocidad, que obviamente son los peores.
• Consumos de partida bajísimos (en mi coche 5,0l/100Km corresponde al consumo homologado en ciclo extraurbano).

...el aumento de consumo que obtengo está muy por debajo de esos famosos 15%-20%.
NOTA: alguien podría decir que el ordenador de abordo puede cometer errores importantes, y es cierto, pero como estamos comparando consumos, el aumento de consumo será el mismo aunque el ordenador marque un 8% de menos.

¿Es posible un aumento del consumo de un 20%?

Será posible en un coche viejo sin climatizador, en el que el compresor del aire acondicionado está funcionando siempre, si además el rendimiento del sistema es malo.

También es posible si se utiliza muy mal el aire acondicionado. Por ejemplo si la temperatura exterior es muy elevada, no se recircula el aire y la temperatura del climatizador es ridículamente baja.

Finalmente, siempre que se circule suficientemente despacio. A fin de cuentas conectar el aire es añadir una potencia extra al motor. Sólo hay que circular suficientemente despacio para que su efecto sea muy relevante.

Veamos un caso para mi coche en el que se puede conseguir esa situación: en un día muy caluroso (en particular 40ºC) y muy soleado mi consumo al relentí aumentó 0,5l/h en régimen estacionario (es decir cuando ya se ha conseguido una temperatura agradable en el interior de coche). O en euros, aproximadamente 0,75€/h.
NOTA: aunque la gente habla con frecuencia de temperaturas de 40ºC, la realidad es que incluso en lugares muy cálidos como puede ser la ciudad de Sevilla, únicamente un puñado de horas al año la temperatura del aire supera o iguala los 40ºC. Hay que buscar mucho para encontrar un lugar en el que la temperatura se mantenga en el entorno de los 40ºC, Un ejemplo es la Ciudad de Kuwait, donde la temperatura media en verano es de 38ºC.

Supongamos prácticamente sólo realizo circulación urbana en una ciudad congestionada, en la que circulo en promedio a una velocidad media de 25Km/h. Entonces como se tarda en recorrer 100Km 4 horas, el aumento de consumo debido al aire podría llegar a 2l/100Km.
NOTA: he elegido 25Km/h por que es la velocidad media de un coche en Madrid, aunque las temperaturas máximas de Madrid están muy lejos de 40ºC.

¿Cuál es el consumo de mi coche en este tipo de atasco? Siendo muy cuidadoso con la conducción, en el mejor de los casos 8l/100Km. Entonces en este caso hipotético el aumento del consumo llegaría a 2/8 = 25%. Es decir, sólo en ciudades muy congestionadas y calurosas (y sólo en los momentos más calurosos y de más insolación) podría alcanzar un aumento del consumo del 20% o más en mi coche.

Conclusión: si tienes un coche moderno con climatizador, y haces un uso racional del aire acondicionado, cabe esperar un aumento del consumo de entorno del 5%-10% en los días calurosos (salvo temperaturas absolutamente extremas).

Dado que el aire acondicionado no se suele utilizar siempre en verano, y que no todos los días son especialmente calurosos, lo normal es que el aumento del consumo medio sea mucho menor. Por ejemplo mi experiencia (con coche con climatizador) es que el consumo medio en los meses más fríos es mayor que los periodos en los que utilizo el aire acondicionado. Ya se verá más adelante los efectos estacionales.

Continuación…

EL PESO, MALO PARA EL CONSUMO Y BUENO PARA LA SEGURIDAD III

…continuación post anterior.

Ahora entramos en el talón de Aquiles del peso, su nefasto impacto en la seguridad en el caso de choque entre dos vehículos. Por su repercusión mediática a todo el mundo le viene a la cabeza el accidente del torero Ortega Cano, en el que desgraciadamente murió una persona inocente llamada Carlos Parra, que circulaba según un testigo a la velocidad correcta por su carril. El accidente fue entre un Mercedes-Benz R320 y un Seat Altea. La clave del desenlace del accidente no es la diferencia de precios de los dos coches (20.000 euros del Altea frente a los 60.000 del clase R), sino en la diferencia de peso (aproximadamente 1500Kg del Altea frente a los 2500Kg del clase R).
De hecho si visitáis la página Web de Euro ANCAP (la mejor página Web en Europa para comprobar la seguridad de tu coche, como comentaba en este post) te dicen es que en un choque entre dos coches el peso es determinante, copio de su página Web:

Can ANCAP results be used to compare the relative safety of the vehicles tested?

ANCAP results can be used to compare the protection offered to occupants in the event of a severe frontal and side crashes for vehicles of similar size and weight. Care must be taken when comparing results for different vehicles as only those vehicles of similar mass can be correctly compared. As a heavier vehicle will generally provide better protection in a collision with a smaller and lighter car, any result comparison should be restricted to cars of a similar class. To assist with the comparison, ANCAP publishes the kerb weight of the cars tested.

Traducción de quien os escribe:

¿Pueden los resultados ANCAP utilizarse para comparar la seguridad relativa de los vehículos ensayados?

Los resultados ANCAP se pueden utilizar para comparar la protección a los ocupantes en el caso de un choque severo frontal o lateral entre vehículos con tamaño y peso similar. Cuando se comparan los resultados de los diferentes vehículos hay que ser cuidadoso, ya que solamente los vehículos de masa similar son comparables; debido a que un vehículo más pesado generalmente proporcionará mejor protección en una colisión con un coche más pequeño y ligero. Cualquier comparación de resultados debe limitarse a coches de clase similar. Para ayudar en las comparaciones ANCAP publica el peso en vacío de los coches ensayados.

A la misma conclusión llega este estudio del IIHS en el que se explica el efecto del peso y el tamaño.

¿Pero cuánto cuenta el peso del coche en la seguridad? La respuesta es que cuenta mucho si chocas con otro coche, pero para mostrarlo voy a realizar algunos cálculos sencillos.

Empecemos con un choque contra un obstáculo fijo. Los coches actuales están dimensionados para que en un choque a 60Km/h (contra un obstáculo deformable) las lesiones de los ocupantes sean aceptables. Como vimos en el post sobre el freno la energía cinética es proporcional a la velocidad al cuadrado. Es decir, en un choque al doble de velocidad no sólo hay que decelerar el doble, sino que el coche ha de ser capaz de disipar cuatro veces más energía.

Ahora cambiemos a un choque frontal entre dos coches iguales circulando a 60Km/h. ¿Cuál es el resultado? Sin pensar alguien puede decir que las velocidades se suman, es como chocar a 120Km/h. Pues no, en realidad la energía que se disipa es exactamente la misma, tenemos el doble de energía cinética (la de cada coche), pero también tenemos el doble de coche (ahora son 2) para disiparla. Obviamente es peor que en el caso anterior, ya que teníamos un coche y un obstáculo deformable para disipar energía, pero es mucho mejor que un choque contra un obstáculo fijo a 120Km/h.

Ahora realicemos un choque frontal entre dos coches de masa diferente ¿Qué ocurre? Lo que ocurre es que la energía cinética de los coches se distribuye de manera desigual. Como de desigual es casi imposible de predecir, pero podemos hace la aproximación de choque inelástico.

Antes de hacer los números permitidme que explique de qué estoy hablando:
Se dice que un choque es elástico cuando la energía se transmite por completo al chocar. Por ejemplo esto es una buena aproximación si hacemos chocar dos bolas de acero. En este tipo de colisiones se conserva la energía cinética de los dos cuerpos (de hecho se transfiere de un cuerpo a otro) y la cantidad de movimiento de los dos cuerpos (la cantidad de movimiento es la masa por la velocidad).

El extremo opuesto es el choque completamente inelástico. Un buen ejemplo es el choque de dos bolas de plastilina. Después del coque las dos bolas quedan unidas (mientras que en el caso anterior las dos bolas salen despedidas en sentido contrario). En este tipo de colisiones se pierde energía cinética, pero se conserva la cantidad de movimiento.

Suponer un choque entre dos coches perfectamente inelástico es conservador, ya que en la realidad los coches rebotan un poco en un choque real. Pero también hay que tener en cuenta que en un choque real es muy improbable que los dos coches estén perfectamente alineados y choquen justo a la misma altura alineada con su centro de gravedad, así que me parece una hipótesis razonable para valorar aproximadamente el efecto de la masa del coche en un accidente.

Con este modelo, si circulamos a una velocidad V₁ y chocamos con un coche que circula en sentido contrario a una velocidad V₂ la velocidad a la que nos moveremos después de nuestro choque sigue la siguiente fórmula:

V = (V₁×m₁/m₂ - V₂)/(m₁/m₂ + 1)

Donde:

m₁ es la masa de nuestro coche.
m₂ es la masa del coche con el que chocamos.

La deceleración que sufrimos será:

V₁-V.

Y la energía cinética que tiene que absorber el coche debido al accidente será:

½×m₁×(V₁-V)²

Para el caso que estoy analizando (choque frontal de 2 coches perfectamente alineados a 60Km/h), el cambio de velocidad se puede representar en una gráfica:

Si choco con un coche igual que el mío, mi coche sólo tiene que disipar su energía cinética.

Si choco con un camión que pesa 40 veces más que mi coche entonces el cambio de velocidad que sufro es de 117Km/h, mientras que el cambio de la velocidad del camión es 3Km/h. Es decir, el efecto es casi el mismo que si el camión está parado y yo circulo a 120Km/h. En términos de energía cinética hay que disipar cuatro veces más energía. Un coche normal no está dimensionado para ese tipo de choque, luego las probabilidades de sobrevivir al accidente son casi nulas. Sin embargo, para el camión el cambio de velocidad es muy pequeño, y como además la posición del conductor es elevada la supervivencia está garantizada.

Veamos lo que ocurre en un choque entre un coche de 1500Kg y otro de 2500Kg:

El coche ligero tiene que decelerarse 75Km/h, en términos de energía cinética ha de disipar un 56% más que la energía cinética inicial del coche.

El coche pesado tiene que decelerarse 45Km/h, en términos de energía cinética ha de disipar un 44% menos que la energía cinética inicial del coche.

Por tanto, hay una transferencia de energía cinética del coche pesado al coche ligero. Y cabe esperar que las lesiones que sufren los pasajeros del coche ligero sean mayores que las que sufren los pasajeros del coche pesado.

Además, mucha gente es consciente de este efecto, y en las carreteras vivimos una especie de carrera armamentística donde cada vez más gente conduce coches muy pesados y grandes. Hace 20 años la probabilidad de chocar con un coche de más de 2000Kg era muy remota, en este momento hay un buen número de coches muy pesados. Os muestro algunos datos:

Coche	Peso en vacío
Cadillac Escalade 6.0 V8	2.779Kg
Toyota Land Cruiser 200 4.5	2.715Kg
Mercedes-Benz G 500 L	2.530Kg
Audi Q7 4.2 TDI	2.495Kg
Lexus LS 600h Largo President	2.475Kg
Jeep Grand Cherokee 5.7 V8	2.457Kg
Land Rover Range Rover 5.0 V8	2.330Kg
Volkswagen Touareg 4.2 V8	2.297Kg
BMW X5 xDrive50i	2.265Kg
Mercedes-Benz R 500 Largo	2.265Kg
Lancia Voyager 2.8	2.242Kg
SsangYong Rodius 270Xdi	2.217Kg
Infiniti FX50	2.195Kg
Volvo XC90 D5	2.192Kg
Nissan Navara 3.0	2.185Kg
Ford Ranger 3.2	2.158Kg
Porsche Cayenne S	2.140Kg

Y la lista de coches con más de 2000Kg sigue y sigue. Ni siquiera hace falta mucho dinero, existen modelos por menos de 30.000euros.

Mi opinión personal es que si un señor quiere circular en un camión debería ajustarse a los límites de velocidad de un camión, es decir 90Km/h, pero dado que es muy poco probable que nuestros políticos y reguladores se comporten racionalmente, no nos queda más remedio que convivir con esta situación.

No creo razonable entrar en esta guerra. Si por ejemplo necesitas un monovolumen de 7 plazas que te permita montar tres sillas de niño en la segunda fila de asientos (mi caso), lo lógico es buscar un coche ligero. En el caso de mi coche el peso en vacío es de 1.750Kg (bajo para el segmento). A esto hay que añadir las sillas para niños, el combustible, los ocupantes y el equipaje. Raro es un viaje con toda la familia en el que la masa total sea inferior a 2.000Kg. Me parece un peso más que suficiente para circular seguro.

Pero si lo que quieres es un coche pesado, de una marca de precio razonable, que no sea ni monovolumen, ni todoterreno, ni pick-up, ni todocaminio, las opciones son escasísimas, y además son coches muy grandes y caros. Por ejemplo si quieres un Citroën tienes que elegir el modelo más caro de la gama, el C6 que se acerca a los 2.000Kg, pero también cuesta casi 50.000euros y tiene un consumo homologado medio muy alto (7,3l/100Km). Pero tampoco recomendaría comprarse un coche muy ligero si lo puedes evitar. De hecho recomendaría  que dentro de los coches que cumplen tus necesidades, y que entran dentro de tu presupuesto, elijas un coche con un consumo bajo y que pese lo suficiente, y al menos 1.300Kg, que es el peso del coche medio. Hay muchos coches de más de 1.300Kg, incluso de más de 1.500Kg que tienen un consumo medio homologado por debajo de 4,5l/100Km.

Si estás dispuesto a gastarte más dinero, y consumir un poco más, por ejemplo hasta un consumo medio homologado de 5l/100Km, puedes optar a coches más pesados. Algunos con un peso superior a los 1.700Kg.

Pagando un poco más de dinero te puedes comprar un híbrido, que siempre pesan más. Por ejemplo el Peugeot 508 RXH Full HYbrid Disel 200 CV. Tiene un consumo homologado medio de 4,1l/100Km, con un peso de 1845Kg. Aunque el coche no es precisamente barato, más de 40.000euros.

Otro ejemplo: el Mercedes-Benz E 300 BlueTEC HYBRID, con un consumo homologado de 4,4l/100Km, y un peso de 1955Kg. Aunque el precio es prohibitivo, más de 50.000euros.

Es casi imposible encontrar un coche muy pesado con bajo consumo que no sea híbrido, y será con toda seguridad muy caro y un turbodiésel. Un ejemplo de este tipo de coche es el BMW 730d: tiene un peso de 1900Kg, y un consumo medio homologado de 5,6l/100Km. O el BMW Gran Turismo 520d: tiene un peso de 1950Kg, y un consumo homologado de 5,3l/100Km Sin embargo, el precio es desorbitado en ambos coches, y sus dimensiones enormes (5metros).

Finalmente, aunque te compres un coche pesado, no sobrevivirás a un choque frontal en carretera si el coche que tienes enfrente también es pesado (salvo que la velocidad de los coches sea baja). Por eso, si un conductor ebrio se te viene encima (especialmente si es un camión) tendrás muchas más posibilidades de sobrevivir si te sales de la vía.

NOTA: Datos obtenidos en Km77.

EL PESO, MALO PARA EL CONSUMO Y BUENO PARA LA SEGURIDAD II

...continuación post anterior.

¿Por qué los coches no son ligeros? Básicamente es un problema tecnológico. Los coches se fabrican igual que hace 50 años, es decir una estructura de chapa de acero soldada. Y si cada vez se añaden más cosas: más potencia, ruedas más grandes, mejores amortiguadores y frenos, mejores insonorizaciones, más airbags, estructura más resistente etc. aunque se utilicen aceros un poco mejores y se diseñe un poco mejor el chasis no hay manera de reducir el peso significativamente.

Para aligerar un chasis no hay que pensar mucho, simplemente hay que fijarse en la industria aeronáutica. El mejor metal para fabricar estructuras metálicas es el aluminio, el acero desapareció hace mucho tiempo de fuselajes y alas de los aviones. También desaparecieron hace muchas décadas las uniones soldadas. Únicamente en estructuras con temperaturas de trabajo elevadas (que no es el caso de la estructura de un coche) las aleaciones estructurales de aluminio no funcionan.
NOTA: como curiosidad para algunas piezas particulares el titanio y el magnesio es una alternativa interesante. También se sigue utilizando el acero en piezas muy cargadas. Pero el óptimo para casi la totalidad de la estructura es el aluminio. No existe ninguna aleación ligera (de uso comercial) alternativa a los tres metales mencionados: aluminio, magnesio y titanio.

Que yo recuerde el primer coche en serie de estructura totalmente en aluminio fue el Audi A8, pero este es un coche demasiado exclusivo. El primer coche popular fue posiblemente en Audi A2 que se empezó a fabricar en 1999 y se dejó de fabricar en 2005. El A2 pesaba relativamente poco 900Kg-1000Kg según modelo, y tenía los consumos más bajos de la época. Seguidamente presento los datos principales del modelo que menos consumía (se comercializó en España hasta principios de 2006):

Principales características:

Velocidad máxima	168km/h
Aceleración 0-100 km/h	14,9s
Consumo urbano	3,6l/100km
Consumo extraurbano	2,7l/100km
Consumo medio	3,0l/100km
Largo / ancho / alto (mm)	3826/1673/1553
Coeficiente Cx / Superficie frontal	0,25 / 2,18m2
Peso	930Kg
Combustible	Gasóleo
Deposito	21litros
Potencia máxima / régimen	61CV - 45KW / 4000rpm
Par máximo/régimen	140Nm / 1800-2400rpm
Número de cilindros	3 - En línea
Material del bloque / culata	Aluminio / Aluminio
Cilindrada (cm3)	1191
Distribución	2 válvulas por cilindro. Un árbol de levas en la culata
Alimentación	Inyección directa
Turbo	Geometría variable. Intercooler
Caja de cambios	Automático, 5 velocidades
Neumáticos	145/80 R14

Este es un coche que incorpora casi todo lo que se espera hoy en día. A destacar:

• Una aerodinámica increíble para un coche tan corto. A parte de cuidar la aerodinámica (tenía algunas pequeñas modificaciones respecto al A2 normal) tenía un truco: ruedas exageradamente estrechas. De hecho, unas ruedas de 145 me parecen peligrosamente estrechas. No he sido capaz de encontrar mediciones de distancia de frenado, pero si he encontrado pruebas en las que se quejan que el coche es inestable y frena poco. Me parece más lógico las ruedas que montaba el coche normal de 175. Pero el A2 normal tenía un Cx de 0,28.
• Un depósito minúsculo para ahorrar peso y reducir el volumen.
• Bloque y culata en aluminio.
• Cambio automático revolucionario que entre otras cosas utiliza el punto muerto al levantar el pie del acelerador. El cambio de marchas tenía sólo 5 marchas, pero la 5ª era larga para un coche de 61CV (50,5Km/h×1000rpm).
  NOTA: el desarrollo en 5ª es un 15% más largo que el desarrollo ideal para conseguir la máxima velocidad máxima. Sin embargo, en un coche con tan poca potencia el efecto es moderado. La velocidad máxima que se podría obtener con este motor es unos 175Km/h, con el desarrollo que se vendía se perdían aproximadamente 7Km/h

• Sistema de parada del motor, muy novedoso en su época.
• Motor de 3 cilindros.

Como se puede ver, la capacidad de aceleración era justa para carretera, y más teniendo en cuenta el precio. Creo que Audi se obsesionó demasiado en hacer un coche con un consumo record. En mi opinión está coche necesita un cambio de 6 marchas y 15CV más para acelerar un poco más. Este aumento de potencia se habrían conseguido con 4 válvulas por cilindro y un rediseño del motor (y el consumo incluso habría mejorado). En estos momentos el motor de WV Polo de 1,2litros alcanza 75CV, y como era de esperar tiene 4 válvulas por cilindro.

En la actualidad el coche asequible que menos consume es el KIA Rio 3p 1.1 CRDi WGT Basic Eco-Dynamics:

Principales características:

Velocidad máxima	160km/h
Aceleración 0-100 km/h	15,5s
Consumo urbano	3,5l/100km1
Consumo extraurbano	3,0l/100km1
Consumo medio	3,2l/100km1
Largo / ancho / alto (mm)	4045/1720/1455
Peso en vacío	1150Kg

NOTA 1: no he sido capaz de confirmar si los consumos del A2 fueron homologados según Euro V. Tal vez se usó la normativa anterior alemana, si ese es el caso, los consumos del A2 y el Rio probablemente no son totalmente comparables.

El motor tiene 4 válvulas por cilindro, por eso con 1,1 litros de cilindrada alcanza 75CV, pero no va más que el A2, y seguro que consume bastante más en autopista ya que no es tan aerodinámico y tiene mucha más rueda (185). Al menos tiene 6 marchas. Me parece más equilibrado que el Audi A2, porque cuesta casi la mitad 6 años después, y sólo consumo un poco más.

Respecto a seguridad el A2 tenía 4 estrellas EuroNCAP, y el Kia Rio tiene 5. Supongo que si ahora Audi fabricara de nuevo el A2 también conseguiría 5 estrellas.

Con el ejemplo mostrado ya se ve uno de los problemas. El mercado no está interesado en un coche de aluminio.  Reduce el consumo, absorbe más energía en caso de impacto, tiene menos problemas de corrosión, pero por encima de todo es más caro. Tal vez el comprador de un Audi A8, un Range Rover o un Porsche esté dispuesto a pagar ese sobrecoste, pero el comprador de un coche económico parece que no está dispuesto, y la prueba es que el A2 se dejó de fabricar, y nadie ha cogido el testigo de coches a precio razonable en aluminio. A fin de cuentas, si el consumo real de un coche pequeño bien hecho es de 4,5l/100Km, y el usuario medio le hace 150.000Km, entonces un ahorro del 15% asumiendo un precio del gasoil por lo alto de 1,65euros/litro sólo supone 4,5×15%×1,65×150.000/100 = 1700€, es decir muy poco para el sobrecoste de un coche de aluminio.

En realidad el aluminio solo se ha impuesto en dos piezas pesadas del coche: en las culatas y en las llantas. Precisamente la llanta es la pieza más sensible al peso, en una rueda de perfil bajo cada kilo de llanta "pesa" casi el doble que cada quilo de masa no giratoria.

Si el precio de la energía ha de subir mucho para que el coche de aluminio sea competitivo; tiene mucho menos sentido dar el siguiente paso, que es el de los materiales compuestos. Contrariamente a lo que la gente suele pensar, aligerar una estructura de aluminio bien diseñada es extraordinariamente caro. Aunque los materiales compuestos con buenas propiedades mecánicas se empezaron a introducir en los 60, han tenido que pasar 50 años para que se fabricara el primer fuselaje de un avión comercial de fibra de carbono (Boeing 787), y os garantizo dos cosas: el ahorro de peso es menor, y el sobrecoste grande. O dicho más claramente, la estructura de un coche convencional se puede aligerar más (proporcionalmente) pasando al aluminio, y mejorando los detalles (aleaciones mejores, eliminando soldaduras, aumentando complejidad de las piezas y las uniones…), que pasando del aluminio al carbono. Y el salto del aluminio al carbono es mucho más caro que el salto del acero al aluminio. No esperéis ver coches de carbono a precios razonables en muchos años, si es que alguna vez tienen un precio competitivo.

Datos obtenidos en Km77.

Continuación…

EL PESO, MALO PARA EL CONSUMO Y BUENO PARA LA SEGURIDAD

De los enemigos presentados para el consumo, a saber:

1. La velocidad.
2. El uso del freno.
3. La potencia del motor.
4. La resistencia de rodadura.
5. los transitorios.
6. Los desarrollos del cambio de marchas.

La masa del coche aparece en cuatro de ellos. El efecto es determinante en la energía cinética y en la resistencia de rodadura, en ambos casos con una dependencia lineal. El efecto es menor en la potencia (en las mismas condiciones a más potencia más pesa el coche) y en los transitorios (a más masa más cuesta acelerar, y normalmente tenemos un motor mayor que costará más de calentar en un arranque en frío).

La masa también interviene al circular por pendientes (se verá más adelante), la dependencia con la masa también es lineal en este caso.

Además, cuando se consigue reducir la masa en una cantidad apreciable entramos en un círculo virtuoso, ya que muchas otras cosas se pueden aligerar. Por ejemplo, supongamos que construimos un chasis de aluminio y ahorramos 200Kg. Entonces podemos montar un motor menos potente, y ahorrar 15Kg más. Luego la caja de cambios y los frenos se puede aligerar, ahorramos 10Kg más. Las ruedas pueden ser más estrechas, ahorramos 5Kg, a la suspensión le podemos quitar 2Kg. El coche que tenemos consume menos, podemos reducir el depósito de combustible en un 10%, quitamos otros 2Kg. Y ahora volvemos a empezar. Con menos motor y menos depósito hay un espacio vacío, le quitamos 2cm al coche, se aligera el chasis 15Kg más etc. Al final lo que empezó con un ahorro de 200Kg se ha transformado en un ahorro de 300Kg.

Es importante señalar que tanto los coches híbridos como los coches eléctricos tienen siempre más peso, afectando negativamente al consumo del coche. Esto limita fuertemente la autonomía de un coche eléctrico, ya que aunque se pudieran montar 500Kg de baterías no es práctico, no solo por el coste de las baterías, sino por el aumento en la masa del coche (que requeriría un motor más grande, unas ruedas más anchas, un chasis más pesado etc.)

Lo curioso es que reducir el peso de un coche es fácil (que no barato). Es perfectamente posible reducir a la mitad el peso del chasis mejorando el diseño y la fabricación; en cambio, mejorar en ese margen el rendimiento del motor, o la resistencia aerodinámica es una misión imposible.

Sin embargo lo que ocurre es justo lo contario, los coches cada vez pesan más y más (aunque hay excepciones). Veamos la evolución de los coches pequeños, os muestro los 6 coches más icónicos que conozco: (fuente Wikipedia):

Coche	Peso en vacío
Ford T (1908)	540Kg1
Citroën 2CV (1948)	560Kg
Fiat 600 (1955)	585Kg
BMC Mini (1959)	640Kg
WV Beatle (1967)	840Kg
Fiat Panda (1980)	680Kg

NOTA 1: el peso del Ford T era poco para la época.

Realizo el mismo ejercicio con la evolución de los coches pequeños fabricados por Citroën en los últimos 35 años (fuente Wikipedia):

Coche	Peso en vacío
Citroën Visa (1978)	870Kg
Citroën AX (1986)	700Kg
Citroën Saxo (1996)	850Kg
Citroën C3 (2002)	1050Kg

Y además el tamaño del coche medio no hace más que crecer. Un ejemplo personal: cuado era pequeño mi padre compró un Chrysler 150 (igual que el Simca 1307) pesaba 1050Kg (largo 4,24m ancho 1,68m), un auténtico lujo para la época, y el primer coche grande que tuvimos. Sin embargo, incluso mis coches de soltero eran más grandes que el Chrysler. Además, ahora nosotros con el mismo número de hijos tenemos un Ford S-max de 1750Kg (largo 4,77m ancho 1,88m).

Finalmente para ilustrar el aumento de tamaño de los coches (y también de peso) con los años os muestro uno de los coches más vendido en Europa en los últimos 40 años, el Volkswagen Golf:

Generación	Año fabricación	Longitud	Ancho	Peso en vacío
Volkswagen Golf Mk1	1974–1984	3.705mm	1.610mm	790Kg − 970Kg
Volkswagen Golf Mk2	1983-1992	3.985mm	1.665mm	910Kg − 1.245Kg
Volkswagen Golf Mk3	1991-1999	4.074mm	1.694mm	1.160Kg − 1.455Kg
Volkswagen Golf Mk4	1999–2006	4.148mm	1.735mm	1286Kg (sólo el TD 1.8)
Volkswagen Golf Mk5	2003-2009	4.204mm	1.759mm	1.323Kg − 1.617Kg
Volkswagen Golf Mk6	2010–2012	4.199mm	1.779mm	1299Kg (sólo el TD 2.0)

Los números hablan por si solos. Solamente en el último modelo se revierte la tendencia débilmente. En todos los demás modelos el coche ha crecido en peso y tamaño.

Continuación…

EL DESARROLLO INADECUADO, EL ENEMIGO NÚMERO SEIS DEL CONSUMO IV

...Continuación de la serie el desarrollo inadecuado.

¿Por qué a baja velocidad hay que llevar el coche “muerto” y a alta velocidad mucho más revolucionado?

La contestación a esta pregunta es bastante intuitiva, pero para evitar que nadie se despiste me voy a extender un poco. Básicamente se debe a dos causas: la potencia necesaria para circular aumenta significativamente con la velocidad y la potencia necesaria para acelerar aumenta linealmente con la velocidad.

La potencia necesaria para circular a velocidad constante tiene tres términos:

• La resistencia aerodinámica (explicado es este post), proporcional a la velocidad al cubo, es decir V³.


• La resistencia de rodadura (explicado es este post) casi proporcional a la velocidad.


• La resistencia debida a subir una pendiente que trataré más adelante, que es proporcional a la velocidad.

Además podemos añadir un cuarto término debido al consumo de los elementos auxiliares (básicamente aire acondicionado y alternador), pero este término es bastante independiente de la velocidad.

Ejemplo para mi coche, circulando en llano con el aire acondicionado conectado:

Velocidad	Potencia auxiliar	Potencia rodadura	Potencia aerodinámica	Potencia total
20Km/h	2KW	0,8KW	0,1KW	3KW
120Km/h	2KW	6,2KW	19KW	27KW

NOTA: en realidad no se exactamente lo que consume el climatizador, el alternador y la dirección asistida de mi coche. Pero 2KW parece un valor conservador si está conectado el aire acondicionado.

Es decir, incluso con el aire acondicionado conectado se requiere casi 10 veces más potencia para circular a 120Km/h que a 20Km/h. Esto explica por que el coche con el motor totalmente “muerto” puede impulsar el coche a velocidades muy bajas.

Alguien podría decir que esto no es correcto, por que es muy raro circular a 20Km/h, lo normal cuando se va muy despacio es que estemos acelerando, y para eso hace falta más potencia. Esta confusión se debe a igualar fuerza con potencia.

Es cierto que para acelerar un coche hay que ejercer la misma fuerza independientemente de la velocidad:

F = m’×a:

Donde:

F es la fuerza
a es la aceleración
m’ es la masa teniendo en cuenta masas rotatorias. Se explica en este post.

Fijarse en la fuerza está bien si te mueves en un avión con motor a reacción. Los motores a reacción tienen un empuje más o menos constante en un rango de velocidades relativamente amplio. Si embargo, en un coche con un motor de combustión alternativa y un cambio de marchas, es mejor fijarse en la potencia. Y la potencia es la fuerza por la velocidad. Por eso a 120Km/h se requiere seis veces más potencia que a 20Km/h para una misma aceleración. Esto explica por que en primera o segunda marcha el coche acelera lo suficiente aunque el motor esté “muerto”, y en la marcha más larga con el motor poco revolucionado un adelantamiento en carretera requiere una eternidad de tiempo.

Otra forma de ver lo que os comento es con los consumos a muy baja velocidad:

Marcha	Velocidad	Régimen motor	Consumo
1ª	9Km/h	1050rpm	9,4l/100Km
2ª	15Km/h	980rpm	5,4l/100Km
2ª	20Km/h	1310rpm	5,2l/100Km
2ª	25Km/h	1630rpm	4,4l/100Km
3ª	30Km/h	1250rpm	4,0l/100Km

NOTA: consumos medidos con el ordenador del coche. En las mismas condiciones y limitaciones que explicaba en el primer post de esta serie.

Si nos quedamos sólo en la superficie, nos quedamos con la idea de que un coche sólo con motor térmico tiene un rendimiento penoso por debajo de 15Km/h, y que si quieres consumir poco necesitas un coche híbrido o eléctrico.

Pero a mi me gusta darle otra vuelta de tuerca. En realidad mi coche parado consume un día de verano al sol aproximadamente 0,8l/h (sólo hay que ver lo que marca el ordenador de abordo). De este consumo aproximadamente 0,3l/h son debidos al aire acondicionado, y 0,5l/h al consumo necesario para mantener el motor al relentí. Lo interesante es que el coche es capaz de moverse a baja velocidad casi sin consumir una gota más de combustible. Para ello voy a comparar esta burda aproximación con el consumo real:

NOTA: el consumo al relentí no es más que el cálculo de cuantas horas se tarda en recorrer 100Km y multiplicar por 0,8l/h, es decir 0,8×100/V.

Esta gráfica es muy visual:

• En primera y segunda marcha si nos movemos muy cerca del regime del relentí (aproximadamente 800rpm en mi coche) el coche casi no consume una gota de combustible para moverse. Es decir, da lo mismo estar parado en un semáforo, que circular a 15Km/h, el gasoil que consumo es el necesario para estar fresco y escuchar la radio. (A 9Km/h se consumo un 6% más y a 15Km/h se consume un 1% más).


• En primera y segunda marcha si nos alejamos del régimen del relentí el consumo aumenta debido a que aumenta el rozamiento del motor, estamos bombeando aire para nada. Es exactamente lo mismo que si en punto muerto aceleras el motor, el consumo aumenta (A 20Km/h se consume un 30% más y a 25Km/h se consume un 37% más).


• En tercera ya se requiere potencia para mover el coche. Por ejemplo a 30Km/h la suma de la resistencia aerodinámica y de rodadura aumenta un 66% respecto a 20Km/h, vencer esa resistencia ya no puede salir gratis. Por eso se consume un 48% más que al relentí.

Conclusión final:

• Si te mueves por debajo de 30Km/h (1ª y 2ª marchas): no solo puedes llevar el motor “muerto”, sino que es recomendable desde el punto de vista del consumo. Y lo mejor es que circular sale “gratis” y si pisas el acelerador el coche tiene capacidad de acelerar.


• Si te mueves por encima de 30Km/h hay que ir poco a poco revolucionando más y más el motor (según aumenta la velocidad), tanto para vencer la resistencia al avance, como para disponer de algo de potencia de reserva que nos permita acelerar.

Por eso cuando conduzco mi coche (en llano) y necesito acelerar, engrano 1ª y 2ª a 1000rpm, y no engrano 6ª a menos de 1550rpm.

¿A QUÉ VELOCIDAD DEBO CIRCULAR POR AUTOPISTA?

En las vías de al menos dos carriles en cada sentido tenemos la libertad de elegir la velocidad de circulación en un rango bastante amplio de velocidades. Como ya vimos en el post de la velocidad y confirmamos en el post sobre los desarrollos, la velocidad del mínimo consumo es muy baja. Sin embargo no tiene sentido circular en autopista o autovía a 70Km/h, aunque se reduzca el consumo, ya que los tiempos de viaje se eternizan.
NOTA: normalmente tampoco tiene sentido circular por debajo de 90Km/h desde un punto de vista de la seguridad, ya que los vehículos pesados nos adelantarán. Además, tenemos que tener en cuenta el trastorno que causamos al resto del tráfico.

Tampoco tiene mucho sentido circular a 180Km/h, y no sólo porque es ilegal y peligroso, también porque hay que tener bastante dinero para que te compense. Aunque obviamente siempre hay algún conductor que está dispuesto a pagar lo que haga falta por ir rápido. Pero para la mayoría de nosotros existirá una velocidad intermedia que será la mejor para nuestras condiciones de contorno.

La velocidad a la que circulas depende de una serie de factores difíciles de cuantificar:

• La carretera (tanto estado del firme como las curvas).
• El tráfico.
• Los límites legales, y las consecuencias si sobrepasas esos límites.
• Las condiciones meteorológicas (viento, lluvia, luz…)
• El estado del conductor. (Cansado, despejado, de tertulia con el copiloto…)
• El coche en el que circulas.
• El ruido y las vibraciones.
• ...

Y de cualquier otro factor que se os ocurra, siendo para mí la seguridad el principal límite a la velocidad que circulo. Por ejemplo en mi caso en España mi velocidad de crucero es el límite de multa. Excepcionalmente puedo ir algo más rápido, por ejemplo en viajes de empresa por Alemania, en los que el combustible lo paga la empresa, circulo a 140Km/h de crucero. Legalmente podría circular mucho más rápido, pero no me compensa, apenas ahorro tiempo y es más incómodo; y sobretodo más inseguro, especialmente con un coche pequeño de alquiler.

Lo que os voy a explicar es como valorar económicamente si te compensa ir más rápido o más despacio. Luego que cada uno tenga además en cuenta los otros criterios mencionados para tomar una decisión.

Paso 1:
Datos de partida:

• Velocidad a la que circulo en estos momentos. Por ejemplo 120Km/h.


• Cuanto estoy dispuesto a pagar por ahorrarme una hora de coche, y cuanto estoy dispuesto a ahorrarme por tardar una hora más. Por ejemplo 10€/h


• Cuánto cuesta 1 litro de combustible. Por ejemplo 1,38 euros.


• Cuanto consume mi coche a cada velocidad. Por ejemplo para mi coche estimo los siguientes consumos (velocidad real, medida con GPS)

Km/h	l/100Km
80	4,0
90	4,6
100	5
110	5,5
120	6,1
130	6,8
140	7,7

NOTA 1: estos consumos son más o menos los que obtengo circulando por carreteras españolas, con su tráfico y sus pendientes. Es un valor medio válido para condiciones benignas veraniegas. Varía con la época del año, la carretera, el tráfico, el viento etc.

NOTA 2: no tiene sentido circular a menos de 80Km/h, porque aunque proporcionalmente se puede ahorrar mucho combustible (por ejemplo aproximadamente un 15%), en absoluto no es mucho (del entorno de 0,5l/100Km), y en cambio la duración del viaje se eternizan.

Paso 2: En la práctica cuando se circula muy rápido tenemos dos problemas:

• La velocidad media es menor que la velocidad de crucero por los siguientes efectos:
• Las curvas. (Obviamente sólo en autopistas con curvas cerradas).
• Las pendientes. (Obviamente sólo en autopistas con pendientes elevadas).
• El tráfico.
• Tramos limitados a menor velocidad.


• El tiempo de repostar empieza a notarse, ya que el depósito se acaba rápido.

El efecto de repostar es significativo con un depósito pequeño y el consumo muy elevado (velocidades muy altas). Por ejemplo con un depósito de 35litros, y un consumo de 10 litros, cada 3 horas hay que parar a repostar. Si tardas de media 7 minutos en repostar resulta que el 4% del tiempo lo pierdes para llenar el depósito. Para el caso de mi coche circulando hasta 140Km/h este efecto lo voy a despreciar.

Sí que voy a tener en cuenta la pérdida de velocidad media:

Km/h crucero	Km/h reales
80	81
90	90
100	100
110	110
120	119
130	128
140	137

NOTA: cuando se circula despacio el coche se acelera en una cuesta abajo incluso sin pisar el acelerador. Cuando bajo algunas cuestas es normal que "lance" el coche por ejemplo a 120Km/h para reducir el consumo. Esto hace que aunque haya algo de tráfico y tramos limitados a 100Km/h a velocidades bajas (por ejemplo 110Km/h) consiga de media la velocidad de crucero. En el caso hipotético de 80Km/h he considerado que se gana 1Km/h.

Paso 3
Calcular el coste de ir más rápido y la ganancia de ir más despacio. Os lo muestro en una tabla con todos los pasos para que no haya confusión en los cálculos:

Velocidad crucero (Km/h)	Consumo (l/100Km)	rend.	Velocidad real (Km/h)	Tiempo Recorrer 100Km (h)	Diferencia de tiempo (h)	Diferencia consumo (l/100Km)	Diferencia consumo (euros/100Km)	Perdida/ ganancia (euros/hora)
80	4	31%	81	1,23	0,39	-2,1	-2,90	7,4
90	4,6	32%	90	1,11	0,27	-1,5	-2,07	7,6
100	5	33%	100	1,00	0,16	-1,1	-1,52	9,5
103	5,15	33%	103	0,97	0,13	-0,95	-1,31	10,0
110	5,5	35%	110	0,91	0,07	-0,6	-0,83	12,0
120	6,1	36%	119	0,84	0,00	0	0,00	N/A
130	6,8	36%	128	0,78	-0,06	0,7	0,97	16,3
140	7,7	36%	137	0,73	-0,11	1,6	2,21	20,0

NOTA: he calculado el rendimiento global del conjunto motor transmisión para chequear que los consumos supuestos son razonables. El rendimiento que muestro es la relación entre la energía del combustible y la resistencia circulando en llano.

El ahorro/coste de cambiar la velocidad se puede representar en una gráfica:

En rojo se representa cuanto hay que pagar en combustible para llegar una hora antes, en verde se representa cuanto nos ahorramos en combustible por tardar una hora más.

Veamos qué conclusiones se pueden sacar:

Los extremos no funcionan. Cuando se circula muy despacio los tiempos para hacer un viaje se eternizan. Por ejemplo a 80Km/h el consumo es muy bajo, y la velocidad media incluso es superior a la velocidad de crucero, pero el ahorro por hora de retraso es ligeramente peor que circulando a 90Km/h.

Lo mismo ocurre si se circula muy rápido. Por ejemplo si circulo a tope: en el caso de mi coche puede ser 170Km/h (hay que dejar un margen para poder acelerar, subir pendientes y cuidar mínimamente el motor). A esa velocidad (nunca lo he probado) cabe esperar que el rendimiento del motor empeore un poco, ya que el régimen es elevado (3260rpm) y se usa con más frecuencia el freno. Un consumo razonable pueden ser 12l/100Km, además la velocidad media se alejará de la velocidad de crucero (por ejemplo 160Km/h). Con estos supuestos cada hora que se ahorra respecto a circular a 120Km/h cuesta casi 40 euros de combustible. Incluso circulando en Alemania, en un tramo sin límite de velocidad, hay que tener bastante dinero para que te compense ir tan rápido con mi coche.

Para unas velocidades intermedias (por ejemplo entre 100 y 110Km/h) es donde se pueden conseguir ahorros más interesantes. Por ejemplo en el supuesto planteado me interesa circular a 103Km/h, ya que a menor velocidad el ahorro es menor del deseado. Ya tenemos la nueva velocidad óptima. Si por ejemplo circulo al año 15.000km por autopista, el ahorro obtenido es de unos 200 euros, es decir dos depósitos, y a cambio tendría que estar unas 20 horas más en el coche.

Si en cambio en los datos de partida hubiera estado dispuesto a pagar 20 euros por llegar una hora antes entonces la nueva velocidad óptima sería 140Km/h.

Paso 4
Lo normal es que sólo tengas controlado el consumo de tu coche a la velocidad que sueles circular. Si ese es tu caso el consumo a la velocidad óptima será supuesto.

El último paso es calcular el consumo real circulando a la supuesta velocidad óptima. Si el consumo se aleja del consumo previsto, hay que volver a hacer números. Tal vez te compense circular 5Km/h por encima o por debajo.

ATENCIÓN: una diferencia de 0,2l/100Km cambia los números. Es importante realizar este último paso.

La gráfica que os he mostrado varía enormemente con la velocidad de referencia. Por ejemplo si la velocidad de referencia es 90Km/h esta es la curva que se obtiene:

Esto tiene sentido, porque a 90Km/h se tarda mucho en llegar. Por ejemplo si circulas a 100Km/h sólo hay que pagar una cantidad modesta (5 euros) para llegar una hora antes.

Finalmente la curva también varía mucho con el coche y con el precio del combustible. Cada uno tiene que hacer sus números.