¿Por qué los vehículos usan combustible y cómo se puede mejorar la economía de combustible?

Los vehículos usan combustible porque la energía del combustible se destina a estos usos:

• Resistencia del aire. Debido a que los vehículos no se mueven en el vacío, el aire tiene una fuerza de resistencia y debido a que la fuerza multiplicada por la distancia es energía, esto usa energía.
• Resistencia a la rodadura. Aunque los neumáticos eliminan la fricción, hay poca resistencia a la rodadura que convierte la energía cinética en calor cuando se mueve.
• Aceleración. Poner una masa al día requiere energía. Al frenar, en teoría, esta energía podría almacenarse en algún lugar, pero en la práctica esto es raro y cuando se hace (por ejemplo, en vehículos híbridos), la eficiencia es baja.
• Resistencia cuesta arriba. Al moverse cuesta arriba, el automóvil tiene que vencer la gravedad. Claro, al retroceder cuesta abajo, la energía almacenada en el campo gravitatorio se libera, pero luego generalmente se pierde al frenar.
• Pérdidas del motor. Los motores pierden energía en el sistema de refrigeración y en el sistema de escape.
• Pérdidas de accesorios. Tiene cargas eléctricas en el automóvil, como luces. Además, la dirección asistida, la refrigeración del motor mediante la bomba de agua y el aire acondicionado consumen energía.

La única forma de mejorar la economía de combustible de los vehículos es reducir la cantidad de energía desperdiciada que se destina a uno de estos usos. Si alguien dice tener una solución para mejorar la economía de combustible pero no dice a qué categoría pertenece, es casi seguro que no es una solución genuina.

Existen al menos estas tecnologías que mejoran la eficiencia de combustible del vehículo:

• Reducción de masa. Menor masa significa menor resistencia cuesta arriba y menor resistencia a la aceleración.
• Reducción del área frontal haciendo que el automóvil, por ejemplo, sea más bajo. Esto reduce la resistencia del aire.
• Mejor aerodinámica. Tener una cierta forma para el cuerpo reduce la resistencia del aire para un área frontal constante. Probablemente el mejor cuerpo práctico es el cuerpo Kammback.
• Presiones de neumáticos más altas. Tener más presión significa menor resistencia a la rodadura.
• Neumáticos radiales que se utilizan en todos los vehículos hoy en día en lugar de los antiguos neumáticos diagonales.
• Reducción de motor. Esto se usa a menudo junto con tecnologías que extraen más potencia de los motores pequeños al mejorar el par o las RPM de la línea roja para que la aceleración no sufra.
• Turboalimentación. La turboalimentación recupera parte de la energía del escape para comprimir más aire al motor.
• Intercooling. Esto evita problemas de golpeteo del motor en la turboalimentación.
• De recirculación de gases de escape. Esto reduce las pérdidas por estrangulamiento y el rechazo de calor debido a las temperaturas más bajas.
• Mayores relaciones de compresión. Según la termodinámica básica, la relación de compresión indica cuál es la máxima eficiencia teórica de un motor. Desafortunadamente, las altas relaciones de compresión pueden causar golpes.
• Encendido por compresión, es decir, motores diesel. Esto permite usar relaciones de compresión muy altas y mezcla pobre y elimina por completo las pérdidas por estrangulamiento.
• Accesorios eléctricos como dirección asistida, aire acondicionado y bomba de agua eléctrica. Cuando los accesorios se alimentan eléctricamente, no necesitan girar a una velocidad proporcional a la velocidad del motor y, por lo tanto, se mejora la eficiencia.
• Inyección electrónica de combustible. Al permitir con precisión el control de la relación aire/combustible, se mejora la economía de combustible. La inyección electrónica de combustible también permite apagar el combustible del freno motor.
• Quemadura pobre. Cuando se utiliza la relación aire/combustible estequiométrica, siempre hay una pequeña cantidad de combustible sin quemar. La mezcla pobre elimina este combustible no quemado casi por completo.
• Ciclo Atkinson emulado. En un motor de ciclo Otto convencional, durante el final de la carrera de expansión, la presión en el cilindro es mayor que la presión del aire, y por lo tanto, cuando se abre la válvula de escape, se pierde inmediatamente algo de energía útil. El ciclo Atkinson emulado utiliza sincronización de válvulas que empuja hacia atrás parte de la mezcla de aire y combustible hacia el colector de admisión al comienzo de la carrera de compresión. Entonces, la relación de compresión es menor que la relación de expansión y, por lo tanto, la presión del cilindro es similar a la presión del aire al abrir la válvula de escape.
• Sincronización variable de válvulas. Esto permite que el motor se optimice para todas las RPM en lugar de solo ciertas RPM.
• Inyección directa. Esta tecnología permite la quema ultra pobre.
• Inyección common rail en motores diésel. La mayor presión permite una mejor atomización del combustible.
• Desactivación de cilindros. Desactivar los cilindros significa que hay menos cilindros aspirando aire a través del colector de admisión, lo que reduce las pérdidas por bombeo.
• Cigüeñal compensado. Las fuerzas son máximas durante la carrera de expansión y si el cigüeñal no está desplazado, existen fuerzas laterales. Un cigüeñal desplazado elimina estas fuerzas laterales y, por lo tanto, reduce la fricción.
• Lubricantes de menor viscosidad. La viscosidad de los lubricantes significa que el lubricante no fluye libremente y, por lo tanto, requiere energía para fluir. Tener motores que funcionan con lubricantes de menor viscosidad significa que estas pérdidas de flujo de lubricante se reducen.
• Mayor número de relaciones de transmisión. Esto significa que el motor funciona más a menudo a las RPM óptimas y, por lo tanto, se mejora la eficiencia del combustible. Esta tecnología se puede llevar al extremo con una transmisión continuamente variable (CVT).
• Sistema de arranque/parada. Este sistema detiene el motor cuando está parado, eliminando las pérdidas por ralentí.
• Frenado regenerativo. Este tipo de sistema utiliza un generador que almacena energía en una batería como freno. Esto se hace mejor en un automóvil híbrido, pero también los vehículos no híbridos pueden tener algo de frenado regenerativo si el voltaje del sistema de carga se mantiene bajo durante la conducción y aumenta repentinamente cuando se frena con el motor.
• Convertidor de par de bloqueo. Los convertidores de par tienen algo de deslizamiento y, por lo tanto, pierden energía en forma de calor. Al bloquear mecánicamente el convertidor de par a altas velocidades, se elimina la pérdida de energía. Esto mejora la eficiencia de los coches de transmisión automática.
• Tecnología híbrida. Esta tecnología utiliza la electricidad como otra fuente de energía. El resultado es que la eficiencia del motor se puede mejorar reduciendo el tamaño del motor o utilizando el ciclo Atkinson sin reducir la aceleración.
• Elevación variable de válvulas. Esto reduce las pérdidas de bombeo mediante el uso de elevación de válvula en lugar del cuerpo del acelerador para controlar la entrada de aire al motor.
• Tecnología multiválvula. Al tener más de dos válvulas por cilindro, se puede mejorar el área combinada de todas las válvulas. Esto casi siempre se implementa mediante un doble árbol de levas en cabeza.

La mayoría de las técnicas no se pueden aplicar fácilmente a los automóviles existentes y, por lo tanto, la mejor manera de mejorar la economía de combustible además de conducir económicamente es tenerlo en cuenta al comprar el próximo vehículo. Si una solución para mejorar la economía de combustible no está en esta lista, es probable que la solución realmente no mejore la economía de combustible (aunque puede ser que me olvidé de algo importante de la lista).