¿110 o 90? ¿Por qué aumenta el consumo de combustible al aumentar la velocidad?

Dado que la resistencia del aire aumenta con el cuadrado de la velocidad, circular a 110 resulta mucho más costoso que circular a 90; el verdadero enemigo del combustible es la velocidad misma.
Dado que la resistencia del aire aumenta con el cuadrado de la velocidad, circular a 110 resulta mucho más costoso que circular a 90; el verdadero enemigo del combustible es la velocidad misma.

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La mayoría de los automóviles de gasolina alcanzan su mejor rendimiento de combustible aproximadamente a 90 km/h por debajo de esta velocidad la ineficiencia del motor y la transmisión, y por encima la resistencia aerodinámica que aumenta de forma cuadrática elevan el consumo. Es decir, a medida que la velocidad aumenta, el consumo de combustible no crece de forma lineal, sino que se dispara a lo largo de una curva muy pronunciada. La pregunta correcta no es si 110 o 90, sino dónde se establece ese equilibrio en su vehículo.

Lo más destacado

  • La resistencia del aire aumenta con el cuadrado de la velocidad, y la potencia necesaria para vencerla con el cubo de la velocidad
  • Los automóviles de gasolina de gama media alcanzan su mejor rendimiento 55 mph (≈88 km/h) aproximadamente
  • a 65 mph una pérdida de, a 80 mph de ~%28 de rendimiento
  • A 100 km/h, aproximadamente el %80 de la resistencia total es aerodinámica
  • Una conducción económica moderada proporciona un ahorro de combustible medio de ~%15 ahorra combustible

¿Por qué la relación entre velocidad y consumo no es lineal?

Hızı ikiye katladığınızda hava direnci iki kat değil dört kat artar; yakıt faturası da bu karesel sırrı asla affetmez.

Hay dos resistencias principales que impulsan un automóvil hacia adelante: la resistencia a la rodadura y la resistencia del aire. La resistencia a la rodadura surge de la deformación continua entre el neumático y la superficie de la carretera, y es aproximadamente constante con respecto a la velocidad. La resistencia del aire tiene un carácter completamente distinto: aumenta con el cuadrado de la velocidad. Si la velocidad se duplica, la resistencia no se duplica, sino que se cuadruplica.

Este aumento cuadrático es solo la mitad de la historia. La potencia necesaria para vencer la resistencia es el producto de la fuerza de resistencia por la velocidad; es decir, es proporcional al cubo de la velocidad. Aumentar la velocidad un 25% puede casi duplicar la demanda enviada a la bomba de combustible. Que el motor produzca más potencia significa quemar más combustible por minuto; esa es la base matemática del pronunciado ascenso de la curva de consumo.

Concretemos con números. Según investigaciones, en un automóvil que circula a 90 km/h la fuerza de resistencia aerodinámica es más del doble de la resistencia a la rodadura. Aproximadamente a 100 km/h, el 80% de la resistencia total de un automóvil mediano ya proviene del aire. Entre el 30% y el 50% de la energía del combustible se pierde únicamente en pérdidas aerodinámicas. Mientras que en el ciclo urbano la aerodinámica representa ~%20 del consumo, en el ciclo de autopista sube a ~%50; la paradoja es que reducir la velocidad en la autopista ahorra mucho más que en la ciudad. Una reducción del 10% en la resistencia mejora la economía en autopista ~%5, pero la economía urbana solo ~%2.

¿110 o 90? ¿Cuál es el punto de equilibrio de la velocidad eficiente?

La pugna entre dos fuerzas crea un punto máximo en la curva velocidad-rendimiento. A velocidades muy bajas el problema no es aerodinámico, sino la ineficiencia mecánica: como se permanece en una marcha corta, se giran más revoluciones por kilómetro, y la carga de los accesorios y las fricciones internas pesan proporcionalmente más. A altas velocidades, la resistencia del aire cuadrática lo aplasta todo. La velocidad de crucero eficiente es la franja donde estas dos pérdidas se cruzan.

Según la hoja de datos del Departamento de Energía de EE. UU., los automóviles de gasolina de gama media alcanzan su mejor rendimiento a 55 mph (≈88 km/h) alcanza en su región; en los diésel, en cambio, la eficiencia empieza a caer gradualmente a partir de 65 mph. Al llegar a 65 mph se pierde ~8% de eficiencia, y al llegar a 80 mph, ~28%. Comparado con un vehículo que mantiene la misma velocidad, un vehículo que circula a 65 mph en lugar de 55 consume hasta un 15% más de combustible. La diferencia entre 90 km/h y 110 km/h cae justo sobre esa pendiente pronunciada: el motor que gira a 110 no solo es más rápido, sino que con la demanda de potencia creciente por el arrastre aerodinámico gasta notablemente más energía en cada hora.

Un vehículo moderno, con carga ligera y a una velocidad crucero de 100 km/h, si navega en la marcha más alta en la banda de 1300-1800 rpm está físicamente en la zona eficiente. El problema no es que las revoluciones se mantengan iguales al pasar de 90 a 110; es que, a las mismas revoluciones, se inyecta más combustible en cada encendido de cilindro para vencer la resistencia que crece con el cuadrado de la velocidad.

¿Por qué la velocidad más eficiente no es la misma en todos los vehículos?

El único factor que determina la velocidad de crucero eficiente no es la lucha contra el aire. El carácter del vehículo - las relaciones de la transmisión, la relación del diferencial y el mapa de eficiencia del motor - desplaza este punto. Por eso, reglas generales como "la velocidad ideal para todos es 90" no se ajustan del todo a los datos.

Número de marchas y amplitud de relaciones

El trabajo de la transmisión es mantener el motor en su zona de funcionamiento eficiente el mayor tiempo posible. A medida que aumenta el número de marchas y se amplía la amplitud de las relaciones, el motor navega a bajas revoluciones incluso a altas velocidades, dentro del mapa eficiente. Un automático de siete u ocho marchas puede circular a 110 km/h con menos revoluciones de las que un vehículo de seis marchas gira en su marcha más alta. Las transmisiones CVT, en lugar de cambiar de marcha, ofrecen una ventaja similar encontrando continuamente la relación óptima para la potencia solicitada del motor. En una marcha con relación 1:1, también se obtiene la mejor eficiencia cuando se permanece dentro de la banda de par del motor - es decir, la eficiencia no es solo cuestión de bajas revoluciones, sino de la relación entre las revoluciones, la velocidad y la banda de par.

Carácter del motor y mapa de eficiencia

Cada motor tiene su propio mapa de BSFC - consumo específico de combustible en freno -; un mapa de contornos que muestra en qué combinación de revoluciones y carga el motor realiza más trabajo con menos combustible. Un aumento de velocidad puede llevar el motor a una zona más eficiente de ese mapa, pero también a una menos eficiente. Por eso, la suposición de "eficiencia constante del motor" generalmente no es válida. Los diésel, gracias a su carácter de generar alto par a bajas revoluciones, trazan un perfil diferente al de los de gasolina en las curvas de eficiencia-velocidad: su caída empieza antes, pero es más suave. Las recomendaciones de cambio de marcha también difieren por la misma razón - en diésel es razonable subir aproximadamente a 1500-2000 rpm, y en gasolina a la banda de 2000-2500 rpm .

Superficie frontal: cada detalle, del parabrisas a la carrocería

Incluso la misma mejora aerodinámica da resultados muy diferentes de un vehículo a otro. En un vehículo con un coeficiente de arrastre alto (por ejemplo, bajar de 0,50 a 0,40) la ganancia porcentual es mayor que la mejora similar de un vehículo que ya tiene una carrocería esbelta (de 0,25 a 0,20). La misma mejora puede aportar un ahorro del 5% a 80 mph, que baja al 3% a 60 mph y al 1% a 50 mph. La velocidad óptima de un vehículo pesado, de carrocería cúbica y con relación de cambio corta no puede ser la misma que la de un sedán bajo y con relación larga.

¿Cómo encuentra la velocidad de crucero eficiente de su propio vehículo?

No importan los datos de fábrica, sino el carácter real de su vehículo. No necesita un laboratorio para descubrirlo; bastan unos pocos depósitos llenos y una observación sistemática.

  • Vea a qué velocidad circula cómodamente en la marcha más alta: En la transmisión automática, observe el indicador naranja (la posición de la marcha) a velocidad constante; en la manual, encuentre la velocidad constante más baja a la que puede meter la marcha más alta. Si el motor 1500–2000 rpm circula sin inquietud en esa banda, está en la zona correcta.
  • Mida el consumo medio por tramo de velocidad: En una ruta sin tráfico, llana y sin viento, haga crucero con el control de velocidad a 90, 100 y 110 km/h sucesivamente; conduzca al menos 20-30 minutos en cada tramo y anote el promedio de la computadora.
  • Incluya el tiempo en el cálculo: Subir de 90 a 110 puede aumentar el consumo un 20-30%, pero apenas reduce su tiempo de llegada. Calcule el coste por hora de la pérdida de autonomía.
  • No intente bajar demasiado las revoluciones: Si las revoluciones son anormalmente bajas, el motor vibra, tiene que acelerar más y pierde lo que ganó. "Cuanto más bajas las revoluciones, menos consumo" no es cierto.

Técnicas de conducción que reducen el consumo en carretera

Circular a la velocidad óptima es solo la mitad del trabajo; el perfil de velocidad es al menos tan determinante como la velocidad. En la autopista, las fluctuaciones constantes de velocidad y las aceleraciones bruscas pueden aumentar el uso de combustible hasta un 30% El control de crucero es la forma más barata de eliminar esta fluctuación en rutas llanas. Además, circular en carretera solo 5 mph por debajo del promedio también genera un ahorro perceptible.

Los neumáticos son una variable silenciosa pero efectiva. Una presión 50 kPa más baja de la recomendada provoca una pérdida de eficiencia de ~6% en ciudad y ~4% en autopista; por otro lado, aunque inflar en exceso también reduce algo el consumo, alarga la distancia de frenado y acorta la vida del neumático - la recomendación equilibrada es usar el valor del fabricante. Los neumáticos de baja resistencia a la rodadura pueden reducir el consumo un 2,5% a 50 km/h y un 6% a 90 km/h; esta diferencia crece al aumentar la velocidad, porque aunque la proporción de la resistencia a la rodadura en el total disminuye, la energía absoluta ganada a cada presión aumenta. Retire también la baca y las cajas sin usar: la carga sobre el techo aumenta directamente el área de arrastre.

En cuanto a la técnica del pedal del acelerador: pisar el pedal de forma lineal hasta aproximadamente dos tercios en lugar de a fondo, y no alargar innecesariamente la aceleración, da el mejor resultado. Leer el camino y acercarse levantando el pie con antelación en lugar de frenar también le permite gestionar la velocidad sin gastar la misma energía. En promedio, una conducción económica disciplinada mantiene un ahorro de ~15%; con una buena práctica, esta cifra puede subir mucho más.

¿Por qué no coinciden el valor del catálogo y el valor de la bomba?

Los valores de consumo oficiales pasaron de NEDC a WLTP; la velocidad media de prueba del WLTP subió de 33,6 km/h a 46,5 km/h, es decir, el ciclo se volvió un 38% más dinámico. Esto es una mejora realista, pero no cierra la diferencia. Los análisis prevén que incluso después del WLTP siga existiendo una desviación de ~10-15% entre los valores oficiales y los del mundo real. En la época del NEDC, esta diferencia alcanzaba niveles asombrosos, del 39%; en gasolina un 37% y en diésel un 38%. Los vehículos híbridos son el grupo que más se beneficia de esta optimización; mientras la frenada regenerativa recupera las pérdidas del tráfico urbano, en los ciclos de alta velocidad la parte de la aerodinámica en las pérdidas puede llegar hasta el 44%.

La conclusión práctica es esta: el valor del catálogo no representa ese perfil de autopista en el que usted circula a 110 km/h con el techo cargado, el aire acondicionado encendido y luchando contra el viento. Determine su consumo en carretera larga con su propia medición, no con el test sistemático anterior.

Conclusión: haga las cuentas según el equilibrio, no según la velocidad

La pregunta de si 110 o 90 no tiene una respuesta universal; tiene una respuesta que varía según el vehículo. La física común es esta: la banda de crucero eficiente cae en la zona de 88-100 km/h en la mayoría de los vehículos de gasolina, en los diésel comienza un descenso suave desde más abajo, y el punto óptimo exacto de cada vehículo lo determinan las relaciones de cambio y el mapa del motor. Un vehículo que circula cómodamente de vueltas en la marcha más alta, mantiene una velocidad constante, lleva la presión de los neumáticos bien ajustada y está libre de carga máxima, sea cual sea la marca, está en el lado correcto de la curva. Elija a sabiendas el precio que paga por cada hora de viaje a 110, con el cubo de la curva de consumo.

Fuentes