¿Por qué el número de marchas no deja de aumentar?

El número de marchas aumenta para poder mantener al motor en el estrecho rango de revoluciones donde produce su potencia y par de la forma más eficiente: Las relaciones más cortas hacia la primera marcha multiplican el par en el arranque, mientras que las relaciones más largas hacia las marchas superiores reducen las revoluciones del motor y el consumo de combustible a velocidad de autopista. Mientras que los automóviles típicos de los años 90 tenían 3 a 5 marchas hacia adelante, en los dos últimos años de modelo este número ha llegado a un mínimo de 6 y, en algunos modelos, hasta 10.

¿Por qué aumenta el número de marchas? El rango de revoluciones eficiente del motor

Piense en el mapa de funcionamiento de un motor de combustión interna. Sea de gasolina o diésel, el motor tiene un rango relativamente estrecho de revoluciones (RPM) en el que produce su máxima potencia y par mientras consume la menor cantidad de combustible. Ese es precisamente el trabajo de la transmisión: Mantener la velocidad de giro que llega a la rueda dentro de esa zona ideal del motor. A medida que aumenta el número de marchas, el motor funciona con mayor frecuencia dentro de ese rango óptimo; cada marcha ofrece una relación más finamente ajustada para mantener las revoluciones del motor.

En cambio, en un vehículo con pocas marchas, el motor se ve obligado a conformarse con la marcha más cercana a la velocidad actual. El resultado es funcionar a revoluciones más altas de las necesarias. Las revoluciones altas significan más combustible por unidad de tiempo y también fatigan más al motor. Si establecemos una cadena de lógica aproximada: Más revoluciones significan más trabajo del motor, más combustible, más estrés y desgaste. Invertir esta cadena es la fuerza impulsora fundamental de la carrera de marchas.

Los roles de las marchas bajas y las marchas superiores son completamente diferentes. Una primera marcha de relación corta multiplica el par en la rueda, haciendo posible el arranque y la subida de pendientes. Las marchas overdrive de relación larga reducen las revoluciones del motor a velocidades de autopista, disminuyendo tanto el consumo como el ruido escuchado en la cabina. El problema es el siguiente: Cuantas más relaciones intermedias comprima entre estos dos extremos, menos caen las revoluciones del motor y más eficiente permanece.

Distribución de relaciones: La lógica de ingeniería de la transmisión de 10 marchas

Cuando aumenta el número de marchas, no solo se multiplican los pasos intermedios; el rango total de relaciones, es decir, el ratio spread, también puede ampliarse. En las transmisiones modernas de 10 marchas, la primera marcha tiene una relación mucho más corta para un arranque agresivo, mientras que la marcha más alta es mucho más larga que antes para una marcha crucero a bajas revoluciones. Los pasos intermedios se mantienen pequeños. Alta relación numérica en el arranque, marcha superior larga en crucero: Exigir rendimiento y eficiencia de la misma transmisión ya no es una contradicción, sino un objetivo de diseño.

Los pasos más cortos tienen un segundo beneficio: La interrupción en los cambios de marcha disminuye. Cuando el régimen del motor cae demasiado entre una marcha y otra, el cambio se nota y la aceleración se interrumpe. A medida que los pasos se acortan, este cambio se suaviza y también se acelera; los automáticos modernos de 8-10 marchas pueden saltar cuatro o cinco marchas a la vez gracias a cambios de embrague rápidos y un software de control inteligente. Por ejemplo, la computadora de control de la transmisión de 10 marchas desarrollada conjuntamente por Ford y GM contiene más de un millón de líneas de código, más del doble que la anterior de 6 marchas, y puede hacer reducciones bruscas según el movimiento del pedal del acelerador.

¿Qué cambió con las cifras?

Los ejemplos concretos hacen que el efecto del número de marchas sea medible. El Ford F-150 modelo 2017 obtuvo con la transmisión de 10 marchas un consumo de combustible una milla por galón mejor en ciudad y en autopista, y dos mpg en la versión 4x4, en comparación con la versión del año anterior con transmisión de 6 marchas; el tiempo de 0-60 mph se redujo 0,2 segundos. En las versiones de remolque del mismo año modelo se alcanzó una capacidad de arrastre de 12.200 libras con 375 hp de potencia y 470 lb-ft de par motor. Un panorama similar existe en el lado de los sedanes: En el Chevrolet Malibu 2017, el paso de 8 a 9 marchas aumentó la eficiencia de combustible en aproximadamente 3%.

Los datos que ZF compartió en 2012 muestran cuán dramática puede ser la relación entre el número de marchas y el consumo: una automática de 8 marchas promete una mejora de 21-24% respecto a una automática de 3 marchas; en comparación con una de 6 marchas el ahorro es de aproximadamente 11%, y de 14% frente a una de 5 marchas. La ZF de 9 marchas apunta a una mejora de hasta el 16% respecto a la de 6 marchas. Los valores de las fichas técnicas del ZF 8HP apuntan en la misma dirección: un 12% menos de consumo que la de 6 marchas 6HP, y un 14% menos que la de 5 marchas. Vistos con ojos de ingeniero, estos números no son casualidad, sino la matemática directa de los escalones de relación.

El precio de las múltiples marchas: Complejidad, peso y costo

Cada marcha adicional significa elementos de embrague extra, componentes de cuerpo de válvulas más complejos y más control computarizado. Más piezas móviles implica inevitablemente un mayor potencial de problemas mecánicos y una unidad de transmisión más cara. GM invirtió 323 millones de dólares en su planta de transmisiones de muchas marchas en Romulus, Michigan; esta cifra es una medida de cuán seria inversión industrial requieren las automáticas de múltiples marchas.

El peso también está en el centro del debate. El punto de vista crítico es el siguiente: El peso es enemigo del rendimiento; los fabricantes deberían buscar formas de aligerar los vehículos en lugar de añadir más marchas. Esta crítica no es injusta, porque cada ganancia se compra con complejidad mecánica. Por otro lado, los rendimientos decrecientes también son inevitables: si bien todavía se pueden ver beneficios más allá de las 8 y 9 marchas, al pasar a 11-12 marchas entran en juego rendimientos decrecientes que generan problemas de arquitectura. Los equipos de ingeniería de Ford y GM ven la caja de 10 marchas como el punto óptimo de esta curva de beneficios.

Está también la cuestión de la continuidad. Las 10 marchas no son la solución óptima para cada vehículo; se cree que, según los mercados regionales, las cajas de 6 marchas seguirán vigentes durante mucho tiempo. Por su parte, GM calcula que su caja de 9 marchas destinada a modelos de tracción delantera podrá cubrir el mercado premium de marchas altas, y subraya que ambas cajas están diseñadas como unidades estancas y libres de mantenimiento de por vida.

¿8 marchas o 10 marchas? La alternativa a la amplia progresión de relaciones

La caja de 10 marchas no es la única perspectiva en disputa. La escuela ZF defiende las cajas de 8 marchas con una progresión de relaciones más amplia en lugar de pasos cortos, y la 8HP goza de amplio reconocimiento como una unidad lo bastante rápida y refinada para servir tanto a deportivos como a sedanes de lujo. Una comparación práctica lo confirma: En la comparación de las versiones con caja de 8 y de 10 marchas realizada sobre una Chevrolet Silverado Z71 de 2020, no se encontró una ventaja clara de las 10 marchas frente a las 8; la amplia progresión de relaciones de ZF hacía bien su trabajo.

La lección que se extrae de aquí es que importa más la progresión de relaciones y la proximidad de los pasos que el número de marchas en sí. Las 10 marchas destacan como una opción sólida, especialmente en escenarios de remolque y transporte de cargas pesadas; para vehículos ligeros y uso diario, unas 6 a 8 marchas bien ajustadas suelen ser suficientes. La fórmula de "cuantas más marchas, mejor" rara vez funciona en el mundo de la ingeniería.

CVT y DCT: Las alternativas al número de marchas

Las automáticas de muchas marchas no son el único camino. La CVT, con su sistema de correa y polea, ofrece un número infinito de relaciones y puede mantener el motor en su punto óptimo de eficiencia sin cambiar de marcha; en la mayoría de los casos ofrece una mejor economía de combustible que una automática convencional. A cambio, el carácter de conducción que da la estructura de correa y polea no agrada a todos, y en aplicaciones de alto par surge la cuestión de la durabilidad. Las cajas de doble embrague (DCT) ofrecen un camino válido no solo para vehículos centrados en el rendimiento, sino también para modelos que buscan equilibrar velocidad y eficiencia.

Un punto de inflexión interesante es la histórica superioridad de las automáticas frente a las cajas manuales: A partir del año modelo 2016, las cajas automáticas superaron a las manuales en eficiencia de combustible, o al menos las igualaron. Mientras que hasta hace una década la suposición de "el manual consume menos" era válida en casi todas las categorías, las relaciones ajustadas de las automáticas de muchas marchas invirtieron esta ecuación. El verdadero objetivo de la carrera de marchas no era el rendimiento, sino la eficiencia de combustible; es evidente que las normas corporativas de economía de combustible (CAFE) de Estados Unidos fueron la fuerza impulsora de esta tendencia. La mejora del rendimiento llega como subproducto de una primera marcha corta y cambios rápidos.

¿Por qué los vehículos eléctricos no cuentan marchas?

Los motores eléctricos tienen una característica que invalida por completo esta discusión: Generan par de forma casi continua desde cero hasta las revoluciones máximas. No hace falta buscar una zona estrecha de revoluciones eficientes; el motor muestra casi el mismo carácter en todo el rango. Por eso los vehículos eléctricos se conforman con una transmisión de una sola velocidad. El aumento del número de marchas era una solución a la estrecha zona de eficiencia del motor de combustión interna; al desaparecer esa zona estrecha, también desaparece la necesidad de multiplicar relaciones. La comparación con la palanca también resulta iluminadora: En las bicicletas de pedales, la fuerza humana se produce en un rango de fuerza muy estrecho, por lo que se necesitan 18 o incluso más marchas; en los camiones también puede haber 18 marchas debido a las cargas pesadas. El número de marchas cierra la brecha entre el carácter del motor y la tarea del vehículo.

¿Cuántas marchas son suficientes? La proporción de rendimientos decrecientes

Entonces, ¿cuál es el número ideal? No hay una respuesta clara y medible, pero los límites están definidos. En vehículos ligeros y de poca potencia, 5 marchas pueden seguir siendo suficientes, tanto en costo de producción como en potencial de rendimiento del vehículo. Para camiones pesados, 18 marchas tienen sentido porque la diferencia en la necesidad de relación entre cargado y descargado es un abismo. En automóviles de pasajeros, 6-8 marchas cubren la mayoría de los escenarios; 10 marchas cobran sentido en vehículos de motor grande que buscan al mismo tiempo remolcar a plena carga, aceleración rápida y un bajo consumo en crucero. Del lado de los fabricantes, Ford y GM ven las 10 marchas como el punto óptimo, mientras que la postura contraria considera innecesaria la carga de peso y complejidad de muchas marchas. Ambas partes tienen parcialmente razón: La respuesta correcta depende de la tarea del vehículo, y el ahorro en economía de combustible debe compensar el costo de cada marcha adicional. De lo contrario, el número de marchas se convierte en una característica que luce bien en los papeles pero que cuesta caro en la carretera.

Fuentes

• High-Gear Transmissions: How Many Gears Are Enough? - Automotive Fleet
• A Shift to High MPG - Green Car Journal
• Transmisión ZF 8HP - Wikipedia
• FOTW #1127: Since Model Year 2016 - U.S. Department of Energy
• The Need for 10-Speeds - MOTOR Information Systems
• Chevy Silverado Z71 8-speed vs. 10-speed - TFLtruck
• CVT vs. Automatic Transmission - MotorTrend