110 o 90? Perché il consumo di carburante aumenta con la velocità?

Poiché la resistenza aerodinamica aumenta con il quadrato della velocità, viaggiare a 110 costa molto di più che viaggiare a 90; il vero nemico del carburante è la velocità stessa.
Poiché la resistenza aerodinamica aumenta con il quadrato della velocità, viaggiare a 110 costa molto di più che viaggiare a 90; il vero nemico del carburante è la velocità stessa.

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La maggior parte delle auto a benzina raggiunge il rendimento ottimale del carburante a circa 90 km/h ; al di sotto di questa velocità l'inefficienza del motore e del cambio, al di sopra la resistenza aerodinamica che cresce in modo quadratico aumentano i consumi. Cioè, man mano che la velocità aumenta, il consumo di carburante non cresce in modo lineare, ma lungo una curva ripida. La domanda giusta non è 110 o 90, ma dove si colloca questo equilibrio per la vostra auto.

In evidenza

  • La resistenza aerodinamica cresce con il quadrato della velocità, e la potenza necessaria per vincere la cresce con il cubo della velocità
  • Le auto a benzina di fascia media raggiungono il rendimento ottimale a 55 mph (≈88 km/h) circa
  • A 65 mph circa l'8%, a 80 mph circa il 28% di perdita di rendimento
  • A velocità di crociera di 100 km/h circa l' 80% della resistenza totale è aerodinamica
  • Una guida economicamente moderata garantisce una media di ~15% di risparmio di carburante

Perché la relazione tra velocità e consumo non è lineare?

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

Ci sono due resistenze principali che spingono un'auto in avanti: la resistenza al rotolamento e la resistenza aerodinamica. La resistenza al rotolamento nasce dalla deformazione continua tra pneumatico e superficie stradale ed è grossomodo costante rispetto alla velocità. La resistenza aerodinamica ha un carattere completamente diverso: cresce con il quadrato della velocità. Se la velocità raddoppia, la resistenza non raddoppia ma quadruplica.

Questo aumento quadratico è solo metà della storia. La potenza necessaria per vincere la resistenza è il prodotto della forza di resistenza per la velocità; cioè è proporzionale al cubo della velocità. Aumentare la velocità del 25% può quasi raddoppiare la richiesta al sistema di alimentazione. Più potenza produce il motore, più carburante brucia al minuto - questa è la base matematica della ripida salita della curva dei consumi.

Concretizziamo con i numeri. Nelle ricerche, in un'auto che viaggia a 90 km/h la forza di resistenza aerodinamica è più del doppio della resistenza al rotolamento. A circa 100 km/h l'80% della resistenza totale di un'auto di medie dimensioni è già dovuta all'aria. Dal 30 al 50% dell'energia del carburante va persa in perdite aerodinamiche. Nel ciclo urbano l'aerodinamica incide per circa il 20% sui consumi, mentre nel ciclo autostradale sale a circa il 50% - il paradosso è che rallentare in autostrada permette un risparmio molto maggiore rispetto alla città. Una riduzione della resistenza del 10% migliora l'economia in autostrada di circa il 5%, quella in città solo di circa il 2%.

110 o 90? Qual è il punto di equilibrio della velocità di crociera efficiente?

Il contrasto tra le due forze crea un picco nella curva velocità-rendimento. A velocità molto basse il problema non è aerodinamico ma l'inefficienza meccanica: poiché rimanete in marcia bassa, girate alti regimi per chilometro, e il carico degli accessori e gli attriti interni pesano proporzionalmente di più. Alle alte velocità, invece, la resistenza aerodinamica quadratica schiaccia tutto. La velocità di crociera efficiente è la fascia in cui queste due perdite si incrociano.

Secondo la scheda informativa del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, le auto a benzina di fascia media raggiungono il rendimento ottimale a 55 mph (≈88 km/h) della zona; nei diesel, invece, l'efficienza inizia a diminuire gradualmente a partire dai 45 mph. Salendo a 65 mph si perde circa l'8%, salendo a 80 mph circa il 28%. Rispetto a un veicolo che mantiene la stessa velocità, un veicolo che viaggia a 65 mph invece di 55 consuma fino al 15% di carburante in più. La differenza tra 110 km/h e 90 km/h cade esattamente su questa ripida curva: il motore che viaggia a 110 non è solo più veloce, ma con la crescente domanda di potenza legata al cubo della velocità consuma ogni ora in modo nettamente maggiore energia.

Un veicolo moderno, con carico leggero a velocità di crociera di 100 km/h, se viaggia 1300–1800 rpm nella marcia più alta si trova fisicamente nella zona di efficienza ottimale. Il problema non è il fatto che i giri restino gli stessi passando da 90 a 110; è che, a parità di giri, a ogni accensione del cilindro viene iniettato più carburante per vincere la resistenza che cresce con il cubo della velocità.

Perché la velocità più efficiente non è la stessa per ogni veicolo?

L'unico fattore che determina la velocità di crociera efficiente non è la lotta contro l'aria. Il carattere del veicolo - rapporti del cambio, rapporto del differenziale e mappa di efficienza del motore - sposta questo punto. Per questo regole generali come "la velocità ideale per tutti è 90" non corrispondono esattamente ai dati.

Numero di marce ed estensione dei rapporti

Il compito del cambio è quello di mantenere il motore nella zona di funzionamento efficiente il più a lungo possibile. Man mano che aumenta il numero di marce e si allarga l'estensione dei rapporti, il motore viaggia a bassi regimi, nella mappa efficiente, anche ad alte velocità. Un automatico a sette-otto marce può percorrere 110 km/h a regimi più bassi di quelli di un veicolo limitato a sei marce in ultima. I cambi CVT, invece di cambiare marcia, offrono un vantaggio simile trovando di continuo il rapporto ottimale per la potenza richiesta. Anche quando si resta nella banda di coppia del motore con una marcia con rapporto 1:1 si ottiene la migliore efficienza - cioè l'efficienza non è solo questione di bassi regimi, ma della relazione tra regime, velocità e banda di coppia.

Carattere del motore e mappa di efficienza

Ogni motore ha la propria mappa BSFC - consumo specifico di carburante frenato -; è la mappa a curve di livello che mostra in quali combinazioni regime-carico il motore produce il massimo lavoro con il minor carburante. Un aumento di velocità può spostare il motore verso una zona più efficiente di questa mappa, ma anche verso una meno efficiente. Per questo l'ipotesi di "efficienza motore costante" è generalmente invalida. I diesel, grazie al loro carattere di produrre alta coppia a bassi regimi, tracciano un profilo diverso dai benzina nelle curve efficienza-velocità: il calo inizia prima ma è più dolce. Anche i suggerimenti per il cambio marcia differiscono per lo stesso motivo - nel diesel è ragionevole cambiare verso 1500–2000 rpm, nel benzina nella 2000–2500 rpm fascia.

Superficie frontale: ogni dettaglio, dalla ruota alla carrozzeria

La stessa miglioria aerodinamica può dare risultati molto diversi da veicolo a veicolo. Su un veicolo con un coefficiente di resistenza elevato (ad esempio scendere da 0,50 a 0,40) il guadagno percentuale è maggiore rispetto a un miglioramento simile su un veicolo che ha già una carrozzeria filante (da 0,25 a 0,20). La stessa miglioria può garantire un risparmio del 5% a 80 mph, scendendo al 3% a 60 mph e all'1% a 50 mph. La velocità ottimale di un veicolo pesante, a scatola e con rapporti corti non può essere la stessa di una berlina bassa e dal cambio lungo.

Come si trova la velocità di crociera efficiente della propria auto?

Non conta il dato di fabbrica, ma il carattere reale della vostra auto. Per scoprirlo non serve un laboratorio; bastano qualche serbatoio pieno e un'osservazione sistematica.

  • Guardate a quale velocità l'auto naviga agevolmente in marcia più alta: Sul cambio automatico, a velocità costante, osservate l'indicatore arancione (posizione della marcia); sul manuale, trovate la velocità costante più bassa alla quale riuscite a inserire la marcia più alta. Se il motore 1500–2000 rpm naviga senza disagi in questo intervallo, siete nella zona giusta.
  • Misurate il consumo medio per fascia di velocità: Su un percorso senza traffico, piatto e senza vento, con il cruise control effettuate in sequenza crociere a 90, 100 e 110 km/h; per ogni fascia percorrete almeno 20-30 minuti e annotate la media del computer.
  • Includete anche il tempo nel calcolo: Salire da 90 a 110 può aumentare i consumi del 20-30% ma non riduce molto il tempo di arrivo. Calcolate il costo orario della perdita di autonomia.
  • Non cercate di ridurre troppo i giri: Se i giri sono anormalmente bassi, il motore vibra, dovrete premere di più sull'acceleratore e perderete quanto guadagnato. "I giri più bassi sono sempre quelli con i consumi minori" non è vero.

Tecniche di guida che riducono i consumi in autostrada

Viaggiare alla velocità ottimale è metà del lavoro; anche il profilo di velocità è determinante almeno quanto la velocità. In autostrada le continue oscillazioni di velocità e le accelerazioni improvvise possono aumentare l'uso di carburante fino al 30%. Il cruise control è il modo più economico per eliminare queste oscillazioni sui percorsi piatti. Inoltre, anche guidare solo 5 mph più lentamente della media su un lungo viaggio garantisce un risparmio percepibile.

Gli pneumatici sono una variabile silenziosa ma efficace. Una pressione 50 kPa inferiore a quella consigliata causa una perdita di efficienza di circa il 6% in città e di circa il 4% in autostrada; d'altra parte, anche gonfiare eccessivamente riduce un po' i consumi, ma allunga la distanza di frenata e accorcia la vita degli pneumatici - il consiglio equilibrato è usare il valore del produttore. Gli pneumatici a bassa resistenza al rotolamento possono ridurre i consumi del 2,5% a 50 km/h e del 6% a 90 km/h; questa differenza cresce all'aumentare della velocità, perché anche se la quota della resistenza al rotolamento sul totale diminuisce, l'energia assoluta risparmiata a ogni pressione aumenta. Rimuovete anche barre portatutto e box inutilizzati: il carico sul tetto ingrandisce direttamente la superficie di resistenza aerodinamica.

Quanto alla tecnica del pedale dell'acceleratore: premere il pedale non fino in fondo ma circa fino a due terzi, in modo lineare, e non prolungare inutilmente l'accelerazione dà il miglior risultato. Leggere in anticipo e avvicinarsi sollevando presto il piede invece di frenare permette di gestire la velocità senza consumare la stessa energia. In media una guida economica disciplinata garantisce un risparmio di circa il 15%; se ben applicata, questa percentuale può salire molto più in alto.

Perché il valore nel catalogo non corrisponde a quello della pompa?

I valori ufficiali di consumo sono passati dal NEDC al WLTP; la velocità media di test del WLTP è salita da 33,6 km/h a 46,5 km/h, ovvero il ciclo è diventato un 38% più dinamico. Si tratta di un miglioramento realistico, ma non colma il divario. Le analisi prevedono che anche dopo l'introduzione del WLTP resterà una deviazione di circa il 10-15% tra i valori ufficiali e quelli reali. Nell'era del NEDC questa differenza raggiungeva livelli vertiginosi, fino al 39%; nelle auto a benzina era del 37%, nelle diesel del 38%. I veicoli ibridi sono il gruppo che ha tratto maggior beneficio da questa ottimizzazione: la frenata rigenerativa recupera le perdite nel traffico urbano, mentre nei cicli ad alta velocità la quota delle perdite dovuta all'aerodinamica può arrivare fino al 44%.

La conclusione pratica è questa: il valore del catalogo non rappresenta quel profilo autostradale in cui voi viaggiate a 110 km/h con il bagagliaio pieno, il clima acceso e dovete lottare contro il vento. Determinate il vostro consumo su lunghi percorsi non con le vostre stime, ma con il test sistematico descritto sopra.

Conclusione: fate i conti in base all'equilibrio, non alla velocità

Alla domanda 110 o 90 non esiste una risposta universale; esiste una risposta che varia in base al veicolo. La fisica comune dice questo: la fascia di marcia efficiente nella maggior parte delle auto a benzina si colloca nella zona degli 88-100 km/h, nelle diesel inizia una discesa dolce da valori più bassi e il punto di massima efficienza di ogni veicolo è determinato dai rapporti del cambio e dalla mappa del motore. Un veicolo che viaggia al top gear a un regime confortevole, mantiene una velocità costante, ha pressioni degli pneumatici correttamente regolate ed è privo di carichi eccessivi - qualunque sia la marca - si trova dal lato giusto della curva. Scegliete consapevolmente di pagare il prezzo che ogni ora di viaggio a 110 km/h costa in base al cubo della curva di consumo.

Fonti