Eficiencia de combustible

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La eficiencia del combustible es una forma de eficiencia térmica, es decir, la relación entre el esfuerzo y el resultado de un proceso que convierte la energía potencial química contenida en un portador ( combustible ) en energía cinética o trabajo. La eficiencia general del combustible puede variar según el dispositivo, lo que a su vez puede variar según la aplicación, y este espectro de variación a menudo se ilustra como un perfil de energía continuo. Las aplicaciones que no son de transporte, como la industria, se benefician de una mayor eficiencia de combustible, especialmente las plantas de energía de combustibles fósiles o las industrias que se ocupan de la combustión, como la producción de amoníaco durante el proceso Haber.

En el contexto del transporte, la economía de combustible es la eficiencia energética de un vehículo en particular, expresada como una relación de la distancia recorrida por unidad de combustible consumida. Depende de varios factores, incluida la eficiencia del motor, el diseño de la transmisión y el diseño de los neumáticos. En la mayoría de los países, utilizando el sistema métrico, la economía de combustible se expresa como "consumo de combustible" en litros por 100 kilómetros (L / 100 km) o kilómetros por litro (km / L o kmpl). En varios países que todavía usan otros sistemas, la economía de combustible se expresa en millas por galón (mpg), por ejemplo en los EE. UU. Y generalmente también en el Reino Unido ( galón imperial ); a veces hay confusión ya que el galón imperial es un 20% más grande que el galón estadounidense, por lo que los valores de mpg no son directamente comparables. Tradicionalmente, los litros por mil se utilizaban en Noruega y Suecia, pero ambos se han alineado con el estándar de la UE de L / 100 km.

El consumo de combustible es una medida más precisa del rendimiento de un vehículo porque es una relación lineal, mientras que el ahorro de combustible conduce a distorsiones en las mejoras de eficiencia. H La eficiencia específica del peso (eficiencia por unidad de peso) se puede establecer para la carga y la eficiencia específica del pasajero (eficiencia del vehículo por pasajero) para los vehículos de pasajeros.

Contenido

1 Diseño de vehículo
2 Eficiencia de la flota
3 Terminología de eficiencia energética
4 Contenido energético del combustible
5 Eficiencia de combustible de los vehículos de motor
- 5.1 Medida
- 5.2 Estadísticas
6 Eficiencia de combustible en microgravedad
7 Transporte
- 7.1 Eficiencia de combustible en el transporte
- 7.2 Eficiencia de los vehículos y contaminación del transporte
- 7.3 Técnica de conducción
8 Mejoras tecnológicas avanzadas para mejorar la eficiencia del combustible
- 8.1 Pilas de combustible de hidrógeno
9 Véase también
10 referencias
11 Enlaces externos

Diseño de vehículos

La eficiencia del combustible depende de muchos parámetros de un vehículo, incluidos los parámetros del motor, la resistencia aerodinámica, el peso, el uso de CA, el combustible y la resistencia a la rodadura. Ha habido avances en todas las áreas del diseño de vehículos en las últimas décadas. La eficiencia del combustible de los vehículos también se puede mejorar mediante un mantenimiento cuidadoso y hábitos de conducción.

Los vehículos híbridos utilizan dos o más fuentes de energía para la propulsión. En muchos diseños, un pequeño motor de combustión se combina con motores eléctricos. La energía cinética que de otro modo se perdería en calor durante el frenado se recupera como energía eléctrica para mejorar la eficiencia del combustible. Los motores se apagan automáticamente cuando los vehículos se detienen y vuelven a arrancar cuando se presiona el acelerador, lo que evita que la energía desperdiciada funcione al ralentí.

Eficiencia de la flota

La eficiencia de la flota describe la eficiencia promedio de una población de vehículos. Los avances tecnológicos en eficiencia pueden verse compensados por un cambio en los hábitos de compra con propensión a vehículos más pesados, menos eficientes, en igualdad de condiciones.

Terminología de eficiencia energética

La eficiencia energética es similar a la eficiencia del combustible, pero la entrada suele ser en unidades de energía como megajulios (MJ), kilovatios-hora (kW h), kilocalorías (kcal) o unidades térmicas británicas (BTU). El inverso de "eficiencia energética" es "intensidad energética", o la cantidad de energía de entrada requerida para una unidad de salida, como MJ / pasajero-km (de transporte de pasajeros), BTU / ton-milla o kJ / t-km ( de transporte de mercancías), GJ / t (para la producción de acero y otros materiales), BTU / (kW h) (para la generación de electricidad) o litros / 100 km (de recorrido en vehículo). Litros por 100 km también es una medida de "intensidad energética" donde la entrada se mide por la cantidad de combustible y la salida se mide por la distancia recorrida. Por ejemplo: economía de combustible en automóviles.

Dado el valor calorífico de un combustible, sería trivial convertir de unidades de combustible (como litros de gasolina) a unidades de energía (como MJ) y viceversa. Pero hay dos problemas con las comparaciones realizadas con unidades de energía:

Hay dos valores de calor diferentes para cualquier combustible que contenga hidrógeno que pueden diferir en varios porcentajes (ver más abajo).
Al comparar los costos de energía de transporte, debe recordarse que un kilovatio hora de energía eléctrica puede requerir una cantidad de combustible con un poder calorífico de 2 o 3 kilovatios hora para producirlo.

Contenido energético del combustible

El contenido energético específico de un combustible es la energía térmica que se obtiene cuando se quema una determinada cantidad (como un galón, un litro, un kilogramo). A veces se le llama calor de combustión. Existen dos valores diferentes de energía térmica específica para el mismo lote de combustible. Uno es el calor de combustión alto (o bruto) y el otro es el calor de combustión bajo (o neto). El valor alto se obtiene cuando, después de la combustión, el agua del escape está en forma líquida. Para el valor bajo, el escape tiene toda el agua en forma de vapor (vapor). Dado que el vapor de agua cede energía térmica cuando cambia de vapor a líquido, el valor del agua líquida es mayor ya que incluye el calor latente de vaporización del agua. La diferencia entre los valores altos y bajos es significativa, alrededor del 8 o 9%. Esto explica la mayor parte de la aparente discrepancia en el valor calorífico de la gasolina. En los EE. UU. (Y en la tabla) se han utilizado tradicionalmente los valores caloríficos altos, pero en muchos otros países se utilizan habitualmente los valores caloríficos bajos.

Tipo de combustible	MJ / L	MJ / kg	BTU / imp gal	BTU / gal EE. UU.	Número de octano de investigación (RON)
Gasolina regular / gasolina	34,8	~ 47	150,100	125 000	Min. 91
Gasolina / gasolina premium		~ 46			Min. 95
Autogas ( GLP ) (60% propano y 40% butano )	25,5-28,7	~ 51			108–110
Etanol	23,5	31,1	101,600	84,600	129
Metanol	17,9	19,9	77.600	64,600	123
Gasohol (10% de etanol y 90% de gasolina)	33,7	~ 45	145.200	121 000	93/94
E85 (85% de etanol y 15% de gasolina)	25,2	~ 33	108,878	90,660	100-105
Diesel	38,6	~ 48	166.600	138,700	N / A (ver cetano)
Biodiesel	35,1	39,9	151.600	126.200	N / A (ver cetano)
Aceite vegetal (utilizando 9,00 kcal / g)	34,3	37,7	147,894	123,143
Gasolina de aviación	33,5	46,8	144.400	120.200	80-145
Combustible de aviación, nafta	35,5	46,6	153,100	127.500	N / A a motores de turbina
Combustible de aviación, queroseno	37,6	~ 47	162,100	135 000	N / A a motores de turbina
Gas natural licuado	25,3	~ 55	109 000	90,800
Hidrógeno líquido	09.3	~ 130	40,467	33,696

Ni el calor bruto de combustión ni el calor neto de combustión dan la cantidad teórica de energía mecánica (trabajo) que se puede obtener de la reacción. (Esto viene dado por el cambio en la energía libre de Gibbs, y es de alrededor de 45,7 MJ / kg para la gasolina). La cantidad real de trabajo mecánico obtenido del combustible (la inversa del consumo específico de combustible ) depende del motor. Es posible obtener una cifra de 17,6 MJ / kg con un motor de gasolina y de 19,1 MJ / kg con un motor diésel. Consulte Consumo de combustible específico del freno para obtener más información.

Eficiencia de combustible de los vehículos de motor

Ver también: Economía de combustible en automóviles

Medición

La eficiencia de combustible de los vehículos de motor se puede expresar de más formas:

El consumo de combustible es la cantidad de combustible utilizado por unidad de distancia; por ejemplo, litros cada 100 kilómetros (L / 100 km). En este caso, cuanto menor es el valor, más económico es un vehículo (menos combustible necesita para recorrer una cierta distancia); esta es la medida que se utiliza generalmente en Europa (excepto en el Reino Unido, Dinamarca y los Países Bajos; véase más abajo), Nueva Zelanda, Australia y Canadá. También en Uruguay, Paraguay, Guatemala, Colombia, China y Madagascar., Como también en el espacio postsoviético.
La economía de combustible es la distancia recorrida por unidad de volumen de combustible utilizado; por ejemplo, kilómetros por litro (km / L) o millas por galón (MPG), donde 1 MPG (imperial) ≈ 0.354006 km / L. En este caso, cuanto mayor es el valor, más económico es un vehículo (más distancia puede recorrer con un cierto volumen de combustible). Esta medida es popular en los EE. UU. Y el Reino Unido (mpg), pero en Europa, India, Japón, Corea del Sur y América Latina se usa en su lugar la unidad métrica km / L.

La fórmula para convertir a millas por galón estadounidense (exactamente 3.785411784 L) a partir de L / 100 km es, donde es el valor de L / 100 km. Para millas por galón imperial (exactamente 4.54609 L), la fórmula es. $\textstyle {\frac {235.215}{x}}$

235.215 X

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{\ Displaystyle x}

X

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282.481 X

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En algunas partes de Europa, los dos ciclos de medición estándar para el valor "litros / 100 km" son el tráfico "urbano" con velocidades de hasta 50 km / h desde un arranque en frío, y luego el desplazamiento "extraurbano" a varias velocidades de hasta 120 km. / h que sigue la prueba urbana. También se cita una cifra combinada que muestra el combustible total consumido dividido por la distancia total recorrida en ambas pruebas.

Estadísticas

Un supermini europeo razonablemente moderno y muchos automóviles de tamaño mediano, incluidas las camionetas, pueden viajar en autopista a 5 L / 100 km (47 mpg US / 56 mpg imp) o 6.5 L / 100 km en el tráfico de la ciudad (36 mpg US / 43 mpg imp), con emisiones de dióxido de carbono de alrededor de 140 g / km.

Un automóvil mediano norteamericano promedio viaja 21 mpg (EE. UU.) (11 L / 100 km) en ciudad, 27 mpg (EE. UU.) (9 L / 100 km) en carretera; un SUV de tamaño completo generalmente viaja 13 mpg (EE. UU.) (18 L / 100 km) en ciudad y 16 mpg (EE. UU.) (15 L / 100 km) en carretera. Las camionetas pickup varían considerablemente; Mientras que una camioneta liviana con motor de 4 cilindros puede alcanzar 28 mpg (8 L / 100 km), una camioneta V8 de tamaño completo con cabina extendida solo viaja 13 mpg (EE. UU.) (18 L / 100 km) en ciudad y 15 mpg (EE. UU.) (15 L / 100 km) autopista.

La economía de combustible promedio para todos los vehículos en la carretera es más alta en Europa que en los Estados Unidos porque el mayor costo del combustible cambia el comportamiento del consumidor. En el Reino Unido, un galón de gasolina sin impuestos costaría 1,97 dólares EE.UU., pero con impuestos 6,06 dólares EE.UU. en 2005. El costo promedio en los Estados Unidos fue de 2,61 dólares EE.UU.

Los automóviles fabricados en Europa generalmente consumen menos combustible que los vehículos estadounidenses. Si bien Europa tiene muchos automóviles diésel de mayor eficiencia, los vehículos de gasolina europeos también son, en promedio, más eficientes que los vehículos de gasolina en los EE. UU. La mayoría de los vehículos europeos citados en el estudio de CSI funcionan con motores diésel, que tienden a lograr una mayor eficiencia de combustible que los motores de gas. Vender esos autos en los Estados Unidos es difícil debido a los estándares de emisiones, señala Walter McManus, un experto en economía de combustible del Instituto de Investigación en Transporte de la Universidad de Michigan. "En su mayor parte, los motores diesel europeos no cumplen con los estándares de emisión de EE. UU.", Dijo McManus en 2007. Otra razón por la que muchos modelos europeos no se comercializan en los Estados Unidos es que los sindicatos se oponen a que los tres grandes importen cualquier nueva construcción extranjera. modelos independientemente de la economía de combustible mientras despiden trabajadores en el hogar.

Un ejemplo de las capacidades de ahorro de combustible de los automóviles europeos es el microcoche Smart Fortwo cdi, que puede alcanzar hasta 3,4 L / 100 km (69,2 mpg EE. UU.) Utilizando un motor diésel turboalimentado de tres cilindros y 41 CV (30 kW). El Fortwo es producido por Daimler AG y solo lo vende una empresa en los Estados Unidos. Además, el récord mundial en economía de combustible de los automóviles de producción lo tiene el Grupo Volkswagen, con modelos de producción especiales (etiquetados como "3L") del Volkswagen Lupo y el Audi A2, que consumen tan solo 3 L / 100 km (94 mpg - imp ; 78 mpg- EE. UU.).

Los motores diesel generalmente logran una mayor eficiencia de combustible que los motores de gasolina (gasolina). Los motores diésel de los automóviles de pasajeros tienen una eficiencia energética de hasta el 41%, pero más típicamente del 30%, y los motores de gasolina de hasta el 37,3%, pero más típicamente del 20%. Esa es una de las razones por las que los motores diesel tienen una mejor eficiencia de combustible que los vehículos de gasolina equivalentes. Un margen común es un 25% más de millas por galón para un turbodiésel eficiente.

Por ejemplo, el modelo actual Skoda Octavia, que utiliza motores Volkswagen, tiene una eficiencia de combustible europea combinada de 41,3 mpg- EE. UU. (5,70 L / 100 km) para el motor de gasolina de 105 bhp (78 kW) y 52,3 mpg- EE. UU. (4,50 L / 100 km). 100 km) para el motor diésel de 105 CV (78 kW) y más pesado. La relación de compresión más alta es útil para aumentar la eficiencia energética, pero el combustible diesel también contiene aproximadamente un 10% más de energía por unidad de volumen que la gasolina, lo que contribuye a reducir el consumo de combustible para una potencia determinada.

En 2002, Estados Unidos tenía 85,174,776 camiones y un promedio de 13.5 millas por galón estadounidense (17.4 L / 100 km; 16.2 mpg -imp). Los camiones grandes, de más de 33,000 libras (15,000 kg), promediaron 5.7 millas por galón estadounidense (41 L / 100 km; 6.8 mpg -imp).

Economía de combustible de camiones
Libras GVWR	Número	Porcentaje	Millas promedio por camión	economía de combustible	Porcentaje de uso de combustible
6.000 libras y menos	51,941,389	61,00%	11,882	17,6	42,70%
6,001 - 10,000 libras	28,041,234	32,90%	12,684	14.3	30,50%
Subtotal de camiones ligeros	79,982,623	93,90%	12,163	16,2	73,20%
10,001 - 14,000 libras	691,342	0,80%	14.094	10,5	1,10%
14,001 - 16,000 libras	290,980	0,30%	15,441	8.5	0,50%
16,001 - 19,500 libras	166,472	0,20%	11,645	7,9	0,30%
19,501 - 26,000 libras	1,709,574	2,00%	12,671	7	3,20%
Subtotal de camión mediano	2.858.368	3,40%	13,237	8	5,20%
26,001 - 33,000 libras	179,790	0,20%	30,708	6.4	0,90%
33,001 lbs y más	2,153,996	2,50%	45,739	5.7	20,70%
Subtotal de camiones pesados	2,333,786	2,70%	44.581	5.8	21,60%
Total	85,174,776	100,00%	13,088	13,5	100,00%

La economía promedio de los automóviles en los Estados Unidos en 2002 fue de 22.0 millas por galón estadounidense (10.7 L / 100 km; 26.4 mpg -imp). Para 2010, esto había aumentado a 23.0 millas por galón estadounidense (10.2 L / 100 km; 27.6 mpg -imp). La economía de combustible promedio en los Estados Unidos disminuyó gradualmente hasta 1973, cuando alcanzó un mínimo de 13.4 millas por galón estadounidense (17.6 L / 100 km; 16.1 mpg -imp) y ha aumentado gradualmente desde entonces, como resultado del mayor costo del combustible. Un estudio indica que un aumento del 10% en los precios de la gasolina eventualmente producirá un aumento del 2,04% en la economía de combustible. Un método de los fabricantes de automóviles para aumentar la eficiencia del combustible es el aligeramiento, en el que se sustituyen los materiales más livianos para mejorar el rendimiento y el manejo del motor.

Eficiencia de combustible en microgravedad

La forma en que se quema el combustible afecta la cantidad de energía que se produce. La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) ha investigado el consumo de combustible en microgravedad.

La distribución común de una llama en condiciones normales de gravedad depende de la convección, porque el hollín tiende a subir hasta la parte superior de una llama, como en una vela, haciendo que la llama sea amarilla. En microgravedad o gravedad cero, como en un entorno en el espacio exterior, la convección ya no se produce y la llama se vuelve esférica, con una tendencia a volverse más azul y más eficiente. Hay varias explicaciones posibles para esta diferencia, de las cuales la más probable es la hipótesis de que la temperatura se distribuye de manera uniforme lo suficiente como para que no se forme hollín y se produzca una combustión completa., Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, abril de 2005. Experimentos de la NASA en La microgravedad revelan que las llamas de difusión en microgravedad permiten que se oxide completamente más hollín después de su producción que las llamas de difusión en la Tierra, debido a una serie de mecanismos que se comportan de manera diferente en microgravedad en comparación con las condiciones normales de gravedad. Resultados del experimento LSP-1, Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, abril de 2005. Las llamas premezcladas en microgravedad arden a un ritmo mucho más lento y más eficiente que incluso una vela en la Tierra, y duran mucho más.

Transporte

Eficiencia de combustible en el transporte

Artículo principal: Eficiencia energética en el transporte

Eficiencia vehicular y contaminación del transporte

Artículos principales: Iniciativa de consumo de gasolina y eficiencia de vehículos

La eficiencia del combustible afecta directamente las emisiones que causan contaminación al afectar la cantidad de combustible utilizado. Sin embargo, también depende de la fuente de combustible utilizada para conducir el vehículo en cuestión. Los automóviles, por ejemplo, pueden funcionar con varios tipos de combustibles distintos de la gasolina, como el gas natural, el GLP o el biocombustible o la electricidad, que generan diversas cantidades de contaminación atmosférica.

Un kilogramo de carbono, ya sea contenido en gasolina, diésel, queroseno o cualquier otro combustible de hidrocarburos en un vehículo, genera aproximadamente 3,6 kg de emisiones de CO 2. Debido al contenido de carbono de la gasolina, su combustión emite 2,3 kg / L (19,4 lb / US gal) de CO 2 ; Dado que el combustible diesel es más denso en energía por unidad de volumen, el diesel emite 2.6 kg / L (22.2 lb / US gal). Esta cifra es solo las emisiones de CO 2 del producto de combustible final y no incluye las emisiones de CO 2 adicionales creadas durante los pasos de perforación, bombeo, transporte y refinación necesarios para producir el combustible. Las medidas adicionales para reducir las emisiones totales incluyen mejoras en la eficiencia de los acondicionadores de aire, las luces y los neumáticos.

Técnica de conducción

Artículo principal: conducción energéticamente eficiente

Muchos conductores tienen el potencial de mejorar significativamente la eficiencia del combustible. Estas cinco técnicas básicas de conducción con ahorro de combustible pueden resultar eficaces. Cosas simples como mantener los neumáticos inflados correctamente, mantener un vehículo en buen estado y evitar el ralentí pueden mejorar drásticamente la eficiencia del combustible.

Existe una comunidad creciente de entusiastas conocidos como hipermilers que desarrollan y practican técnicas de conducción para aumentar la eficiencia del combustible y reducir el consumo. Los Hypermilers han batido récords de eficiencia de combustible, por ejemplo, logrando 109 millas por galón en un Prius. En vehículos no híbridos, estas técnicas también son beneficiosas, con eficiencias de combustible de hasta 59 mpg- EE. UU. (4.0 L / 100 km) en un Honda Accord o 30 mpg- EE. UU. (7.8 L / 100 km) en un Acura MDX.

Mejoras tecnológicas avanzadas para mejorar la eficiencia del combustible.

Las máquinas más eficientes para convertir energía en movimiento giratorio son los motores eléctricos, como los que se utilizan en los vehículos eléctricos. Sin embargo, la electricidad no es una fuente de energía primaria, por lo que también debe tenerse en cuenta la eficiencia de la producción de electricidad. Los trenes ferroviarios pueden alimentarse con electricidad, suministrarse a través de un carril de rodadura adicional, un sistema de catenaria aérea o mediante generadores a bordo utilizados en locomotoras diesel-eléctricas como es común en las redes ferroviarias de EE. UU. Y Reino Unido. La contaminación producida por la generación centralizada de electricidad se emite en una central eléctrica distante, en lugar de "en el sitio". La contaminación se puede reducir utilizando más electrificación ferroviaria y energía con bajas emisiones de carbono para la electricidad. Algunos ferrocarriles, como el SNCF francés y los ferrocarriles federales suizos, obtienen la mayor parte, si no el 100% de su energía, de centrales hidroeléctricas o nucleares, por lo que la contaminación atmosférica de sus redes ferroviarias es muy baja. Esto se reflejó en un estudio de AEA Technology entre un tren Eurostar y los viajes de una aerolínea entre Londres y París, que mostró que los trenes emiten en promedio 10 veces menos CO 2, por pasajero, que los aviones, ayudados en parte por la generación nuclear francesa.

Pilas de combustible de hidrógeno

En el futuro, los coches de hidrógeno pueden estar disponibles comercialmente. Toyota está comercializando vehículos propulsados por pilas de combustible de hidrógeno en el sur de California, donde se ha establecido una serie de estaciones de servicio de hidrógeno. Alimentado a través de reacciones químicas en una celda de combustible que crea electricidad para impulsar motores eléctricos muy eficientes o quemando directamente hidrógeno en un motor de combustión (casi idéntico a un vehículo de gas natural y de manera similar compatible con gas natural y gasolina); estos vehículos prometen tener una contaminación casi nula del tubo de escape (tubo de escape). Potencialmente, la contaminación atmosférica podría ser mínima, siempre que el hidrógeno se produzca por electrólisis utilizando electricidad de fuentes no contaminantes como la solar, eólica, hidroeléctrica o nuclear. La producción comercial de hidrógeno utiliza combustibles fósiles y produce más dióxido de carbono que hidrógeno.

Debido a que hay contaminantes involucrados en la fabricación y destrucción de un automóvil y la producción, transmisión y almacenamiento de electricidad e hidrógeno, la etiqueta "contaminación cero" se aplica solo a la conversión del automóvil de la energía almacenada en movimiento.

En 2004, un consorcio de los principales fabricantes de automóviles ( BMW, General Motors, Honda, Toyota y Volkswagen / Audi ) propuso el "Estándar de gasolina de detergente de primer nivel" para las marcas de gasolina de EE. UU. Y Canadá que cumplen con sus estándares mínimos de contenido de detergente. y no contienen aditivos metálicos. La gasolina de nivel superior contiene niveles más altos de aditivos detergentes para evitar la acumulación de depósitos (por lo general, en el inyector de combustible y la válvula de admisión ) que se sabe que reducen la economía de combustible y el rendimiento del motor.

Ver también

Portal de energía