Sobre consumo y curvas de potencia

Llevaba mucho tiempo, después de una conversación en el coche con Xurxo Mariño, con ganas de escribir algo acerca de la curva de potencia de los motores y la utilización mejor de los mismos. Y al final me he animado viendo un reportaje lamentable en un telediario acerca de conducción más económica con dos conceptos no muy acertados.

– El coche con marchas más largas siempre consume menos
– Es mejor detener el coche sin ir reduciendo de marcha en marcha

Para entender mejor el funcionamiento de un motor de combustión interna alternativo –vamos, el que llevamos casi todos en el coche- es necesario primero deshacer algunos conceptos poco claros que me he encontrado a veces hablando con gente muy diferente. En las revistas especializadas del automóvil, y muchas veces en los catálogos comerciales, nos ofrecen información en forma de curvas de potencia y par, y en las que habitualmente sólo nos fijamos en el valor de potencia máxima del coche.

El problema es que a la vista de esa curva uno podría pensar que su coche entrega siempre la misma cifra de caballos (o mejor kilovatios, kW) cuando gira a una determinada velocidad, lo que puede contradecir las leyes más básicas de la física. La primera ley de la termodinámica o de conservación de la energía nos dice que ésta no se crea ni se destruye, únicamente se transforma. Vamos a ver en qué se transforma la energía de nuestro motor:

– Una parte se utiliza para vencer las resistencias aerodinámica y de rodadura, y se transforma finalmente en calor.
– Otra parte se transforma en energía potencial gravitatoria (cuando subimos una cuesta) o en energía cinética (cuando aceleramos).

Estos dos últimos factores pueden tener un balance negativo, cuando el coche pierde energía cinética o potencial.

Un ejemplo sencillo de comparación sería circular a velocidad constante por una carretera recta que tiene tramos que alternativamente suben y bajan. Si mantenemos la velocidad, las resistencias aerodinámica y de rodadura serán la misma, y si no cambiamos de marcha, el motor girará a la misma velocidad. Pero cuando subimos la cuesta el balance de energía no puede ser el mismo que cuando la bajamos. La solución a este enigma es que nos falta información.

La curva que vimos de potencia dada por el fabricante o por un banco de potencia independiente es la que entrega el motor a plena carga, con el máximo de combustible posible entrando en los cilindros. Una información más completa sería tener las curvas de potencia cuando se introduce una cantidad menor de combustible, las curvas de potencia a carga parcial. Esas curvas suelen representarse en porcentaje respecto a la primera de plena carga.

Ahora sí podemos ver el que llamaremos punto de funcionamiento del motor. La suma de los trabajos que debe realizar -vencer las resistencias y acumular (o perder) energía potencial- nos dan la potencia demandada, y la potencia entregada por el motor es exactamente la misma por el primer principio. Entrando el gráfico con el valor de potencia y velocidad de giro del motor sabremos qué grado de carga tiene.

Los puntos 1 y 2 podrían representar respectivamente subir una cuesta y bajarla a la misma velocidad y en la misma marcha. Entre los dos se situaría circular a esa velocidad en llano. Y eso es efectivamente lo que hacemos, para mantener constante la velocidad mientras subimos y bajamos cuestas regulamos con el acelerador el grado de carga del motor.

Vamos a ver otro ejemplo simplificado: que sucede cuando cambiamos de marcha. Si no alteramos la velocidad y circulamos en llano, la energía demandada es la necesaria para vencer las resistencias, iguales en ambos casos, pero al cambiar de marcha el motor ya no gira a la misma velocidad.

La potencia es la misma para los puntos 3 y 4 pero al cambiar el régimen de giro debemos ajustar el grado de carga para mantener la velocidad. Al pasar de 3 a 4 se inyecta menos combustible en cada ciclo –pasamos a un grado menor de carga- pero tenemos más ciclos por segundo.

Entonces ¿se consume más o menos combustible? Pues para determinar eso otra vez nos faltan datos. Las curvas que tenemos son de potencia mecánica, pero para relacionarla con el consumo nos falta saber cómo es de eficiente nuestro motor convirtiendo la energía química del combustible en energía mecánica. Podemos medir esto en tanto por ciento de energía mecánica sobre la química –el resto se pierde en forma de calor-, o bien podemos estudiar la cantidad de combustible necesaria para generar una unidad de energía, típicamente un KW.h. Sobre el gráfico de potencia podemos representar otras líneas que representen situaciones en las que el motor consume el mismo combustible, las llamaremos curvas de isoconsumo. El gráfico siguiente se parece a uno real con datos en gramos por hora y por kilovatio.

Ahora sí podemos poner encajar las situaciones 3 y 4 que vimos en el gráfico y saber cuál supone menos consumo

La situación de menor consumo –con la misma potencia- corresponde a la marcha más corta, con más revoluciones. Sin embargo una marcha aún más corta, subiendo de nuevo las revoluciones, nos llevaría de nuevo a una zona de mayor consumo.

La forma de ahorrar combustible no es por tanto llevar la marcha más larga posible sino la que corresponde, casi siempre, a un régimen intermedio.

La otra cuestión que planteaban en el cutre-reportaje es que es mejor reducir todas las marchas de golpe en lugar de una en una, pero en realidad en los coches actuales, cuando reducimos marchas y usamos la retención del motor para frenar, la centralita electrónica se encarga de no inyectar ningún combustible. El las pantallitas que tienen muchos coches con el consumo instantáneo se puede ver esa cifra: 0 litros/100km. Así que usar el freno motor no sólo no gasta combustible sino que ahorra en otros elementos como el desgaste de los frenos.

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2 respuestas a Sobre consumo y curvas de potencia

  1. Antonio dijo:

    Hay un pequeño matiz que has omitido, con el motor en retención, es decir, carga cero de acelerador, por debajo de unas 1200-1500 rpm, la centralita “ordena” inyectar una cantidad mínima de combustible, la razón es que al motor también le cuesta retener al coche y sus partes móviles, cigüeñal, bielas, taqués “sufren”, como cuando aceleramos desde una marcha larga a baja velocidad, de esta forma hay una pequeña ayuda al giro del motor que apenas merma la retención. La cantidad es miserable, de hecho las centralitas suelen poner una cifra, que probablemente sea por defecto, de x litros/hora, en vez de litros/100Km en la medición de consumo instantáneo.

    Saludos.

  2. Antonio dijo:

    Albert martí. Inyección Electrónica en motores de gasolina.

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