Una vez más vamos a hablar de eficiencia. En la primera parte hemos visto cómo los fabricantes atacan al consumo a través de la aerodinámica, los neumáticos, reduciendo fricciones mecánicas, con climatización más eficiente y pesos más contenidos.
Hoy vamos a ver otras medidas muy frecuentes en los modelos de última hornada. Veremos los fundamentos de la hibridación, de la gestión térmica del motor, los cambios automáticos, el famoso downsizing y el uso de compresores/turbocompresores. Y con eso no terminamos, hay más.
Cada aspecto que se mejora en un coche implica ingentes inversiones de dinero en i+D. Poco a poco nos vamos acercando a los límites teóricos de los motores de combustión, y cada paso que se da es más difícil que el anterior. Seguid leyendo:
Hibridación de motores térmicos
¿Qué es un híbrido? Aquel que combina dos sistema de motorización diferentes. Lo más frecuente es el híbrido eléctrico, aunque también se investiga en el híbrido a gas comprimido, tema que revisamos recientemente. La finalidad principal de este concepto es reducir las pérdidas de energía.
En realidad, la energía siempre se transforma, no se crea ni destruye. La hibridación permite transformar parte de esa energía en algo aprovechable más adelante. Por ejemplo, al decelerar o frenar, se puede recuperar parte de la energía cinética del vehículo en energía eléctrica o la compresión de aire.
Para recuperar energía necesitaremos un acumulador, que en la práctica es una batería química, volante de inercia/KERS o un depósito de aire comprimido. Esa energía puede ser reutilizada, aceptando cierta pérdida, con un motor adicional al de combustión interna. Es como una simbiosis mecánica.
A cambio de más peso y de una ocupación física de espacio, las ventajas son evidentes. Obtendremos un rendimiento neto superior al que daría el motor térmico por sí mismo, aunque sea durante unos pocos segundos. Eso permite ajustar más la potencia del motor térmico al uso que se le presupone al vehículo la mayoría del tiempo.
Los beneficios de los híbridos se maximizan en ciudad, con constantes deceleraciones y aceleraciones, aunque también son notables en carretera, incluso sin viento ni pendiente. La recarga de los acumuladores se realiza al decelerar o al capturar excedentes de potencia del motor térmico.
Los híbridos pueden ser en serie o paralelo dependiendo de la forma de asistencia al motor térmico, y según la intensidad de la asistencia híbridos puros o semihíbridos. También están los híbridos enchufables, que pueden partir de una carga de energía externa y más económica.
Gestión térmica del motor y baterías
Los motores de combustión interna y las baterías eléctricas son sensibles a la temperatura exterior, degradando su rendimiento con mucho frío o mucho calor. En la medida de lo posible, se procura que estas máquinas funcionen en el rango de temperatura más idóneo. El sistema más simple es la refrigeración por aire, muy utilizado en baterías.
De ahí pasamos a la refrigeración líquida, que usa una mezcla de agua desionizada y anticongelante. El rendimiento óptimo ronda los 90 ºC, por debajo de esa cifra el consumo aumentará, y por encima, habrá que hacer esfuerzos por bajar temperatura. Eso se controla con ventiladores, en los modelos modernos eléctricos, funcionan bajo demanda. Apenas se usa en baterías.
¿Cómo evitar las pérdidas por baja temperatura? Fácil, forzando el calentamiento. Se puede conseguir tapando el radiador, bloqueando el paso de refrigerante en los primeros minutos, con termostatos e incluso usando el aire caliente del escape. Lógicamente, es vital que estos sistemas no fallen y calienten cuando no deberían hacerlo.
En varios modelos actuales podemos ver el tapado inteligente de radiador, un sistema similar al de los eco-FLAPS que ya hemos visto en Motorpasión Futuro. Reduciendo el tiempo de calentamiento mejoraremos la eficiencia del motor, ya que no gastaremos combustible en calentar el aire que le rodea.
Es decir, el tapado de radiador no es por aerodinámica (el beneficio es muy pequeño), es por reducir las oscilaciones de temperatura. Es especialmente beneficioso en los híbridos, porque cuando detienen el motor térmico, pierden calor. Encontraremos esto en modelos como Ford Focus, Chevrolet Cruze, diversos BMW, etc.
También vamos a encontrar distintos circuitos de refrigeración, uno para el motor frío, otro para el motor caliente. Tened en cuenta que los motores tienen que funcionar en un amplísimo rango de temperaturas, especialmente en zonas muy calientes o muy frías. En baterías la gestión térmica aumenta su autonomía y vida útil.
El cambio automático
Las cajas manuales son tan antiguas como el propio automóvil. Los primeros cambios automáticos surgen como una innovación en confort, pero en los últimos años empiezan a ir ligadas a la eficiencia, tratando de mejorar la forma en la que un ser humano cambiaría.
Tradicionalmente el cambio automático ha aumentado el consumo por su diseño, había más fricciones internas y se "bebían" combustible. Pero la irrupción de convertidores de par más eficaces, los CVT o los manuales robotizados están dejando esos tópicos en el pasado.
El conductor promedio no es muy eficiente en el uso del cambio de marchas, especialmente en motores modernos que pueden tener fuerza suficiente a muy bajas revoluciones. Los híbridos son todos automáticos salvo algunos modelos Honda (Civic Hybrid e Insight del 2000 y el CR-Z del 2010), porque aquí el conductor humano no sería eficiente.
Las cajas más sofisticadas del mercado son capaces incluso de rodar "a vela", es decir, una gestión óptima del punto muerto para bajar el consumo sin que ello menoscabe la seguridad. Al conductor le simplifican mucho la vida si el objetivo es reducir los consumos, especialmente si quitamos los inconvenientes.
En función de las condiciones de conducción, los automáticos varían sus programas de cambio. Se tiende a un número elevado de marchas, lo que nos lleva al extremo del CVT: tenemos "infinitas" relaciones de cambio, para aprovechar en todo momento lo mejor del motor, solo cuando se necesita.
La forma más simple de cambio automático es el famoso recomendador de cambio de marcha que se monta en modelos manuales, que le indican al conductor cuándo reducir o insertar una marcha más larga. Este elemento va a ser de serie en todos los modelos del mercado muy pronto. Adivinad por qué.
La reducción de cilindrada o _downsizing_
Hay tres formas de ganar potencia, sobrealimentar, aumentar cilindrada o hacer que el motor gire más rápido. Los primeros motores a combustión tenían cilindradas enormes en relación a su potencia, pero eso ha ido mejorando y cada vez es menos cierto lo del "caballo grande, ande o no ande".
Un motor de menos cilindrada tiene un consumo más reducido en condiciones de baja y media carga, porque trabaja con menos aire/combustible y tiene menos fricciones mecánicas. Si nos pasamos reduciendo, tendremos que pedirle un esfuerzo superior, subiéndolo de vueltas, lo que acabaría siendo contraproducente.
Las mejoras en inyección, válvulas, turbo... permiten que un motor más pequeño iguale o casi iguale la capacidad de un motor más grande. También reduciremos el peso, ya que el bloque no será tan voluminoso, lo cual tiene su propio efecto beneficioso al reducir el peso del conjunto. El comportamiento, de paso, va a mejorar.
Lo más frecuente es combinar el downsizing con la sobrealimentación, así se puede compensar la reducción de cilindrada con un llenado de aire más efectivo. Un 1.6 turbo puede meter mucho más aire en sus cámaras que un 2.0 atmosférico, ya que la inducción natural nunca llena los cilindros.
En Europa y Japón tradicionalmente se han usado cilindradas modestas, pero en Estados Unidos y mercados de gasolina "barata" no. Los grandes fabricantes en Norteamérica han hecho un esfuerzo muy notable para pasar del V10/V8 al V6, del V6 al L4, y del L4 a los L4 pequeños. Y lo que nos queda.
La pega del downsizing es que, a largo plazo, el motor puede durar menos, especialmente con kilometrajes muy elevados, por encima de 250.000 km. Muchos consumidores aún son reacios a los motores pequeños por simple desconfianza. Por ejemplo, Ford vende hoy día motores 1.0 que dan la misma potencia que un 2.0 solo 15 años atrás.
Compresores y turbocompresores
Hay dos formas básicas de meter en los cilindros más aire del que entraría normalmente: con la fuerza del motor (compresor) o con la fuerza de los gases de escape (turbocompresor). Los beneficios vienen a diferentes revoluciones, el compresor es más eficaz a bajas vueltas y el turbo a medias/altas.
Si metemos más aire en el motor, podemos quemar más combustible, luego hay más potencia. En los motores Diesel se ha convertido en algo "obligatorio", ya que necesitan mucho aire. Ya no se vende ni un solo turismo Diesel atmosférico en los principales mercados. En gasolina se están viendo muchos también en los últimos años.
En un motor potente la sobrealimentación tiene una ventaja evidente, mayor potencia, pero eso también se traduce en un aumento de consumo. ¿Entonces cómo se puede usar un turbo para reducir el consumo? Buena pregunta, pero tiene todo el sentido del mundo.
Digamos que, en condiciones ideales, el motor funcionará con poca sobrealimentación o ninguna, tirando de inducción natural. Así habrá menos aire, y menos potencia. Pero cuando sea necesaria más fuerza, la tendremos. Por eso la combinación perfecta de este método es reducir cilindradas.
Si conducimos "a tope" un motor sobrealimentado, siempre gastará más, pero en la mayoría de la situaciones, que no vamos de carreras, ahorraremos combustible. Se trata de adecuar la potencia del motor al uso que tendrá la mayoría del tiempo. De poco sirve tener un motor que gaste muy poco si, cuando hace falta, no anda.
El compresor roba potencia al conectarse al cigüeñal, pero el turbo en realidad aprovecha una energía que se desperdicia, la de los gases de escape, a cambio de un pequeño retardo (turbo-lag). Se está investigando también el uso de turbos eléctricos, que no sufrirían ese retraso. Otra variante de los turbos es los biturbo o triturbo y hasta tetraturbo como el Bugatti Veyron.
En Motorpasión Futuro | La mejora de la eficiencia ("parte 1":https://www.motorpasionfuturo.com/mecanica-eficiente/la-mejora-de-la-eficiencia-parte-1, "parte 3":https://www.motorpasionfuturo.com/mecanica-eficiente/la-mejora-de-la-eficiencia-parte-3)
