Eficiencia energética de los coches eléctricos frente a los de gasolina
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El rendimiento de los motores térmicos es la relación entre la energía total contenida en el combustible y la cantidad de energía utilizada para realizar un trabajo útil. Hay dos clasificaciones de motores térmicos-
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Eficiencia térmica
¿Qué eficiencia tienen los motores? Los motores de combustión son asombrosamente ineficientes. La mayoría de los motores diésel ni siquiera tienen una eficiencia térmica del 50%. De cada galón de gasóleo quemado por un motor de combustión, menos de la mitad de la energía generada se convierte en energía mecánica. Es decir, de la energía producida por el motor diesel de una camioneta, por ejemplo, menos de la mitad de la energía producida realmente empuja la camioneta por la carretera.
Aunque pueda parecer que un vehículo que sólo convierte en energía mecánica el 50% de la energía térmica que produce durante la combustión es extraordinariamente ineficiente, muchos vehículos que circulan por la carretera desperdician en realidad cerca del 80% de la energía producida durante la combustión del combustible. Los motores de gasolina a menudo expulsan más del 80% de la energía producida por el tubo de escape o pierden esa energía en el entorno del motor.
“Los motores de combustión interna producen trabajo mecánico (potencia) quemando combustible. Durante el proceso de combustión, el combustible se oxida (se quema). Este proceso termodinámico libera calor que se transforma en parte en energía mecánica”, según X-Engineer.org. Pero, gran parte de la energía producida se pierde. Una gran parte de la energía producida por un motor de combustión se desperdicia.
Eficiencia de los motores diésel
Resumen: La conversión de la energía del combustible en trabajo útil en un motor de combustión interna implica una serie de pérdidas. Entre ellas se encuentran la pérdida de energía química en las emisiones, las pérdidas de calor del motor y a través de los gases de escape, y las pérdidas por bombeo de gas y fricción en el motor. Por consiguiente, el rendimiento térmico global del motor es un producto de la combustión, la termodinámica, el intercambio de gases y el rendimiento mecánico.
La conversión de la energía del combustible en trabajo útil en un motor de combustión interna implica una serie de pérdidas. Las principales pérdidas de energía del motor y los correspondientes factores de eficiencia se ilustran en la Figura 1 [3038]. En la literatura se pueden encontrar otros estudios sobre los factores que afectan a la eficiencia del motor, centrándose en la combustión a baja temperatura [4886].
A partir de la combustión de un combustible hidrocarburo y la liberación de su energía, una pequeña cantidad de combustible no se convierte completamente en los productos de combustión ideales CO2 y H2O. La energía que queda en el combustible no quemado y en los productos intermedios de la combustión se contabiliza en la eficiencia de la combustión.
Eficiencia del hielo
También se necesitan formas de mejorar la inflamabilidad magra en los motores de gasolina. Es decir, la capacidad de combustión realmente pobre está limitada por el combustible. Si la mezcla de gasolina y aire es demasiado pobre, la llama no tendrá suficiente velocidad para atravesar el cilindro en el tiempo permitido por las RPM del motor que desea el conductor, o la llama ni siquiera se iniciará: el cilindro falla, y entonces el catalizador tiene que oxidar una enorme cantidad de UHC y, por tanto, puede sobrecalentarse (lo que podría significar que hay que comprar un nuevo catalizador).
Un primer curso de termodinámica podría enseñar la eficiencia del ciclo Otto (que es el ciclo ideal utilizado para simular el motor de gasolina de los automóviles de encendido por chispa). En ese curso se obtendría la siguiente ecuación para la eficiencia del ciclo Otto:
La relación de compresión del motor es rv. En realidad, se trata de una relación de volumen. Es la relación entre el volumen en un cilindro cuando el pistón está en el fondo del cilindro y el volumen en el cilindro cuando el pistón está en su posición superior: rv = Vbottom/Vtop.
La mayoría de los motores de automóviles tienen relaciones de compresión en el rango de 9 a 10,5. Observamos que cuanto mayor sea la relación de compresión, mayor será el rendimiento. El parámetro g es la relación de los calores específicos, es decir, el calor específico a presión constante sobre el calor específico a volumen constante. En la práctica, cuanto mayor sea g, mayor será el rendimiento. Un gas como el helio o el argón, compuesto únicamente por átomos, tiene el mayor g posible, 1,67. En cambio, el aire ambiente, compuesto principalmente por moléculas de O2 y N2, tiene un g de 1,4. El vapor de gasolina tiene un g menor que el del aire. La mezcla de aire y vapor de gasolina inducida en el motor tiene un g de aproximadamente 1,35. Cuando esta mezcla se comprime y se calienta durante la carrera de compresión, su g desciende a aproximadamente 1,33. En el momento de la combustión (cuando el pistón está cerca de su posición superior), el combustible se oxida a CO2 (y algo de CO) y H2O, y el g desciende aún más. Cae en el rango de 1,20-1,25. El g global y efectivo para todo el ciclo que se utiliza en la ecuación de eficiencia anterior es de aproximadamente 1,27.