Comparación de la eficiencia energética entre un vehículo de combustión interna y un vehículo eléctrico
Introducción
En este trabajo se compara la eficiencia energética de dos vehículos reales pertenecientes al mismo segmento (segmento C, compactos), con características de uso similares. El objetivo es analizar cuánta energía consumen para recorrer 100 km, transformar dicho consumo a Joules y determinar qué porcentaje de esa energía se utiliza realmente para mover el vehículo. Los modelos seleccionados son el Toyota Corolla 1.8 gasolina y el Nissan Leaf eléctrico, ambos ampliamente utilizados como vehículos urbanos y de uso diario.
Desarrollo
Conversión del consumo a Joules
Toyota Corolla 1.8 (gasolina)
El consumo promedio del Toyota Corolla es de 7,5 L por cada 100 km.
La gasolina tiene un poder calorífico aproximado de 34 MJ por litro.
La energía total consumida se calcula como:
7,5 L × 34 MJ/L = 255 MJ
Sabiendo que 1 MJ equivale a 1 000 000 J, se obtiene:
255 MJ = 2,55 × 10^8 J
Por lo tanto, el vehículo de combustión consume aproximadamente 2,55 × 10^8 joules para recorrer 100 km.
Nissan Leaf (eléctrico)
El consumo promedio del Nissan Leaf es de 15 kWh por cada 100 km.
Se sabe que 1 kWh equivale a 3,6 × 10^6 J.
La energía total consumida es:
15 kWh × 3,6 × 10^6 J/kWh = 5,4 × 10^7 J
Por lo tanto, el vehículo eléctrico consume aproximadamente 5,4 × 10^7 Joules para recorrer 100 km.
Energía realmente aprovechada (energía útil)
Vehículo de combustión interna
La eficiencia promedio de un motor a gasolina es cercana al 25 % (Heywood, 2018).
La energía útil se calcula como:
2,55 × 10^8 J × 0,25 = 6,38 × 10^7 J
La energía perdida, correspondiente al 75 %, es aproximadamente:
1,91 × 10^8 J
Vehículo eléctrico
La eficiencia global del sistema eléctrico es aproximadamente del 80 % (Larminie y Lowry, 2012).
La energía útil se calcula como:
5,4 × 10^7 J × 0,80 = 4,32 × 10^7 J
La energía perdida, correspondiente al 20 %, es aproximadamente:
1,08 × 10^7 J
Tabla comparativa
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MOTOR A COMBUSTIÓN |
MOTOR ELÉCTRICO |
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Toyota Corolla 1.8 |
Nissan Leaf |
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Energía total: 2,55 × 10^8 J por 100 km Energía útil: 6,38 × 10^7 J Eficiencia aproximada: 25 %  |
Energía total: 5,4 × 10^7 J por 100 km Energía útil: 4,32 × 10^7 J Eficiencia aproximada: 80 % |
A partir de los resultados obtenidos, se observa una diferencia significativa en el comportamiento energético de ambos vehículos. El Toyota Corolla, al utilizar un motor de combustión interna, requiere una cantidad total de energía mucho mayor para recorrer 100 km, alcanzando aproximadamente 2,55 × 10^8 J. Sin embargo, debido a las limitaciones propias del proceso de combustión, solo cerca del 25 % de esta energía se transforma en trabajo útil, mientras que el resto se pierde principalmente en forma de calor a través del sistema de escape, la refrigeración del motor y las pérdidas mecánicas por fricción.
En contraste, el Nissan Leaf presenta un consumo energético total considerablemente menor, del orden de 5,4 × 10^7 J para la misma distancia. Además, gracias a la alta eficiencia del sistema eléctrico, alrededor del 80 % de esta energía se aprovecha directamente para el movimiento del vehículo. Esto se traduce en pérdidas energéticas mucho más reducidas en comparación con el vehículo de combustión interna.
Al comparar ambos sistemas, se evidencia que, aunque el vehículo a gasolina genera una cantidad ligeramente mayor de energía útil en términos absolutos, lo hace a costa de consumir casi cinco veces más energía total. Por el contrario, el vehículo eléctrico logra un nivel de energía útil similar utilizando una cantidad de energía significativamente menor, lo que demuestra un aprovechamiento energético mucho más eficiente. Esta diferencia pone de manifiesto la superioridad del sistema eléctrico desde el punto de vista de eficiencia energética y justifica su creciente adopción en el sector del transporte.
Conclusión
A partir de las conversiones y cálculos realizados, se concluye que el vehículo eléctrico es claramente más eficiente que el vehículo de combustión interna. Aunque ambos logran una cantidad de energía útil comparable, el vehículo a gasolina necesita consumir una cantidad de energía total considerablemente mayor, perdiendo la mayor parte en forma de calor. Desde el punto de vista energético, el vehículo eléctrico representa una opción más eficiente para el transporte.
Referencias Bibliográficas
· Heywood, J. B. (2018). Internal combustion engine fundamentals. McGraw-Hill Education.
· Larminie, J., & Lowry, J. (2012). Electric vehicle technology explained. John Wiley & Sons.