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Solución:
Primero, considere el caso con cargas auxiliares insignificantes (sin aire acondicionado).
Para un motor del tamaño de un Civic (1.8 litros), esta hoja de trabajo del DOE de EE. UU. Estima un consumo de combustible de aproximadamente 0.3 galones estadounidenses / hora en ralentí.
Aquí hay un cálculo inicial conservador:
- El motor de arranque Civic tiene una potencia nominal de 1.0 kW (83A $ veces $ 12V). Por tanto, un arranque de 3 segundos produce 3 kJ. Suponga un 25% adicional de disipación interna de la batería que debe reemplazarse.
- Como nota, esta energía debe ser repuesta por el ICE (motor de combustión interna). La eficiencia máxima de ICE es solo del 30%. La eficiencia incremental, que es lo que importa para esta pequeña carga adicional, es sin duda mayor, pero usaré el 25% como una estimación conservadora.
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La eficiencia del alternador tampoco es muy buena; Usaré un conservador 50%.
Con estos valores, se requieren 3.0 kJ $ times $ (1.25 / 0.25 / 0.5) = 30 kJ de combustible para recargar la batería (¡Tenga en cuenta que la eficiencia de carga general es solo del 10%!).
Ahora, la densidad de energía de la gasolina es de 120 MJ por galón estadounidense (42,4 MJ / kg), por lo que la cantidad de combustible necesaria para recargar la batería, incluidas todas las ineficiencias, es 30 kJ $ div $ 120 MJ / gal = 0,00025 US galón.
Entonces, el tiempo de inactividad “cruzado” en este caso, por encima del cual es más eficiente detener y reiniciar, es 0.00025 gal $ div $ 0.3 gal / hora $ aproxeq $ 8.3 $ times10 ^ – 4 $ horas, o unos 3 segundos.
Ahora suponga que un acondicionador de aire (PDF) consume 1 kW de energía eléctrica.
- Con el motor en marcha, el A / C requiere (a través del alternador) un consumo adicional de combustible del motor equivalente a 1 kW / 0.5 / 0.25 = 8 kW, o 29 MJ / hora, o 0.24 gal / hora de gasolina. Para una duración $ t $, el consumo total de combustible con el motor en funcionamiento es (0.3 + 0.24) $ t $ = 0.54 $ t $ (con $ t $ en horas).
- Con el motor parado, el A / C todavía consume 1 kW, o 3,6 MJ por hora. Con esa baja eficiencia de carga del 10%, se requieren 36 MJ de combustible (o 0,3 galones) para recargar una hora de funcionamiento del aire acondicionado. Agregando la contribución del motor de arranque, el requerimiento total de combustible es 0,00025 + 0.3 $ t $ (con $ t $ nuevamente en horas).
Al equiparar estos dos nuevos requisitos de combustible, el tiempo de transición con el A / C encendido aumenta, pero solo a unos 4 segundos.
Aunque la eficiencia de carga de la batería es baja, el desperdicio del consumo de combustible en ralentí domina el cálculo.
Tenga en cuenta que no tengo una referencia para la ineficiencia de recarga de batería del 25%. Desafortunadamente, ese es un número importante cuando se ejecuta un A / C, ya que reduce la ventaja de apagar el motor. En algún nivel de carga alto (en el vecindario o 4 kW) esa desventaja supera la ventaja de apagar el motor.
Se pueden encontrar más datos (experimentales) para confirmar las estimaciones anteriores aquí: http://www.iwilltry.org/b/projects/how-many-seconds-of-idling-is-equivalent-to-starting-your-engine /
En mi caso, consume aproximadamente la misma cantidad de combustible que 7 segundos de inactividad. Sin embargo, el consumo de combustible adicional observado parece deberse casi en su totalidad a un ajuste de velocidad de ralentí más rápido durante los primeros 20 segundos después del arranque. Cualquier buen conductor comenzaría a moverse dentro de 1-2 segundos después de comenzar, lo que eliminaría efectivamente las pérdidas rápidas en vacío. Si puede comenzar a extraer trabajo útil de su motor dentro de 1 segundo después de arrancar el motor, entonces parece que arrancar el motor consume combustible equivalente a aproximadamente 0.2 segundos de ralentí.
En primer lugar, la prueba es el pudín. Mientras estaba en Alemania, estaba en un automóvil (un Smart) que apagaba automáticamente el motor cuando se detenía y mantenía presionado el freno, y luego lo volvía a encender cuando presionaba el acelerador. Hizo esto tan rápido que realmente no te diste cuenta. Supongo que este es el tipo de tecnología a la que te refieres. El hecho de que esto se haga en un automóvil comercial y aparentemente mejore la eficiencia muestra que, en general, apagar el motor en los semáforos mejora la eficiencia. Para sus números concretos, todo lo que necesita hacer es buscar las especificaciones de consumo de combustible para dicho automóvil con y sin la función de arranque / parada del motor habilitada.
En segundo lugar, con respecto a la cantidad de energía utilizada de la batería por el motor de arranque, es fácil poner un límite superior a la cantidad de energía eléctrica utilizada al arrancar el automóvil utilizando las clasificaciones de la batería. Una de las clasificaciones impresas en las baterías es el número de amperios de arranque en frío (CCA). Esta es la cantidad de corriente que la batería puede gastar mientras arranca el automóvil a 0 ° C. Un número típico es 700 CCA para la batería de cuatro cilindros. Suponiendo que el motor de arranque usa el máximo actual, igual al número de CCA (no lo hace) y se necesitan 10 s para arrancar el automóvil (no lo hace), da un límite superior de 700 A $ veces $ 12 V $ veces $ 10 s $ = $ 84 kJ de uso de energía por parte del motor de arranque.
84 kW $ approx $ 112 HP está en el extremo inferior de la potencia máxima que puede producir un cuatro cilindros. 84 kW $ times $ 1 s $ = $ 84 kJ, lo que significa que nuestra estimación de límite superior de la energía utilizada por el motor de arranque es equivalente a aproximadamente 1 s de un cuatro cilindros que se apaga por completo. De hecho, los motores ponen este tipo de potencia en la práctica; eso es lo que obtienes cuando estás en la carretera con tu banda de potencia y la pones en el piso, lo que podría ser algo razonable al entrar a la carretera en un automóvil pequeño. Si quieres saber a cuánto tiempo de inactividad es equivalente, tendrías que buscar el consumo de combustible en ralentí, que no es realmente física y no lo sé en la parte superior de mi cabeza.
Finalmente, toda la energía almacenada en la batería es menor que la capacidad de la batería en amperios-hora multiplicada por el voltaje de la batería en voltios. Digo “menos que” porque el voltaje caerá un poco antes de que se agote la batería. Para una batería de 70 Ah a 12 V, esto es 840 Wh $ aproximadamente $ 3 MJ, que todavía es equivalente a 30 s de un motor de 100 kW.
En general, las baterías que encontramos en la vida cotidiana almacenan una cantidad insignificante de energía en comparación con los combustibles fósiles. Por eso ha sido tan difícil fabricar un coche eléctrico competitivo. Dile eso al tipo.
Puede encontrar referencias para los números en esta publicación (1) en el manual del propietario de un vehículo y (2) impresos en la batería de un automóvil.
En promedio, un automóvil de 4 o 6 cilindros consumirá aproximadamente 250 amperios durante 3 segundos para comenzar. Eso resulta ser 0.21 Amp-Hrs.
El alternador de un automóvil puede restaurar fácilmente esa cantidad de energía en 30 segundos con aproximadamente un 40% de eficiencia. Lo que significa que se necesitan aproximadamente 0,52 amperios-hora del alternador para recuperar la batería.
La mayoría de los alternadores emiten alrededor de 60 amperios-hora en ralentí o más de 100 amperios-hora cuando funcionan a rpm más altas.
Por lo tanto, arrancar un automóvil requiere aproximadamente el 1% de la potencia disponible proveniente del alternador en ralentí. o alrededor del 0,65% al conducir. Entonces esto muestra que la carga real de la batería y el alternador son insignificantes.
Comparar la diferencia de energía eléctrica desperdiciada con el combustible desperdiciado al arrancar un automóvil o dejarlo en ralentí es espectacular. El motor usa una tonelada de energía cada segundo que funciona en el orden de 100 kwatts. Si lo apaga aunque sea por un segundo, se ahorrará una diferencia dramática en el consumo total de energía. Si hizo funcionar el motor durante solo 1 segundo, está hablando de 2.3 Amp-Hrs (asumiendo que toda esa potencia se compara con una batería de 12V que produce 100 kwatts).
O si lo compara con 3 segundos de arranque, eso es 6,95 amperios-hora (motor en marcha durante 3 segundos) frente a 0,52 amperios-hora para recargar después de arrancar.
Detener el coche es una obviedad.
EDITAR: Usando 0.4 galones / hora de Art en inactivo para un 2.4L, eso es 1,111 A-Hr de energía en un sistema de 12V. En comparación, son 11 baterías automotrices estándar de 12 voltios por hora. Ahora, considere que solo necesita alrededor de 0.52 A-Hrs para recargar después de cada arranque, puede ver que estamos hablando de un 0.045% de un consumo de energía que equivale a aproximadamente 2 segundos del consumo de combustible del motor en ralentí, mucho menos si está conduciendo. (1,111 A-hr = 0,31 A-segundos)
Fuentes / Estimaciones:
- Motor de 4 cilindros hp / watts (utilicé una estimación baja de 100 kwatts o 134 HP).
- Corriente del alternador vs rpm vs eficiencia (vea el primer gráfico de la Figura 3).
- La mayoría de los arrancadores de autos pequeños son 1.4KW o ~ 116 amperios o 0.097 amperios-hora en 3 segundos, aproximadamente dupliqué el número a 250 amperios para cubrir casi cualquier tipo de motor pequeño. Por ejemplo, el popular Honda Civic usa un motor de arranque Denso 280-0324 que solo tiene una potencia nominal de 1.0 kW o 83.3 amperios o 0.069 amperios-hora durante 3 segundos.
- 1 hora a 12 V = 43,2 KJ, 1 galón = 120 MJ => 2,78 kA-hora a 12 V.
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