Equivalente en galones de gasolina

Para empezar, solo una fracción de la energía almacenada en un combustible determinado (medida en BTU o kWh) puede ser convertida en trabajo útil por el motor del vehículo. La medida de esto es la eficiencia del motor , a menudo llamada eficiencia térmica en el caso de los motores de combustión interna. Un motor de ciclo diésel puede tener una eficiencia de entre el 40 % y el 50 % en la conversión de combustible en trabajo , ^{[ 2 ]} mientras que la eficiencia de un motor de gasolina típico para automóviles es de aproximadamente entre el 25 % y el 30 %. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

En general, un motor está diseñado para funcionar con un solo combustible, y sustituirlo puede afectar su eficiencia térmica. Cada combinación de combustible y motor requiere ajustar la mezcla de aire y combustible. Este ajuste puede realizarse manualmente con herramientas e instrumentos de prueba, o automáticamente en vehículos con inyección electrónica y de combustible múltiple. La sobrealimentación en un motor de combustión interna mediante compresor o turbocompresor también puede afectar la mezcla óptima de aire y combustible, así como la eficiencia térmica.

La eficiencia global de convertir una unidad de combustible en trabajo útil (rotación de las ruedas motrices) incluye la consideración de la eficiencia térmica junto con las pérdidas dinámicas inherentes y específicas del diseño de un vehículo determinado. La eficiencia térmica se ve afectada tanto por la fricción como por las pérdidas de calor; en los motores de combustión interna, parte de la energía almacenada se pierde en forma de calor a través del sistema de escape o de refrigeración. Además, la fricción dentro del motor se produce en las paredes de los cilindros, los cojinetes de biela y cojinetes principales del cigüeñal, los cojinetes del árbol de levas, las cadenas o engranajes de transmisión, además de otras superficies de apoyo menores y diversas. Otras pérdidas dinámicas pueden ser causadas por la fricción externa al motor, incluyendo las cargas del generador/ alternador , la bomba de dirección asistida, el compresor del aire acondicionado, la transmisión, la caja de transferencia (si es de tracción a las cuatro ruedas), los diferenciales y las juntas universales, además de la resistencia a la rodadura de los neumáticos. El diseño exterior del vehículo afecta su resistencia aerodinámica, que es otra pérdida dinámica que debe considerarse para la eficiencia global.

En vehículos eléctricos o de batería, el cálculo de la eficiencia general del trabajo útil del vehículo comienza con la tasa de carga y descarga del paquete de baterías, generalmente del 80 % al 90 %. A continuación, se considera la conversión de la energía almacenada en distancia recorrida con potencia. En general, un motor eléctrico es mucho más eficiente que un motor de combustión interna a la hora de convertir la energía potencial almacenada en trabajo útil; en un vehículo eléctrico, la eficiencia del motor de tracción puede acercarse al 90 %, ya que se genera un mínimo de calor residual en las piezas del motor y no se emite calor por el radiador de refrigerante ni por el escape. Un motor eléctrico normalmente solo tiene fricción interna en los cojinetes del eje principal. Las pérdidas adicionales afectarán a la eficiencia general, de forma similar a un automóvil convencional de combustión interna, incluyendo la resistencia a la rodadura, la resistencia aerodinámica, la potencia de los accesorios, el climatizador y las pérdidas de la transmisión. Consulte la tabla a continuación para convertir los costos minoristas de electricidad para un GGE en BTU.

La eficiencia general se mide y se informa, generalmente mediante pruebas gubernamentales, operando el vehículo en un ciclo de conducción estandarizado diseñado para replicar el uso típico, a la vez que proporciona una base consistente para la comparación entre vehículos. Los automóviles vendidos en los Estados Unidos se anuncian por su eficiencia general medida (consumo de combustible) en millas por galón (mpg). El MPG de un vehículo determinado comienza con la eficiencia térmica del combustible y el motor, menos todos los elementos de fricción mencionados anteriormente. El consumo de combustible es una medida equivalente para los automóviles vendidos fuera de los Estados Unidos, generalmente medida en litros por cada 100  km recorridos; en general, el consumo de combustible y las millas por galón serían recíprocos con los factores de conversión apropiados, pero debido a que diferentes países utilizan diferentes ciclos de conducción para medir el consumo de combustible, el consumo de combustible y el ahorro de combustible no siempre son directamente comparables.

La métrica MPGe fue introducida en noviembre de 2010 por la EPA en la etiqueta Monroney del automóvil eléctrico Nissan Leaf y el híbrido enchufable Chevrolet Volt . Las clasificaciones se basan en la fórmula de la EPA, en la que 33,7 kilovatios-hora de electricidad equivalen a un galón de gasolina (lo que da un valor calorífico de 115 010 BTU/US gal ), y el consumo de energía de cada vehículo durante las cinco pruebas estándar del ciclo de conducción de la EPA que simulan diversas condiciones de conducción. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Todos los automóviles y camionetas ligeras nuevos vendidos en los EE. UU. deben tener esta etiqueta que muestra la estimación de la EPA sobre la economía de combustible del vehículo. ^{[ 7 ]}  

Un GGE de gas natural equivale a 126,67 pies cúbicos (3,587 m³) en ^condiciones estándar . Este volumen de gas natural tiene el mismo contenido energético que un galón estadounidense de gasolina (según los valores caloríficos inferiores : 900 BTU/ft³ ⁽ 9,3 kWh/m³ ⁾ para el gas natural y 114 000 BTU/US gal (8,8 kWh/L) para la gasolina). ^{[ 22 ]}      

Un GGE de GNC presurizado a 2400 psi (17 MPa) es 0,77 pies cúbicos (22 litros; 5,8 galones estadounidenses) . Este volumen de GNC a 2400 psi tiene el mismo contenido energético que un galón estadounidense de gasolina (basado en valores caloríficos inferiores: 148 144 BTU/ft³ ⁽ 1533,25 kWh/m³ ⁾ de GNC y 114 000 BTU/US gal (8,8 kWh/L) de gasolina. ^{[ 22 ]} Usando la ley de Boyle , el GGE equivalente a 3600 psi (25 MPa) es 0,51 pies cúbicos (14 litros; 3,8 galones estadounidenses) .         

La Conferencia Nacional de Pesas y Medidas (NCWM) ha desarrollado una unidad de medida estándar para el gas natural comprimido, definida en el Apéndice D del Manual 44 del NIST de la siguiente manera: "1 equivalente de galón de gasolina [estadounidense] (GGE) significa 2,567 kg (5,660 lb) de gas natural". ^{[ 23 ]}

Cuando los consumidores repostan sus vehículos de GNC en EE. UU., el GNC se suele medir y vender en unidades GGE. Esto resulta bastante útil para compararlo con los galones de gasolina.

1,5 galones estadounidenses (5,7 litros) de etanol tienen el mismo contenido energético que 1,0 galón estadounidense (3,8 litros) de gasolina.   

El contenido energético del etanol es de 76 100 BTU/galón estadounidense (5,89 kilovatios-hora por litro) , en comparación con los 114 100 BTU/ galón estadounidense (8,83 kWh/L) de la gasolina. (Véase el gráfico anterior).     

Un vehículo de combustible flexible ofrece aproximadamente el 76 % del rendimiento de combustible (MPG) al usar productos E85 (85 % de etanol) en comparación con gasolina pura. Cálculos sencillos de los valores BTU del etanol y la gasolina indican la reducción del poder calorífico disponible para el motor de combustión interna. El etanol puro proporciona dos tercios del poder calorífico de la gasolina pura.

En el cálculo más común, es decir, el valor BTU de la gasolina pura frente a la gasolina con un 10 % de etanol, esta última tiene un valor BTU ligeramente superior al 96 % de la gasolina pura. El valor BTU de la gasolina varía en función de la presión de vapor Reid (lo que facilita la vaporización en mezclas de invierno que contienen etanol (es difícil arrancar un vehículo con etanol cuando hace frío) y aditivos antidetonantes. Dichos aditivos reducen el valor BTU.