¿Estamos los humanos en la cima de la eficiencia del transporte? ¿Hemos llegado al tope de nuestra productividad mecánica? Los humanos hemos hecho notables progresos en la industria automotriz en los últimos 50 años, en especial en lo que se refiere a la forma en que nos movemos a diario. Pero aún hay más por lograr. Exploraremos cómo la adopción de la electrónica en la industria automotriz ha mejorado de manera drástica la eficiencia del transporte de personas y las aplicaciones electrónicas automotrices que hacen posible dicha eficiencia.
De la Edad de Piedra al modelo T de Ford: la revolución del transporte
Durante casi 3,4 millones de años, las herramientas más avanzadas se hicieron de piedra. No fue hasta el 3000 a. C. que nuestras herramientas comenzaron a avanzar a materiales de aleación como el bronce, y nuestra capacidad de hacer herramientas más efectivas (como la rueda) creció. El bronce rápidamente se reemplazó por el hierro y el acero ya en el 1300 a. C., lo que permitió que estas herramientas fuesen aún más fuertes y resistentes. Las personas pudieron viajar distancias más lejanas y más rápido. En el período medieval, las herramientas de metal, la maquinaria, las armas y los vehículos revolucionaron casi todos los aspectos de la vida. Los avances que se llevaron a cabo durante los 1000 años del período medieval fueron más drásticos que los que se realizaron durante los 3,4 millones de años anteriores.
Solo unos pocos siglos después, durante la Revolución industrial, los procesos de fabricación permitieron la producción en masa. Con el comienzo de la producción en masa vino otro salto exponencial en la eficiencia de las herramientas y las máquinas. La idea de las tolerancias de diseño (límite de variación en el tamaño o la forma de un producto manufacturado) se volvió esencial para la fabricación, y el arte de la mecanización hizo que los componentes fueran intercambiables a escala masiva. La producción en serie de bicicletas y automóviles los hizo asequibles para las masas. Por primera vez, la capacidad de viajar distancias cortas y largas significaba que el mundo se hacía más pequeño, o al menos, así se sentía.
Cuando el modelo T de Ford llegó a las carreteras en 1908, su motor de combustión interna alcanzó casi 21 millas por galón de gasolina. Las personas ahora usaban la química y los sistemas mecánicos para moverse en mayor escala, y era tanto asequible como escalable. Al igual que si se comparara el período medieval con la Edad de Piedra, el siglo siguiente a la presentación del Modelo T vería un crecimiento que superaría los 5000 años anteriores y sería casi incomparable con los tres millones anteriores.
Pero durante casi medio siglo después del debut del Modelo T, no hubo ningún cambio drástico en los automóviles. Los automóviles se hicieron más grandes y más rápidos, pero la eficiencia y la innovación que revolucionaron el mundo en 1908 permanecieron estancadas. El progreso exponencial de la eficiencia de las herramientas entre la Edad de Piedra y el comienzo del siglo XX pareció detenerse bruscamente.
Estándares de eficiencia de combustibles para automóviles: el nacimiento de la eficiencia automotriz
La eficiencia del combustible estadounidense en realidad empeoró durante el medio siglo que siguió al modelo T, a medida que crecía la demanda de automóviles más potentes. No fue hasta que el Congreso de los EE. UU. promulgó las normas de la Economía de combustible promedio corporativo (CAFE) en 1975 que las palabras “eficiencia“ y “automóvil“ comenzaron a aparecer en la misma frase. Después de la famosa era de los “muscle cars“ americanos en los años 60 y principios de los 70, los automóviles se enfrentaron a un nuevo reto: tenían que mejorar, no solo ser más rápidos.
Los fabricantes de automóviles americanos necesitaban cambiar la forma en que funcionaban los vehículos, tanto por dentro como por fuera. En 1980, la electrónica y la tecnología informática vinieron al rescate del automóvil, listos para impactar a la industria automotriz hasta su esencia. La electrónica se uniría rápidamente a la orquesta química y mecánica, y marcaría el comienzo de la próxima revolución del transporte.
Automóviles de bajo consumo: carburadores electrónicos y más
Si bien la electrónica estaba presente en los automóviles antes de la década de 1970, los ingenieros la utilizaban sobre todo para ayudar a crear sistemas más potentes y accesorios para los vehículos. Pero para fines de la década, la eficiencia era el punto central de la industria automotriz, desde los supervehículos de lujo hasta el auto más asequible de América. Este cambio de prioridades no significó quitarle la potencia y la robustez al núcleo de la industria, sino que los ingenieros se centraron en crear automóviles que pudieran hacer más con menos.
Para 1985, el Chevrolet Sprint alcanzaba 53 millas por galón (MPG) de gasolina en carretera y 44 MPG en la ciudad, lo que cuadriplicaba el promedio de eficiencia de combustible de los automóviles de la década anterior. Su secreto: un carburador controlado de manera electrónica y un motor diseñado con precisión que a la vez era compacto y gratamente potente.
Los automóviles en sí no eran los únicos que recibían un tratamiento electrónico en la industria automotriz. Los procesos de mecanizado y fabricación se hicieron cada vez más precisos, gracias a la adopción de nuevos sistemas de control electrónico que permitieron producir estos motores de poco peso y potentes. Por primera vez desde la Revolución industrial, el avance en la fabricación se aceleró a un ritmo exponencial. El mecanizado preciso de componentes en todos los vehículos trajo consigo una mayor utilización térmica y una transferencia más eficiente de energía en todos los ámbitos.
Millas por galón promedio (MPG) conforme avanza el tiempo
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) realiza un seguimiento de la eficiencia promedio del combustible de los automóviles desde 1975. En la siguiente imagen, se puede ver que la utilización de combustible y las emisiones de dióxido de carbono han mejorado casi el doble desde el inicio de las normas de la Economía de combustible promedio corporativo (CAFE).
Fuente: Informe de tendencias automotrices de la EPA
La electrónica es crítica para controlar casi todos los aspectos del automóvil moderno. Algunos de los componentes más caros de los automóviles se convirtieron en los propios sistemas electrónicos. A continuación, indicamos algunos ejemplos:
- Sensores mecánicos, como los velocímetros, se volvieron electrónicos.
- Los carburadores se convirtieron en sistemas de inyección de combustible controlados electrónicamente.
- Los usuarios pueden monitorear la presión de los neumáticos mediante sensores y transmisores inalámbricos.
Innovación del vehículo eléctrico
Tras el auge de la eficiencia entre 1975 y 1985, la industria automotriz experimentó un período de estancamiento similar al que se produjo entre el Modelo T y los primeros años de la década de 1970. Desde mediados de los años 80 hasta principios de los 2000, la eficiencia automotriz alcanzó su máximo y la disminución fue leve. Este estancamiento probablemente fue el resultado de una nueva tecnología utilizada para maximizar la potencia. La incorporación de la electrónica aumentó el peso de los automóviles, ya que los extensos mazos de cables y los nuevos sistemas electrónicos resultaron ser pesados, lo que en definitiva disminuyó la eficiencia media de los vehículos. Sin embargo, a principios de la década de 2000, un nuevo tipo de automóvil prometía revolucionar la industria automotriz: los vehículos eléctricos.
Los vehículos eléctricos (EV) vienen en una variedad de configuraciones:
- Vehículos eléctricos totalmente híbridos (FHEV)
- Vehículos eléctricos con enchufe
- Vehículos totalmente eléctricos (FEV), también conocidos como vehículos eléctricos con baterías (BEV)
Obviamente, los vehículos que utilizan una fuente de energía alternativa están obligados a reducir las emisiones de carbono asociadas a los automóviles de motor de combustión interna. También aumentan el promedio de millas por galón, con lo que se incrementa la eficiencia de toda la industria. El aumento de los vehículos híbridos y totalmente eléctricos en los últimos 15 años nos trajeron al mundo actual, donde algunas de las empresas automotrices más influyentes se ocupan de establecer récords de eficiencia.
Fuente: EPA: Los 13 principales fabricantes de automóviles del mundo que tienen una eficiencia media en el consumo de combustible
Electrónica y eficiencia del combustible: tecnología para el futuro
La industria automotriz es la más eficiente que ha existido, y continúa aumentando su eficiencia con avances como:
- Diseño aerodinámico asistido por computadora
- Motores perfeccionados
- Tecnología híbrida
- Vehículos totalmente eléctricos
- Reducción de las emisiones de carbono
Los fabricantes continúan mejorando la eficiencia térmica de los motores de combustión interna y cada vez son más los que recurren a la energía eléctrica en sus vehículos. Los sistemas electrónicos pueden revolucionar rápidamente la industria automotriz hasta un estado irreconocible.