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La dilatación y el repostaje de combustible

En estos días de verano (¡pasadlo bien si ya estáis de vacaciones! Y si no… aguantad que ya queda poco) es dificil no pensar en el calor que, inevitablemente, parece inundarlo todo. Pero las altas temperaturas, que a veces nos reblandece el cerebro y nos impide pensar, otras veces nos sirve como excusa para escribir un pequeño artículo como éste.

Y es que ayer me disponia a echarle gasolina al coche cuando recordé un correo, que probablemente todos hayáis visto, en el que se recomendaba repostar de noche. En él se explicaba cómo debido a la dilatación de la gasolina a causa del calor y a que el sistema de medida de los surtidores es volumétrico, repostar de noche podría suponer un ahorro económico dado que la misma cantidad de gasolina ocuparía menos volumen que durante el día (a mayor temperatura mayor dilatación).

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Pues bueno, si bien la base de esto es completamente cierta, se me planteó la duda de si realmente seria notable este efecto como para justificar la recomendación anterior y merecer la pena el esfuerzo.

Comencemos por lo más básico recordando que el litro es una medida de volumen que equivale a 1000 cm3. Esto significa que un litro de “algo” ocupa el equivalente a un cubo de 10 cm de largo x 10 cm de ancho x 10 cm de alto. Básicamente lo que necesitamos saber es que un litro de ese “algo” siempre ocupará el mismo espacio o volumen. Esto puede resultarnos obvio, pero es un detalle importante a tener en cuenta ya que con el aumento de la temperatura los cuerpos se dilatan, lo que significa que la misma cantidad de ese cuerpo ocupa un espacio mayor. Concluyendo podemos decir que un mismo litro de “algo” a distintas temperaturas implica una cantidad distinta de ese “algo”. Como a temperaturas mayores el volumen de los cuerpos aumenta, a mayor temperatura, un litro de gasolina (a pesar de seguir siendo un litro) contendrá una cantidad, inevitablemente, menor. Pero… ¿cuánto?

Pues bien, podemos calcular la diferencia de volumen de un cuerpo por dilatación utilizando la siguiente fórmula:

Vf = Vo + Vo · β · (Tf – To)

Donde:

Vf es el volumen final del cuerpo.

Vo es el volumen inicial del cuerpo.

Tf es la temperatura final del cuerpo.

To es la temperatura inicial del cuerpo.

β es el coeficiente de dilatación volumétrico del material, que es aproximadamente el triple del coeficiente de dilatación lineal.

Mediante esta fórmula podemos calcular cuál sería el volumen final de nuestro depósito de combustible. Teniendo en cuenta que mi coche tiene un depósito de 55 litros,  suponiendo que reposto a 40º, frente a los 20º que consideraremos como temperatura ambiente y que el coeficiente de dilatación volumétrico de la gasolina es de 9,6·10-4, obtenemos el siguiente resultado:

Vf = 55 + 55 · 0,00096 · 20 = 55 + 1,056 = 56,056 litros

Esto significa que a 40º C la misma cantidad de gasolina ocupa un volumen 1,056 litros mayor. Aproximando el precio de la gasolina a 1,1 euros por litro (¡Uff!) calculamos que repostando a 20º lleno mi depósito por 60,5 euros. Sin embargo, a 40º llenar mi depósito me saldría por 61,66 euros. Esto significa una diferencia de 1,16 euros por cada 55 litros, o lo que es lo mismo, 0,02 euros por litro. ¿2 céntimos por litro? ¿Eso no es bastante como para pensarnos el darnos un paseito de noche para ir a repostar?

Hombre, pues en principio podría parecer que sí, pero antes de llegar a ninguna decisión final parémonos a pensar algunas cosas e investiguemos un poco. Lo primero que debemos pensar es que aunque en determinadas épocas del año sí que tenemos diferencias de temperatura de unos 20º (en algunos sitios puede que incluso más) normalmente la diferencia será menor entre el día y la noche. Además, debemos tener en cuenta que la temperatura a la que se encuentra el tanque de combustible en la estación de servicio no es igual a la temperatura ambiente sino menor, ya que se encuentra bajo tierra (y que, de hecho, es una de las razones por la que se almacenan bajo tierra). Y adicionalmente, la variación de temperatura en el tanque de combustible no es tan drástica como la que sufrimos en el exterior. Pensad que el tanque de una estación de servicio puede ser superior a los 40.000 litros y modificar la temperatura de todo ese combustible puede requerir de mucha energía y tiempo (Inércia Térmica).

Con esto no sólo deducimos que la dilatación del combustible es menor (ya que la diferencia de temperaturas máxima y mínima es menor) sino que, además, la diferencia entre repostar de día y de noche puede ser mucho menor que la que expusimos anteriormente.

En realidad, investigando un poco, parece que la temperatura subterránea por debajo de 4 pies permanece relativamente constante y es menor que la ambiental en verano y superior en invierno. Por lo tanto, independiente de la temperatura a la que realmente se encuentre el tanque de combustible de la estación de servicio, lo que nos interesa es que no parece haber diferencia entre su temperatura durante el día y durante la noche.

De esta forma, aunque sí es cierto que está basado en argumentos parcialmente válidos, parece que el truco de repostar de noche para ahorrarnos unos céntimos en gasolina no nos será muy útil en la práctica.

Por otra parte, y apartándonos un poco del tema principal, puede que alguno de vosotros haya pensado ¿pero esto no ocurrirá también con el combustible que ya tengo en mi depósito? ¿No es posible que al repostar 55 litros con mucho calor directamente no quepan en mi depósito? Mira que el depósito de mi coche no está soterrado y si que le afecta más la temperatura ambiente… Pues por una parte deberemos tener en cuenta que el propio tanque de combustible también se dilata, permitiendo almacenar un mayor volumen. Y por otra parte también influye el mecanismo que corta el suministro de combustible en el surtidor. Puede que algunos os hayáis fijado, pero para los que no lo hayáis hecho os adjunto una foto de la boca de la manguera de un surtidor de combustible (que, por cierto, se llama boquerel).

Sistema de corte de suministro de combustible

Como podréis ver hay dos salidas. Por el tubo principal, obviamente, sale el combustible y por el tubo pequeño se aspira aire (utilizando el efecto Venturi). Mientras el depósito del coche no se encuentre lleno el tubo pequeño podrá seguir aspirando aire. Sin embargo, una vez que el nivel del combustible (sea cual sea la capacidad del depósito) tape la boquilla pequeña no podrá succionar aire y una válvula cortará el suministro de combustible.

De esta forma, aunque en nuestro depósito intentáramos repostar un volumen mayor del que cabe (sea o no por los efectos de la dilatación) el boquerel cortaría el suministro a una distancia prudencial de la boca del depósito, de manera que el combustible nunca rebose ni por los efectos de la dilatación debida a la temperatura ambiental ni por el calentamiento debido al propio motor del vehículo.

10 Comments

  • Marc dice:

    Oh! Muy interesante y claro. Me gusta!:-)

  • Daryl dice:

    En realidad no habria que repostar de noche sino al amanecer. Debido a que los liquidos tienen mayor inercia térmica que el aire, habria que esperar mucho para que la gasolina “perdiera” el calor acumulado durante el día y el momento donde la temperatura es mínima antes de volver a aumentar es el del amanecer.
    Y si el ahorro es de 1 litro por cada 50, con una diferencia de 20 grados, pues o bien te pilla de paso a esa hora o, en otro caso, perdono con mucho gusto el litro antes de levantarme a las 7 de la mañana o desplazarme dos kilometros para pillar el surtidor más próximo.

  • Leshar dice:

    Un artículo muy interesante, tanto que, independientemente del ahorro de 2 o medio céntimo, me ha planteado una pregunta;
    ¿cuánto tiempo tarda el combustible en aumentar de temperatura y por lo tanto de volumen? Es decir, si partimos de una temperatura inicial constante en el tanque de la gasolinera de 20º ¿a las 4 de la tarde de un caluroso mes de Agosto la gasolina aumenta de volumen en la manguera? O ¿Cuánto tiempo tiene que estar el coche al sol para que aumente respecto al volumen inicial? 🙂

  • Sheldon dice:

    #Marc,
    muchas gracias!!

    #Daryl,
    tienes razón, se me olvidó aclarar que el repostaje debería ser al amanecer para poder beneficiarse de la mayor bajada de temperatura debido a la inercia térmica. Y estoy completamente de acuerdo, ya podría coincidir que estuviese circulando a esas horas porque si no… En cualquier caso, como hemos visto, no existe tal ahorro, por lo que para aquellos que se quisieran esforzar un poco más que nosotros, que sepan que no merece la pena…

  • Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: En estos días de verano (¡pasadlo bien si ya estáis de vacaciones! Y si no… aguantad que ya queda poco) es dificil no pensar en el calor que, inevitablemente, parece inundarlo todo. Pero las altas temperaturas, que a vec……

  • Sheldon dice:

    Hola Leshar y disculpa que haya tardado tanto en contestarte…

    La verdad es que aunque en principio parece simple la pregunta que nos formulas, no lo es tanto. Y siento no poder darte una respuesta concluyente. El tiempo que tarda la gasolina en aumentar de volumen en función de la temperatura va a depender de la inercia térmica (de la gasolina y su entorno), que nos dice la velocidad con la que los cuerpos ceden o absorben calor de su entorno. Por otra parte el cálculo de la inercia térmica no es nada sencillo, de hecho se investigan técnicas cada vez más precisas para su determinación (práctica) ya que es muy importante en la construcción, por poner un ejemplo. Esta inercia térmica, depende, a su vez de otros parámetros como son la masa del cuerpo, su calor específico y su coeficiente de conductividad térmica. Sin embargo, en el caso de los fluidos (como el aire o la gasolina) la transmisión de calor no sólo se realiza a través de conducción térmica, sino también de convección térmica. De hecho, para gradientes de temperatura importantes la mayor parte de la transferencia de calor se realiza por convección…

    Siento no tener una respuesta más aclaratoria para ti. No sé cuanto tienes que dejar al sol el coche para que la gasolina de su depósito adquiera su máximo volumen, lo que sí te puedo decir es que estará aumentando desde el primer momento… y que no lo dejes mucho o te arrepentirás cuando vuelvas a recogerlo! (Lo que me lleva a una nueva de nuestras FITs)

  • […] no es lo mismo echar 10 litros a primera hora de la mañana a 20 grados que por la tarde a 40. La gasolina aumenta su volumen un 1% cada 11 grados. Una vez hace años lo llene a tope y me reboso cerca de un litro, es para […]

  • Félix Cienfuegos Rivas dice:

    Me permito aportar este comentario a la espera de que el mismo sea útil a la hora de evaluar si en una gasolinera roban o no me roban combustible.
    Procedo de la siguiente manera:
    1º.-Procuro echar combustible siempre en cuanto se me enciende el piloto de la reserva.
    2º.- Siempre lleno el depósito a tope procurando que el llenado se termine al segundo paro del surtidor con lo cual el nivel alcanzado es aproximadamente el mismo.
    Mi razonamiento es el siguiente:
    Mi deposito tiene una capacidad aproximada según la especificación técnica del vehículo de 60 litros (esto es constante).
    Cuando se enciende el piloto deben quedar en el depósito unos 5 litros (esto es también constante.

    Comparo entre distintas gasolineras las cantidades que me suministran cuando lleno el depósito y si por ejemplo en una gasolinera me llenan con 50 ó 56 litros estimo que es aproximadamente correcto; cuando en las mismas condiciones en otra me echan dos o tres litios de mas sospecho que me están robando.

    Puedo asegurar que estas diferencias existen entre las distintas gasolineras y consecuentemente procuro echar combustible en aquellas en que la desviación es mínima con respecto a mis estimaciones.

    Se me ha dado el caso de que en alguna gasolinera me han echado combustible y me han echado mas de 60 litros cuando yo tengo constancia de que al menos me quedan 3 litros.
    Esta técnica me permite seleccionar las gasolineras donde habitualmente me llenan el depósito con menor cantidad de combustible

  • sergio dice:

    buen dia, mi pregunta es para lo mismo con el diesel

  • Depósitos de Combustible dice:

    Hola Sheldon,

    Muy bueno el artículo. Quería matizar una cosa:

    El funcionamiento de cómo se para el llenado está bien explicado, pero falta un detalle. El tubo de llenado (desde el tanque a la boca de carga) comienza a llenarse antes de estar completo el tanque (la burbuja). Esto se congigue por medio de un flotador situado en la ventilación de la burbuja, que impide que el aire pueda seguir desalojando la burbuja, indispensable para introducir el volumen de combustible. Cuando el flotador cierra la respiración, el combustible comprime el aire restante (que puede ser en torno a un 20% del volumen de la burbuja) y comienza a llenar el tubo hasta hacer saltar la pistola. Es decir, cuando has llenado el depósito, tienes aún un volumen de aire importante en la burbuja. Adivinas ya por qué?

    Efectivamente, para absorber dilataciones y aumentos de presión posteriores, no tanto provocados por el día/noche, sino por las temperaturas de funcionamiento, pues normalmente, al ser una pieza tan grande situada en la parte posterior, siempre se encuentra de alguna manera cerca del ruteado del tubo de escape.

    No te preocupes que ventilaciones de emergencia, e incluso el propio tapón tiene una válvula para aliviar la presión o el vacío (pues luego se irá vaciando cuando uses combustible)creados en el depósito.

    @Felix: Tampoco te extrañe que en tú depósito quepa más volumen del nominal. Esto es así siempre, pues lo que no quieres es que nadie se quede tirado cuando el indicador aún le da 5km de autonomía. Por ello, para asegurarte frente a tolerancias, siempre permites que entre más combustible de lo que sale en el manual.

    Un saludo.

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