1. Rendimiento del motor:
La energía contenida en el combustible. De origen químico.
Se transforma en calor mediante la combustión. De este modo. El consiguiente
aumento de presión provoca el desplazamiento del pistón obteniéndose así
energía mecánica.
El balance resultante entre la cantidad de energía aportada
y la obtenida en una maquina se denomina rendimiento y se expresa como un
porcentaje del trabajo que se aporta.
PERDIDAS DE ENERGÍA:
·
Perdida
de calor: Producida por el sistema de refrigeración y la radiación de
calor al exterior.
·
Perdidas
mecánicas: Debido al rozamiento entre las piezas en movimiento. Y por
el accionamiento de dispositivos auxiliares. Como la bomba de agua, Bomba de
aceite, etc.
·
Perdidas
químicas: Motivadas por una combustión incompleta.
2. Tipo de
rendimiento:
En un motor se puede obtener diferentes topos de
rendimiento:
·
Rendimiento térmico.
·
Rendimiento mecánico.
·
Rendimiento efectivo.
·
Rendimiento volumétrico.
2.1 Rendimiento térmico:
El rendimiento térmico será mayor cuanta más alta sea la
temperatura alcanzada en la combustión y menores sean las pérdidas de calor.
La cantidad de calor obtenida está en función de la masa de
combustible consumida por unidad de tiempo y del poder calorífico de este.
Del 100% de la energía calorífica que posee el combustible,
los motores térmicos de combustión interna solamente son capaces de transformar
entre el 35% y el 50%.
·
Rendimiento térmico de los motores
Otto: de 35% y 40%.
·
Rendimiento térmico de los motores
diésel de 40% a 50%.
2.2 Rendimiento mecánico:
Se puede expresar como la relación que existe entre la
potencia efectiva, que se obtiene en el eje del motor, y la potencia indicada,
que se obtiene en el diagrama de trabajo o diagrama indicado.
Las pérdidas de carácter mecánico que se consideran para
determinar el rendimiento mecánico son:
·
La energía empleada en trasmitir el
movimiento del pistón hasta el eje de salida, principalmente el rozamiento
entre los segmentos del cilindro y en los cojinetes de fricción de biela y
cigüeñal.
·
La parte de energía que consumen los
dispositivos auxiliares, como el sistema de distribución, las bombas de agua y
aceite, el distribuidor de encendido, etc., y el trabajo de bombeo o energía
que se emplea en introducir y extraer los gases en el cilindro.
El conjunto de perdidas mecánicas supone entre un 10% y un
15%.
2.3 Rendimiento efectivo:
El balance entre el total de pérdidas y el 100% de la
energía contenida en el combustible consumido dan lugar al rendimiento efectivo
del motor.
2.4 Rendimiento volumétrico:
Se puede definir como el grado de eficacia con que se logra
llenar el cilindro.
Se expresa como la relación entre la masa de gas que es
introducida en el cilindro en un ciclo y la masa que teóricamente cabe en el
volumen del cilindro.
Para regímenes menores, la velocidad del gas es baja, y para
los superiores, el tiempo disponible para la admisión disminuye a la vez que
aumentan las pérdidas de carga debido al rozamiento de los gases.
El rendimiento volumétrico máximo esta entre el 70% y 90% y
depende de muy diversos factores:
·
Régimen de giro.
·
Las condiciones ambientales exteriores,
que determinan la densidad del aire.
·
El diagrama de distribución.
·
La sección de válvulas y los conductos
de admisión.
·
La eficacia de barrido de los gases
quemados.
3. Características principales de los motores:
Las principales características que definen las prestaciones
que se obtienen en un motor son el par
motor, la potencia y el consumo especifico. Estos parámetros identifican el
tipo de motor proporcionando una referencia en cuanto a sus características de
funcionamiento. El fabricante suministra estos datos obtenidos mediante ensayos
en el banco de potencia.
3.1 Par motor:
Se denomina par de giro o movimiento de giro al efecto que
se obtiene cuando se aplica una fuerza sobre un brazo de palanca.
El valor del par es el producto de la fuerza aplicada por la
distancia desde donde se aplica hasta el punto de giro.
El par motor esta en función de la fuerza aplicada sobre la
biela, y de la longitud del codo del cigüeñal, siendo esta igual a la mitad de
la carrera.
La presión media efectiva resulta de hallar la media de la
presión existente dentro del cilindro durante el tiempo de combustión y
expansión, de forma que podemos suponer sobre el pistón actúa una presión media
uniforme durante la carrera de expansión.
El valor de la presión media obtenida en la combustión
depende fundamentalmente en dos factores.
·
Grado de llenado de los cilindros (rendimiento
volumétrico).
·
Eficacia con que se desarrolla la
combustión.
El régimen a que se consigue llenar mejor los cilindros, y
por tanto el máximo par, depende de características constructivas como la
longitud y el diámetro de los conductos de admisión y los tiempos de apertura y
el cruce de válvulas, que vienen determinados por el diagrama de distribución.
Por consiguiente, el máximo par coincidirá con el máximo
rendimiento volumétrico.
3.2 Potencia:
La potencia mecánica se define como la cantidad de trabajo
realizado en la unidad de tiempo.
P=T/t
Para calcular la potencia de un motor conviene expresarla en
función de la velocidad: el trabajo es el producto de la fuerza por el espacio
(T=Fxe).
Y la velocidad es el resultado de dividir el espacio por el tiempo
(v=e/t).
Consecuentemente, la potencia se puede obtener en función de
la fuerza y la velocidad lineal.
En un motor, la potencia es el resultado de multiplicar el
par motor obtenido en el eje por la velocidad de rotación (P=M x co).
El par motor se obtiene multiplicando la fuerza por la
distancia (M=Fxd). La distancia equivale en la medida del codo del cigüeñal y
se denomina (r).
F=M/r.
La velocidad lineal expresada en m/s se obtiene con la
ecuación: v= π x 2 x r x n/60.
Obtendremos la potencia en vatios si expresamos el par en
newton metro (Nm).
También se usa como unidad de potencia el caballo de vapor
(cv) que pertenece al sistema técnico. En este caso se usara como unidad de par
el kilogramo por metro (kg x m).
Unidades de medida:
Generalmente las medidas se expresan en unidades del sistema
internacional (SI). Se utilizan también unidades del sistema técnico para
indicar la potencia y el par motor. Actualmente es habitual encontrar datos
expresados en ambos sistemas.
Factores que determinan la potencia de un motor:
Cilindrada: A medida que aumentan el volumen también lo hace la cantidad de combustible quemado en cada ciclo, siendo mayor la cantidad de calor que se transforma en trabajo mecánico.
Llenado de los cilindros: La carga de los cilindros se mejora con dispositivos de admisión variable y distribución variable, en otros casos se recurre a la sobrealimentaron.
Relación de compresión: A medida que aumenta, el rendimiento térmico mejora y por consiguiente también lo hace la potencia obtenida.
Régimen de giro: La potencia crece progresivamente con la velocidad, es decir, con el numero de ciclos que se realizan por minuto.
POTENCIA Y RÉGIMEN DE GIRO:
En los motores otto: el combustible se inyecta en la admisión, de manera que en el momento del encendido se encuentra bien mezclado con el aire y la combustión es rápida.
En los motores diésel: se requiere tiempo para formar la mezcla de aire y combustible dentro del cilindro y realizar la combustión ya que el combustible se inyecta al final de la compresión.
Los diésel lentos: son motores de grandes cilindradas que giran a pocas revoluciones, tienen un buen rendimiento y bajo consumo.
Los diésel rápidos, empleados en turismos, trabajan con menos presiones y sus componentes son mas ligeros con el fin de alcanzar mayor numero de revoluciones.
CONSUMO ESPECIFICO DE COMBUSTIBLE:
Rendimiento térmico: Aumentan con la relación de compresión, ya que se consiguen mayores temperaturas y, por tanto, mayores presiones. Por este motivo los diésel consumen menos.
Rendimiento volumetrico: Empeora a medida que aumenta el régimen, por lo que el consumo también se incrementa.
TIPOS DE POTENCIA:
POTENCIA AL FRENO O POTENCIA EFECTIVA:
Se calcula a partir del par motor obtenido en el freno dinamométrico y es la que ofrece el fabricante en los datos técnicos del motor junto al numero de revoluciones al que se obtiene.
POTENCIA ESPECIFICA:
Los motores otto tienen una potencia especifica mas alta que los diésel, debido al mayor numero de revoluciones, aunque los diésel rápidos sobrealimentados están igualados a los otto en este sentido.
CURVAS CARACTERÍSTICAS:
Las curvas características del motor se confeccionan a partir de datos obtenidos mediante pruebas en el freno dinamometrico. Los puntos mas característicos de estas curvas son el régimen de máximo par y el régimen de máxima potencia. En este tramo de revoluciones se obtiene el máximo rendimiento del motor.
CURVA DE POTENCIA:
La potencia es el resultado de multiplicar el par motor por la velocidad de rotación, si ambos factores aumentan la potencia crecerá rápidamente.
El régimen máximo de un motor indica el limite al que se puede mantener funcionando sin riesgos de deterioro.
INTERPRETACIÓN DE LA CURVA DE POTENCIA:
Si la curva presenta una pendiente muy pronunciada significa que para un pequeño aumento de revoluciones se produce un incremento importante de la potencia.
Con este tipo de curva aguda se consigue una alta potencia especifica pero el motor tiene poca elasticidad.
Cuando se trata de una curva con una pendiente poco pronunciada para conseguir un pequeño aumento de revoluciones debe generarse un aumento moderado de la potencia.
Este tipo de curvas mas plana es característica de motores elásticos, aunque las cifras de potencia máxima son menores.
CURVA DE PAR MOTOR:
Representa la evolución del par en función del régimen del motor. Normalmente viene expresado en Nm y a veces en mkg.
Al aumentar el régimen, el llenado de los cilindros empeora y el par desciende, a pesar de que la potencia sigue aumentando. El régimen máximo par depende de las características de los conductos de admisión y el diagrama de distribución.
INTERPRETACIÓN DE LA CURVA DE PAR:
La curva es representativa de un motor poco elástico: el par sube hasta alcanzar su valor máximo , pero se mantiene dentro de la zona útil durante un tramo muy corto de revoluciones, lo que habrá que usar el cambio de marchas con frecuencia.
El régimen máximo de un motor indica al limite al que se puede mantener funcionando sin riesgos de deterioro.
INTERPRETACIÓN DE LA CURVA DE POTENCIA:
Con este tipo de curva aguda se consigue una alta potencia especifica pero el motor tiene poca elasticidad.
CURVA DE PAR MOTOR:
En el motor diésel se desarrolla una curva de par parecida a la numero 2, y el motor otto se asemeja mas a la numero 1.
CURVA DE CONSUMO ESPECIFICO:
Representa el consumo de combustible respecto al numero de revoluciones.
Esta curva guarda cierta simetría con la del par debido a que los valores máximos del rendimiento volumetrico coinciden con los mínimos de consumo.
OBTENCIÓN DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS:
Solamente es posible obtener las prestaciones reales de un motor mediante pruebas en el banco de potencia o freno dinamométrico.
Los parámetros fundamentales que deben medirse en el banco son:
- Par motor.
- Potencia.
- Consumo especifico de combustible.
Otros datos que también se tienen en cuenta son los relativos a la temperatura del agua, aceite y gases de escape del motor, con el fin de asegurarse de que las mediaciones se realizan bajo unas condiciones de funcionamiento adecuado.