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Términos utilizados para el estudio del motor


Indice del curso


Los términos teóricos mas importantes a la hora de estudiar un motor son:



Relación de compresión (Rc): es la relación que existe entre la suma de volúmenes (V + v) y el volumen de la cámara de combustión. Este dato se expresa como el siguiente ejemplo: 10,5/1. La relación de compresión (Rc) es un dato que nos lo da el fabricante, no así el volumen de la cámara de combustión (v) que lo podemos calcular por medio de la formula de la (Rc).

En la figura inferior tenemos como ejemplo que la relación de compresión es de diez a uno. Esto nos indica que el volumen total del cilindro se comprime diez veces para reducirse al tamaño de la cámara de combustión. Esta característica nos da una idea de las prestaciones del motor, su eficiencia y su potencia; en la medida que el número de la izquierda sea mayor, la relación será más elevada y las prestaciones superiores dentro de ciertos limites.



Calculo de un ejemplo real: Volkswagen Passat 1.9 TDi.

Datos:

Calculo de la cilindrada a partir del diámetro y el calibre.



Calculo del volumen de la cámara de combustión (v) a partir de la relación de compresión (Rc).


Velocidad del pistón
El pistón en su movimiento alternativo alcanza velocidades que van desde cero hasta su velocidad máxima. De este movimiento se puede obtener una velocidad media del pistón que estará en función de la carrera del pistón y del número de revoluciones del cigüeñal.


Las velocidad máxima que puede alcanzar el pistón se limita, ya que cuanto mas alta sea, mayor será el desgaste de los cilindros y el motor estará sometido a grandes inercias que provocaran mayores esfuerzos a todos los elementos mecánicos del mismo. La velocidad media del pistón normalmente esta comprendida entre 10 y 18 m/s. Para obtener mayor velocidad media del pistón y por lo tanto mayor nº de r.p.m., se construyen motores de carrera mas corta para reducir el desgaste de los cilindros.

En función de la medida de la carrera y diámetro diremos que un motor es:

Actualmente se tiende a la fabricación de motores con mayor diámetro que carrera, con objeto de que al disminuir la carrera se reduzca la velocidad lineal del pistón y con ello el desgaste de los cilindros.

Ejemplo real de las medidas de los cilindros:

Como se ve las medidas son muy dispares.

 

Las ventajas de los motores cuadrados y supercuadrados son:

Los inconvenientes son:

 

Potencia del motor
La energía química del combustible se transforma en energía mecánica al empujar los pistones dentro del motor. La energía mecánica o trabajo mecánico es el producto de multiplicar una fuerza por el espacio recorrido. Si por ejemplo, un pistón es empujado con una fuerza de 4000 kilogramos y su carrera es 86 mm, el trabajo desarrollado es:

Si el trabajo desarrollado se divide por el tiempo empleado en efectuarlo, obtendremos la potencia desarrollada. En el mismo ejemplo anterior, si el trabajo se desarrolla en una décima de segundo, la potencia es:

que expresada en CV es:

La potencia desarrollada por un motor depende, por tanto, de la relación de compresión y de la cilindrada, ya que a mayores valores de estas les corresponden mayor explosión y mas fuerza aplicada al pistón; también depende de la carrera, del número de cilindros y de las revoluciones por minuto a las que gira el motor.

Equivalencias:

 

Par motor
El valor del par es el producto de la fuerza aplicada sobre el pistón y de la longitud del codo del cigüeñal. La fuerza que actúa sobre el pistón es proporcional a la presión media efectiva durante la carrera de explosión y expansión. El valor de esta presión media depende del grado de llenado de los cilindros y de la eficacia con que se desarrolla la combustión.


El par motor, expresado en "m.kg" multiplicado por las revoluciones a las que gira el motor y dividido por 716, nos da la potencia desarrollada por el motor en ese régimen.
Por ejemplo para un motor que desarrolla 10 m.kg, girando a 3000 r.p.m., la potencia desarrollada es:

Equivalencias:

Curvas características Par/Motor
El valor máximo de potencia no coincide con las mismas revoluciones que el par motor, ya que, si bien, este último va en aumento a medida que lo hace el número de revoluciones, llega un momento en que al crecer la velocidad de rotación del motor, los cilindros se llenan de menor cantidad de mezcla, como consecuencia del menor tiempo que esta abierta la válvula de admisión, y, por tanto, la explosión es menor y el par va disminuyendo a partir de un cierto régimen. Sin embargo, con la potencia no ocurre exactamente igual, ya que al aumentar el numero de revoluciones hasta un cierto valor, aunque las explosiones sean menores, se producen en mayor cantidad al girar el motor con mas revoluciones y, en consecuencia, aumenta la potencia hasta un limite de régimen del motor mas alto que en el par motor.

 

nº de revoluciones del motor
El régimen de funcionamiento de los motores está limitado por las fuerzas de inercia que presentan los sistemas de movimiento alternativo para cambiar de dirección y por el tiempo disponible para la mezcla y combustión de la mezcla y llenado de los cilindros.
En los motores Otto (gasolina), debido a que para la formación de la mezcla disponen de toda la carrera aspiración y compresión, se puede conseguir, en ellos elevadas revoluciones, pudiendo fabricarse motores de gran potencia con una estructura relativamente ligera.
Sin embargo los motores Diesel, al disponer de poco tiempo para la carburación y combustión de la mezcla, no pueden alcanzar revoluciones por lo que debe recurrirse a aumentar la cilindrada para aumentar la potencia.
El numero de revoluciones limita el llenado correcto de los cilindros y, por tanto, el rendimiento volumétrico, ya que a mayor velocidad de funcionamiento la entrada de gases tiene que ser mas rápida.

 

Consumo especifico de combustible
Se define como la relación que existe entre la masa de combustible consumida y potencia entregada. Se obtiene en el banco de pruebas y se expresa en g/kW · h (gramos/kilovatio· hora).
El consumo de combustible depende de muchos factores, pero principalmente del rendimiento térmico de la combustión y del rendimiento volumétrico. El rendimiento térmico aumenta con la relación de compresión, por eso los motores Diesel que tienen una mayor relación de compresión, tienen menos consumos.

 


 

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