Rendimiento y Características de los Motores de Combustión Interna

Rendimiento del Motor

El motor de combustión es una máquina que transforma energía mediante el siguiente proceso: energía química (combustible) en energía térmica (combustión) y, finalmente, en energía mecánica (desplazamiento del pistón).

Pérdidas de Energía en el Motor

• Pérdidas de calor: Refrigeración, pérdida de calor mediante gases y calor al exterior.
• Pérdidas mecánicas: Rozamiento de las piezas debido a dispositivos auxiliares, como la bomba de agua.
• Pérdidas químicas: Combustión incompleta.

Tipos de Rendimiento

Rendimiento Térmico

Es la relación entre la potencia efectiva (P) y la potencia térmica del combustible. El rendimiento térmico será mayor cuanto más alta sea la temperatura alcanzada en la combustión y menores sean las pérdidas de calor. (35 a 40% en motores Otto, 40 a 50% en motores diésel).

Rendimiento Mecánico

Es la relación que existe entre la potencia efectiva que se obtiene en el eje del motor y la potencia indicada que se obtiene del diagrama de trabajo, el cual expresa el trabajo interno obtenido dentro del cilindro y en el que no intervienen las pérdidas mecánicas.

Pérdidas de Carácter Mecánico

• Energía empleada en transmitir el movimiento del pistón hasta el eje de salida.
• Rozamiento entre los segmentos y el cilindro.
• Cojinetes de fricción de la biela y el cigüeñal.
• Parte de la energía que consumen los dispositivos auxiliares (bomba de agua, aceite, distribución).

Rendimiento Efectivo

Es el balance entre el total de pérdidas y el 100% de la energía contenida en el combustible consumido.

Rendimiento Volumétrico

Grado de eficacia con el que se logra llenar el cilindro.

• El grado de llenado de los cilindros influye directamente sobre el par y, por tanto, en la potencia desarrollada por el motor.
• El rendimiento volumétrico es óptimo solo en un determinado régimen de revoluciones. Para regímenes menores, la velocidad de los gases es baja, y para regímenes superiores, el tiempo disponible para la admisión disminuye y, a la vez, aumentan las pérdidas por carga debido al rozamiento de los gases.
• La presión en el interior del cilindro al final de la carrera de admisión es siempre inferior a la presión atmosférica y está entre 0,8 y 0,9 bares. El rendimiento volumétrico máximo estará entre el 70 y el 90%, dependiendo de diversos factores:

Factores que Afectan el Rendimiento Volumétrico

• Régimen de giro.
• Condiciones medioambientales exteriores que determinan la densidad del aire.
• Diagrama de distribución.
• Sección de las válvulas y los conductos de admisión.
• Eficacia del barrido de los gases quemados.

Características Principales de los Motores

Par Motor

Es el efecto de rotación que se obtiene cuando se aplica fuerza sobre un brazo de palanca.

• El valor de par es el producto de la fuerza aplicada por la distancia desde donde se aplica hasta el punto de giro.
• El par motor está en función de la fuerza aplicada sobre la biela y la longitud del codo del cigüeñal, siendo esta la mitad de la carrera. La fuerza aplicada sobre el codo es proporcional a la presión media efectiva que actúa sobre el pistón.
• La presión media efectiva se halla con la media de presión existente dentro del cilindro durante el tiempo de combustión y expansión, o sea, que debemos suponer que sobre el pistón actúa una presión uniforme durante la expansión. Depende de dos factores:

1. Grado de llenado de los cilindros (rendimiento volumétrico).
2. Eficacia con la que se desarrolla la combustión.

Potencia

Es la cantidad de trabajo realizado en la unidad de tiempo. En un motor, la potencia es el resultado de multiplicar el par motor obtenido en el eje por la velocidad de rotación.

Factores que Determinan la Potencia en un Motor

• Cilindrada: A mayor volumen, mayor cantidad de combustible quemado en cada ciclo, siendo mayor la cantidad de calor que se transforma en trabajo mecánico.
• Llenado de cilindros: A mayor cantidad de gas, la presión interna aumenta y también el par motor, consiguiendo mayor potencia.
• Relación de compresión: A medida que aumenta, el rendimiento térmico mejora y, por consiguiente, también lo hace la potencia.
• Régimen de giro: La potencia crece progresivamente con la velocidad, es decir, el número de ciclos que se realiza por minuto.

Consumo Específico de Combustible

Es la relación que existe entre la masa de combustible consumida y la potencia entregada. Depende de muchos factores, pero los principales son:

• Rendimiento térmico: Aumenta con la relación de compresión, la temperatura y la presión.
• Rendimiento volumétrico: Empeora a medida que aumenta el régimen; el consumo también se incrementa. El mínimo consumo se obtiene generalmente en el par máximo, ya que en ese punto coinciden el máximo rendimiento volumétrico y la máxima presión media efectiva.

Disposición de los Cilindros

• Motores con cilindros en línea: Un solo bloque, con los cilindros uno a continuación de otro, de 2 a 6, y hasta de 8 en motores diésel.
• Motores con cilindros en V: Doble bloque formando una V, con ángulos de 90º, 60º o 15º (llamados V estrecha). Bloque en W: 8, 10 o 12 cilindros.
• Motores de cilindros horizontales opuestos: Se trata de un bloque en V a 180º. La altura de este motor es muy reducida, con 2, 4 o 6 cilindros.