Rendimiento y Características de Motores de Combustión

Rendimiento Térmico

Será mayor cuanto más alta sea la temperatura de combustión y menores sean las pérdidas de calor. La cantidad de calor obtenida es función de la masa de combustible consumida por unidad de tiempo y del poder calorífico de este. El rendimiento térmico puede definirse como la relación entre la potencia efectiva y la potencia térmica del combustible.

Las pérdidas de potencia por los gases de escape representan aproximadamente el 35% en motores Otto y el 30% en diésel. El sistema de refrigeración evacúa aproximadamente el 30% del calor en ambos tipos de motor. Del 100% de la energía calorífica que posee el combustible, los motores de combustión interna son capaces de transformar térmicamente solo entre un 35% y un 50%.

Rendimiento Mecánico

Expresado como la relación entre la potencia efectiva que se obtiene en el árbol motor y la potencia indicada obtenida en el diagrama de trabajo, que expresa el trabajo interno dentro del cilindro sin considerar las pérdidas mecánicas. Las pérdidas de carácter mecánico a considerar para determinar el rendimiento mecánico son:

• Energía usada para transmitir el movimiento del pistón al eje de salida (principalmente por rozamiento entre segmentos y cilindro, cojinetes y cigüeñal).
• Energía consumida por los dispositivos auxiliares (sistema de distribución, bomba de agua, etc.).
• Bombeo necesario para introducir y extraer los gases del cilindro.

El conjunto de pérdidas mecánicas se sitúa entre el 10% y el 15%.

Rendimiento Efectivo

El balance entre las pérdidas totales y el 100% de la energía del combustible consumido da como resultado el rendimiento real o efectivo del motor.

• Motor Otto: Pérdidas térmicas: 60-65%; Pérdidas mecánicas: 10-15%; Pérdidas totales: 70-75%; Rendimiento efectivo: 25-30%.
• Motor Diésel: Pérdidas térmicas: 50-60%; Pérdidas mecánicas: 10-15%; Pérdidas totales: 60-70%; Rendimiento efectivo: 30-40%.

Rendimiento Volumétrico

Se define como el grado de eficacia con que se puede llenar el cilindro. Se expresa como la relación entre la masa de gas que entra en el cilindro en un ciclo y la masa teórica que cabría en el volumen del cilindro.

Pérdidas de Energía en el Motor

La energía química contenida en el combustible se transforma en calor mediante la combustión. El consiguiente aumento de presión provoca el desplazamiento del pistón, obteniéndose así energía mecánica. No todo el combustible se transforma en trabajo útil; se pierde mucha energía, por lo que la energía aprovechable obtenida es inferior a la inicial. Las pérdidas principales son:

• Pérdidas de calor: por el sistema de refrigeración y por radiación de calor al exterior.
• Pérdidas por escape: calor evacuado por los gases de escape.
• Pérdidas mecánicas: debidas al rozamiento, desplazamiento de piezas y accionamiento de dispositivos auxiliares (bomba de agua, etc.).
• Pérdidas químicas: debidas a una combustión incompleta.

Par Motor (Torque)

Es función de la fuerza aplicada sobre la biela y la longitud del codo de la manivela (siendo esta la mitad de la carrera).

Potencia del Motor

Se define como la cantidad de trabajo realizado en un tiempo determinado.

Factores que Afectan la Potencia

• Cilindrada
• Llenado de los cilindros (Rendimiento volumétrico)
• Relación de compresión
• Régimen de giro (RPM)

Motores Policilíndricos

Para pequeños desplazamientos (inferiores a 800 cm³), se usan motores de 2 y 3 cilindros, muy utilizados en motocicletas. Para cilindradas que superan los 4 litros, se construyen motores de 8 y 10 cilindros. Los motores diésel lentos de grandes dimensiones, con cilindradas unitarias de hasta 2 litros, se fabrican con 6, 8, 10 y 12 cilindros; debido a la gran fuerza de la explosión, requieren cigüeñales muy robustos. En motores para turismos, las cilindradas unitarias tienden a ser relativamente pequeñas (250 a 500 cm³), lo que implica ciertas ventajas en su comportamiento.

Disposición de los Cilindros

Las dimensiones exteriores de los motores deben adaptarse al compartimento que ocupan en el vehículo. Por ello, los motores de más de 6 cilindros en línea resultan demasiado largos y altos, y están sometidos a excesivas vibraciones de torsión del cigüeñal. Se clasifican según la disposición de sus cilindros:

• Motores en Línea: Cilindros dispuestos uno tras otro.
• Motores en V: Los cilindros forman una V cuyo ángulo suele ser de 90° o 60°. También se encuentran motores en V estrecha (15°). Se obtiene un motor corto y de poca altura, aunque más ancho. Se aplica a bloques de 6 o más cilindros.
• Motores en W: Utilizados en motores de 8 a 12 cilindros, son compactos y se clasifican como motores en V. Reducen la longitud del bloque y del cigüeñal.
• Motores Boxer (Opuestos): Los cilindros están dispuestos horizontalmente en 2 bloques unidos por la base con un cigüeñal común. Es un motor en V de 180°. La altura de este motor queda muy reducida. Se construyen de 2 a 6 cilindros.

Número y Orden de Encendido

El orden de encendido determina la secuencia de impulsos que recibe cada pistón. Se empieza a contar desde el lado contrario al volante motor. En motores de doble bancada de cilindros (en V o boxer), se empieza por el bloque situado a la izquierda y luego se alterna con el bloque de la derecha. La numeración se determina empezando por el mismo lado.