MTD UNIDAD 5: FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR Parte 2

RENDIMIENTO MECÁNICO
El rendimiento mecánico ηm es la relación
entre el trabajo útil medido en el cigüeñal del motor y el trabajo ofrecido según el ciclo indicado.
El rendimiento mecánico está normalmente comprendido entre 0'80 y 0'90 y depende del rozamiento entre los órganos móviles, del acabado de las superficies, de las características de la lubricación, del grado de precisión en la fabricación, etc, y tiene en cuenta el trabajo absorbido por los rozamientos de los órganos del motor con movimiento relativo y de los órganos auxiliares del motor necesarios para su funcionamiento como la distribución, la bomba de aceite para lubricación, la de agua para refrigeración, el alternador, etc.
Empíricamente se sabe que está pérdida de energía tiene la siguiente expresión matemática:

En la ecuación anterior λ y µ son coeficientes variables con las características constructivas del motor, y n es el régimen de giro del motor, por lo que se comprende que a medida que aumenta el número de revoluciones, se incrementa la pérdida de energía, pudiendo llegar a ser tan alta que puede anular la energía ofrecida por el motor.

RENDIMIENTO TOTAL Y CONSUMO ESPECÍFICO
El rendimiento total de un motor es la relación entre el trabajo útil ofrecido por el motor y la energía calorífica del combustible consumido.
Su valor se calcula como el producto del rendimiento térmico, por el rendimiento indicado y por el rendimiento mecánico.

Se denomina consumo específico, el consumo de combustible expresado en gramos que requiere un motor para producir la energía de un caballo de vapor·hora.
Se representa por cs y se mide en (g/C.V.·h). Como se sabe que un caballo de vapor (C.V.)
es igual a 75 Kgm/seg, la energía correspondiente a un caballo de vapor·hora (C.V.·h) equivale a
75 · 3600 = 270000 Kgm. Si H es el poder energético del combustible expresado en Kcal/Kg, el trabajo equivalente al consumo específico de combustible vendrá dado por:

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UN MOTOR
El ciclo de un motor produce un trabajo función de la cantidad de energía puesta en juego. Si dicho motor funciona a un determinado régimen de revoluciones n, se tiene que:

• La potencia ideal desarrollada por el motor vendrá dada por la expresión:

En un motor ideal los ηt ,ηi ,ηv y ηm son M constantes, y las curvas características deberían ser como se presenta a continuación:

• Al ser constantes los rendimientos, Q1 será también constante con lo que la expresión de la potencia al freno será de la forma:

 

lo que indica que si los rendimientos son constantes el par motor es constante, por lo que su representación en unos ejes cartesianos (n, M) tendrá la forma:

El consumo específico se vio que tiene como expresión:

Por último, partiendo del consumo específico, de la potencia al freno y de la densidad del combustible δc, se puede determinar el consumo horario, según la expresión:

Al ser constante δc se puede observar que Ch tiene una expresión del tipo:

Con lo que su representación gráfica en unos ejes cartesianos (n, Ch) tendrá la forma:

Al no ser constantes los rendimientos, las curvas ofrecen un aspecto totalmente cambiado y obtenidas con un freno, dan esquemas como los que se presentan en las figuras siguientes:

El análisis de esta curva indica que, en los motores alternativos, a medida que aumenta el régimen de giro incrementa la potencia al freno de forma prácticamente lineal, lo que ocurre hasta llegar a un valor de velocidad angular del cigüeñal en el que por seguridad para el motor, actúa el regulador disminuyendo de forma automática la entrada de combustible. A partir de dicho régimen la potencia disminuye hasta llegar a un valor que, considerando el alto régimen de giro, es muy bajo.

• La curva de par motor puede considerarse dividida en dos partes, la zona de funcionamiento no flexible y la de funcionamiento flexible. Ambas
están limitadas por un valor del régimen de giro del motor que corresponde al que al motor ofrece la máxima capacidad de trabajo o máximo par.

Entre dicho régimen de giro y el de máxima velocidad angular, cualquier valor de velocidad de
giro se caracteriza porque existe lo que s denomina reserva de par, esto es, si en un instante al motor se le solicita más trabajo (par) del que va ofreciendo, como su respuesta inmediata es bajar sus revoluciones, al haber reserva de par, si esta reserva es suficiente como para absorber la solicitación hecha al motor, éste, sin ninguna actuación externa, sin mover el acelerador, se adapta a las nuevas condiciones de trabajo. Si la reserva de par no fuese suficiente el motor se pararía, al ser incapaz de adaptarse a las nuevas condiciones de trabajo.
En la zona de funcionamiento no flexible, al no haber reserva de par, cualquier solicitación de más energía cuando el motor trabaja a un determinado régimen de giro, van acompañadas indefectiblemente del calado del motor.

Estos conceptos son de gran importancia en los tractores agrícolas, y como se verá más adelante, la forma de la curva de par tiene gran incidencia en el diseño de la caja de cambios.
Curva de consumo específico:

Técnicamente la curva de consumo horario no tiene gran valor, pero permite determinar la autonomía de trabajo del tractor en función de la capacidad de su depósito de combustible. Esto, que en automoción no tiene gran relevancia, ya que los conductores tienen muchas posibilidades de reponer combustible en carretera, en agricultura condiciona el trabajo, pues es frecuente tener que transportar un depósito, con la incomodidad que ello supone, hasta el lugar más adecuado para repostar.

BALANCE TERMICO
El balance térmico nos indica el aprovechamiento del calor transformando en trabajo útil o potencia efectiva y por consiguiente las pérdidas del calor total producido.
En los motores diesel , el aprovechamiento del calor es 30 a 35 % del poder calorífico o potencia
calorífica del combustible transformado en potencia efectiva.

Las pérdidas que se producen son:

1) Pérdidas de calor por las fases de escape, 32 %.
2) Pérdidas de calor por refrigeración o enfria­miento, 22 %.
3) Pérdidas de calor por fricción, 13 %.

En el diagrama de Sankey de la fig. 7-39, se pueden apreciar las pérdidas mencionadas.

1) Una manera de disminuir el aumento de las pérdidas por el escape es controlando debidamente la combustión en cada cilindro del motor, vigilando la temperatura y color de los gases de escape tomando periódicamente diagrama de indicador y verificando más seguido las presiones máximas o medias y las de compresión con indicadores de presiones.
El conductor del motor diesel, durante su actuación se ajustará a las indicaciones del manual o datos de la prueba de recepción del motor, lo que le permitirá conocer constantemerte la eficacia del trabajo del motor.
En algunos motores, las pérdidas de calor de los gases de escape se recuperan en parte, utilizándolos con fines de calefacción o evaporando agua de mar para producir agua potable o dulce.

2) El sistema de refrigeración debe ser controlado para mantener las temperaturas adecuadas o indicadas en el manual del motor, con lo rque se conseguirá evitar el aumento de las pérdidas por refrigeración.

3) Manteniendo el motor diesel dentro de las indicaciones de ajuste o condiciones mecánicas establecidas por el fabricante y controlando continuamente las propiedades del aceite lubricante, se evitará el aumento de las pérdidas por fricción.

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FUENTES:

M.J.D.

MAQ 305 MOTORES DIESEL CAPITULO 7 Funcionamiento del motor.

Apuntes.