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1 parteApuntes básicos sobre motores

de combustión internaGrado en Ingeniería Marítima (sistemas y tecnología naval), Facultad de Náutica de

Barcelona

Estos apuntes han sido confeccionador a partir del libro “Motores alternativos de gas” de Santiago garcíaGarrido et al. Además de numerosos libros de la biblioteca de la F!. Forman parte del material deestudio del alumno redactor.

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Generalidades

TRABAJO

Se reali"a traba#o cuando la aplicaci$n de una fuer"a sobre un ob#eto provoca en el un

movimiento. %or tanto el traba#o se de&ne como' la cantidad de energía empleada(gastada) para mover un ob#eto a lo largo de una distancia.Su valor se calculará como la fuer"a aplicada multiplicado por la distancia durante la *uese aplica.

Esa energía aplicada al ob#eto se transforma en otros modos de energía' ro"amiento+energía cin,tica+ energía potencial.

- / - m0 - 1ulio+ - 2g / - m0 - 2gm (2ilográmetro)+ - 2gm03+4 1ulios

Potencia

Mide la cantidad de energía utili"ada o consumida o generada en un determinado tiempo+ lo*ue resulta de la energía por unidad de tiempo. %uede conocerse como el 5u#o de energía6a *ue puede e/plicarse como el movimiento de energía de una cuerpo a otro+ pues laenergía ni se crea ni se destru6e+ solamente se transforma.Par de rotación o torque

7uando una fuer"a se aplica de modo *ue produ"ca un movimiento rotatorio o de torsi$npara hacer girar un e#e de ma*uina+ el modo de evaluar su el efecto en el movimiento dele#e es mediante el tor*ue+ *ue resulta de la multiplicaci$n de la fuer"a por la distancia al e#edonde es aplicada.A ma6or distancia el efecto es ma6or para una misma fuer"a 6 por tanto el valor del tor*uees ma6or.

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Generalidades

El combustible primario *ue origina la energía *uímica *ue el motor convierte enmecánica se *uema dentro del motor. A el pertenecen los motores de ciclo 8tto+ los de

ciclo 9iesel+ los :en2el.

Fuente de energía primaria'combustible

Elemento caloportador'5uido t,rmico

M8;8<

Elemento mecánicoprimario *ue proporciona la

energía mecánica parareali"ar un traba#o t,cnico o

traba#o de e#e

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Generalidades

El movimiento lineal se convierte en circular gracias a la biela. El cig=e>al recoge esecambio de movimiento en forma de traba#o en el e#e.

?os motores alternativos son a*uellos *ue generan un movimiento lineal de subida 6ba#ada del pist$n dentro de la camisa del cilindro.

El movimiento está producido por'

@ ?a e/pansi$n de gases generados en la combusti$n.

@ ?a inercia del volante de inercia.

@ El movimiento del resto de pistones..laplace.cus.es

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- carrera' %MS %M 6 viciversa.

- carrera'-BC revoluci$n+ D vuelta del

motor+ del cig=e>al

;' carreras para reali"ar - ciclo detraba#o.

C;' C carreras para reali"ar - ciclo detraba#o

Solamente ha6 - carrera til+ esdecir+ en la *ue se produce untraba#o e/terior

n motor C; *ue desarrolle el mismo traba#o *ue uno de ;+ es mas potente+ dado *uehace el mismo traba#o en menos tiempo (el correspondiente a C carreras o - vuelta demotor).

El traba#o e/terior se produce a causa de la energía liberada en la combusti$n+ *ue hacee/pandirse a los gases+ los cueles mueven el pist$n de forma lineal. ?a fuer"a *ue se

e#erce sobre la cabe"a del pist$n es proporcional a la presi$n alcan"ada. ?a distancia 6 lafuer"a repercuten en el tra#o reali"ado 6 por tanto en la potencia.

Generalidades

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Generalidades

Al descender el pist$n+ admisi$n+ hace aumentar el volumen del espacio interior delcilindro. %or ello la presi$n desciende a un valor menor *ue la atmosf,rica. %resi$n a la *uese encuentra el aire e/terior *ue fuer"a a *ue se meta por el hueco de las válvulas deadmisi$n.En la carrera ascendente de compresi$n+ se reduce el volumen ocupado por el aire *ue haentrado+ por tanto aumenta su presi$n. %ara ello se necesita un traba#o *ue es aportado porla energía acumulada en el volante de inercia. Ese traba#o se convierte en energía internadel aire *ue hace *ue aumente su temperatura. 7uando el pist$n llega al punto superior(%MS punto muerto superior) se abre la válvula de combustible 6 se produce la in6ecci$n degasoil en una cantidad determinada por la carga del motor (el grado del acelerador). El airesobrcalentado hace *ue las partículas mas pe*ue>as de gasoil ardan inmediatamente. Estogenera un aumento de presi$n 6 temperatura haciendo *ue se enciendan sucesivamente

las partículas de ma6or tama>o. %or tanto la combusti$n total no es instantánea sino *ue see/tiende en forma de ola o frente de onda+ creando así un aumento gradual de presi$n

DIESEL 4T

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Generalidades

En estos motores el aire entra por unos huecos practicados en el cilindrollamados lumbreras. 7omo todo motor di,sel el combustible se in6ectacuando el aire admitido está comprimido. El escape se reali"a a trav,s de laválvula de escape durante la carrera descendente. En esa misma carrera unpoco mas tarde el cilindro en su carrera descendente descubiertas laslumbreras de admisi$n 6 se introduce aire fresco al cilindro el cual terminapor e/pulsar a los gases de escape.

DIESEL T

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7onceptosbásicos

?os cambios energ,ticos en un sistema vienen dados por interacciones con el medioe/terior. 9e tal manera *ue cede energía calorí&ca o la acepta+ o bien gasta energía al

reali"ar un traba#o+ o bien la gana al reali"ar el e/terior un traba#o sobre el sistema.

HI:0ECIE-0JE

% e#m' el 5u#o chocha contra un rodete tal *ue le traspasa energía para *ue este comience a rotar+ unembolo empu#ado por una fuer"a comprime un gas en un recipiente tal *ue su contenido energ,ticoaumenta al hab,rselo “traspasado” al e#ercer ese traba#o.

;anto el calor a>adido o cedido 6 el traba#o reali"ado por el sistema como el *ue elsistema reali"a sobre el e/terior+ se mani&esta en un cambio del contenido energ,ticodel 5uido.

7uando el sistema recibe energía del e/terior+ elnivel energ,tico &nal es ma6or *ue el primario'ECKE-.7uando el sistema reali"a traba#o el contenidoenerg,tico desciende la haberse invertido en esetraba#o' ECLE-

El sentido positivo segn anterior ecuaci$n es elde a>adiduria de energía al sistema. %ero eshabitual usar el traba#o reali"ado por el sistemacomo un traba#o positivo+ luego la anteriorecuaci$n debemos modi&carla para mantener el

mismo sentido energ,tico.

H:N0ECIE-

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El traba#o invertido en vencer la resistencias por causa de la viscosidad genera calor *ue

entra al sistema por lo tanto el nivel energ,tico no cambia+ por tanto

Siendo la entalpía unaglobali"aci$n de dos

energías'

?as unidades habituales son la del contenido energ,tico por cada unidad de masa material

5uida' 1ulB2g. El 5uido considerado *ue se encuentra dentro de un O7+ debe e#ercer unafuer"a tal *ue e*uilibre la presi$n e/istente en la frontera del O7+ dado *ue al otro lado ha65uido. Se puede demostrar *ue la energía por unidad de masa *ue se debe gastar en estetraba#o es'

7onceptosbásicos

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7onceptosbásicos

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7audal másico' masa en la unidad detiempo

7audal volum,trico' volumen en la detiempo

Energía

Energía por unidad de masa%otencia+ energía por unidad de tiempo

7onceptosbásicos

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En los motores t,rmicos el 5u#o termodinámico es un 5u#o cerrado+ tal *ue la energíacin,tica no cambia+ ni la potencial+ por tanto su variaci$n es nula. %or otro lado el traba#ode presi$n es nulo al ser un sistema cerrado. %or tanto le ecuaci$n nos *uedaría'

El caudal másico se conserva+ si multiplicamos la ecuaci$n anterior por esteobtendremos valores de potencia+ es decir+ 5u#o energ,tico+ energía por unidad detiempo.

P P P

7onceptosbásicos

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En M7 el 5uido t,rmico (me"cla de aire 6 combustible+ me"cla de gases decombusti$n) puede sufrir transformaciones termodinámicas a volumen constante oa presi$n constante. ?uego'

Si ocurre un intercambio energ,tico de calor entre dos fuentes a diferentetemperatura+ el calor intercambiado es el siguiente. Es el mismo *ue si una 5uido a

una temperatura intercambia una cantidad de calor del valor anterior+ sutemperatura se reducirá o aumentará tal *ue cumpla la misma ecuaci$n.9ependiendo de si el proceso es a presi$n constante o a volumen constante laconstante de calor especí&co es diferente'

Ecuaciones validas paraprocesos reversibles

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?a má*uina t,rmica de 7arnot+ funciona cogiendo energía de una fuente energ,tica+ partelo convierte en traba#o (motor) 6 parte del contenido energ,tico lo devuelve+ a*uel no hasido capa" de transformar en traba#o. A ma6or traba#o desarrolle el 5uido tendrá menor

contenido energ,tico (entalpía+ temperatura).

Esa transferencia de calor como caso mas sencillo ocurre cuando esa fuente energ,tica esun foco caliente+ es decir *ue tiene una energía interna *ue se mani&esta con unatemperatura. El traba#o se reali"a gracias a un 5uido de traba#o *ue sufretransformaciones termodinámicas *ue permite *ue haga un traba#o. ?a transferencia deenergía calorí&ca entre dos focos ocurre cuando ha6 diferencia de temperaturas entreellos. Si la diferencia de temperatura es in&nitesimal la energía no se degrada es decir no

ha6 perdidas energ,ticas *ue no puedan transformarse en traba#o. Esto se modela comola creaci$n de anergia.

Ma*uina ;,rmica

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Ma*uina ;,rmica

ISi entre C focos a diferente temperatura+ donde se genera un 5u#o de energía deenergía+ se interpone una ma*uina t,rmica (sistema formado por un 5uido *ue sufretransformaciones termodinámicas en los $rganos de la ma*uina) se podrá usar el calor

cedido por el foco caliente e/tra6,ndole parte de su e/ergía convirti,ndola en traba#osobre el e/terior del sistema. ?a parte no aprovechada de la e/ergía se pasará al focofrío. %ero ocurre *ue parte de la e/ergía se degrada en el proceso+ es decir se destru6e+6 pasa a transformarse en anergía.

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I7iclo de 7arnot.

Se establece *ue la forma mas e&ciente de transvasar energía entre dos focos es *ue

las temperaturas sean in&nitesimalmente diferentes+ con ello se consigue *ue no sedestru6a e/ergía (irreversibilidad).

Este ciclo se basa en *ue la forma en *ue se destru6e menos e/ergía (e&ciencia en latransmisi$n de calor)+ es a*uella en la *ue los dos focos (generador de calor 6absorbedora de calor) tengan temperaturas in&nitesimalmente iguales.

. En transformaci$n isoterma se produce un intercambio de calor sin irreversibilidad.. En una transformaci$n adiabática se produce traba#o al haber cambios de volumen 6

presi$n.

Ma*uina ;,rmica

7 i c l o d e 7 a r n o t

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Si tenemos un ciclo cerrado formado por in&nitas isotermas 6 adiabáticas tendremosla forma de hacer pasar energía de un foco a otro para así poder colocar una ma*uinat,rmica *ue cree traba#o de parte de esa energía trasegada de un foco a otro.

?as isotermas corresponden a los intercambios de energía a las temperaturas delfoco frío 6 del caliente.?as adiabáticas'@na es la del traba#o de e/pansi$n donde el 5uido *ue ha cogido energía a latemperatura del foco caliente (para coger el má/imo de e/ergía posible) desarrollaun traba#o+ transformando esa energía tomada del foco. %or ello se enfría para asíceder la energía *ue le *ueda al foco frío. A ma6or salto t,rmico mas traba#o *uepodemos sacar.@?a otra es para aumentar la temperatura del 5uido de traba#o para acercarla a ladel foco caliente para así comen"ar de nuevo.

Ma*uina ;,rmica


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Ma*uina ;,rmica


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Ma*uina ;,rmica


7 t

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7onceptosbásicos

7 t

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%or de&nici$n del concepto entropía tenemos *ue'

?a entropía sirve para evaluar la cantidad de calor intercambiada en un proceso

reversible.n proceso reversible solo se dá si dos focos de calor intercambian energía si sustemperaturas son solamente in&nitesimalmente diferentes+ cosa ideal e imposible.7on esto no se destru6e energía 6 por tanto el proceso es reversible.

?a destrucci$n de energía termodinámicante

ocurre cuando en un proceso el intercambioenerg,tico ocurre *ue parte de el se invierteen otras cosas *ue no sean la producci$n detraba#o t,cnico. %or ello los ro"amientos 6demás se llaman irreversibilidades.

Si el proceso es perfectamente reversible+ no

ha6 destrucci$n de energía 6 ello se evala detal forma *ue la entropía permanececonstante+ dS0 P+ S0cte.

7onceptosbásicos

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7onceptosbásicos

?a variaci$n de entropía en un proceso reversible se puede calcular mediante laintegral dado *ue en esto procesos la integral es e/acta e igual a cero.

%ero en proceso con irreversibilidades+ solo puede calcularse mediante la diferencia delos valores de la entropia en una estado 6 al *ue progresa. 8s valores de entropía decada estado+ estarán referenciados a una situaci$n determinada por la *ue se prea elvalor de entropía cero. Esta situaci$n es a*uella en la *ue si se alcan"a 6a no seráposible *ue el 5uido pueda hacer ningn traba#o. Su contenido energ,tico se haagotado.

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7onceptosbásicos

n M7 podría asimilarse a una má*uina de 7arnot con la diferencia *ue'

Intercambio energ,tico entre foco caliente 6 5uido de traba#o' la fuente de energía es

la energía *uímica contenida en el combustible+ al o/idarse se libera en forma de calor*ue alcan"a a los productos de combusti$n+ haciendo *ue aumente su presi$n. %or ellose e/panden moviendo el pist$n hacia el %M en la nica carrera til del ciclo.?a ma*uina de 7arnot+ es algo te$rico+ donde el traspaso de energía se hace gracias aun intercambio de calor entre un foco de calor 6 un 5uido de traba#o *ue lo capta.

IEl 5uido de traba#o es diferente en cada ciclo+ a diferencia del ciclo de 7arnot o el de

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?a potencia desarrollada por - pist$n corresponderá al traba#o reali"ado por el 5uidot,rmico *ue se e/pansiona en el cilindro+ haciendo una fuer"a sobre el pist$n debida ala presi$n *ue alcan"a el 5u#o al *uemarse+ luego

%otencia de- cilindro

;raba#o reali"ado

;iempo en reali"arlo0 t W

N =

Motor ;' carreras - ciclo hecho en C revoluciones. En - ciclo de traba#o termico sehace solo una carrera efectiva+ *ue produce traba#o+ luego el traba#o se reali"a en eltiempo correspondiente a C revoluciones. Siendo n la revoluciones del motor en cadaminuto+ 6 O la cilindrada del motor.

?a potencia desarrollada por cada cilindro es'

?a potencia del motor se calcula multiplicando con el numero de cilindros o usando lacilindrada en ve" del volumen de cada cilindro.

i pi P V W ⋅=

El traba#o *ue - cilindro desarrolla+ se denomina traba#o indicado. Su valor será igual alvolumen de cilindro (*ue es el recipiente donde el gas opera *ue al *uemar generaenergía) multiplicado por la presi$n media alcan"ada en el e/pansi$n.

602

n P

Vc Nc med ⋅⋅=

Motor C;' C carreras - ciclo hecho en - revoluci$n.

Si se usa la presi$n medida con un e*uipo+ esta se denomina indicada+ 6 por tantousando la cilindrada total obtenemos la potencia del motor.

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n P V Ni i ⋅⋅=

%otencia

%otencia

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tiempo presiónvolumen Potencia

⋅= sg rev sg n

==−

1

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?a potencia de un motor es igual a la cilindrada (volumen) multiplicado por la presi$nmedia+ lo cual es traba#o+ dividido por el tiempo *ue tarda en hacer ese traba#o. Q este esel tiempo en reali"ar un ciclo+ ; en C revoluciones 6 C; en - revoluci$n de motor.

;raba#oreali"adoen un

pist$n

Fuer"ae#ercida sobreel pist$n por

el gas ene/pansi$n

9istanciarecorridadurante la

aplicaci$n dela fuer"a

0 / ici P V C D

P ⋅=×⋅

⋅

4

2π

0

Fuer"a sobre la cabe"a del pist$n0 presi$n media / super&cie de la cabe"a delpist$n7ilindrada del motor0 nmero cilindros / volumen de - cilindro (Oc)

%otencia

n embolo dentro de un cilindro adiabático+ en el cual ha6

un gas+ si este se le aporta energía calorí&ca+ la energía seacumula en el gas en forma de energía de vibraci$n.Si sobre el embolo se pone una fuer"a variable+ cuandoesta alcance la fuer"a *ue la presi$n e#erce+ el embolo semoverá. Q lo hará hasta *ue gaste la energía *ueacumula+ *ue se habrá dedicado en mover el embolo+ enhacer un traba#o e/terno. %or tanto la presi$n por el

volumen generado al &nal e*uivale al valor del traba#oreali"ado o lo *ue es lo mismo de la energía gastada.

%otencia

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- 2:h0RPP 1ulios-7O0 P+TRUU 2:-V%0TU+T: luego -7O es similar a -V%-V%0-+P-R7O-7O0TRU :-V%0T:0TUP:- 2: 0 -+ RU3 7O- Wcal0 -4+ 4 1ulios 0 +C 21

Sistema 7GS' cm+gr+ sg

Sistema MWS' metro+ 2g+ sg+sistema mu6 usado en motorest,rmicos

%otencia

%resi$n atmosf,rica a -U o7 6 nivel del mar0 - atm0-PU%a0TPmmVg

-bar0P+34 atm+ luego - atmX-bar

- mm c.d.a03+4 %a0P+P34 milibar0 P+PTRU mm Vg

- m c.d.a 0 -P 2%a0P+- bar

7oncepto' momento de una fuer"a

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El momento de una magnitud vectorial como es una fuer"a+ es siempre un determinadovector.

?os momentos en física pueden ser'-. Momento de un vector rescpecto de un puntoC. Momento de un vector respecto de un e#eR. Momento de un par de fuer"as respecto de un e#e.

En habitual nombrar como “momento estático” al producto de una magnitud (peso+volumen+ area) multiplicada por una distancia a un e#e o un punto. Es de gran usoen la ngeniería+ 6 por ser un producto de una magnitud por una distancia+ recibe

tambi,n el nombre de momento.IMomento respecto de un punto.


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IMomento respecto de un e#e

?a demostraci$n de su valor es un poco comple#a. Se puede llegar a demostrar *ue elmomento de una fuer"a respecto de un e#e es'

. n vector en misma direcci$n al e#e 6 en sentido de regla mano derecha.

. Su modulo toma el valor del producto de la pro6ecci$n del vector sobre un planoperpendicular al e#e multiplicado por la distancia perpendicular del punto de corte dele#e 6 el plano 6 la recta soporte del vector pro6ectado.

7oncepto' momento de un sistema de

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7oncepto' momento de un sistema defuer"as7uando tenemos un sistema defuer"as+ la suma vectorial de todoslos momentos generados respectodel punto a calcular.

7uando el sistema de vectores es coplanario+ cosa *ue suele ocurrir a menudo+ elmodulo del momento resultante es la suma algebraica de los m$dulos de cada uno deellos+ 6a *ue todos generan momentos en la misma direcci$n.

En los momentos calculados respecto de un e#e+ dado *ue todos se calculan mediante lapro6ecci$n en el plano perpendicular+ tambi,n podremos sumarlos algebraicamente.

7oncepto' momento de un par de

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%ar de fuer"as0 fuer"as de igual modulo+ sentidos opuestos 6 rectas de aplicaci$n paralelaentre sí.Momento de un par de fuer"as 0suma de los momentos de ambas fuer"as. Se puededemostrar *ue su valor es igual al producto del modulo de las fuer"as multiplicado por la

distancia perpendicular *ue separa a las líneas de acci$n.

El traba#o reali"ado porcada fuer"a es igual a su

magnitud multiplicada porla distancia recorridaaplicando dicha fuer"a.?uego el traba#o reali"adopor un par de fuer"as es'

%otencia es el traba#oreali"ado en la unidad de

tiempo

7oncepto' momento de un par defuer"as

%arámetros característicos

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< e c o r d a t o r i o



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El nombre de par físicamente no es nada correcto 6a *ue un par son dos fuer"as endirecciones paralelas 6 sentidos opuestos.

na fuer"a aplicada a un cuerpo *ue puede girar alrededor de un e#e+ hace *ue este gire. ?amedida de la capacidad de la fuer"a de hacer girar el cuerpo se mide mediante o *ue seconoce como momento de giro+ *ue es una magnitud resultante de multiplicar el valor de lafuer"a *ue genera el giro 6 la distancia perpendicular del e#e a la recta de aplicaci$n de dichafuer"a.

PAR O !O!E"TO DE #IRO

Qa hemos visto *ue el momento de una fuer"a respecto de un e#e+ es la componentedel mismo coplanaria al plano perpendicular al e#e+ la *ue in5u6e en el valor delmomento.

En el caso de una fuer"a aplicada en un disco+ solamente la componente tangencialaporta valor al momento de la fuer"a respecto del e#e.


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%ar motor+ momento de giro+ par torsional+ tor*ue'

Si en un plato se aplica una fuer"a tangencial tal *ue gracias a ella el plato gira a YradBsg+tendremos *ue estamos consumiendo una energía por cada vuelta *ue la hacemos girar 6esa energía por unidad de tiempo nos dará la potencia invertida en hacer girar el plato.

F-0FC

r-rC

Sus velocidades tangenciales son iguales al estar engranadas. ?a fuer"aaplicada a cada rueda es la misma al estar engranadas. ?as velocidadesangulares son diferentes al tener radios diferentes.

?a potencia trasmitida es la misma+ si no ha6 perdidasenerg,ticas. ?a fuer"a aplicada es la misma 6 en el mismotiempo las dos ruedas avan"an la misma longitud.

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?os pistones generan un movimiento lineal+ al e#ercer una fuer"a sobre su cabe"a+ debida ala presi$n generada en la combusti$n de la me"cla aireIcombustible. ?a biela 6 el cig=e>alse encargan de convertir este movimiento en un movimiento circular. Sobre el volante deinercia habrá una fuer"a de ro"amiento en todo su perímetro+ lo *ue e*uivaldrá a untraba#o o gasto energ,tico+ *ue es el *ue el motor aporta al sistema mecánico *ue estáarrastrando.El producto de esa fuer"a 6 el radio del volante de inercia será el momento (llamado pare*uivocadamente pues no ha6 un par de fuer"as si no solamente -) respecto del e#e degiro. Este recibe el nombre de “momento al freno”+ pues es el *ue debe “vencer” el motor.

?a potencia efectiva desarrollada en un cilindro+ depende del par motor 6de las revoluciones a las *ue se genere la fuer"a generadora de dichopar.El par motor (al freno) representa la capacidad del motor de producir

traba#o+ pues su valor depende de la fuer"a *ue los gases e#ercen sobreel pist$n. ?a potencia es una medida de la cantidad de traba#o *ue elmotor reali"a en cada ciclo de traba#o.El ciclo de traba#o de un motor t,rmico+ es el periodo de tiempo en el*ue se hace el traba#o. En ; son C revoluciones 6 en un C; son -revoluci$n de cig=e>al. En ambos solo ha6 - carrera til de las cuatroen ; 6 dos en los de C;.

El tiempo en hacer ese traba#o+ es el tiempo *ue tarda en girar elmotor C o - vueltas.

a0 C para ;a0 - para C;

%otencia

r

F

%otencia vs par motor

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El par motor (momento dela fuer"a *ue el pist$n reali"a respecto al e#e del cig=e>al) esuna medida de la fuer"a *ue los gases producto de la combusti$n de aire 6 combustible enproporci$n adecuada+ generan sobre la cabe"a del pist$n+ haci,ndolo por ello descenderhacia el %M en la nica carrera til del ciclo+ el cual se reali"a al completo en C o -revoluciones del cig=e>al segn sea de ; o C;.El par relaciona la fuer"a “lineal” con la velocidad de giro *ue imprime al ob#eto *ue losufre. Mide la e&ciencia de una fuer"a para generar movimiento circular. 8 sea hablar depar (momento sobre un e#e de la fuer"a *ue cada pist$n e#erce sobre el e#e del cig=e>al).El valor de ese momento e*uilibra al momento resistente (al freno) *ue el motor debeaportar al sistema mecánico *ue mueve.

%ara generar ma6or par necesitamos generar ma6or fuer"a en el pist$n+ para ellonecesitamos una presi$n media indicada mas grande+ para ello necesitamos un ma6orárea de ciclo indicado 6 para ello necesitamos ma6or área de ciclo indicado 6 para ellonecesitamos ma6or cantidad de combustible a *uemar.

Si ese par se genera a ma6ores revoluciones+ el gasto energ,tico por unidad de tiempo esma6or 6a *ue el motor vá mas revolucionado 6 genera mas fuer"a por unidad de tiempo+es decir ma6or potencia. El gasto energ,tico por unidad de tiempo (potencia) es ma6orpara un mismo par *ue genere ma6or velocidad angular (giro de cig=e>al).

?a potencia má/ima es el resultado del par má/imo multiplicado por la velocidad en la *uese genera. A ma6ores revoluciones la potencia crece+ pues se desarrolla un traba#o enmenos tiempo. En realidad llega un punto *ue para tantas vueltas de motor+ el llenado dela cámara de combusti$n se produce #unto a gases *ue no ha sido capa" de eliminar+ conlo cual la energía generada en la combusti$n es menor 6 por tanto la fuer"a 6 por tanto la

potencia.

%otencia vs par motor

Motores ;

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Motores ;

En una primera apro/imaci$n+ se tiene *ue las válvulas se operan mucho mas rápido*ue la velocidad lineal del pist$n 6 por tanto su pilota#e es inmediato+ por tanto semueven cuando el pist$n llega al %M o al %MS.

7iclos de traba#o

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7iclos de traba#o

7iclo 8tto

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@Admisi$n' se considera a presi$n constante.@7ompresi$n' se considera adiabática (sin intercambio de calor con el e/terior) como elmovimiento es mu6 rápido idealmente no dá tiempo a esa transferencia energ,tica conel e/terior. Es una transformaci$n isentr$pica por considerarse un proceso cuasiestático6 sin ro"amientos. %or ello es un proceso reversible 6 por tanto no ha6 variaci$n deentropía. Es decir no se produce anergia o de otra manera no ha6 una perdida energ,ticaen ine&ciencias del proceso.@E/plosi$n' al ser una combusti$n inmediata se considera *ue es a volumen constante.@E/pansi$n' adiabática e isentr$pica.@Escape' la apertura de la válvula hace *ue ha6 un descenso de la presi$n mu6 rápido.

?os gases al salir al e/terior donde ha6 menos presi$n+ la atmosf,rica+ hace *ue en elinterior del cilindro la presi$n se iguale a la e/terior. ?os gases contienen cierto nivel deenergía *ue no ha sido convertida en movimiento circular. ?a renovaci$n de la cargaocurre en un descenso del pist$n *ue causa cierta depresi$n *ue facilita la entrada de lame"cla.

7iclo 8tto

7iclo 8tto

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?os procesos de combusti$n 6 escape se modelan como procesos deintercambio energ,tico

?a masa de me"cla+ *ue consideramos como gas ideal+ es m+ 6 las temperaturas *uealcan"a 5uido t,rmico en el ciclo. ;eniendo en cuenta los procesos *ue en el ciclo sonis$baros (%0cte)+ is$coros (O0cte) 6 adiabáicos e irreversibles(JH0P+ JS0P)+ elrendimiento del ciclo puede e/presarse como sigue'

7iclo 8tto

7iclo 8tto

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-IC' se reduce el volumen de la me"cla' compresi$n

CIR' combusti$n rápida+ por lo *ue el volumen ocupadopor la me"cla es constante. ?a presi$n aumente hastaalcan"ar la presi$n má/ima del ciclo.

El volumen es el *ue ocupa la me"cla+ 6 este es el *ue de#a el pist$n entre este 6 laparte superior del cilindro. El ciclo termodinámico se considera cerrado+ dado *ueaun*ue el 5uido se cambia cada ciclo+ el nuevo tiene las mismas características *ue elanterior *ue se introdu#o' misma temperatura+ misma presi$n+ misma cantidad.

RI' el pist$n desciendo aumentando el volumendonde se encuentra el 5uido de traba#o *ue ahorase ha convertido en los gases de la combusti$n.Esta es la carrera nica en la *ue se hace traba#otil. E/pansi$n.

-;

I-IP' escape. ?os gases se e/pulsan en una carrera ascendente hacia el %MS+correspondiente al punto P del ciclo. El volumen se reduce de - a P+ dado *ue el pist$navan"a del %M al %MS. 7uando la válvula se abre la presi$n desciende del pto al pto-+ *ue corresponderá a la presi$n de admisi$n. En caso de motores atmosf,ricos serála presi$n atmosf,rica. Si es sobrealimentado será ma6or+ la *ue le proporcione elcompresor (normalmente un turbo). a - se modela como una cesi$n de calor+ dado*ue los gases de escape tiene un contenido energ,tico 6 la masa fresca del siguiente

ciclo tiene otro diferente.

C;

R;

;

7iclos de traba#o ;te$rico

7iclos de traba#o ; real

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En la realidad+ el accionamiento de las valvulas de escape 6 admisi$n no ocurre en elmomento *ue el pist$n llega al %M o al %MS+ dado *ue estas tienen un tiempo demovimiento+ por tanto se accionan con adelanto a retraso al movimiento del pist$n+para'

a. Facilitar la salida de los gases de escape.

b. Facilitar la entrada de una me"cla “fresca”+ es decir+ la nueva me"cla para reali"ar elciclo siguiente+ cu6as características son id,nticas a las de la me"cla del ciclo detraba#o anterior.

AAA' avance a la apertura de la admisi$n.AAE' avance a la apertura del escape.

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7iclos 8tto te$ricos 6

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7iclos 8tto te$ricos 6reales

En funci$n de si consideramos circunstancias ideales o reales+ los ciclos de traba#o+reciben el nombre de'

. 7iclo ideal de aire' solo se considera aire como si fuera la me"cla+ el aire se

considera *ue se comporta como gas ideal. ?a renovaci$n del gas ocurre entre lospuntos 6 - a volumen constante. Ello se modela como una cesi$n de calorreali"ado en el %M. ?os procesos de transformaci$n son ideales+ no ha6 perdidasenerg,ticas pues son totalmente adiabáticos 6 por tanto isoentr$picos.

. 7iclo aire combustible' ahora se tiene en cuenta *ue la me"cla es realmente aire+combustible 6 restos de gases de combusti$n *ue no se ha sido capa" de e/pulsarcompletamente en el anterior ciclo de traba#o. El escape se produce en dos fases.

@ na primera espontánea+ desde el adelanto a la apertura del escape hasta el%M+ durante el cual el gas sale del cilindro por la diferencia de presiones entrela e/istente en el cilindro 6 la del colector de escape. En este periodo sesupone *ue la presi$n cae linealmente con el ángulo de giro+ desde la *uetuviera en el momento de apertura de la válvula+ hasta la presi$n de escape.

@ ?a segunda etapa es la de el escape for"ado por el movimiento del pist$n+

desde el %M hasta el cierre de la válvula de escape. En este proceso se suponeuna presi$n igual a la de escape.


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7iclo real' se considera la me"cla tal 6 como es+ con#unto de aire (o/igeno mas otrosgases)+ combustible+ 6 residuos de la combusti$n del ciclo anterior *ue no se ha sidocapa" de e/pulsar. Se considera *ue el la parte de escape for"ado (movimiento de

%M a %MS) 6 en la admisi$n+ la presi$n no es e/actamente la del colector de escape 6de admisi$n respectivamente.

El ciclo real+ se conoce como ciclo indicado+ 6a *ue era el obtenido mediante unosaparatos *ue dibu#aban el ciclo en un papel gracias a un transductor de la presi$nalcan"ada en el cilindro.

8curre *ue en la fase de escape 6 de admisi$n se ha de gastar una energía dedicada a

e/pulsar 6 a “chupar”+ por lo tanto es un gasto+ un traba#o denominado “de bombeo”.Es un traba#o negativo 6a *ue consume energía.


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9iferencias entre el ciclo indicado 6 el te$rico'@%erdidas de calor' al estar el cilindro refrigerado dado *ue el material soporta un

determinado estress t,rmico 6 no uno in&nito+ hace *ue parte de la energía *uímicadesprendida no alcance los gases de la combusti$n 6 caliente el metal del cilindro. %ortanto el proceso es menos adiabático *ue el te$rico. ?as líneas de compresi$n 6e/pansi$n no son adiabáticas por tanto si no politr$picas.@%ilota#e de válvulas' en el te$rico es instantáneo. Ello es físicamente imposible+ por tantoel proceso lleva un tiempo+ en el *ue el pist$n contina su movimiento lineal. Ello hace*ue el llenado no sea perfecto. En la bs*ueda de este llenado ideal+ la apertura 6 cierrase adelanta o atrasa segn el tipo de válvula+ en busca de un me#or llenado 6 vaciado.

@?a combusti$n no sigue un proceso te$rico si no uno ideal+ por el *ue la energíatransmitida es menor 6 no es instantánea. En cuanto a lo primero+ tendremos *ue lapresi$n indicada será menor *ue la te$rica. En cuanto a lo segundo tenemos *ue seadelante el punto de combusti$n por lo *ue el gra&co sale redondeado. Ambas causashacen *ue el traba#o til+ área del ciclo+ sea menor.@%erdidas por bombeo' los gases de escape 6 de admisi$n circulan por los conductos conp,rdidas energ,ticas+ 6 el motor gasta energía tanto en e/pulsarlos como *ue “chuparlos”debido a este ro"amiento.

%ara conseguir acercar el ciclo indicado al te$rico+ se acta sobreel pilota#e de válvulas 6 del encendido. ;al *ue se me#ore lacombusti$n (me"cla+ avance de frente de llama) 6 se me#ore larenovaci$n de la carga (e/pulsi$n de gases *uemados *ue noocupen especio)


7iclo 9iesel

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7iclo 9iesel


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El traba#o desarrollado en un cilindro a causa de la presi$n conseguida despu,s de *uese ha6a e/traído el contenido energ,tico del combustible mediante su combusti$n 6 sele ha6a transmitido a los productos de la combusti$n'

H es la longitud del rectángulo cu6o lado menortoma el valor de la presi$n media del ciclo 6 su áreaes de igual valor *ue el traba#o de ciclo. El valor deH suele tomarse el de la cilindrada de - cilindro.

o toda la energía *ue se desprende de la combusti$n puede transformarse en untraba#o *ue pueda “e/traerse” por el e#e. Se denomina traba#o efectivo+ al *ueefectivamente podemos convertir en traba#o mecánico+ *ue es el ob#etivo del motor+convertir energía *uímica en energía mecánica. Estas “perdidas” de e&ciencia son'

@ ;raba#o de bombeo@%erdidas mecánicas@Energía dedicada a mover elementos au/iliares del motor como bomba decombustible+ bomba de agua 6 alternador.@Energía perdida a las ine&ciencias e/isten entes+ es decir+ a *ue las partes

adiabáticas no lo son en realidad.

:i

I:


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a á e os ca ac e s cos

Energía contenida en el combustible' su valor corresponde con el má/imo traba#o*ue podremos obtener en el ciclo.

%7' poder calorí&co inferior (21)Mc0 masa de combustible (2g)ma0 masa de aired0 dosado relaci$n entre la masa decombustible 6 la de aire.

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A continuaci$n se muestra las relaciones entre potencias 6 traba#os con losrendimientos+ para posteriormente poder ra"onar la in5uencia de parámetros sobre elcomportamiento del motor

;eniendo en cuenta la e/presi$nde rendimiento volum,trico

7on ello la presi$n media indicada del ciclo puede e/presarse como'

Entonces la potencia generada en - cilindro será'


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El par motor indicado 6 efectivo segn las e/presiones 6a calculadas+ tendremos'


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?a relaci$n entre par 6 potencia es mu6 utili"ada. Si dividimos las e/presiones 6acalculadas tenemos *ue'

El consumo especí&co indicado 6 efectivo+ no informa sobre la cantidad de combustible*ue invertimos en generar determinada energía (la del ciclo). 8 bien entre el gastomásico de combustible 6 la potencia suministrada por el motor. nidades 21B2:h

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I?a energía *uímica del combustible se transforma en energía mecánica al empu#ar lospistones. Esta depende de diversos factores' capacidad energ,tica del combustible+e&ciencia de la me"cla+ e&ciencia de la combusti$n (depende de la turbulencia 6 del

avance de la llama)+ el grado de llenado (rendimiento volum,trico). ;odo ello redunda enuna presi$n de los gases *ue e#ercen una fuer"a sobre la cabe"a del pist$n.

I%ar motor' evala la fuer"a *ue se genera en la combusti$n de los cilindros 6 latransformaci$n de una fuer"a lineal en una angular giratoria *ue es la responsable demover el cig=e>al+ 6a *ue la fuer"a vertical generada en los pistones se aplica a ciertadistancia del e#e central del cig=e>al.

I;raba#o' es una magnitud *ue mide la capacidad de mover una masa en una distancia.%ara hacerlo se necesita gastar una energía+ se necesita tener acumulado una cantidadde energía. El traba#o mide la energía invertida en la e#ecuci$n del movimiento. %uedeser un movimiento lineal o circular. Al e#ercer una fuer"a sobre un ob#eto masivo+ segasta una cantidad de energía+ es decir se hace un traba#o. A ma6or distancia muevas

el ob#eto mas gasto energ,tico se reali"a.

I%otencia' si se tiene en cuenta el tiempo *ue dura el traba#o+ el tiempo *ue se tarda enhacer un determinado valor de traba#o+ se obtiene la potencia. ?a potencia es unaevaluaci$n del gasto energ,tico en el tiempo. En mecánica de 5uidos es un 5u#oenerg,tico.


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?a potencia es la magnitud de la energía captada de la combusti$n delcombustible por el motor en la unidad de tiempo. Es el ritmo (variaci$n en eltiempo) de la energía puesta en #uego.

El par está desarrollado con la capacidad del motor de transformar la fuer"a linealde los pistones a un movimiento rotacional en el cig=e>al 6 de este al volante deinercia del motor (salida).

En un motor segn sea la magnitud de la energía en la unidad de tiempo *ue elcombustible aporta al motor Q segn sea la magnitud del par resistente a igualarpor el motor+ en base a estos dos valores se obtendrán las revoluciones a las *uegirará el motor.

?a potencia (el par motor de forma mas correcta) se “invierte” en vencer al par defreno o resistente 6 en hacer girar al motor.

%8;E7A 0 par motor (0par freno) / r,gimen de vueltasdel motor


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En un ciclo t,rmico de un motor+ se genera un traba#o *ue es funci$n de la cantidad deenergía e/traída del combustible.

9ado *ue el motor *ueda e/ternali"ado por la velocidad de giro de su volante de inercia(56heel)+ podemos e/presar la potencia ideal desarrollada por el motor como la e/presi$n'

El ciclo tiene un rendimiento t,rmico basado en la temperaturas de los focos energ,ticos(temperatura e/plosi$n 6 la temperatura de gases de escape) . ;ambi,n el motor tiene uncierto rendimiento por lo *ue no transforma toda la energía *ue tendría *ue tendría lugaren una ma*uina t,rmica traba#ando entre los dos focos anteriores+ 6 por ultimo el sistema

mecánico *ue interviene tiene un rendimiento mecánico. ?uego la potencia al freno opotencia *ue está disponible en el volante de inercia es'

Si los rendimientos son constantes+ son constructivas o dependientes del medio+ *ue el

calor tambi,n sea constante+ resulta *ue la potencia es proporcional al r,gimen de giro.

Grado de carga del motor

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g

El grado de carga recoge el concepto de regulaci$n del motor+ a ma6or grado de cargama6or cantidad de combustible *ue se hace intervenir en el proceso de combusti$n 6

ma6or traba#o *ue reali"ará el ciclo termodinámico+ resumi,ndose en ma6or caloraportado al ciclo de traba#o.

El concepto de grado de carga tiene diferentes interpretaciones+ en algunos casos sere&ere al porcenta#e de potencia generado por el motor respecto a la má/ima *uepodría generar a unas mismas rpm. El má/imo lo podría generar con el má/imocombustible in6ectado.

En el caso de motores de grupos electr$genos *ue giran a unas rpm constantes para*ue la frecuencia sea la correcta+ el grado de carga se e/presa con respecto alporcenta#e de potencia generado respecto al má/imo posible.

?a combusti$n se produce en condiciones de ralentí donde el traba#o efectivo es nulo+generándose nicamente traba#o positivo para compensar las perdidas de bombeo (delaire o de la me"cla) 6 de ro"amiento del piston contra el cilindro. %ero tambi,n seproduce cuando se desea má/ima potencia. Esto conlleva la necesidad de aportarcombustible en una hor*uilla desde mu6 poca cantidad hasta la má/ima.

?a regulaci$n del calor del ciclo se produce a partir del control de la cantidad de me"cla*ue se introduce en el cilindro+ introduciendo una valvula de regulaci$n (tipo mariposa+u otra)+*ue genera una perdida de presi$n en el conducto de admisi$n lo *ue reduce lapresi$n de llenado 6 por tanto la cantidad de 5uido por unidad de tiempo *ue llega+ esdecir la masa de 5uido me"cla (ciclo 8tto) o 5uido aire (9iesel) *ue llega a la cámara de

combusti$n.

7urvas de operaci$n

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?a e&ciencia de la combusti$n redunda en la fuer"a 6 por tanto en el tor*ue *ue escapa" de desarrollarse. El r,gimen de giro del motor in5u6e en este procesotermodinámico+ pues el factor tiempo condiciona las distintas reacciones de combusti$n*ue deben reali"arse. ?a turbulencia del 5uido+ las transferencias de calor del gas hacialas paredes o viceversa 6 la problemática 5uido dinámica *ue in5u6e en la renovaci$nde la me"cla 6 *ue por consiguiente de&ne la masa de combustible 6 aire *ue usa elciclo.%or tanto el traba#o *ue reali"a un determinado ciclo depende de las condiciones operativadel motor+ lo *ue se traduce en una variaci$n del valor de traba#o del ciclo en funci$n delr,gimen de giro del motor. Esto se re5e#a en la curva de par del motor en funci$n de las

rpm (r,gimen de giro).

?a curva de par se representa para una posici$n de acelerador totalmente abierta (:8;+ide open throttle). El par desarrollado es proporcional al combustible *uemado+ 6a *ue elpar se deriva de la fuer"a vertical generada por la presi$n e#ercida por los gases en lacabe"a del pist$n. %ero a pesar de estar en :8;+ 6 preveer *ue el par es constante+ lasrpm hacen *ue las condiciones termodinámicas 6 5uidodinámicas generen ine&ciencias*ue hacen *ue el par no sea constante.

deal

real

p

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p

El tor*ue disponible en el volante de inercia del motor (56heel)+ es generado por lospistones+ sometidos a una fuer"a vertical generada por la presion generada al o/idarseel combustible en la cámara de combustion+ situada sobre el pist$n.

?a viela del pisto transmite esa fuer"a vertical al cig=e>al *ue lo “convierte” tor*ue omal llamado par motor.

?a magnitud del tor*ue o par generado por el motor+ depende de la cantidad decombustible *ue se *ueme+ es decir al nivel de “pedal de acelerador” *ue estemosdando.

%ara cada nivel de “gas” el motor genera un valor de par+ por tanto su valor esconstante.

%ero ocurre *ue cuando el motor funciona a altas rpm+ la combusti$n se hace peor 6 portanto la fuer"a generada en la combusti$n es menor 6 por tanto el par generado“decae”

dealreal

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El tor*ue (par motor) depende e/clusivamente de la cantidad de combustible *uemado(*ue in5u6e en la presi$n generada en la cámara de combusti$n). ?a fuer"a lineal

generada por la e/pansi$n de los gases de combusti$n gracias al cig=e>al se “convierte”en un tor*ue.

%or tanto el tor*ue (par motor) mantiene su valor constante mientras el grado deapertura de in6ectores (o cremallera o mariposa) sea uno concreto+ independientementedel r,gimen de vueltas al *ue se ha6a conseguido igualar el par motor al par resistente(6a *ue el par resistente es proporcional al giro habitualmente+ por e#emplo una h,lice)

%or tanto la potencia de un motor es una línea inclinada cu6a pendiente es el par(Q0m\) para un concreto nivel de energía puesta en #uego (cantidad de combustible).

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?a representaci$n mas habitual en un motor es la curvapotencia vs r,gimen de vueltas (rpm).

?as curvas de catalogo se representan siempre para elmá/imo grado de apertura decremalleraBin6ectoresBmariposa.

?os grandes motores+ como los marinos+ el r,gimen de vueltas al *ue traba#an+ es habitualconsiderar *ue presentan un tor*ue constante 6 por ello la curva de potencia se suelepresentar como una recta inclinada.

Si embargo en los motores terrestres+ el par suele comportarse de peor forma+ incluso mu6poco constante+ 6 por tanto la curva de potencia es mas una curva *ue una recta.

Motor de coche diesel Motor marino diesel

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ormalmente las curvas *ue se presentan en los catálogos vienen dadas para un nivelde in6ecci$n de combustible má/imo. En barcos suele llamarse má/imo índice decremallera+ má/imo factor de carga o curva a par má/imo.

?a curva de un motor para el menor nivel de combustible *uemado es mu6 parecidapero con niveles de potencia desarrollados mas pe*ue>os+ 6a *ue el par generado porel motor es de menor magnitud al *uemar menos combustible.

En las aplicaciones estacionariaso en tipo marino+ los transitoriosson poco importantes+ por tantosus curvas se representan solopara el caso de plena carga. Sinembargo en automoci$n tienemucha importancia las curvas

obtenidas a carga parcial+ puesto*ue la ma6oría de situaciones elmotor no opera a plena carga 6en consecuencia tiene muchaimportancia la regulaci$n del parmotor.

7urvas de operaci$n

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?lega un momento en el *ue alcrecer la velocidad de rotaci$ndel motor+ los cilindros se llenande menor cantidad de me"cla+como consecuencia del menor

tiempo *ue está abierta laválvula de admisi$n+ 6 portanto+ la e/plosi$n generamenos energía 6 por tanto elpar disminu6e.

?a curva de par no sigue a la depotencia como sería lo l$gico+por*ue el aumento de velocidaddurante un periodo compensala perdida de par.

%ero en la realidad resulta *ue (para un grado de apertura del gas determinado) el motorno genera un tor*ue (par motor) constante+ si no *ue tiene cierta variaci$n con el r,gimende vueltas del motor.

Esto se debe a las imperfecciones reales del proceso 6 por tanto la curva de tor*ue no eshori"ontal. 9ebido a ello la curva de potencia no es una recta inclinada.

E? par representa la fuer"a desarrollada por el motor 6 en cierta manera describe lacalidad con *ue se reali"a el ciclo motor. El punto de par má/imo corresponde al punto dedise>o del motor donde se produce un llenado optimo 6 una correcta combusti$n *ueposibilita el má/imo aprovechamiento del traba#o *ue genera el ciclo termodinámico.

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?a operativa de un motor marino es diferente a la de uno terrestre paraun coche. El control de una embarcaci$n se hace mediante el tel,grafo.%or el cual se indica las rpm de h,lice a las *ue se desea funcionar elmotor.

En el mar las condiciones de este son mu6 cambiantes 6 por tanto la resistencia *ue ha de vencer elmotor 6 por tanto la potencia *ue ha de desarrollar para mantener una misma velocidad (simpli&cadounas mismas rpm de h,lice pensado en ella como un tornillo). %or tanto para mantener unas rpmconstante se re*uiere ir cambiando el grado de combustible in6ectado.

El árbol del motor “informa” al regulador de las rpm a las *ue está girando. Esto se convierte en elregulador a una velocidad de giro. %ara mantener las rpm constantes+ si estas suben el giro es ma6or 6 lasbolas tienden a subir 6 por medio de un mecanismo cierra el paso de combustible reduciendo así la cargadel motor 6 como consecuencia su potencia 6 las rpm resultantes.%or tanto la palanca del acelerador o el tel,grafo indican al sistema el r,gimen de giro de motor al *ue se

desea funcionar. Eso en un coche es mas comlicado de entender pues en un choche pensamos ent,rminos de velocidad+ pero realmente lo *ue estamos “mane#ando” del motor es sus rpm.

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7 u r v a d

e p a r 6 p o t e n c i a d e l m o t o

r

?as rpm a las *ue se dá la má/ima potencia no coinciden con a las *ue se genera el má/imopar+ a pesar de *ue la potencia es proporcional al par 6 a la velocidad de giro del motor.7uando el motor está dando el má/imo par es por*ue la combusti$n *ue tiene lugar es la

*ue mas presi$n genera. Sin embargo la potencia sigue creciendo por*ue el aumento develocidad de giro es ma6or *ue el descenso de par. %ero llega un punto donde el descenso depar es ma6or *ue el aumento de vueltas 6 la potencia empie"a a reducirse.

7ASAS %8< ?AS HE OA

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@na inadecuada evacuaci$n de gases *uemados conforme aumenta las revoluciones del

motor debido al reducido tiempo de accionamiento de válvulas.@nsu&ciente llenado por la misma ra"$n.@Fracci$n de tiempo para cada combusti$n se reduce+ a partir del punto de má/imapotencia.@?a me"cla no acaba de completarse teniendo una posterior combusti$n menos energ,tica+incluso el avance de la combusti$n no es su&ciente.@!lo*ueo de la válvula de admisi$n+ por la *ue de#a de aumentar la velocidad del aire deadmisi$n al llegar a la velocidad del sonido 6 por ende el caudal.

@!6pass entre las válvulas de admisi$n 6 escape para rev lentas.@%erdidas por ro"amientos.

El motor le cuestarespirar.

A partir del punto de má/imo par en el motor comien"a a aparecer di&cultades'

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Si por e#emplo el motor se encuentra funcionando enun r,gimen de vueltas entre n- 6 nC+ cual*uiersituaci$n cambiante *ue se produ"ca *ue suponga un

aumento de par resistente+ si no se cambia lacantidad de combustible *uemada+ el motor seadaptará reduciendo su r,gimen de giro para con elloaumentar el par generado e igualar al par de freno+ alreducirse las revoluciones la potencia se reduce.

?a curva de par reproduce apro/imadamente a la forma del rendimiento volum,trico delmotor+ 6a *ue es esta la principal variable de su ecuaci$n. %or tanto el má/imo par se damu6 cerca de las revoluciones *ue ma/imi"an la entrada de aire. %ara un r,gimen maslento se tiene un dise>o no optimo del sistema de admisi$n+ así como unos ángulosinadecuados de adelanto o retraso en la apertura 6 cierre de válvulas *ue provocan unpeor llenado del cilindro. %ara regímenes superiores al optimo pasa lo mismo+ agravadoademás con el blo*ueo s$nico de la válvula de admisi$n *ue provoca un drástico descenso

del rendimiento volum,trico 6 por tanto del par.

%or otro lado el rendimiento efectivo tambi,n in5u6e en el valor de par+ siendo esta una delas causas de *ue el par no se d, e/actamente en el mismo punto *ue el má/imorendimiento volum,trico. Aun*ue su efecto es menos determinante *ue el del rendimientovolum,trico por*ue su variaci$n no es tan grande.

El rendimiento efectivo a ba#as revoluciones disminu6e 6a *ue aumentan las perdidas decalor + de la peor combusti$n por empeorar las condiciones de combusti$n al haber menor

7urvas de operaci$n

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alse convierte un tor*ue *ue hace girar el “56heel” 6 el e#e a el conectado.

Vabitualmente se representa el comportamiento del motor mediante una gra&ca lapotencia aportada al e#e en funci$n de las rpm de giro para un determinado tor*uegenerado por una cantidad de combustible *ue habitualmente es la má/ima.

Si el motor fuera ideal esta curva seria una recta con una pendiente de valor igual altor*ue+ pero debido a las ine&ciencias del motor+ ni el tor*ue o par para un grada dein6ecci$n es constante 6 por tanto la potencia no es una recta.

7urvas de operaci$n

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El transitorio aparece por*ue lascondiciones de funcionamientodel motor no coinciden con lasestablecidas por la intersecci$n

de la curva de par motor 6 lacurva resistente+ de modo *ueel motor acelera o decelera sur,gimen de giro hasta alcan"ardicha intersecci$n.El tiempo en *ue se supera eltransitorio viene determinadopor el e/ceso de par *ue e/isteen cada instante+ en funci$n delr,gimen de giro del mismo+entre el par motor 6 el parresistente.

Al aumentar el grado de carga(mas combustible)+ se produce

un despla"amiento del pto detraba o+ alcan"ándose a otro

?as prestaciones del motor se diferencia en dos modos de funcionamiento' modoestacionario+ situaci$n en la cual el motor opera al r,gimen de giro *ue establece la

intersecci$n de la curva de par motor con la curva de par resistente+ 6a sea esta lagenerada por un alternador+ la *ue ofrece la resistencia aerodinámica 6 la rodadura de unvehículo terrestre o la resistencia al avance de un bu*ue. El otro modo es el transitoriodonde el motor todavía no opera en las condiciones del punto de intersecci$n.

7urvas de operaci$n

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Vemos citado anteriormente *ue estas gra&cas suelen mostrarse a plena carga+ es decircon la má/ima cantidad de combustible introduci,ndose a los cilindros “mariposatotalmente abierta”. Aun*ue tambi,n es posible estudiar su evoluci$n a cargas parciales(niveles de admisi$n de combustible menores).

En la "ona 5e/ible+ con un grado de admisi$nconstante (mariposaBcremallera)+ un aumentode par de freno conlleva un descenso de

revoluciones con un aumento del parproporcionado por el motor+ igualando dichospares 6 permitiendo al motor ser estable.

Si el aumento de par de freno tiene lugar en la"ona no 5e/ible+ el motor no podrá dar un parde igual valor al par de freno 6 el motor secalará.

%ara una determinada cantidad de combustible *uemada+ necesitas aumentar el par defreno (igual a par motor en r,gimen permanente) para reducir las vueltas del motor+por ello la curva de par crece en el sentido de la reducci$n del r,gimen de giro. 7uandollega al má/imo si siguieras aumentando el par de freno+ el motor no es capa" a esavueltas de aportar su&ciente energía 6 se calaría+ por ello para seguir en r,gimenpermanente (par motor0 par de freno) has de reducir el par+ es la "ona decreciente delpar.

;odas se obtienen mediante ensa6os en un banco.

7urvas de operaci$n

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7 u r v a d

e p a r m o t o r

En la curva de par se diferencian dos "onas con un punto má/imo. El rendimiento delmotor no es el mismo dependiendo del r,gimen de giro 6 por ende el valor de la fuer"a deempu#e *ue se genera en la cámara de combusti$n.

A ba#as revoluciones la combusti$n de la me"cla no resulta optima debido a la escasainercia *ue poseen los gases+ *ue provoca *ue el llenado del cilindro no sea optimo+ aligual *ue su vaciado.

%or otro lado si el motor funciona a un elevado r,gimen+ por*ue el par de freno aplicado esigualado por el par motor a dichas revoluciones+ tampoco el llenado de los cilindros escompleto debido al escaso tiempo *ue dispone el gas para ocupar el recinto.

El punto donde se produce el par má/imo es el punto de dise>o optimo.

7urvas de operaci$n

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A ma6ores vueltas en un principio para unamisma abertura de “mariposa” la cantidad decombustible introducida es ma6or. %ero a partirde un r,gimen de giro+ el movimiento es tanrápido *ue la cantidad de combustible comien"aa no crecer e incluso a decrecer. El rendimiento

volum,trico de#a de crecer 6 comien"a areducirse 6 lo hace mas fuertemente *ue elaumento de las revoluciones 6 por ello lapotencia cae.

En el momento *ue se alcan"a el má/imorendimiento volum,trico (depende delaccionamiento de válvulas)+ la pendiente de la

curva de potencia se hace má/ima. A partir dea*uí+ el rendimiento volum,trico cae 6 con ello elpar+ pero la potencia sigue aumentando aun*uecon menor pendiente.

Finalmente ocurre el denominado blo*ueo deválvulas de admisi$n. En el *ue la velocidad del

aire 6a no crece mas *ue la velocidad del sonidoaun*ue aumente el r,gimen de giro+ por lo *ue el

7 u r v a d

e p o t e n c i a m

o t o r

?a potencia es proporcional al rendimiento volum,trico 6 el r,gimen de giro+ entre otrosparámetros. %or tanto al aumentar las vueltas+ aumentará la potencia suministrada por el

motor.

7urvas de operaci$n

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El consumo especí&co (2gB2:h) es inverso al rendimiento efectivo+ *ue se obtiene delproducto del rendimiento indicado por el rendimiento mecánico+ de forma *ue aparece unmínimo *ue indica el r,gimen optimo de funcionamiento. %or deba#o de este r,gimen lasperdidas de calor 6 la ba#a turbulencia+ así como la pero homegeneidad del combustible

hacen *ue el redimiendo indicado disminu6a mas de lo *ue aumenta el rendimientomecánico por la ba#a velocidad del embolo. Así mismo la caída del rendimiento mecánico aaltas vueltas se hace predominante 6 provoca el aumento del consumo especí&co.

7 u r v a d

e c o n s u m o e

s p e c í & c o

El r,gimen de funcionamiento de los motoresestá limitado por las fuer"as de inercia *uepresentan los sistemas de movimiento

alternativo para cambiar de direcci$n 6 por eltiempo disponible para la me"cla 6combusti$n de la me"cla 6 llenado de loscilindros.

El numero de revoluciones limita el llenadocorrecto de los cilindros 6 por tanto elrendimiento volum,trico+ 6a *ue a ma6orvelocidad de funcionamiento la entrada degases tiene *ue ser más rápida.

El consumo especí&co de combustibledepende entre otros factores del rendimientot,rmico de la combusti$n 6 del rendimientovolum,trico. El rendimiento t,rmico aumenta

con la relaci$n de compresi$n por eso lo9iesel al tener ma6or relaci$n de compresi$n

!ancos de prueba

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El concepto básico en el *ue se basan

es'En una bicicleta estática para mantener una cadencia de pedaleo(r,gimen de giro)+ segn me van incrementando el freno+ tendr, *uee#ercer ma6or fuer"a en las pedaladas (*uemar mas combustible+abrir gas).En un coche *ue le piso a fondo 6 vo6 en hori"ontal 6 en una marchacual*uiera+ el coche rodará a una velocidad 6 por tanto a un r,gimen

de vueltas determinado (el par motor se ha igualado al par motor(resistencia al avance)). Si empie"o a subir una cuesta con unapendiente determinada 6 mantengo el gas+ el coche reducirá der,gimen de giro 6 se establecerá en uno determinado. S aumentoalgo mas la pendiente+ el motor ba#ará de revoluciones hastaencontrar unas as determinada+ a las cuales el par motor iguala alpar de resistencia al avance. ?a "ona correcta es a*uella en la *ue amenores revoluciones el motor aporta ma6or par ("ona dcha)En todo momento si un motor es

estable el par motor es del mismovalor *ue el par de freno.

?as curvas características pueden obtenerse reali"ándose sobre los vehículos (bancosde rodillos) o sobre el motor (frenos dinamom,tricos).

!ancos de prueba

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En un banco de pruebas se pretende medir la potencia *ue realmente desarrolla elmotor+ para ello es necesario medir el r,gimen de giro (con un tac$metro) 6 el par *ueestá dando el motor. Este es siempre el mismo *ue el *ue se le está oponiendo (pues

estamos estudiando el r,gimen estable+ e*uilibrio dinámico).

El par *ue está generando el motor lo sabremos pues toma el valor del momento(tor*ue) *ue genera la resistencia al giro *ue nosotros le estamos poniendo 6 *uepodemos conocer su valor+ simplemente conociendo la fuer"a 6 la longitud hasta el e#edel motor.

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consumo

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Se puede observar *ue el consumoespecí&co+ el *ue marca la e&cienciaenerg,tica+ toma el valor optimo+menor valor+ para consumos horariosaltos. Es interesante percatarse *uetener un consumo e&ciente no signi&caconsumir menos combustible+ si no *uese gasta menos para hacer undeterminado traba#o.

Entre las -PP 6 CCPP rpm+ tenemos *ue elmotor desarrolla una potencia considerable.

El menor valor de consumo especí&co+podemos observar *ue puede estar en torno alas -TPP rev. 7uando al motor se le demande3P 2:+ con un par de freno tal *ue el motorgire a este r,gimen+ tendremos *ue el motorestará traba#ando en su "ona de e&ciencia.

?uego hemos de tener en cuenta *uetanto la potencia como lasrevoluciones in5u6en en el consumoespecí&co del motor.

consumo

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En ambas &guras podemos observar *ue un motort,rmico obtiene una alta e&ciencia cuando se lehace traba#ar a unas rpm menores del P] de lasmá/imas 6 a una carga media o alta+ en torno al

4P] de su par má/imo.

?a &g indica *ue ha6 variosregímenes de vueltas donde elconsumo es e&ciente (burbu#aspe*ue>as)+ pero *ue ha6algunos para los *ue adiferentes valores de carga ha6

ma6or cantidad de burbu#aspe*ue>as. ?uego si el motorfunciona en ese r,gimen+tendremos mas probabilidadesde *ue las potencias *ue se lepiden+ sean a*uellas donde elmotor es bastante e&ciente.

consumo

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7onsumo especí&co en grB2:h+ de un motor diesel de C M:+ donde el -PP] es el me#orconsumo *ue está alrededor de CPP grB2:h

consumo

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El consumo en lBh es un valor proporcional al combustible usado 6 por tanto al factorde carga del motor 6 por supuesto al tama>o del motor relacionado con la potenciadel mismo. %or eso los motores de ma6or potencia tiene consumos especí&cosma6ores.?o *ue se observa es *ue el fabricante 7 6 9 poseen una pero tecnología pues todossus motores consumen mas en cual*uier gama de potencias.

Se representa el gasto especi&co *ue elfabricante dá en catalogo para motoresde diversas potencias de fabricantes.

consumo

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Se observa *ue si se mide el

!SF7 (bra2e speci&c fuelconsumption)+ los valores sonmas o menos id,nticos paracada fabricante+ pues nodepende del combustibleusado sino de la “tecnología”usada en su construcci$n.

Se observa *ue el fabricante 7 6 9 poseen un pero dise>o por su e&ciencia es muchopeor.

Acoplamiento de unah,lice

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h,liceSe trata de dos ma*uinas acopladas de tal forma *ue la potencia *ue demanda la h,lice 9V%+ ha de serproducida por el motor. Esta llega hasta le h,lice a trav,s del e#e de transmisi$n.

Ambas potencias son de igual magnitud si suponemos *ue ambas ma*uinas+ una t,rmica 6 otra hidráulica+está funcionando en r,gimen permanente.

Ambas má*uinas tiene una curva *ue de&nen el consumo de potencia 6 la generaci$n de potencia.

@El motor consume combustible+ es decir un caudal+ el cual conociendo la energía interna de este+ podemosdeterminar la potencia t,rmica *ue genera dicho caudal (V%).

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h,liceEl FA7;8< de 7arga de un motor marino+ está in5uido por el grado de in6ecci$n de combustible+ 6a *ue eseste el *ue genra al tor*ue del motor. E/presa la potencia generada por el motor respecto a la má/imaposible para un determinado r,gimen de giro (rpm).

?a curva de un motor marino se e/presa siempre para el má/imo grado de in6ecci$n de combustible+representado la má/ima potencia generada a diferentes valores de rpm.

El acoplamiento de ambas ma*uinas es univoco. El regulador del motor+ se encarga de calcular elcombustible *ue tiene *ue ser suministrado a los cilindros para hacer girar al motor a las rpm *ue semarcan desde el puente por medio del tel,grafo. El regulador marino no acta como el acelerador deun coche. Es decir no controla primariamente el grado de apertura de cremallera (“mariposa”) si no*ue controla el r,gimen de vueltas 6 mediante la in6ecci$n de mas o menos combustible lleva almotor a las rpm deseadas. Esto es así por*ue las rpm del motor serán las rpm de la h,lice oproporcional si ha6 reductora.

Es habitual plasmar en la curva de un motor late$rica de una h,lice+ normalmenterepresentada como una curva cubica+ aun*ue enalguno casos se hace de forma mas simpli&cadacomo es el caso (mediante varias rectas de

diferente pendiente+ es decir tor*ue).

?a curva del motor se representa a -PP] decarga.


%t d di >

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?a curva de la h,lice representa la potencia 9V%consumida por una h,lice te$rica a diferentesrpm.

8curre *ue la potencia real *ue una h,licemontada en un barco demanda a unasdeterminadas rpm+ es ma6or a la te$rica+ debidoa la iteraci$n entre el casco 6 la h,lice+ de ahí*ue el rendimiento en “vacio” no es el mismo*ue el real (el cuasipropulsivo)

h,lice

%or tanto cuando la h,lice se hace girar a unas rpm determinadas (se ha de tener en cuenta *ue siha6 reductora ha6 *ue convertir el valor para *ue estemos hablando de mismas rpm)+ en teoriademandaría una potencia+ 9V% ;E^o


? t i d ll d l t ;

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h,lice

?as curvas 2nR+ “suben” si la resistencia del bu*ueaumenta por cual*uier circunstancia (casco sucio+tiro de un apare#o de pesca+ mala mar..)

?a potencia desarrollada por el motor es ;or*uemotor / velocidad angular (o rpm). dealmente eltor*ue (fuer"a tangencial) generado por un motor esconstante para cada valor de cantidad decombustible in6ectado (apertura mariposa+

corredera+ apertura de gas_). %or eso la curva depotencia del motor puede apro/imarse a una rectade pendiente el valor del tor*ue. En motoresmarinos se suele representar así+ en motoresterrestres la recta toma forma de curva puesrepresenta las imperfecciones del ciclo decombusti$n+ *ue hacen *ue el tor*ue no seae/actamente constante

?a curva de ma6or paso o mas sucia está hacia arriba+ pues

para conseguir hacer girar a unas rpm concretas a ma6or pasoo suciedad se necesita mas potencia


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El efecto de la ca#a de cambios en un vehículo terrestre es el siguiente'

?a ca#a de cambios como hemos visto modi&ca el par *ue el motor siente de la carga(ruedas). 7omo la potencia del motor está relacionada con el combustible *ue se lein6ecta+ resultará *ue para un mismo nivel de combustible *uemado+ 6 un mismo parresistente e/terno+ segn sea la marcha engranada+ al motor le llegará realmente otro pardiferente al real 6 por lo tanto el r,gimen de giro es diferente a pesar de tener pisado elgas igual 6 tener *ue estar subiendo la misma “cuesta”.

F-0FC

r-rC

h,lice


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?as curvas de motores marinos suele representarse en forma “recta” dado *ue seconsidera *ue el par generado por el motor es de la misma magnitud en todas losregímenes de giro + %otencia0 ;or*ue / rpm

El motor no es igual de e&ciente a todos los regimenes de velocidad 6 potencia(grB2:h) 6 ello *ueda representado en las curvas de isoconsumo (curvas circulares)

Es habitual *ue se suelan representarcon#untamente la ecuaci$n de una h,liceideal+ cu6a potencia generadaBabsorbidaes de tipo cubica+ 6a *ue el empu#egenerado es proporcional al cuadrado dela velocidad de giro.

h,lice


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h,lice

7omo se observa la curva de estepotencia de este motor+ 6a no es

tan lineal como otras *ue se hanvisto.Se observa *ue aparece una curvacubica “%” *ue es lacorrespondiente a una helice ideal+(propeller).

Va6 varias curvas de potencia. 7A;

lo denomina “curvas ;M”+ 6 sondiferentes potencias para un mismomodelo de motor+ *ue se puedenobtener variando algunosparámetros mecánicos del motor.

7A; denomina “rating” a diferentes perfomances de un motor de un mismo modelo+pero *ue se diferencian entre si en algunos aspectos mecánicos. El ado para *ue traba#a confactores de carga de entre el CP] 6 el 4P]+ pudiendo traba#ar a plena carga un -]del tiempo de vida+ con unas horas anuales de traba#o entre -.PPP 6 R.PPP horas.


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h,lice

Si necesitamos un motor *ue traba#e muchas horas al a>o 6 a un factor de cargaalto+ tendremos *ue pedir al distribuidor de 7A; *ue el modelo escogido (acorde ala potencia necesaria en el pro6ecto) sea de “rating A”

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?a resistencia *ue presenta el bu*ue al avance en la super&cie del mar depende de lascondiciones del mar 6 de la velocidad de avance. Matemáticamente las condiciones delmar se representan por una constante+ 2+ 6 la velocidad de avance podríamos tambi,nasimilarlas a la velocidad de giro de las h,lices+ resultanto *ue la potencia *ue absorbe lah,lice 6 *ue ha de ser proporcionada por el e#e 6 por tanto por el motor+ tiene comoe/presi$n matemática'

@ 9V%0 potencia dada por el e#e a la h,lice(delivered horse poer).

@ ;V%0 potencia reali"ada por las h,lices(thrust horse poer) potencia de empu#e.@ Si consideramos la h,lice *ue tiene un

rendimiento del -PP]+ ;V%09V%.@ EV%0 potencia invertida en mover el

bu*ue (e`ective horse poer). 9ebido a*ue la h,lice es una ma*uina hidráulicatraba#ando en un medio comple#o+ lapotencia *ue ella entrega al agua no estransferida por completo al bu*ue+ poreso ;V%KEV%.

h,lice


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El agua que es succionado por el propulsor sufre una aceleración. Según la eorica de la !ec"nica cl"sica cuando a un

sise!a de par#culas co!o lo es el fluido que pasa por la $%lice se la consigue ca!&iar su 'elocidad eso sola!ene es

posi&le si $a dic$o sise!a se le aplican fuer(as e)eriores al sise!a. Esa fuer(a es la e*ercida por las palas de la

$%lice. Esa fuer(a es creada por el par +orque !e*or dic$o, que el e*e e*erce so&re la $%lice.

-or ano ene!os que el orque generado por los pisones en un !oor %r!ico cl"sico o por el ca!po !agn%ico en

un !oor el%crico es rans!iido !ediane un e*e $asa la $%lice / luego so&re las palas. as palas e*ercen una fuer(a

so&re el agua. Ello se 'isuali(a co!o que el agua ca!&ia de 'elocidad al pasar por la $%lice. a fuer(a e*ercida so&re

el agua es de'uela a las palas por dic$o agua / rans!iida !ec"nica!ene $asa las c$u!aceras de e!pu*e / al

final so&re el casco. Eso corresponde a la 2 e/ de eon que dice que a oda acción $a/ una reacción de igual

!agniud / senido conrario.

Si considera!os que la 'elocidad de enrada del agua a la $%lice es la !is!a que la 'elocidad del agua a suficiene

disancia +ca!po poencial, respeco del &uque. El agua llega a la $%lice a la !is!a 'elocidad que a'an(a el &uque. a

que supone!os que el agua es" esacionaria / por ano su 'elocidad respeco al &uque es la !is!a que la del &uque

respeco a ella.

?a potencia *ue ha deaportar el motor a lah,lice+ 9V%+ tiene comovalor el tor*ue / lavelocidad de giro'

9V%0Y / H. Y (radBsg)H(m)9V% (attios)

h,lice


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6

La planta propulsora deberá

desarrollar la potencia

demandada por la hélice

El par !oor o !e*or dic$o el orque sie!pre es igual al par de!andado por la

$%lice para generar un deer!inado

e!pu*e . e&ida a que : sufre poca

'ariación al 'ariar n pues depende

e)clusi'a!ene del grado de a'ance ; en

el cual la 'ariación de n queda

co!pensada apro)i!ada!ene con la

'ariación de la 'elocidad.

-or ano pode!os decir que la poencia

de!andada por una $%lice al !oor que

la !ue'e para generar un deer!inado

e!pu*e / as# !o'er al &uque iene una

le/ cú&ica que per!ie relacionar la

poencia de!andada al !oor / las rp!

de la $%lice.

Se puede llegar a deer!inar !ediane

eor#as algo co!ple*as que la fuer(a +e!pu*e,que la $%lice e*erce so&re el &uque es

proporcional a la densidad del agua

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Se deno!ina coeficiene oal de propulsión a la ra(ón de la poencia efeci'a di'idida enre la poencia

indicada. Es decir represena el nú!ero de 'eces que coniene la poencia desarrollada en el !oor a la

poencia necesaria para !o'erse a una deer!inada 'elocidad.

Su 'alor se puede calcular a

ra'%s del>?endi!ieno propulsi'o

?endi!ieno de larans!isión?endi!ieno !ec"nico.

h,lice


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?epresena la fracción de energ#a que real!ene se usa para !o'er al &uque a una deer!inada

'elocidad /a que el propulsor no es capa(a de ransfor!ar oda la @- / @- / de&ido a la

ineracción enre el casco / la $%lice no oda la @- se con'iere en E@- +?)=,

a poencia efeci'a o úil es &asane inferior a la que necesaria!ene de&e insalarse en el &uque

para alcan(ar la 'elocidad correspondiene. El sise!a de propulsión co!o arefaco !ec"nico que es

iene un ciero rendi!ieno es decir la rans!isión de energ#a no es eficiene / por ano de&e

disponerse de un !argen de poencia en el !oor pri!ario por enci!a de la requerida para 'encer la

resisencia a una deer!ina 'elocidad.


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El paso del ie!po $ace que para desarrollar un deer!inado e!pu*e se necesie !as poencia del !oor /a que

$a/ !a/ores perdidas por deerioro de la $%lice.

El paso del ie!po ensucia el casco. Ello significa que>

A-ara una deer!inada 'elocidad la resisencia al a'ance es de !a/or 'alor. -or ano para !anener la !is!a 'elocidad se

necesia !as e!pu*e +B?, / por ano !as energ#a o poencia que $a de dar el !oor. -or ello las graficas de $%lice sucia se

!ue'en $acia la i(quierda para refle*ar ese efeco.

ACuando la $%lice se ensucia el !oor alcan(ar" un r%gi!en per!anene a !enores rp! en caso de que no se au!ene lacanidad de co!&usi&le que!ado +la grafica de po del !oor se ele'a $acia arri&a,

- -D -S

@-BS@-D

@-


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El puno de ra&a*o de la $%lice es aquel que>

Aire a unas deer!inadas rp! ales que se genere el e!pu*e necesario para generar la poencia necesaria para arrasra

al &uque a una 'elocidad deer!inada.

Aa poencia que de!ande de&e ser aporada por el !oor. Esa poencia $a de suponer al !oor ra&a*ar enre un 85F /

90F de su poencia !")i!a coninua +-.G.C, dado que es el puno donde el !oor es !as eficiene.

a poencia real!ene generada + / enregada, por el !oor depende de aquello que es% conecado al !oor es

decir la $%lice por ello ene!os que co!&inar la cur'a de poencia del !oor con la cur'a de poencia de la

$%lice para enconrar el puno de funciona!ieno del sise!a. Cuando la poencia generada por el !oor igual en

!agniud a la poencia necesaria para !o'er el &uque a una deer!inada 'elocidad enonces el &uque

per!anecer" a esa 'elocidad !ienras no ca!&ien las condiciones> canidad de co!&usi&le que!ada o

condiciones del !ar que son las que e*ercen la resisencia al a'ance.

El puno de ra&a*o de&er" ser cu/o core de

a!&as cur'as sea lo !as pró)i!o a las ?-G

opi!as del !oor

#nea ro*a e)presión de @- de la $%lice

que puede si!plificarse / ser la e)preison dela @- poencia aporada a la $%lice.

#nea a(ul, poencia generada por un !oor

%r!ico.


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El funcionamiento en con#unci$n de dos sistemas como son la h,lice 6 el motor *ue laaporta la potencia *ue la h,lice necesita para hacer avan"ar al bu*ue a una cierta velocidaden unas determinadas condiciones de mar (6 de casco)+ se encuentra haciendo coincidir las

gra&cas *ue representan'

.?a potencia generada por el motor (para un cierto grado de apertura de cremallera).?a potencia absorbida por la h,lice.

7uando tenemos el motor girando a un cierto r,gimen de velocidad si las condiciones del


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7uando tenemos el motor girando a un cierto r,gimen de velocidad+ si las condiciones delmar cambiar a peor (ma6or resistencia al avance)+ como para mantener la velocidad senecesita mas potencia+ 6 el motor está dando la potencia para las condiciones anteriores+ elmotor pasa a girar a menos revoluciones. Este punto es el representado por rC + es el punto

de traba#o !.

7omo la orden del tel,grafo es de las rpm r- 6 ahora son menores+ el control de motor hace*ue la cremallera envíe mas combustible al motor. %or tanto por unidad de tiempo estamos*uemando mas cantidad de combustible 6 por tanto generado mas potencia+ dado *ue amas combustible *uemado mas energía desprende.

El capitán observará *ue a perdido velocidad 6 para recuperarla debe conseguir *ue la h,licevuelva a girar a las vueltas de antes (teoría del sacacorchos).

?a curva del motor a la nueva cremallera es la línea punteada. Así se consigue recuperar lasrevoluciones (en la &gura no ha sido posible).

,


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A Al motor se le pide una velocidad en revoluciones por minuto mediante el “tel,grafo”.A El control del motor “abre” la in6ecci$n+ metiendo cierta cantidad de combustible+ segn el índice de

cremallera *ue el control determina necesario+ para poder conseguir esas rpm “telegra&adas”.A El combustible genera una fuer"a vertical hacia aba#o en los pistones al *uemarse la me"cal de aireI

combustible 6 generar una cierta presi$n.A El cig=e>al lo transforma en giro+ en par (mal llamado pues es momento o tor*ue).A El par es transmitido a trav,s del e#e hasta la h,lice.A ?a h,lice transforma ese tor*ue en un empu#e lineal.A 7omo en un principio ;V%KEV%+ el bu*ue empe"ará a aumentar su velocidad hasta *ue ocurra *ue

;V%0EV%A En ese momento+ estaremos in6ectando una cantidad de combustible tal *ue el motor genere una

fuer"a tal *ue la h,lice pueda e#ercerla sobre el agua 6 *ue esta lo revierta sobre la h,lice de nuevo 6de esta al casco+ moviendo así al bu*ue a una cierta velocidad.

A o+

M7

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M7<FA7;8< 9E7A

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?a combusti$n (o/idaci$n) de un combustible (hidrocarburo+ madera+ carb$n+ etc+ siempre con grancantidad de 7arbono)+ necesita del o/idante. En estos casos el o/igeno se aporta mediante una me"cla degases *ue es el aire.

na combusti$n ideal+ donde todo el combustible es o/idado genera energía en forma de calor (*ue ha de

ser retirada por sistema de refrigeraci$n del motor)+ energía en forma de traba#o mecánico+ di$/ido decarbono 6 agua.

Esta reacci$n se conoce tambi,n como reacci$n este*uiom,trica 6a *ue las cantidades de combustible 6aire son las #ustas para *ue reaccionen ambas completamente. %or ello la cantidad de aire *ue reaccionacon todo el combustible+ se conoce como me"cla este*uim,trica.

%ero el proceso de combusti$n en un motor es t,cnicamente mu6 difícil llegar a acercarse o igualar estareacci$n “ideal”. ?o *ue ocurre *ue debido a diversidad de “imperfecciones”+ la reacci$n resultante esa*uella en *ue los productos de la combusti$n son'

A78C ' mol,cula formada por el o/igeno del aire 6 el carbono del combustibleAVC 8' mol,cula formada por o/igeno del aire e hidrogeno del combustibleAEnergía en forma de calor 6 traba#o mecánicoA78' debido *ue parte del aire no o/ida completamente al combustible 6 se dá una reacci$n parcial.A8\ ' mol,cula formada o por el itr$geno *ue está presente en el combustible (6a *ue este no es unhidrocarburo puro) o por el itr$geno del aire.AV7' como hidrocarguros in*uemados (no o/idados) o parcialmente o/idados. Hueda a*uí incluido el aceitedel motor. Estos elementos dan el color negro a los gases de escape.A%M' particulate matters+ *ue son partículas de diferentes tama>os *ue provienen de las impure"as de loscombustibles+ polvo del aire comburente. En muchas ocasiones se producen ceni"as *ue sonconglomerados solidos de combustible no o/idado. Algunas de estas partículas pueden estar formadas pormetales pesados mu6 t$/icos.

Emisi$n de contaminantes

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Me"cla este*uiom,trica+ 0-.

Es a*uella me"cla donde la cantidad de gramos de aire 6 de gramos de combustible esla necesaria para *ue se produ"ca la o/idaci$n completa del combustible+ 6 por tantocomo productos de combusti$n solamente ha6 78C+ VC8+ calor 6 traba#o mecánico.

?os valores en gramos aireBgramos combustible de me"clas este*uiom,tricas son'Gasolina' -+TG?%'-U+U

Gasoil' -U+CG7'-T

Me"cla rica (en combustible)+ L-. ?a me"cla a de ser rica para realmente conseguiro/idar ma6or cantidad de combustible *ue en caso de me"cla este*uiometria debido ala dinámica de la combusti$n.


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I78

8riginado por*ue parte del combustible se o/ida incompletamente 6 en ve" deproducir 78C produce 78.8riginado por*ue el 78C de los gases de escape “vive” un proceso de e*uilibrio*uímico de descomposici$n 6 composici$n.Si ha6 e/ceso de 8C la ecuaci$n de e*uilibrio se despla"a a la i"*uierdadestru6,ndose 78Si ha6 poco o/igeno (L-) no se produce la o/idaci$n de todo el combustible pueseste “no encuentra” mol,culas de o/igeno. Esa o/idaci$n parcial crea 78. %or tanto elaumento del dosado aumenta el 78.

?a constante de e*uilibrio de&ne las cantidades de cada compuesto. Esta es mu6sensible a la temperatura de los gases donde sucede la reacci$n 6 por tanto in5u6een el valor de la concentraci$n de 78.I8\

9e origen “t,rmico”.El 4U] se debe a la o/idaci$n del C. En las "onas de la cámara decombusti$n donde aun ha6 aire 6 por tanto itr$geno+ 6 niveles de alta temperatura hace*ue el o/igeno *ue no ha sido capa" de “encontrar” alguna mol,cula de combustible a la

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