Figura 1. Mecanismo biela-manivela del motor de explosión

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "Figura 1. Mecanismo biela-manivela del motor de explosión"

Antonia Flores Castillo
hace 6 años
Vistas:

El Par, la Potencia y el consumo de un Motor. El Par o Torque: En un motor, la combustión de la mezcla encerrada en el cilindro produce un aumento de presión y temperatura dentro del mismo.

1 El Par, la Potencia y el consumo de un Motor. El Par o Torque: En un motor, la combustión de la mezcla encerrada en el cilindro produce un aumento de presión y temperatura dentro del mismo. Este aumento de presión produce una fuerza (F) de empuje sobre el pistón que se desplaza en el cilindro y produce un movimiento circular de giro del cigüeñal. Figura 1. Mecanismo biela-manivela del motor de explosión Pues bien, el Par motor o Torque se define como el Momento de esa fuerza, respecto al eje de giro de cigüeñal, es decir, es el producto de la fuerza F por su distancia d al eje de giro, es decir, Torque (T) = F x d.; d es igual al radio de giro. Aunque el tema lo vamos a tratar sólo con magnitudes, sería injusto decir nada más que lo anterior, como si de números se tratara. En efecto, la fuerza F es un vector, y como tal tiene su dirección y sentido en el plano, en este caso, es decir en dos dimensiones. Al mismo tiempo d sería también otro vector, es decir, el vector desplazamiento del punto de unión de la biela con el cigüeñal, con respecto al punto (0,0) del centro de giro ya que va cambiando su dirección al tiempo que gira el anterior. Así tenemos un producto de vectores, o sea, un producto vectorial, que nos daría un nuevo vector T y su definición, es como sigue:

2 T = F x d x Sen α, siendo α el ángulo que forman ambos vectores. Su dirección sería perpendicular al plano que contiene a ambos y el sentido el que salga aplicando la regla del tornillo: Positivo con giro contrario a la agujas del reloj y negativo al revés. En la práctica multiplicar por el seno del ángulo que forman ambos vectores no es más que asegurar que tomamos el valor de componente perpendicular de la fuerza a la distancia o radio de giro. Para el resto de la explicación consideraremos sólo las magnitudes de los vectores Fuerza y Desplazamiento, es decir, sus módulos. El ángulo entre ambos siempre es recto y su seno siempre vale uno. Por eso se dirá más adelante que la fuerza no siempre es la misma en todo el giro. He querido hacer esta aclaración porque me ha parecido oportuno definir lo que es el momento de una fuerza en general, en este caso en el plano, no he querido explicarlo en el espacio, que es igual, pero los vectores tendrían tres componentes y no dos como hemos visto; y luego aplicarlo al caso concreto de un motor, es decir, primero lo general y luego lo particular. Bien pues, volviendo a T = F x d, sus unidades sería Newton x metro (N.m). Intuitivamente se entiende que la fuerza no es la misma en todo el giro del cigüeñal, siendo máxima en el momento de la explosión de la mezcla, además de las alineaciones de los puntos de aplicación de dicha fuerza. Por otro lado las revoluciones (r.p.m.) a las que gira el motor van a influir de forma significativa. La curva de par debería ser una recta, pero por lo anterior se convierte en una curva, con un tramo central casi recto (Par Máximo) y las zonas extremas, donde decrece aquel. La Potencia. La potencia en física se define como la capacidad de realizar un trabajo en la unidad de Tiempo. Es decir: P = W/t (1) y su unidad en el S.I. es el watio = Julio/segundo. Por otro lado el trabajo lo definimos como: W= F x d (2) siendo F fuerza y d desplazamiento. Análogamente en el S.I. las unidades son Newton y metro, siendo el producto N x m = Julio. Si sustituimos 2 en 1 tendremos: P = (F x d)/t = F x d/t, donde el desplazamiento en el tiempo es la velocidad, con lo te tenemos: P = F x V.

3 Al mismo tiempo V = w x r, siendo w velocidad angular y r radio de giro que es igual a d según vimos al principio. Sus unidades son Radianes y metros respectivamente. Entonces escribiremos: V = w x d, y sustituyendo en P = F x V tendremos: P = F x w x d; como T = F x d tendremos: P = T x w Para conocer la potencia en función a las r.p.m del motor tendremos: 1 rpm = 1 vuelta completa del motor = 2π radianes en un minuto, pasando a segundos tenemos: 2π/60 y para n r.p.m será la w = n /(2π/60)= n x 60/2π = n/9,55 aproximadamente. Entonces la potencia para n r.p.m. en función del par será: P = T x n / 9,55; análogamente T = 9,55 x P /n Curvas de Potencia y Par. Figura 3. Curva de potencia y par motor Lo primero que se puede comprobar es que la máxima potencia no corresponde con el régimen del máximo par motor (punto de revoluciones n 1 ). En otro orden de cosas, el rango de velocidades que produce un funcionamiento estable del motor, según la gráfica de la figura 3 anterior, sería el comprendido entre el régimen de velocidades n 1 y n 2, valores que por otro lado no se corresponde con el punto de máxima potencia.

4 En efecto, si el motor se encuentra funcionando a un régimen de velocidades entre n 1 y n 2, cualquier situación cambiante que se produzca durante la conducción y que suponga un aumento del par resistente, por ejemplo al subir una carretera en pendiente, el motor se adapta automáticamente disminuyendo su régimen de giro porque esto supone que aumentará el par motor. Consumo. El consumo, y en concreto el consumo específico (C), se define como el caudal de combustible que consume el motor o consumo horario por la potencia que proporciona. El consumo específico se mide en g/kwh. El consumo específico proporciona información sobre el rendimiento del motor. Cuanto menor sea su consumo específico, mejor es su rendimiento. El rendimiento de un motor indica la proporción de energía útil empleada en mover el vehículo de la total obtenida con la combustión en el motor. En los mejores motores diesel, este rendimiento apenas supera el 40%, mientras que en los motores de gasolina se queda por debajo de esa cifra. Las causas de este rendimiento tan bajo en los vehículos actuales son debidas, entre otros factores, a que se emplea gran parte de la energía producida en el motor en aspectos como vencer la resistencia a la rodadura del vehículo sobre la carretera (rozamiento del neumático con el asfalto...), pérdidas en la cadena de transmisión (embrague, caja de cambios, cojinetes...), consumo de elementos auxiliares del vehículo (aire acondicionado, iluminación...), etc.

Curva de consumo específico La curva de consumo específico suele seguir un comportamiento inverso a la curva del par, es decir, en par máximo se consigue un consumo

5 Curva de consumo específico La curva de consumo específico suele seguir un comportamiento inverso a la curva del par, es decir, en par máximo se consigue un consumo específico mínimo. Figura 5. Curva de potencia-par-consumo específico Ejemplo de curvas reales de un motor Kubota. Francisco José Gutiérrez Mora, 8 de mayo de 2015.

Documentos relacionados

CONCEPTO DE CINEMÁTICA: es el estudio del movimiento sin atender a las causas que lo producen

CINEMÁTICA CONCEPTO DE CINEMÁTICA: es el estudio del movimiento sin atender a las causas que lo producen CONCEPTO DE MOVIMIENTO: el movimiento es el cambio de posición, de un cuerpo, con el tiempo (este