CICLO REAL DE FUNCIONAMIENTO INTRODUCCIÓN Ciclo real es el que refleja las codicioes efectivas de fucioamieto de u motor y, cuado se represeta e u diagrama P-V, se deomia diagrama idicado. P 3 iyecció tuviese lugar justamete e el P.M.S., la combustió ocurriría mietras el pistó se aleja de dicho puto, co la correspodiete pérdida de trabajo. Para evitarlo se recurre a aticipar el ecedido de forma que la combustió tega lugar, e su mayor parte, cuado el pistó se ecuetra e la proximidad del P.M.S, lo que e el ciclo se represeta por u redodeamieto de la isocora de itroducció del calor, y por tato, ua pérdida de trabajo útil. Evidetemete esta pérdida resulta bastate meor que la que se tedría si adelatar el ecedido. Ecedido 4 Pat 0 BOMBEO V PMS V V PMI Figura.- Ciclos Otto teórico e idicado. Pérdidas por bombeo, las cuales auque e el ciclo teórico se supoe que tato la admisió como el escape se realiza a presió costate, cosiderado que el fluido activo circula por los coductos de admisió y escape si rozamieto, e el ciclo aparece ua pérdida de carga debida al rozamieto, que causa ua otable pérdida eergética. Las diferecias que surge etre el ciclo idicado y el ciclo teórico, tato e los motores de ciclo Otto, como e los de ciclo Diesel, esta causadas por: Pérdidas de calor, las cuales so bastate importates e el ciclo real, ya que al estar el cilidro refrigerado, para asegurar el bue fucioamieto del pistó, ua cierta parte de calor del fluido se trasmite a las paredes, y las líeas de compresió y expasió o so adiabáticas sio politrópicas, co expoete, diferete de γ. Tiempo de apertura y cierre de la válvula de admisió y de escape, auque e el ciclo teórico se supuso que la apertura y cierre de válvulas ocurría istatáeamete, al ser físicamete imposible, esta acció tiee lugar e u tiempo relativamete largo, por lo que, para mejorar el lleado y vaciado del cilidro, las válvulas de admisió y de escape se abre co aticipació lo que provoca ua pérdida de trabajo útil. Combustió o istatáea, ya que auque e el ciclo teórico se supoe que la combustió se realiza segú ua trasformació isocora istatáea, e el ciclo real la combustió dura u cierto tiempo. Por ello, si el ecedido o la P Pat BOMBEO V V V PMS PMI Figura.- Comparació etre los ciclos Diesel teórico e idicado. Cabe destacar que e los motores Diesel las pérdidas por bombeo so iferiores a las que se produce e los de ciclo Otto, pues o hay estragulamieto al paso del aire durate la admisió ya que estos motores o utiliza carburador. Para cuatificar la relació etre el ciclo teórico y el ciclo idicado, se calcula el cociete etre las 0
superficies correspodietes, y dividiedo la superficie del ciclo idicado por la respectiva del ciclo teórico, se obtiee el deomiado redimieto idicado. De cuatas razoes ha sido expuestas, se puede asegurar que el redimieto idicado es debido pricipalmete al tiempo que tarda la mezcla e quemarse y a la deficiecia e el lleado y evacuado de los gases residuales, lo que hace que dismiuya la catidad de mezcla fresca que etra e el cilidro. Para coseguir que el ciclo idicado se acerque lo más posible al teórico, se actúa sobre la distribució adelatado y retrasado el istate de comiezo y de fializació de la etrada y salida de fluido operate del cilidro, co el propósito de coseguir u mejor lleado y evacuació de los gases y además se realiza u adelato del ecedido o de la iyecció para compesar el tiempo ecesario para la combustió. Estas variacioes e la apertura y cierre de válvulas y e el adelato del ecedido o de la iyecció, coocidas como cotas de reglaje e la distribució, so las siguietes: Adelato e la apertura de la admisió (AAA), cosigue que al hacer que la válvula se abra ates de que el pistó llegue al P.M.S. e su carrera de escape, al iiciarse la aspiració de la mezcla, la válvula esté muy abierta, evitado la estragulació a la etrada de los gases. Retraso e el cierre de la admisió (RCA), cosigue que al hacer que la válvula se cierre u poco después de que el pistó llegue a su P.M.I., debido a la iercia de los gases al fial de la admisió éstos sigue etrado e el cilidro, auque el pistó comiece a desplazarse hacia el P.M.S. Adelato del ecedido (AE) o de la iyecció (AI), cosigue compesar el tiempo ecesario para que, al fial de la combustió, el movimieto del pistó e su fase de trabajo sea míimo. Se puede cifrar e uos 30º. Adelato e la apertura de escape (AAE), cosigue que la presió itera baje ates, y que cuado se iicie el escape la válvula, esté completamete abierta, evitado el estragulamieto a la salida y la pérdida de eergía ecesaria para realizar el barrido de gases. Retraso e el cierre del escape (RCE), cosigue ua mejor evacuació de los gases quemados debido a la succió provocada por la alta velocidad de los gases de escape, evitádose así que los gases residuales que puede quedar e el iterior del cilidro impida la etrada de gases frescos. Cruce de válvulas, es el período e el que las válvulas de admisió y escape está simultáeamete abiertas. Durate el mismo, debido a la velocidad de los gases de escape, crea ua succió que facilita la etrada de la ueva mezcla y barre los gases residuales. Cuado los gases frescos llega a la válvula de escape ésta ya está cerrada si que se pierda e la atmósfera. El cruce de las válvulas beeficia otablemete el redimieto del motor, ya que elimia mejor los residuos de gases quemados y hace que la mezcla coteida e el cilidro para realizar el uevo ciclo sea lo más pura posible, co lo cual el aprovechamieto de la cilidrada y eergía del combustible es mayor. Gracias a las cotas de reglaje de la distribució el diagrama obteido e el ciclo real tiee ua superficie mucho mayor, y el redimieto idicado llega a ser del 80%. Las cotas de reglaje so prefijadas por el costructor, y se fija, e pricipio, por comparació co otros tipos de motores co características aálogas, y posteriormete se corrige durate los esayos e el baco, hasta coseguir los datos óptimos de máximo redimieto. Estas cotas de reglaje e la distribució, que suele estar compredidas detro de los valores idicados a cotiuació, so, ua vez fijadas, ivariables, excepto e alguos motores que lleva sistemas diámicos de variació. Tipo AAA RCA AAE RCE AE Motores letos 0-0º 30-40º 35-50º 0-0º 0-5 Motores rápidos 0-30º 40-60º 40-60º 5-30º 0-40º Tabla.- Cotas de distribució ormales e motores actuales. El adelato del ecedido o de la iyecció, dado que debe ser variable e fució de la velocidad de régime del motor se efectúa automáticamete. U iadecuado istate de ecedido e los motores causa ua serie de deformacioes e el ciclo, que hace que dismiuya su redimieto, tal como se puede observar e el siguiete diagrama P-V.
P PMS PMI PMS 7 PMI PMS V P.M.S. 3 4 V V P.M.I. Figura 3.- Retraso del ecedido..- Ecedido ormal..- Ecedido retardado. 3.- Ciclo ormal. 4.- Ciclo modificado. VARIACIÓN DE LA PRESIÓN EN EL CILINDRO EN FUNCIÓN DEL GIRO DEL CIGÜEÑAL Para compreder el ciclo de u motor alterativo, estudiar la variació de la presió e el iterior del cilidro e fució del águlo girado por el cigüeñal, represetado e uos ejes cartesiaos e abscisas el giro del cigúeñal cotado desde el comiezo de la admisió, y e ordeadas las presioes e el iterior del cilidro durate el desarrollo de u ciclo completo permite, además de dejar claros los pricipios de fucioamieto de los motores alterativos, mejorar su redimieto y calcular las cargas sobre los cojietes del motor. Para ello se debe cosiderar que al comiezo de la admisió, el iterior del cilidro se ecuetra a ua presió ligeramete superior a la atmosférica por o haber termiado todavía la fase de escape. Cuado el pistó se desplaza hacia el P.M.I., aspira cierta catidad de aire o mezcla gaseosa a través de la válvula de aspiració, abierta oportuamete. Durate toda esta fase, e primer lugar la presió se hace igual a la atmosférica, puto, y e el resto de la carrera e el iterior del cilidro existe ua presió meor, a causa de la resistecia que ecuetra el gas e los coductos. Ello origia la llamada depresió e la aspiració, la cual resulta tato más itesa cuato mayor es la velocidad del gas, debido a de la mayor resistecia que este fluido ha de vecer a su paso por dichos coductos. Como es evidete, esta fase represeta trabajo egativo. Pat. 6 6' 5 8 9 4 3 0 0º 80º 360º 540º 70º admisió compresió expasió escape Figura 4.- Diagrama de presioes e fució del giro del cigüeñal. Cuado e el puto 3 el pistó iicia su carrera hacia el PMS el cilidro se ecuetra todavía e depresió, por este motivo, y a pesar del movimieto del pistó cotiúa la itroducció del fluido hasta 4, puto e el que se iguala la presió itera y la atmosférica. E este puto se debe cerrar la válvula de aspiració. Si el coducto de admisió es largo, se puede utilizar el efecto de iercia de la columa gaseosa, para cotiuar la admisió después del puto 4 retardado, para ello, el cierre de la válvula. E el puto 4 se iicia realmete la compresió. La compresió de la carga se produce como cosecuecia del movimieto del pistó hacia el PMS. A partir del puto 4 el fluido operate, a la presió atmosférica, es comprimido por el pistó, co lo que la presió aumetaría hasta el puto 6, si o se produjese, como es ecesario, el AE o el AI, lo cual se da e el puto 5. La combustió comieza co el ecedido o iyecció del combustible e el puto 5 lo que origia ua repetia elevació de temperatura y de presió que alcaza su valor máximo e el puto 7. La combustió debe fializar cuado el pistó ha recorrido ua parte reducida de la carrera hacia el P.M.I. Termiada la combustió, debido al aumeto de presió el pistó experimeta u rápido desceso hacia el PMI, lo cual debería prologarse, para aprovechar al máximo la fase útil, hasta la proximidad del P.M.I., pero, para facilitar la expulsió de los gases, se iterrumpe ésta co la apertura aticipada respecto al puto muerto iferior de la válvula de escape e el puto 8. El escape, que se iicia e el mometo de comiezo de la apertura de la válvula correspodiete, como los gases se ecuetra a presió superior a la atmosférica, se descarga e estampida al exterior, de forma ta rápida que la trasformació discurre casi a volume costate, la presió desciede co rapidez, y es e el puto
9, cuado realmete se iicia la carrera de escape. Debido a la iercia de los gases e los coductos de escape, la presió puede alcazar u valor co presió iferior a la atmosférica, segú se represeta e el puto 0. E se iicia el segudo periodo del escape. E él el pistó expulsa los gases que ocupa el cilidro, co lo que la presió se hace ligeramete superior a la atmosférica debido a la resistecia de los gases a circular atravesado la válvula y los coductos de escape. Como el pistó o puede expulsar todos los gases, porque ua parte de ellos ocupa la cámara de combustió, al fial de la carrera de escape, la presió tiee todavía u valor ligeramete superior a la atmosférica. RELACIÓN ESTEQUIOMÉTRICA Y RELACIÓN DE MEZCLA La eergía del combustible se libera bajo forma de calor cuado se quema al reaccioar co el oxígeo del aire. Como se ha dicho, e los motores de ecedido por chispa, la mezcla de aire y combustible se prepara e el carburador y, e los motores de ecedido por compresió, se realiza directamete e el cilidro, iyectado, después de haber itroducido y comprimido el aire, el combustible. Tras la combustió la mezcla se trasforma, e vapor de agua (H O), ahídrido carbóico (CO ) y itrógeo (N ). Es importate señalar que el itrógeo, gas ierte coteido e el aire, o iterviee e la combustió y que el vapor de agua producido e la combustió se comporta como gas. Co poco error se puede cosiderar que el aire atmosférico seco se compoe de 77 partes e peso de itrógeo y 3 partes de oxígeo, y que el peso de m 3 de aire a presió atmosférica ordiaria y a la temperatura de 0 ºC es de '93 Kg. La combustió del combustible, cosiderado como oao, de fórmula química C 9 H 0 se puede expresar por la ecuació: C9 H0 + O = CO + HO Al igualar la reacció se tiee: C9 H0 + 4O = 9CO + 0HO Esta ecuació idica que mol de C 9 H 0 reaccioa co 4 moles de O. Como mol de C 9 H 0 so 8 gr, y mol de O so 3 gr, se puede cosiderar que para quemar Kg de oao so ecesarios 3500 gr de oxígeo. Como el oxígeo está sumiistrado por el aire que lo cotiee e u 3% e peso, el peso de aire ecesario es de: 3'5 0'3 = 5' Kg Es decir, el peso de aire ecesario para la combustió completa de Kg de oao so 5' Kg. Esta proporció se deomia relació estequiométrica y represeta la dosificació teórica ideal para coseguir la combustió total de combustible. La proporció real etre aire y combustible, que se llama relació de mezcla, es distita de la relació estequiométrica, y segú resulte deficiete o excesiva la catidad de aire que itervega e el proceso, la mezcla se calificará de rica o pobre respectivamete. E los motores de ciclo Otto la relació de mezcla varía de a 7 y, segú las codicioes de trabajo, el aire y el combustible debe mezclarse e la proporció adecuada de maera que la relació de mezcla sea la requerida por las codicioes de fucioamieto del motor. La relació aire-combustible requerida por el motor varía co el régime de giro del motor, de forma que a bajo régime la mezcla ha de ser eriquecida, ya que la mariposa del carburador está prácticamete cerrada y la presió e el coducto de aspiració es más baja que la atmosférica, por lo que se origia u paso de los gases quemados al coducto de admisió, de forma que cuado empieza la carrera de admisió, estos gases quemados etra de uevo e el cilidro, mezcládose co la mezcla fresca y haciedo difícil el cotacto del combustible co las partículas de oxígeo, por lo que se hace ecesario eriquecer la mezcla para que aumete la probabilidad de cotacto etre el aire y la gasolia. A medida que aumeta el régime de giro la depresió e los coductos de admisió dismiuye co lo que se reduce la dilució de la mezcla ueva co los gases quemados, por lo cual la relació de mezcla ecesaria puede ser meos rica. 3
E régime de crucero es fudametal obteer la máxima ecoomía de combustible, por ello, es meester que el carburador sirva la mezcla e la relació más ecoómica. E alto régime de giro, los motores ecesita ua mezcla rica, pues es ecesario disipar mayor catidad de calor de los elemetos del motor más solicitadas térmicamete, como es la válvula de escape. E los motores de ciclo Diesel, el itervalo que va desde que el combustible es iyectado e la cámara de combustió hasta que alcaza la temperatura ecesaria para su ecedido, requiere ua pulverizació a muy alta presió para coseguir que la pulverizació se haga co gotas muy pequeñas que etre e cotacto co el oxígeo del aire y rápidamete alcace la temperatura ecesaria para arder. Además, para evitar que el combustible salga del motor si quemarse, es ecesario itroducir e la cámara de combustió ua catidad de aire mucho mayor que la correspodiete a la relació estequiométrica, co objeto de aumetar la probabilidad de que se oxide todo el combustible iyectado. Es importate destacar que e este tipo de motores la catidad de aire que etra e el cilidro es prácticamete costate para cada régime de giro, por lo que es variado la catidad de combustible iyectado como cambia la eergía itroducida e cada ciclo. Ocurre que a medida que la relació aire/combustible se aproxima a la relació estequiométrica, el motor comieza a producir humo e el escape, debido a que parte de las partículas de carboo y oxígeo o reaccioa durate el tiempo dispoible para la combustió. El humo, que es iaceptable legalmete, es sítoma claro de ua combustió icompleta, por lo que es ecesario coseguir ua relació de mezcla más pobre que la relació estequiométrica. La catidad de aire adicioal se llama exceso de aire, y absorbe parte de la eergía producida e la combustió. RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO De cuato se ha expuesto se hace evidete que la catidad de combustible y la catidad de aire que se itroduce e el cilidro debe teer ua relació estricta, y que la eergía ofrecida por el motor depede pricipalmete de la catidad de aire y combustible utilizados. Cuato mayor sea el volume de aire itroducido e el cilidro, tato mayor resulta la catidad de combustible que puede quemarse, y e cosecuecia, tato mayor es la eergía que produce el motor. El redimieto volumétrico idica el mayor o meor grado de lleado del cilidro. Se defie como la relació etre el peso efectivo del aire itroducido e el cilidro durate la uidad de tiempo y el peso del volume de aire que teóricamete debería itroducirse e el mismo tiempo, calculado a base de la cilidrada uitaria y de las codicioes de temperatura y presió e el cilidro. Su valor, que oscila etre 0'75 y 0'85, defie la calidad del sistema de itroducció de fluido operate e el motor. El redimieto volumétrico varía co: La desidad de la carga y la dilució origiada e la misma por los gases residuales, e ello icide la temperatura de las paredes de los coductos de aspiració y la temperatura del cilidro, pues cede calor a la carga fresca, eleva su temperatura y la desidad del fluido operate dismiuye, co lo que se tiee ua reducció del redimieto volumétrico. Los gases residuales presetes e el cilidro después del escape tambié cotribuye a reducir la desidad del fluido operate pues, además de cederle calor, dismiuye el volume que debiera ser ocupado por la carga de gases frescos. El diseño de los coductos de aspiració y de escape tiee mucha importacia, ya que, además de opoer la míima resistecia al paso de los gases, debe evitar su caletamieto. La experiecia demuestra que los mayores valores del redimieto volumétrico se alcaza e los motores para ua velocidad del aire de 40-60 m/seg, e régime ormal de fucioamieto. E régime de máxima potecia, la velocidad media del fluido alcaza de 65-75 m/seg. Los tiempos de apertura y cierre de las válvulas tiee ua estrecha relació co el lleado del cilidro de acuerdo co la velocidad de rotació del motor, pues ifluye e las odas de presió que se origia e los coductos de aspiració y de escape como cosecuecia de las rápidas variacioes de velocidad que experimeta la masa gaseosa e movimieto. Esto se cosigue escogiedo oportuamete la logitud de los coductos. 4
Los motores moderos para aumetar la catidad de eergía que se produce e el iterior del cilidro utiliza la deomiada sobrealimetació. Cosiste e el lleado de los cilidros comprimiedo el fluido operate al itroducirlo e ellos. Si además la compresió se acompaña de u bue efriamieto de los gases etre el compresor y el cilidro, aú es más eficaz el lleado. Para ello es ecesario acoplar u compresor que itroduzca a presió aire e los cilidros y u itercambiador de calor que efríe el fluido etrate. Atiguamete se usaba compresores de lóbulos movidos co ua trasmisió mecáica por el propio motor, que hacía etrar aire detro del cilidro a '5- atmósferas. Este sistema teía el icoveiete de que al ecesitar absorber ua parte de potecia del motor para mover el compresor, dismiuía el redimieto y es por lo que e la actualidad es poco empleado. Figura 5.- Compresor de lóbulos. Hoy la sobrealimetació se hace por turbocompresor el cual cosiste e ua turbia acoplada a la salida de los gases de escape, la cual mueve u compresor que hace etrar el aire a presió e el iterior del cilidro. Este sistema, como la eergía que ecesita se obtiee de los gases de escape, aprovecha ésta e vez de dejarla perderse e la atmósfera. Ua de las vetajas de la sobrealimetació de los motores Diesel es que durate el cruce de válvulas, el aire fresco que etra a presió facilita el barrido de gases residuales, refrigerado al mismo tiempo la válvula de escape y la cabeza del pistó. Cuado se cierra la válvula de escape el cilidro se llea de aire a presió. Es por lo que e los motores Diesel se cosigue mayores vetajas, ya que además de ofrecer ua mayor eergía e cada ciclo, lo que sigifica mayor potecia para ua misma cilidrada, cosigue u meor cosumo específico de combustible, debido a que se realiza ua combustió más perfecta al o existir gases residuales de la combustió aterior, y ua mayor duració y vida útil del motor debido a que se cosigue ua expasió más suave, ua refrigeració más eficaz e la cabeza del pistó, e las válvulas y e sus guías y e sus asietos. Como al comprimir el fluido operate aumeta su temperatura, para reducirla y coseguir que ua mayor catidad etre e el cilidro se coloca u itercambiador de calor que efría el fluido opertate mediate la emisió de su eergía a la atmósfera gracias a u radiador de lámias. E los vehículos es frecuete ecotrar idicativos como turbo e itercooler, que o señala otra cosa que su motor está provisto tato de sistema de sobrealimetació, como de refrigeració del fluido ates de etrar e los cilidros. RENDIMIENTO MECÁNICO El redimieto mecáico η m es la relació etre el trabajo útil medido e el cigüeñal del motor y el trabajo ofrecido segú el ciclo idicado. El redimieto mecáico está ormalmete compredido etre 0'80 y 0'90 y depede del rozamieto etre los órgaos móviles, del acabado de las superficies, de las características de la lubricació, del grado de precisió e la fabricació, etc, y tiee e cueta el trabajo absorbido por los rozamietos de los órgaos del motor co movimieto relativo y de los órgaos auxiliares del motor ecesarios para su fucioamieto como la distribució, la bomba de aceite para lubricació, la de agua para refrigeració, el alterador, etc. Empíricamete se sabe que está pérdida de eergía tiee la siguiete expresió matemática: Figura 6.- Turbocompresor. 5
E = λ + µ R Su represetació gráfica es como sigue: E R se tiee: c s = 0 3 70000 63000 H η 47 η H i Despejado de la ecuació aterior el redimieto total se tiee: 70000 000 η = cs H 47 η 63000 cs H r.p.m. del motor Figura 7.- Eergía absorbida por las resistecias pasivas. E la ecuació aterior λ y µ so coeficietes variables co las características costructivas del motor, y es el régime de giro del motor, por lo que se comprede que a medida que aumeta el úmero de revolucioes, se icremeta la pérdida de eergía, pudiedo llegar a ser ta alta que puede aular la eergía ofrecida por el motor. RENDIMIENTO TOTAL Y CONSUMO ESPECÍFICO El redimieto total de u motor es la relació etre el trabajo útil ofrecido por el motor y la eergía calorífica del combustible cosumido. Su valor se calcula como el producto del redimieto térmico, por el redimieto idicado y por el redimieto mecáico. η = ηt ηi ηm Se deomia cosumo específico, el cosumo de combustible expresado e gramos que requiere u motor para producir la eergía de u caballo de vapor hora. CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UN MOTOR El ciclo de u motor produce u trabajo fució de la catidad de eergía puesta e juego. Si dicho motor fucioa a u determiado régime de revolucioes, se tiee que: La potecia ideal desarrollada por el motor vedrá dada por la expresió: N Q Siedo: ideal = 47 60 75 h C.V. Q = calor itroducido e el cilidro e Kcal. = régime de fucioamieto del motor e r.p.m. h = úmero de cilidros del motor. La potecia teórica ofrecida por u motor vedrá dada por el producto de la potecia ideal y el redimieto teórico: N teórica = N ideal ηt La potecia idicada se obtiee por el producto de la potecia teórica y el redimieto idicado: Se represeta por c s y se mide e (g/c.v. h). N idicada = N teórica ηi Como se sabe que u caballo de vapor (C.V.) es igual a 75 Kgm/seg, la eergía correspodiete a u caballo de vapor hora (C.V. h) equivale a 75 3600 = 70000 Kgm. Si H es el poder eergético del combustible expresado e Kcal/Kg, el trabajo equivalete al cosumo específico de combustible vedrá dado por: c s 0 Como: 3 H η η η t i m 47 = 70000 La potecia útil o al freo se obtiee por el producto de la potecia idicada y el redimieto mecáico: N N freo = N idicada ηm La expresió fial de la potecia al freo es: freo = Q 47 60 75 η η η t i m h C.V. η = ηt ηi ηm 6
E u motor ideal los η t, ηi, ηv y ηm so costates, y las curvas características debería ser como se preseta a cotiuació: M Kp m Al ser costates los redimietos, Q será tambié costate co lo que la expresió de la potecia al freo será de la forma: N = K Su represetació gráfica e uos ejes cartesiaos, poiedo e abscisas el régime de giro del motor y e ordeadas la potecia útil o al freo ofrecida, se obtiee ua gráfica como la que sigue: Figura 9.- Par motor. régime de giro r.p.m. El cosumo específico se vio que tiee como expresió: Nfreo C.V. C s 63000 = η H Co lo que al ser costate η y H su represetació gráfica e uos ejes (, C s ), tedrá la forma: régime de giro r.p.m. C s g/c.v. h Figura 8.- Potecia. La potecia del motor puede expresarse como: N f = M Siedo: N f = potecia al freo del motor. M = par motor. = régime de giro del motor. Al ser costates los redimietos como se vio: régime de giro r.p.m. Figura 0.- Cosumo específico Por último, partiedo del cosumo específico, de la potecia al freo y de la desidad del combustible δ c, se puede determiar el cosumo horario, segú la expresió: por tato: K = M 3 Ch = Cs 0 Nf δ c l/h M = K lo que idica que si los redimietos so costates el par motor es costate, por lo que su represetació e uos ejes cartesiaos (, M) tedrá la forma: Al ser costate δ c se puede observar que C h tiee ua expresió del tipo: Ch = K Co lo que su represetació gráfica e uos ejes cartesiaos (, C h ) tedrá la forma: 7
Ch l/h régime de giro r.p.m. Figura.- Cosumo horario. Al o ser costates los redimietos, las curvas ofrece u aspecto totalmete cambiado y obteidas co u freo, da esquemas como los que se preseta e las figuras siguietes: Curva de potecia: Nf C.V. giro se caracteriza porque existe lo que s deomia reserva de par, esto es, si e u istate al motor se le solicita más trabajo (par) del que va ofreciedo, como su respuesta imediata es bajar sus revolucioes, al haber reserva de par, si esta reserva es suficiete como para absorber la solicitació hecha al motor, éste, si igua actuació extera, si mover el acelerador, se adapta a las uevas codicioes de trabajo. Si la reserva de par o fuese suficiete el motor se pararía, al ser icapaz de adaptarse a las uevas codicioes de trabajo. E la zoa de fucioamieto o flexible, al o haber reserva de par, cualquier solicitació de más eergía cuado el motor trabaja a u determiado régime de giro, va acompañadas idefectiblemete del calado del motor. Estos coceptos so de gra importacia e los tractores agrícolas, y como se verá más adelate, la forma de la curva de par tiee gra icidecia e el diseño de la caja de cambios. Curva de cosumo específico: mí máx r.p.m. Cs g/c.v. h Figura.- Curva de potecia. El aálisis de esta curva idica que, e los motores alterativos, a medida que aumeta el régime de giro icremeta la potecia al freo de forma prácticamete lieal, lo que ocurre hasta llegar a u valor de velocidad agular del cigüeñal e el que por seguridad para el motor, actúa el regulador dismiuyedo de forma automática la etrada de combustible. A partir de dicho régime la potecia dismiuye hasta llegar a u valor que, cosiderado el alto régime de giro, es muy bajo. La curva de par motor puede cosiderarse dividida e dos partes, la zoa de fucioamieto o flexible y la de fucioamieto flexible. Ambas está limitadas por u valor del régime de giro del motor que correspode al que al motor ofrece la máxima capacidad de trabajo o máximo par. M Kp m mí r.p.m. Figura 4.- Curva de cosumo específico. La curva de cosumo específico preseta ua zoa, limitada por dos regímees de giro del motor etre los que el aprovechamieto eergético del combustible es máximo (zoa de míimo cosumo específico), siedo por tato ecesario que el tractor trabaje, salvo circustacias impuestas por las codicioes de trabajo, co regímees de giro cuyos valores esté situados etre los que limita los míimos de esta curva. De esta forma al realizar u trabajo habrá u míimo cosumo de combustible, lo que sigifica mayor ecoomía. Curva de cosumo horario: Ch l/h máx Zoa de Zoa de fucioamieto fucioamieto o flexible flexible mí máx r.p.m. Figura 3.- Curva de par. mí máx r.p.m. Etre dicho régime de giro y el de máxima velocidad agular, cualquier valor de velocidad de Figura 5.- Curva de cosumo horario. 8
Técicamete la curva de cosumo horario o tiee gra valor, pero permite determiar la autoomía de trabajo del tractor e fució de la capacidad de su depósito de combustible. Esto, que e automoció o tiee gra relevacia, ya que los coductores tiee muchas posibilidades de repoer combustible e carretera, e agricultura codicioa el trabajo, pues es frecuete teer que trasportar u depósito, co la icomodidad que ello supoe, hasta el lugar más adecuado para repostar.. PUESTA EN MARCHA DE LOS MOTORES ALTERNATIVOS Para poer e fucioamieto los motores alterativos se usa u motor eléctrico deomiado motor de arraque. Este motor se caracteriza por su alto par y su reducido volume, y toma la eergía ecesaria de la batería. El movimieto de los órgaos del motor alterativo lo cosigue aplicado u reducido egraaje a la coroa detada que rodea el volate de iercia, hasta que el motor alterativo fucioa por sí mismo. El fucioamieto del motor de arraque se basa e el hecho de que si se hace circular ua corriete cotiua por ua espira, se crea e ella u campo magético. Si la espira se coloca detro de otro campo magético creado por u imá, tederá a orietarse de forma que las líeas de fuerza etre por su cara sur y salga por su cara orte, y aparecerá e la espira u par que la obliga a girar hasta colocar sus polos efretados co los de sigo cotrario del imá. E ese mometo termiaría el movimieto de rotació. Para que cotiúe se coloca otra espira desfasada u cierto águlo co respecto a la aterior, de forma que si se coecta ambas e u colector cilídrico a través del cual se alimeta, que gira co ellas, y recibe la corriete desde uas escobillas de coexió, cuado la primera de las escobillas deja de producir par, deja de ser alimetada, pasado a serlo la siguiete, apareciedo de uevo u par que hace que el giro cotiúe. N S Figura 8.- Pricipio de fucioamieto de u motor eléctrico. E los motores de arraque se dispoe varias espiras repartidas por la periferia de u rotor, cuyos extremos se ue a dos delgas de u colector por cada ua de las cuales, mediate dos escobillas de alimetació, recibe la corriete de la batería. El esquema correspodiete a u motor de arraque es el que se preseta e la figura siguiete: Figura 6.- Motor de arraque. El alto par del motor de arraque obliga, para su coexió a la batería, a usar u potete cotactor magético como se idica e la siguiete figura. 3 5 4 3.- Carcasa..- Masa polar. 3.- Rotor. 4.- Colector. 5.- Escobillas. + -.- Batería..- Iterruptor. 3.- Cotactor magético. 4.- Motor de arrraque. 4 M Figura 9.- Esquema del motor de arraque. La carcasa lleva e su iterior las masas polares, rodeadas de las bobias iductoras, y el rotor. Figura 7.- Esquema del circuito de arraque. Las masas polares so úcleos de acero que al pasar la corriete por las bobias iductoras se imata y forma los polos orte y sur del campo 9
magético fijo, al que se hizo referecia ateriormete. El rotor cosiste e u eje sobre el que va motado u cilidro formado por chapas co icisioes radiales e las cuales se aloja las espiras. E u extremo del eje va motado el colector, el cual está formado por sectores circulares de cobre aislados etre sí que costituye las delgas, sobre ellas roza las escobillas, y recibe la corriete eléctrica. E el otro extremo del eje se sitúa el egraaje de accioamieto del motor alterativo. Cerrado uo de los laterales de la carcasa lleva ua tapa e la que hay u cojiete de broce sobre el que gira el eje. Además lleva los portaescobillas, e los que desliza las escobillas de carbó y so empujadas para que esté e cotiuo cotacto co el colector mediate pequeños resortes. E el otro lateral lleva u alojamieto para acoplar el motor a la coroa detada del volate de iercia, y el aclaje para fijarlo al motor alterativo. El movimieto del motor de arraque se trasmite a la coroa detada del volate de iercia hasta que el motor alterativo gira por sí solo. Después del arraque, de forma súbita, se descoecta automáticamete pues, de o ocurrir así giraría a tal velocidad que el motor de arraque quedaría e pocos segudos destruido por cetrifugació. La coexió se realiza e uos casos mediate u mecaismo a base de horquilla y palaca accioada por u potete electroimá y e otros por efecto de iercia. Figura 0.- Mecaismo de coexió por efecto de iercia. 30