CURVAS CARACTERISTICAS DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA 1. INTRODUCCION Una forma habitual de mostrar las prestaciones, emisiones o parámetro de funcionamiento de interés de un motor es hacerlo de forma gráfica mediante lo que se conoce como curvas características. En general las curvas características representan uno o varios parámetros de interés en función de las condiciones operativas del motor. Los parámetros más habituales son potencia, par o pme el consumo o rendimiento y las emisiones especificas aunque dependiendo del uso pueden encontrarse curvas características que representan el dosado, tasa de EGR, los caudales y temperaturas de fluidos o, en general, cualquier otro parámetro que pueda tener de interés para una determinada aplicación 2. TIPOS DE CURVAS CARACTERÍSTICAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE VELOCIDAD Presentan los parámetros del motor en función del régimen de giro y para un grado de carga constante CURVA CARACTERISTICA DE POTENCIA DE UN MCI. La curva característica de la potencia de un motor de combustión interna, en forma matemática representa el par motor que el motor genera durante su funcionamiento en un período de tiempo determinado, este tipo de curva característica de un motor de combustión interna se obtiene mediante un banco dinamométrico, que son equipos que realizan varias pruebas en un motor a diferentes regímenes de revoluciones a plena carga del motor, es decir para la máxima densidad de admisión en régimen continuo y para la máxima tasa de inyección de combustible La característica de este tipo de curva es que a medida que las revoluciones del motor van creciendo, la curva también va creciendo en función de esta hasta que alcanza un límite y la potencia empieza a decaer. Este tipo de gráfica es una de las qué mejor describe las prestaciones de un motor de combustión interna En la figura 1 tenemos un ejemplo de este tipo de curva, obtenida mediante la ayuda de un banco de pruebas (banco dinamométrico) Se muestra la curva de potencia la dibujada por una línea continua, color negra. Vemos que el máximo de la curva de potencia se presenta a regímenes altos, mayores que la curva del par motor. La potencia en sí viene a representar la cantidad de trabajo que un motor de combustión interna puede desarrollar, mientras más potente es un motor podemos deducir que el motor a analizar puede:
Acelerar más deprisa. Remolcar cargas más pesadas. Subir una pendiente a mayor velocidad.
La potencia de un motor está directamente relacionada con la velocidad del vehículo, y la capacidad que el motor tiene para transformar la energía química del combustible en energía mecánica aprovechable para el funcionamiento del vehículo.
Figura 1. Curvas características a plena carga de un MEC turboalimentado Audi Q7 V12 TDI. Fuente: Motores de combustión interna alternativos Prof. F. Payri, Prof. J. M. Desantes pág. 961 CURVA CARACTERISTICA DE TORQUE DE UN MCI. Esta curva representa la fuerza ejercida sobre los pistones cuando se realiza el proceso de combustión en un motor de combustión interna, esta fuerza se transmite a las bielas y al cigüeñal, provocando el par torsional. La curva de par del motor no es tan pronunciada como la de potencia, es decir, tiende a ser más horizontal, pero sin perder su concavidad. También crece al aumentar las revoluciones del motor pero su progresión es menor. El par máximo se encuentra a un menor nivel de revoluciones que la potencia máxima pero a la vez el decrecimiento del par es mucho más lento al aumentar la velocidad de giro. La elasticidad de un motor se conoce como el intervalo entre el par máximo del motor y su potencia máxima.
Figura 2. Curvas características de plena carga (par motor y potencia efectiva de diversos motores expresados en función de régimen de giro) Fuente: Motores de combustión interna alternativos Prof. F. Payri, Prof. J. M. Desantes pág. 962
Figura 3. Curvas características de plena carga de dos MEP. Buick V6 de aspiración natural (izquierda) y versión turbosobrealimentada (derecha) Fuente: Motores de combustión interna alternativos Prof. F. Payri, Prof. J. M. Desantes pág. 960 CURVAS DE CONSUMO ESPECÍFICO La expresión del rendimiento efectivo que se ha definido proporciona la información necesaria para evaluar la eficiencia de un motor, sin embargo, por razones históricas, otra forma de definir el rendimiento es lo que se conoce como consumo especifico. El consumo específico se define como el consumo horario de combustible en relación a la potencia producida y tiene por expresión
Las unidades usadas habitualmente son g/kWh, pues expresa directamente los gramos consumidos para dar una potencia determinada en kW durante una hora sin embargo g/MJ sería también una unidad válida. En los vehículos automóviles, dado que la compra del combustible suele hacerse en litros y puesto al usuario lo que le importa es la distancia recorrida, suele ser usual expresar el consumo en litros por kilómetro que evidentemente tiene una correlación directa con el consumo especifico, incluyendo la densidad del combustible por estar dando el valor referido al volumen de combustible. La siguiente tabla muestra valores representativos de consumo en diferentes motores con tecnología actual.
Figura 4. Tabla de valores habituales de consumo específico y rendimiento efectivo de motores MEP Y MEC Fuente: Motores de combustión interna alternativos Prof. F. Payri, Prof. J. M. Desantes pág. 62 A continuación se muestra la morfología típica de una curva característica a plena carga
Figura 5. Curvas de plena carga de un motor MEC sobrealimentado Fuente: Motores de combustión interna alternativos Prof. F. Payri, Prof. J. M. Desantes pág. 68 CURVAS CARACTERÍSTICAS MULTIPARAMÉTRICAS Las curvas características multiparametricas presentan la variación de uno o de varios parámetros de interés en función de más de una variable de operación. Como se ha indicado, en el caso de aplicaciones de automoción, las variables independientes habituales para esta representación son el régimen de giro y la pme, obteniéndose mapas bidimensionales donde se muestra el comportamiento del motor a carga parcial. Es usual representar en dichos mapas las curvas características de isoconsumo, isopotencia, isoemisiones, etc. La figura 6 muestra un ejemplo de curva multiparametrica en un motor MEP sobrealimentado de dos litros. Se muestran diversos ejemplos de los dos tipos de curvas indicadas, así como otros menos habituales y detalles acerca de aplicaciones concretas de las mismas.
Figura 6. Curvas de isoconsumo de un motor MEP sobrealimentado. Fuente: Motores de combustión interna alternativos Prof. F. Payri, Prof. J. M. Desantes pág. 69 Los parámetros de funcionamiento permiten definir el estado operativo del motor a partir de variables que pueden medirse experimentalmente. Con estos parámetros es posible identificar donde está trabajando el motor dentro de su rango de funcionamiento. Entre estos cabe destacar el régimen y el grado de carga, entradas habituales en los mapas de motor, así como los gastos de aire y combustible que determinan las condiciones en las que tendrá lugar la combustión. Los parámetros indicados y efectivos permiten caracterizar las prestaciones y emisiones de un motor en un determinado punto de operación. Los parámetros indicados se calculan a partir del diagrama p-v obtenido de la medida de la presión instantánea en cámara sincronizada con el giro del cigüeñal, y los parámetros efectivos se refieren al eje. La diferencia entre ellos son las perdidas mecánicas debidas al trabajo de bombeo, fricción y accionamiento de auxiliares. Entre estos parámetros cabe destacar los trabajos, potencias, así como el gasto y emisiones específicos. Por último, las curvas características de un motor permiten representar de forma sintética uno o varios parámetros de interés, como prestaciones, emisiones o parámetros de funcionamiento, en función del punto de operación del motor, definido mediante algunos de los parámetros de funcionamiento, habitualmente régimen y pme.
Figura 7. Curva multiparamétrica de isoconsumo específico de un MEP de aspiración natural Fuente: Motores de combustión interna alternativos Prof. F. Payri, Prof. J. M. Desantes pág. 965
Figura 8. Curva multiparamétrica de isoconsumo específico de un MEC sobrealimentado Fuente: Motores de combustión interna alternativos Prof. F. Payri, Prof. J. M. Desantes pág. 965
3. APLICACIONES DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS En primer lugar se debe destacar la diversidad tanto de los objetivos como de los tipos de curvas características, los objetivos abarcan desde: -Mostrar el intervalo de uso de un motor concreto, habitualmente en términos de régimen y (pme, potencia, par o consumo) -Proporcionar al usuario información sobre el funcionamiento dentro de dicho rango de operación, -Permitir la comparación de motores o evaluar la idoneidad de un motor para una determinada aplicación -Mostrar el intervalo de uso de sus variables de operación, sustancialmente carga y régimen de giro -Describir la variación de los parámetros de MCIA en función de las condiciones de operación -Comparar distintos motores entre sí. 4. CONCLUSIONES -Se reconoció varios parámetros de interés como par, potencia y consumo. -Se adquirió la capacidad de interpretación de las curvas características de motores de combustión interna. -Se determinó las prestaciones y características y diferencias de un motor de combustión interna mediante la lectura de las curvas. -Se
estableció
las
diferencias
curvas
características
de
velocidad
y
multiparamétricas. -Se obtuvo una orientación académica con respecto al uso de curvas características. 5. RECOMENDACIONES - Realizar la gestión necesaria para adquirir un banco dinamométrico para el estudio de curvas características. 6. BIBLIOGRAFÍA PAYRI; DESANTES, Francisco; José, Motores de combustión alterna alternativos, Universidad Politécnica de Valencia, Editorial Reverté, 2011, ISBN 978-84-2914802-2
GERSCHLER GTZ. Tecnología del automóvil. Tomo 2. Editorial REVERTÉ. 20a Edición. "Curvas características del motor". Pág: 214-215
INTEGRANTES ANDRES AGUILA WILSON GARCIA ROMAN JACOME JOHAO AVALOS
