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Velocidad lineal del P - RC - Potencia - Par - RPM - Conceptos

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  • Velocidad lineal del P - RC - Potencia - Par - RPM - Conceptos

    Habia leido esto hace mucho, hoy decidi buscarlo devuelta y dejarlo aca a mano por si a alguno le interesa, es algo basico y no muy complejo pero me parece interesante.

    Relación de compresión (Rc): es la relación que existe entre la suma de volúmenes (V + v) y el volumen de la cámara de combustión. Este dato se expresa como el siguiente ejemplo: 10,5/1. La relación de compresión (Rc) es un dato que nos lo da el fabricante, no así el volumen de la cámara de combustión (v) que lo podemos calcular por medio de la formula de la (Rc).

    • La Rc para motores Otto (gasolina) viene a ser del orden de 8 - 11/1. Para motores sobrealimentados la relación de compresión es menor..

    • La Rc para motores Diesel viene a ser del orden de 18 - 22/1.


    En la figura inferior tenemos como ejemplo que la relación de compresión es de diez a uno. Esto nos indica que el volumen total del cilindro se comprime diez veces para reducirse al tamaño de la cámara de combustión. Esta característica nos da una idea de las prestaciones del motor, su eficiencia y su potencia; en la medida que el número de la izquierda sea mayor, la relación será más elevada y las prestaciones superiores dentro de ciertos limites.








    Calculo de un ejemplo real: Volkswagen Passat 1.9 TDi.Datos:

    Diámetro por carrera (mm) = 79,5 x 95,5.
    Cilindrada = 1896 cc.
    Relación de compresión = 19,5 : 1.

    Calculo de la cilindrada a partir del diámetro y el calibre.




    Calculo del volumen de la cámara de combustión (v) a partir de la relación de compresión (Rc).



    Los términos teóricos más importantes a la hora de estudiar un motor son:
    Punto muerto superior (PMS): es cuando el pistón en su movimiento alternativo alcanza la punto máximo de altura antes de empezar a bajar.
    Punto muerto inferior (PMI): es cuando el pistón en su movimiento alternativo alcanza el punto máximo inferior antes de empezar a subir.
    Diámetro o calibre (D): Diámetro interior del cilindro (en mm.)
    Carrera (C): Distancia entre el PMS y el PMI (en mm).
    Cilindrada unitaria (V): es el volumen que desplaza el pistón del PMI al PMS.
    Volumen de la cámara de combustión (v): Volumen comprendido entre la cabeza del pistón en PMS y la culata.

    Antes de estudiar la velocidad lineal del pistón veremos la relación que existe entre la carrera y el diámetro del pistón.
    En función de la medida de la carrera y diámetro diremos que un motor es:
    D>C = Motor supercuadrado.
    D=C = Motor cuadrado.
    D<C = Motor alargado.
    Las ventajas de los motores cuadrados y supercuadrados son:
    a) Cuanto mayor es el diámetro (D), permite colocar mayores válvulas en la culata, que mejoran el llenado del cilindro de gas fresco y la evacuación de los gases quemados.
    b) Las bielas pueden ser más cortas, con lo que aumenta su rigidez.
    c) Se disminuye el rozamiento entre pistón y cilindro por ser la carrera más corta, y, por tanto, las perdidas de potencia debidas a este rozamiento.
    d) Cigüeñal con los codos menos salientes, o sea, mas rígido y de menor peso.
    Los inconvenientes son:
    a) Se provo
    ca un menor grado de vacío en el carburador, con lo que la mezcla se pulveriza peor, y, por tanto, se desarrolla menor potencia a bajo régimen.
    b) Los pistones han de ser mayores y por ello más pesados.
    c) Menor capacidad de aceleración y reprise.

    Ejemplos :
    Seat 132 2.000, tiene 84 mm de diámetro de pistón y 90 mm de carrera, esto nos da una relación carrera / diámetro de 1.07, es decir, sería un motor de “carrera larga”, porque la carrera es mayor que el diámetro del propio pistón.

    Seat 124 1.600, tiene 80 mm de diámetro y 80 mm de carrera, esto es una relación carrera / diámetro igual a 1, es un motor “cuadrado” ó lo que es lo mismo carrera igual al diámetro.

    Seat 1.430, tiene 80 mm de diámetro y 71'5 mm de carrera, nos da una relación carrera diámetro de 0.89, es un motor corto ó de carrera corta, ó supercuadrado.

    Si tenemos que diseñar un motor de 1600 cm3 porque así lo pide la fábrica y nosotros necesitamos que el motor tenga una gran potencia especifica, alegre para subir de vueltas, tipo sport y de regímenes de giro elevados, optamos por hacer los 1600 cc a base de pistones anchos y de poco recorrido, podremos montar válvulas mas grandes porque dispondremos de mayor espacio y sobretodo, nuestro cigüeñal será de menor volteo, mas rígido, por tener las manivelas más cortas y cerca del centro, con una menor inercia al giro, la biela se acostará mucho menos al girar, etc., en contrapartida tendremos una cámara de combustión de mayor superficie, que si bien nos servía para meter grandes válvulas, ahora nos perjudica porque se nos va mas calor a la pared de la tapa y al agua, perdemos rendimiento térmico y tenemos un mayor consumo especifico, es decir mayor consumo por cada cv generado.
    Si por el contrario necesitamos un motor de regímenes más familiares de giro, con un manejo descansado, con buen par a medios regímenes y consumo contenido, entonces diseñamos pistones de poco diámetro y una carrera mas larga, tal que nos de los 1600 cc del ejemplo. Con esto tendremos válvulas más chicas, pero menor transferencia de calor al agua, mejor rendimiento térmico, menor consumo especifico y una manivela de cigüeñal mas larga, que nos dará, a igualdad de fuerza de pistón un mayor par motriz y una menor velocidad de giro. Este motor, obviamente, no podrá girar muy rápido y si pudiera, su rendimiento en alta seria deficiente, pero en baja es insuperable.

    Actualmente se tiende a la fabricación de motores con mayor diámetro que carrera, con objeto de que al disminuir la carrera se reduzca la velocidad lineal del pistón y el desgaste de éste y el cilindro provocado por el rozamiento entre ambos. Ejemplo Fiat 1.9 TD. Diámetro por carrera 82 x 90,4, Opel 1.6 i. diámetro por carrera 79 x 81.5, Citroen 2.0 16V diámetro por carrera 86 x 86, como se ve las medidas son muy dispares.

    Velocidad lineal del pistón

    La velocidad a la que se mueve el pistón es llamada velocidad lineal del pistón y es lineal por la forma en que se desplaza, en línea recta.
    La velocidad del pistón es consecuencia del tiempo en que dispone para subir y bajar y de cuanto sea de largo este recorrido.
    Si la carrera es por ejemplo del Set 131 2.000, de 90 mm tenemos que, para una vuelta de cigüeñal el pistón deberá recorrer 180 mm, 90mm subiendo y 90mm bajando o viceversa. Esto ocurre a todos los regímenes de giro, obvio, pero empieza a ser preocupante cuando un pistón estándar llega a los 16 m/s.
    Un pistón que a máximas rpm esta entre los 13 y 16 m/s, nos da un funcionamiento muy regular, sin vibraciones y con un desgaste muy controlado, ya aproximándonos o superando los 16 m/s estamos al borde de los limites de la fiabilidad y del desgaste prematuro de casquillos, pernos y etc. Y pasando hasta los 19 m/s, riesgos de cortar el pistón al medio y que salga a ver la luz del día a través del bloque, siempre hablando de pistones estándar de fábrica y en autos normales no deportivos.

    La formula a utilizar es: (RPM máximas x carrera x 2) / 60.000. Hagamos unos cálculos de motores para conocer si podemos realizar “aumento de las rpm sin cambiar los pistones”

    Otra forma de calcularlo es la siguiente:



    • Vm = velocidad media del pistón

    • L = carrera en metros
    • n = nº de revoluciones del motor



    Ej:
    Seat 132 2.000 : a 5.500 rpm y con sus 90 mm de carrera (noten que ya no nos interesa el diámetro) tiene una velocidad lineal en sus pistones de 16.5 m/s.
    Seat 124 : a 6.200 rpm y con sus 80 mm de carrera nos da a esas vueltas también 16.5 m/s.
    Seat 128 1.100 : a 6.100 y con sus 55.5 mm de carrera va a unos tranquilísimos 11.2 m/s.
    Seat 850 : a 6.200 rpm y con sus 63.5 mm de carrera va a 13.12 m/s
    Seat 127 : a 6.200 rpm y con sus 68 mm de carrera va a 14.05 m/s

    Realicemos los cálculos necesarios para mi Seat 850-Abarth :
    Motor de 945 c.c, cilindro de 66,5 y 68 de carrera a 7.000 rpm obtenemos un valor de 15,86 m/s de velocidad lineal del pistón.
    Utilizando la fórmula deducimos que a 7.100 rpm empezamos a superar los 16 m/s .

    Si utilizamos el motor original del 850 para el trucaje los valores son :
    Motor de 843 c.c, cilindro de 65 y 63,5 de carrera a 7.000 rpm obtenemos un valor de 14,86 m/s de velocidad lineal del pistón.
    Utilizando la fórmula deducimos que a 7.600 rpm empezamos a superar los 16 m/s.

    Si utilizamos el motor original del Autobianchi A112 Abarth de 70 cv :
    Motor de 1050 cc, cilindro de 67,2 y 74 de carrera . Utilizando la fórmula deducimos que a 6.4857 rpm empezamos a superar los 16 m/s. Este motor es Alargado y no le favorece el aumento de las rpm.

    El Fiat 131 2.000 en su versión de rally ganó dos veces el campeonato mundial giraba a 8.000 rpm con un cilindro de 84 y los 90mm de carrera, con lo que tenía unos 24 m/s….!!! pero disponía de unos pistones de la marca Abarth forjados y súper aligerados, un cigüeñal muy trabajado en contrapesos y no obstante, la mayor cantidad de abandonos de carrera fueron por rotura de motor, claro, daba 280 cv sin turbo ni compresor a 8.000 vueltas y con casi 12:1 de compresión !!!, el copiloto en vez de decir : “Derecha de uno por adentro, salto con corte ++….”, decía: “Padre nuestro que estas en los cielos, haz que aguante 15 minutos…”

    Fuente:
    http://snttdl.hostei.com/seat/articulos/notas_tecnicas_velocidad_lineal_piston.htm

    Otros valores como referencia que encontre de otra pagina son estos:

    Vmp : 14 a 16 m/seg (Autos de Serie) Llevan Bulones de biela especial y
    Cojinetes micro-películas.


    Vmp: 16 a 19 m/seg Llevan bulones de biela – Cojinetes micropelícula –
    Reducción de masas


    Vmp: 19 a 21 m/seg. Llevan bulon de biela y cojinetes micro- película -
    pistón forjado - aros de menor espesor – perno de pistón de biela especial y biela forjada para alto riesgo.


    Vmp: 21 a 24 m/seg. Bulon de biela y cojinete micro-película – pistón de diseño especial – biela más larga. Cojinete Micro-película: Trimetalico: Lleva una capa acero, una capa de metal rosado y una delgada capa de metal blanco.
    Estos cojinetes son de la mitad de espesor que los standard.


    Fuente: http://fordv8argentina.com.ar/velocidaddelpiston.htm


    Potencia del motor

    La energía química del combustible se transforma en energía mecánica al empujar los pistones dentro del motor. La energía mecánica o trabajo mecánico es el producto de multiplicar una fuerza por el espacio recorrido. Si por ejemplo, un pistón es empujado con una fuerza de 4000 kilogramos y su carrera es 86 mm, el trabajo desarrollado es:



    Si el trabajo desarrollado se divide por el tiempo empleado en efectuarlo, obtendremos la potencia desarrollada. En el mismo ejemplo anterior, si el trabajo se desarrolla en una décima de segundo, la potencia es:



    que expresada en CV es:



    La potencia desarrollada por un motor depende, por tanto, de la relación de compresión y de la cilindrada, ya que a mayores valores de estas les corresponden mayor explosión y mas fuerza aplicada al pistón; también depende de la carrera, del número de cilindros y de las revoluciones por minuto a las que gira el motor.Equivalencias:
    • 1 CV = 0,736 kW
    • 1 kW = 1,36 CV



    Par motor

    El valor del par es el producto de la fuerza aplicada sobre el pistón y de la longitud del codo del cigüeñal. La fuerza que actúa sobre el pistón es proporcional a la presión media efectiva durante la carrera de explosión y expansión. El valor de esta presión media depende del grado de llenado de los cilindros y de la eficacia con que se desarrolla la combustión.

    El par motor, expresado en "m.kg" multiplicado por las revoluciones a las que gira el motor y dividido por 716, nos da la potencia desarrollada por el motor en ese régimen.
    Por ejemplo para un motor que desarrolla 10 m.kg, girando a 3000 r.p.m., la potencia desarrollada es:



    Equivalencias
    :
    • 1 mkg = 9,8 Nm
    • 1 daN = 1 mkg


    Curvas características Par/Motor
    El valor máximo de potencia no coincide con las mismas revoluciones que el par motor, ya que, si bien, este último va en aumento a medida que lo hace el número de revoluciones, llega un momento en que al crecer la velocidad de rotación del motor, los cilindros se llenan de menor cantidad de mezcla, como consecuencia del menor tiempo que esta abierta la válvula de admisión, y, por tanto, la explosión es menor y el par va disminuyendo a partir de un cierto régimen. Sin embargo, con la potencia no ocurre exactamente igual, ya que al aumentar el numero de revoluciones hasta un cierto valor, aunque las explosiones sean menores, se producen en mayor cantidad al girar el motor con mas revoluciones y, en consecuencia, aumenta la potencia hasta un limite de régimen del motor mas alto que en el par motor.


    Nº de revoluciones del motor

    El régimen de funcionamiento de los motores está limitado por las fuerzas de inercia que presentan los sistemas de movimiento alternativo para cambiar de dirección y por el tiempo disponible para la mezcla y combustión de la mezcla y llenado de los cilindros.
    En los motores Otto (gasolina), debido a que para la formación de la mezcla disponen de toda la carrera aspiración y compresión, se puede conseguir, en ellos elevadas revoluciones, pudiendo fabricarse motores de gran potencia con una estructura relativamente ligera.
    Sin embargo los motores Diesel, al disponer de poco tiempo para la carburación y combustión de la mezcla, no pueden alcanzar revoluciones por lo que debe recurrirse a aumentar la cilindrada para aumentar la potencia.
    El numero de revoluciones limita el llenado correcto de los cilindros y, por tanto, el rendimiento volumétrico, ya que a mayor velocidad de funcionamiento la entrada de gases tiene que ser mas rápida.

    Consumo especifico de combustible
    Se define como la relación que existe entre la masa de combustible consumida y potencia entregada. Se obtiene en el banco de pruebas y se expresa en g/kW · h (gramos/kilovatio· hora).
    El consumo de combustible depende de muchos factores, pero principalmente del rendimiento térmico de la combustión y del rendimiento volumétrico. El rendimiento térmico aumenta con la relación de compresión, por eso los motores Diesel que tienen una mayor relación de compresión, tienen menos consumos.


    Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.ne...cilindrada.htm
    Last edited by GonzaGMC; 07-08-2013, 17:41.
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