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Automóvil seguridad parte 5 - Monografía



 
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ESTRUCTURA DEL MOTOR


Los motores alternativos más empleados en el automóvil, son los que funcionan en el ciclo de cuatro tiempos,  los de encendido por chispa (explosión). En los motores de explosión, el combustible puede hacerse llegar al cilindro por mediación del carburador, que realiza y dosifica la mezcla de aire y combustible.
En la figura 1.25 se muestra un motor de cuatro cilindros seccionado, donde puede observase el cigüeñal, ensamblado al bloque de cilindros en los apoyos de bancada A. En sus codos C se fijan las bielas B, que por su otro extremo se unen al pistón P por medio de la articulación del bulón D.El giro del cigüeñal es regulado por el volante de inercia V, al cual se fija el mecanismo de embrague E, que transmitirá su movimiento a la caja de velocidades y a las ruedas motrices.
El pistón se desliza  en el interior del cilindro F, que por su parte superior se encuentra cerrado por la culata G, en la que se alojan las válvulas de admisión H y de escape I, que cierran o ponen en comunicación con el cilindro, los conductos respectivos de admisión J (que comunica con el carburador K) y de escape L(que comunica con el sistema de escape).
El arbol de levas M, manda a través de los taqués T, empujadores N y balancines O la apertura o cierre de las válvulas.
Roscada en la misma cámara de compresión formada en la culata, se encuentra la bujía Q, en la que se hace saltar la chispa que inflama la mezcla de aire y combustible. Los impulsos de corriente de las bujías son enviados desde el distribuidor de tensión R.
La parte inferior del motor se cierra con el cárter inferior S, en el que se aloja la bomba de aceite X, que se encarga de lubrificar las partes móviles del motor. En el extremo delantero del cigüeñal, se dispone un sistema de engranaje y de cadena Y, para dar movimiento ala arbol de levas, y una polea Z que manda la bomba de agua del sistema de refrigeración del motor y el generador de energia eléctrica, no representado en esta figura.

RENDIMIENTO GLOBAL.BALANCE TERMICO



 RENDIMIENTO


La parte de energia suministrada al motor que no aparece en forma de trabajo mecánico, se pierde en forma de calor. Supongamos un motor que está funcionando y conservemos lo que pasa en un cilindro:
Expansión : Dado que la combustión se produce en un tiempo muy corto, podemos admitir que todo el calor se emplea en elevar la temperatura y, por consiguiente, la presión de los gases. El pistón desciende empujado por esta presión permitiendo la dilatación del gas; pero durante este periodo de tiempo hay intercambio de calor entre los gases, cuya temperatura es de unos 2000 ºC, y las paredes de los cilindros, que están aproximadamente a 100 ºC. Este intercambio es tanto más importante, cuanto mayor sea la diferencia de temperaturas, superficie de las paredes y tiempo que dura dicho intercambio.
Escape : Antes de finalizar esta carrera, la válvula de escape se abre y los gases salen al exterior. Al comienzo de este tiempo, los gases poseen aún una temperatura bastante elevada, pues solamente han cedido calor por expansión y por perdida a través de las paredes. El resto de su energia se pierde, pues, en el transcurso de esta carrera.
Para reducir esta perdida al mínimo, se ha de procurar enfriar los gases cuantos sea posible, pero de una manera útil, puesto que la perdida es la misma si el calor es disipado por los gases a la atmósfera, o bien cedido a las paredes. La manera útil de enfriarlos es aumentar la carrera de expansión.
El escape influye, además, de otra manera sobre el rendimiento, influencia que se traduce, no en una perdida de calor, sino en una disminución de la energia cinética del émbolo. Al retroceder este en su carrera, ha de vencer la contrapresión que se produce en el cilindro y en el tubo de escape, de donde se deduce que es necesario reducir dicha contrapresión.
Aspiración : Durante este tiempo, al igual que en el de escape, la energia cinética del embolo disminuye, toda vez que este ha de vencer la depresión que existe en el cilindro, por cuya causa, como en el caso del escape, hay que reducir todo lo posible dicha depresión.
De otra parte, al ponerse el gas en contacto con las paredes calientes del cilindro, aumenta la temperatura, por lo cual, debe procurarse favorecer dicho calentamiento, prolongándolo cuanto sea posible. Como no cabe pensar en aumentar la carrera de aspiración y, de otra parte, no es conveniente enfriar mucho las paredes del cilindro, como ya vimos al tratar el tiempo de expansión, será preciso calentar el gas antes de su entrada en el cilindro.
Compresión : El trabajo empleado en comprimir el gas antes de la combustión, reduce indudablemente el trabajo disponible. Sin embargo, para aumentar el rendimiento, no es necesario disminuir la compresión, sino todo lo contrario.
Por una parte, el gas se calienta al ser comprimido y esta energia aparece durante el periodo útil del ciclo. De otra parte, es evidente que al final de la compresión interesa obtener una presión tan elevada como sea posible, y esta es tanto mas elevada, cuanto mayor sea la cantidad de combustible quemado en un recinto dado.
Para concentrar sobre él embolo en una gran masa de gases explosivos, bastara adoptar una compresión elevada.
Encendido : Finalmente, para obtener una combustión rápida (cuyo resultado es una presión final elevada), hay que emplear un encendido intenso.
En resumen, las condiciones que se requieren para obtener un rendimiento elevado son:
a)    Mantener los cilindro a elevada temperatura
b)    Reducir en lo posible la duración de la expansión
c)     Disminuir la superficie de las paredes
d)    Aumentar la carrera de la expansión
e)    Reducir al máximo la contrapresión en el tiempo de escape.
f)    Reducir al máximo la depresión en el tiempo de aspiración
g)    Calentar el gas antes de introducirlo en el cilindro.
h)    Adoptar una compresión elevada
i)    Emplear un encendido intenso

RENDIMIENTO MECANICO


El trabajo perdido en la transmisión, desde él embola al arbol motor, se emplea ya en vencer rozamientos y en mover los órganos accesorios del motor.
Funciones accesorias: El movimiento de los mecanismos que las realizan, absorbe necesariamente una parte del trabajo producido por el motor. El generador, las bombas de agua y aceite y el ventilador, restan una potencia al motor nada despreciable.
Sistema de escape: La instalación necesaria para la evaluación al exterior de los gases quemados, requiere un cuidadoso estudio en cuanto a la longitud y sección de paso se refiere, para evitar una resonancia acentuada y una perdida de potencia. La tubería de escape no debe presentar estrechamiento alguno y su sección debe ser suficiente.
Rozamiento: Los rozamientos a vencer son los que más influyen sobre el rendimiento mecanico. Los segmentos, aplicándose como resortes contra las paredes del cilindro, ejercen una presión que no puede ser inferior a cierto valor, si se quieren evitar perdidas de compresión por fugas de gases hacia el cárter entre ellos y las paredes. Se reduce el rozamiento al mínimo engrasando todas lo posible ambas piezas.
El émbolo roza, asimismo, en el interior del cilindro, contra el cual ejerce una fuerte presión debido a determinadas posiciones de la biela. La oblicuidad de esta puede disminuirse en el momento más perjudicial, es decir, durante la carrera de expansión, descentrando convenientemente el motor, como ya se verá.
Los cojinetes de apoyo del cigüeñal y de las propias bielas, producen un rozamiento elevado, que puede ser disminuido grandemente engrasando convenientemente estas uniones.

BALANCE TERMICO


Después de lo expuesto, aparece claro que solamente una pequeña parte de la energia calorífica del combustible quemado en un motor, se transforma en energia mecanica. El resto se dispersa de diversas formas. La figura 1.26 muestra el balance térmico de un motor de características medias, donde puede observase que el 100% del poder calorífico del combustible, se pierde un 20% en el agua de refrigeración, un 35% en el escape y un 15%en rozamientos mecánicos y resistencias pasivas. Queda, pues, un 30% de calorías útiles de las que puede disponerse para propulsar el vehículo.
1789.jpg

 RENDIMIENTO


La parte de energia suministrada al motor que no aparece en forma de trabajo mecánico, se pierde en forma de calor. Supongamos un motor que está funcionando y conservemos lo que pasa en un cilindro:
Expansión : Dado que la combustión se produce en un tiempo muy corto, podemos admitir que todo el calor se emplea en elevar la temperatura y, por consiguiente, la presión de los gases. El pistón desciende empujado por esta presión permitiendo la dilatación del gas; pero durante este periodo de tiempo hay intercambio de calor entre los gases, cuya temperatura es de unos 2000 ºC, y las paredes de los cilindros, que están aproximadamente a 100 ºC. Este intercambio es tanto más importante, cuanto mayor sea la diferencia de temperaturas, superficie de las paredes y tiempo que dura dicho intercambio.
Escape : Antes de finalizar esta carrera, la válvula de escape se abre y los gases salen al exterior. Al comienzo de este tiempo, los gases poseen aún una temperatura bastante elevada, pues solamente han cedido calor por expansión y por perdida a través de las paredes. El resto de su energia se pierde, pues, en el transcurso de esta carrera.
Para reducir esta perdida al mínimo, se ha de procurar enfriar los gases cuantos sea posible, pero de una manera útil, puesto que la perdida es la misma si el calor es disipado por los gases a la atmósfera, o bien cedido a las paredes. La manera útil de enfriarlos es aumentar la carrera de expansión.
El escape influye, además, de otra manera sobre el rendimiento, influencia que se traduce, no en una perdida de calor, sino en una disminución de la energia cinética del émbolo. Al retroceder este en su carrera, ha de vencer la contrapresión que se produce en el cilindro y en el tubo de escape, de donde se deduce que es necesario reducir dicha contrapresión.
Aspiración : Durante este tiempo, al igual que en el de escape, la energia cinética del embolo disminuye, toda vez que este ha de vencer la depresión que existe en el cilindro, por cuya causa, como en el caso del escape, hay que reducir todo lo posible dicha depresión.
De otra parte, al ponerse el gas en contacto con las paredes calientes del cilindro, aumenta la temperatura, por lo cual, debe procurarse favorecer dicho calentamiento, prolongándolo cuanto sea posible. Como no cabe pensar en aumentar la carrera de aspiración y, de otra parte, no es conveniente enfriar mucho las paredes del cilindro, como ya vimos al tratar el tiempo de expansión, será preciso calentar el gas antes de su entrada en el cilindro.
Compresión : El trabajo empleado en comprimir el gas antes de la combustión, reduce indudablemente el trabajo disponible. Sin embargo, para aumentar el rendimiento, no es necesario disminuir la compresión, sino todo lo contrario.
Por una parte, el gas se calienta al ser comprimido y esta energia aparece durante el periodo útil del ciclo. De otra parte, es evidente que al final de la compresión interesa obtener una presión tan elevada como sea posible, y esta es tanto mas elevada, cuanto mayor sea la cantidad de combustible quemado en un recinto dado.
Para concentrar sobre él embolo en una gran masa de gases explosivos, bastara adoptar una compresión elevada.
Encendido : Finalmente, para obtener una combustión rápida (cuyo resultado es una presión final elevada), hay que emplear un encendido intenso.
En resumen, las condiciones que se requieren para obtener un rendimiento elevado son:
a)    Mantener los cilindro a elevada temperatura
b)    Reducir en lo posible la duración de la expansión
c)     Disminuir la superficie de las paredes
d)    Aumentar la carrera de la expansión
e)    Reducir al máximo la contrapresión en el tiempo de escape.
f)    Reducir al máximo la depresión en el tiempo de aspiración
g)    Calentar el gas antes de introducirlo en el cilindro.
h)    Adoptar una compresión elevada
i)    Emplear un encendido intenso

RENDIMIENTO MECANICO


El trabajo perdido en la transmisión, desde él embola al arbol motor, se emplea ya en vencer rozamientos y en mover los órganos accesorios del motor.
Funciones accesorias: El movimiento de los mecanismos que las realizan, absorbe necesariamente una parte del trabajo producido por el motor. El generador, las bombas de agua y aceite y el ventilador, restan una potencia al motor nada despreciable.
Sistema de escape: La instalación necesaria para la evaluación al exterior de los gases quemados, requiere un cuidadoso estudio en cuanto a la longitud y sección de paso se refiere, para evitar una resonancia acentuada y una perdida de potencia. La tubería de escape no debe presentar estrechamiento alguno y su sección debe ser suficiente.
Rozamiento: Los rozamientos a vencer son los que más influyen sobre el rendimiento mecanico. Los segmentos, aplicándose como resortes contra las paredes del cilindro, ejercen una presión que no puede ser inferior a cierto valor, si se quieren evitar perdidas de compresión por fugas de gases hacia el cárter entre ellos y las paredes. Se reduce el rozamiento al mínimo engrasando todas lo posible ambas piezas.
El émbolo roza, asimismo, en el interior del cilindro, contra el cual ejerce una fuerte presión debido a determinadas posiciones de la biela. La oblicuidad de esta puede disminuirse en el momento más perjudicial, es decir, durante la carrera de expansión, descentrando convenientemente el motor, como ya se verá.
Los cojinetes de apoyo del cigüeñal y de las propias bielas, producen un rozamiento elevado, que puede ser disminuido grandemente engrasando convenientemente estas uniones.

BALANCE TERMICO


Después de lo expuesto, aparece claro que solamente una pequeña parte de la energia calorífica del combustible quemado en un motor, se transforma en energia mecanica. El resto se dispersa de diversas formas. La figura 1.26 muestra el balance térmico de un motor de características medias, donde puede observase que el 100% del poder calorífico del combustible, se pierde un 20% en el agua de refrigeración, un 35% en el escape y un 15%en rozamientos mecánicos y resistencias pasivas. Queda, pues, un 30% de calorías útiles de las que puede disponerse para propulsar el vehículo.
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Esta enorme desproporción, obliga a los constructores a estudios cada día más profundos para mejorar el rendimiento de sus motores, cuyo desarrollo tecnológico es cada  vez más avanzado.

Curvas Características del Motor


El trabajo que es capaz de realizar un motor, esta definido por sus curvas características. Fundamentalmente pueden reseñarse las del par, potencia y consumo especifico de combustible, en función del régimen de giro.
En la figura 1.27 se han representado las curvas características de un motor, obtenidas en el banco de pruebas en condiciones de máximas alimentación, es decir, a pleno gases. En función del régimen de giro, se dan la potencia en CV, el par en kgm y el consumo especifico en gr/CVh.

El par desarrollado varía con la velocidad de rotación del motor, alcanzando su valor máximo en el punto A, que corresponde al régimen en que la curva de potencia alcanza su punto de tangencia, con respecto a la tangente a esta curva trazada desde el origen de los ejes de coordenadas. Efectivamente, teniendo en cuenta (como se vio en 1.27) que:

1791.gif
Podemos deducir que el par motor RF 1792.gif

Y como la fracción Pe/n es precisamente la tangente del ángulo   , podemos concluir que el par motor es máximo  para el mayor 1793.gif

En las velocidades intermedias, como la del régimen correspondiente al punto A, el rendimiento volumétrico es elevado, dado que penetran gran cantidad de gases en el cilindro en el tiempo que está abierta la válvula de admisión, lo que significa obtener una fuerte presión sobre él embolo en el tiempo de combustión, que determina un par motor máximo.
A velocidades superiores, se dispone de menor tiempo para el llenado del cilindro, entrando en el menor cantidad de gases, con el consiguiente descenso de la presión desarrollada y, en consecuencia, del par motor.
En la figura 1.27 puede verse que el valor de la potencia aumenta  con el regimen hasta un cierto valor (punto B), después del cual disminuye rápidamente hasta anularse en C.Dado que la potencia es directamente proporcional al par motor y al regimen de giro, se guiara aumentando aún después de que el par haya comenzado a decrecer, pues aunque disminuye la masa del fluido activo utilizada por cada ciclo, aumenta él numero de estos y, con ello, la masa total utilizada en la unidad de tiempo. Alcanzado un cierto regimen (el correspondiente al punto B), la masa de fluido activo disminuye más rápidamente de lo que aumenta él numero de ciclos en la unidad de tiempo, con lo cual, la potencia comienza a decrecer. En el punto D se alcanza el regimen máximo de giro del motor, que no puede ser sobrepasado dado que las caídas de potencia y par son muy significativas. De ahí la limitación que tiene todo motor.
El regimen correspondiente al punto E, es el de la marcha  a ralentí, durante la cual, la potencia desarrollada por el motor es absorbida totalmente por las resistencias mecánicas. Por debajo de este valor, el funcionamiento del motor resulta irregular

1794.gif
Cuando la potencia desarrollada por un motor se mantiene sensiblemente igual en un margen amplio de revoluciones, se dice que el motor es plano  o elastico. Los motores cuadrados y supercuadrados son generalmente de este tipo. Si la potencia máxima se obtiene en un margen pequeño de revoluciones, se dice que el motor es agudo. En la figura se dan las curvas de potencia representativas de estos motores

BIBLIOGRAFÍA



INFORMACIÓN
1. Apuntes:    Concesionario BMW
RACC
Salón Internacional del Automóvil en Barcelona

2. Catálogos:    BMW Magazine (fotos) y Service (información)
CITROËN Saxo 1998
Escola Racc Turismos Curso de Seguridad y Conducción.
MERCEDES ML 320
MICHELÍN (RACC)
SEAT Toledo e Ibiza
VOLKSWAGEN Passat
VOLVO 1999
FORD 1999 / 2000

3. Prensa:    Automóvil  El Periodico de Catalunya 12/11/97
Autopista nos: 2019, 2060, 2061, 2072
CIENCIA y VIDA de La Vanguardia 27/01/96
Economía La Vanguardia 12/11/97
Economía/Motor  El Mundo 12/11/97
“Ley de Tasas máximas” DGT  Ministerio de interior
TRÁFICO (dgt) nos: 130, 131, 132

4. WWW:


http://www.dgt.es/dgt/notasprensa/inforalcohol.pdf
http://www.crashtest.com

5. LIBROS:  


Huck Scarry, Sobre 2 y 4 ruedas, Montena 1982
Nueva Enciclopedia Larousse, Tomo XIII, Planeta-Agostini 1981
Guillermo Solana, Medios de transporte, El País / Altea 1994
Frederic Parmentier, 1.000 imágenes de Ferrari, Altorrey 1996
El Gran Libro de la Consulta, El País / Altea 1995
Tecnología 3º de E.S.O., Editorial S.M. 1996
Diversas revistas de Motor (Auto-Sport, Solo Moto, Motor 16, Auto-verde, Autopista, Autovía) de 1998, 1999 y 2000

5. Otros:    Carta a usuarios Mercedes Classe A “Instalación de ESP en Classe A” Mayo/98

VISITAS


1.    Concesionario BMW Busquets de Tarragona
2.    Salón internacional del Automóvil en Barcelona
3.    III Salón del vehículo de ocasión en Tarragona

METODOLOGÍA


1.    Escáner para las fotos.
2.    Explorador de Internet “Internet Explorer 5.0″
3.    Procesador de textos “Microsoft Word 97 y 2000″
4.    Retoque Fotográfico “Paint Shop Pro 5″ y “Adobe PhotoShop 5″
Autor: Raúl Diaz Borrego





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