Mecánica básica

[Albertini]

Todo ha empezado con la confusión que todavía genera la relación Par y Potencia en los motores y donde he visto que hay muchos conceptos de los motores que quedan fuera de nuestro conocimiento o sobre los que hay en la calle una opinión confusa o equivocada. No diseño motores, así que mis conocimientos no son profundos.

Además añado que los motores modernos han cambiado mucho, la eficiencia es la principal preocupación, junto a los bajos niveles de contaminación. La electrónica ha cambiado muchas cosas y también, en más medida, el uso ya muy generalizado de compresores.

Intentaré ir aclarando algunos conceptos elementales aunque se debe entender que no son ley. Un motor de gasolina consume mas que uno diesel, esto lo hemos ido todos, verdad?. Pues en realidad, depende.

[Albertini]

EL DIAMETRO Y LA CARRERA.

Estas son las dimensiones básicas del motor, la primera es obvia y la segunda es la distancia que recorre el pistón dentro del cilindro entre su punto muerto inferior y el punto muerto superior.

Dependiendo de cómo sean estas medidas los motores serán de carrera corta, cuadrados o de carrera larga. Los de carrera corta serán aquellos donde el diámetro se el parámetro mayor, cuadrados cuando sena idénticos y larga cuando la carrera supere al diámetro.

Para que tengamos un modelo de motor en la cabeza, un F1 lleva un motor de carrera corta y un barco con motor diesel un motor de carrera larga.

Un motor de F1 es la leche, verdad?, lo mejor, no lo ponemos en todos los coches porque es caro, o hay más razones?.

Ventajas de la carrera corta.

1. Al tener el mismo cubicaje, claro está, un motor de carrera corta tendrá más espacio para el montaje de la válvulas, de admisión y de escape. Esto es a priori muy bueno, los ciclos de admisión y escape se realizan de forma mas eficiente.
2. la velocidad lineal del pistón es menor a iguales revoluciones. Esta claro que recorre menos distancia por cada giro del cigüeñal. Por tanto estos motores pueden girar a muchas revoluciones
3. Como la biela es mas corta también simplifica el diseño del cigüeñal que no tiene que absorber una biela tan larga reduciendo los problemas de equilibrado del mismo.

vamos, que es un chollo. o No?

Desventajas de la carrera corta

1. el cilindro sigue necesitando montar los segmento en su cara y además, al tener mayor diámetro necesita de cierta rigidez estructural para no deformarse con lo que se convierten (salvo en F1 que tienen acceso a materiales ultra caros) en más pesados y con mayor inercia. Recordad que en un motor como del que hablamos hay que perder cuando se cambia la dirección del pistón, así que a mayor masa mayor pérdida.
2. La succión del pistón en bajada es menor, con lo que se complica el llenado de la cámara, problema menor en los turbo pero grande en los aspirados (os suena haber oído la limitación en la F1 de la presión del flujo de combustible) por lo que a bajas revoluciones se vuelven ineficaces.
3. Como en la parte superior está la culata y en la inferior el pistón, tienen menos superficie para refrigerarse complicando el sistema. Además al subir más de vueltas, generan más explosiones y por tanto más calor.
4. y por último, como el PAR es la fuerza por la distancia.... pues eso, generan menos par.

Por tanto lo normal es que los motores de carrera corta y hasta muy muy corta (un V12 de F1 tenia una carrera ridícula) será motores que tendrán un muy elevado rendimiento a revoluciones muy altas donde la POTENCIA que es producto del PAR por las REVOLUCIONES sea muy muy elevada precisamente por esas revoluciones que permite un motor de carrera corta. Los F1 antes de las limitaciones actuales superaron las 20.000 vueltas, lo que implica necesariamente un accionamiento de las válvulas neumático ya que los muelles no dan para esos giros. Pero hay madre si bajan esas revoluciones. Quienes recuerden carreras de tiempo muy pasados donde había motos de 50cc recordarán que llevaban hasta 23 marchas porque si el motor bajaba de vueltas ya te podías ir a casa

Por tanto, los motores cortos se usan en competición, donde sus ventajas son mayores que sus inconvenientes y donde se puede recurrir a tecnología que limita sus desventajas. Los motores de calle (en coches) tienden más en la actualidad a ser cuadrados en una especie de equilibrio entre las ventajas y los inconvenientes de cada uno.

Todo esto, y me remito al post anterior, no es ya tan estricto ya que lo que se persigue ahora es consumo y bajas emisiones con lo que cada fabricante, aplicando su tecnología en turbos y electrónica puede tirar por un camino distinto.

[Motebike]

Madre mía, qué pasada !
Tienes mucha razón, hay muchas cosas que "suponemos saber", pero si nos las hacen explicar, sudamos tinta china.
El otro día me puse a explicarle a mis hijos la diferencia ente par motor y potencia, y no acabe muy convencido de lo que les solté. Pobres ...
Leeré atentamente tus aportaciones
Si me permites una broma: tengo por seguro que mi mujer es de carrera corta ...
Saludos !

[Tzum]

Muy muy interesante. Me encanta aprender nuevas cosas

[QaSaR]

Geniaaal muchas gracias por tu aporte, datos muuuy interesantes, espero que sigas contandonos mas cosillas, me he quedado con ganas de una segunda entrega! Ahora SI me queda claro que el motor de la NC es de carrega larga, y que posiblemente de ahí radica su limitación de rpm (seguro que hay ademas otros factores) y también su enorme par potencia!!

Q.

[Albertini]

2TIEMPOS CONTRA 4TIEMPOS.

No voy a explicar el funcionamiento de los motores de 2 y 4 tiempos en profundidad, para eso tenéis la wikipedia y viene muy clarito. Tampoco tiene sentido extendese mucho porque los 2T están casi completamente desaparecidos. Lo que si quiero es que se entienda la desaparición de los mismos.

Los 2 Tiempos no tienen válvulas en contraposición a los 4T, que también se les llama de válvulas por ese motivo. La admisión y el escape se realizan por perforaciones hechas en la cara del cilindro llamadas lumbreras y que se cierran y abren con el paso del pistón. Por tanto es un motor barato y ligero. Hemos eliminado de golpe la distribución y arboles de levas, válvulas, culatas complejas, etc... Estos motores fueron muy populares en motos económicas y hasta en coches como el Trabant, Biscouter o el motoras Ape.

La ventaja más significativa es la obviedad de que un cilindro nos da una explosión por cada revolución en vez de una cada dos. Recordamos el PAR?.

Por contra, la admisión se realiza cuando el transfer de escape está todavía abierto con lo que parte d los gases nuevos se van por este. Para esto los motores tenían un tubarro, que quien recuerde una moto de 2T, tenía en medio una cono y un contracono. Ahí se crea una onda que volvía cerrando el paso a los gases. En definitiva, con esto, con la admisión por laminas, hasta Honda hizo para las NSR500 un sistema de inyección, el motor era altamente contaminante. Añadamos además que al entrar la gasolina desde el cárter, se usaba MEZCLA de gasolina y aceite para lubricar.

Como ya sabemos, hoy en día esos motores no tienen cabida y solo existen ya en motosierras y cosas así.

Por último, esa fama de chillones o puntiagudos...es evidente que la ventaja de ese motor en dar potencia con un motor pequeñito y con poca cilindrada. Siempre iban revolucionados ya que su ventaja principal es esa, el doble de explosiones que un 4T, PARxREV=POT y aquí los pulsos de PAR arrasan

[borcha414]

Grande Albertini, seguiré este post con entusiasmo, me recuerda a mis tiempos de estudiante.

[NACEX]

Buen aporte AL.
Me queda una pregunta: Que ventajas y desventajas tiene el número de cilindros en un motor?

[borcha414]

Para un mismo número de vueltas del cigüeñal, al aumentar el número de cilindros obtendremos más explosiones por lo tanto los picos de par aumentan en número. Así pues, obtendremos la fuerza del motor de manera más seguida, con menos espacio de tiempo entra explosión y explosión.

Creo que los tiros pueden ir por allí.

[QaSaR]

Sip, creo que mi tocayo ha acertado bastante. Imagino tb que el PAR total del motor, seguro que es mucho mas plano, pues en un tetracilindrico, por ejemplo (y dependiendo del desplazamiento, y muchos factores que se me escapan) podrías tener en cualquiera de los 4 fases del ciclo, una explosión... seguro que luego entra en juego el desplazamiento y otros factores, que deben hacer por ejemplo que de 4 cilindros trabajen 2 y 2, etc... pero a lo que iba, en todo momento hay un cilindro "empujando" el motor, por lo que siempre hay potencia/par disponible... En un monocilindrico, esto no pasa, por cada ciclo SOLO obtienes 1 explosión, en los bicilindricos podrias tener 2 explosiones por ciclo, y por lo tanto una potencia mas "mantenida". A ver si encuentro un esquema que habia que explicaba esto con los desplazamientos que era muy bueno y ayudaba mucho a entenderlo.

-- Albertini: abierto a tus correcciones y explicaciones, pues como siempre digo, soy informatico, de motores sé lo que me cuentan/oigo/leo/entiendo... puedo equivocarme.



y el artículo completo: AQUI (ojo que está en inglés, pero esta explicada la tecnologia de nuestas NC's al completo... detalle, motor, cambio...

Q.

[Albertini]

Es exactamente eso. Los motores multicilindricos nos darán mas "patadas" por cada ciclo. También tienen otras ventajas. Veamos. Imaginemos que necesitamos obtener una potencia deseada, nos encontraremos con la necesidad de calcular un cilindro que me pueda dar el empuje necesario en cada explosión y ya vemos que para darme 100 cv va a ser un poco grande y necesariamente de carrera larga porque el llenado a bajas revoluciones es más sencillo. Tenéis en mente lo que sobresalen por cada lado las "tetas" de una BMW, no?, pues imaginad una del doble puesta es una moto en vertical no cabe o cabe mal. Los motores de múltiples cilindros son menos altos, mantienen el centro de gravedad bajo, dan efectivamente mas patadas mas pequeñitas y al tener la carrera mas corta que un gran puchero pueden subir mejor de vueltas obteniendo buenas prestaciones de potencia. También reducen las vibraciones ya que el cigüeñal ni tiene que aguantar tanto esfuerzo ni sus muñecas son tan exagerada.

cada motor tiene su carácter y sus ventajas e inconvenientes. Realmente llegar a decir el función del calado qué motor es el ideal.... lo que si que se es que no he visto nunca un bicilindrico en el que ambos estén en la misma fase. Ya tenemos tema para mañana, el bicilindrico en V (HD etc), el Boxer (esas GT1200) y en paralelo (nuestras NC)

[borcha414]

Jajajajajaja, Albertini, te aumento el reto, en el motor en V ¿en qué afecta el angulo de inclinación entre cilindros? Esto ya va para máster

[Motebike]

Hola, alto ahí, no matéis al 2 T todavía !
En trial, pasada la moda de los 4 T, sólo Honda Montesa lo sigue haciendo. Todos los demás han vuelto al 2 T, por motivos obvios. ( si voy mal, que alguien me corrija ). Yo cuando arranco mi 310 flipo, como suena, como huele, que potencia más bestia e inmediata ... Se me cae la baba.
Otro tema para el maestro ... El motor rotativo, la Hércules Wankel. Se la compró un tío mío hace muchos años, yo andaba por los 14 ó 15 y ya la estrujaba de lo lindo. Una burrada, cuando lo pienso.
Saludos !
[img]http://i67. tinypic .com/4axx.jpg[/img]

[Albertini]

El motor de ciclo Wankel es muy interesante. El Mazda RX8 montaba un motor rotativo y lo he visto solo una vez, pero el sonido era curioso. Lo incluiré.

[Albertini]

Ya avanzó que el ángulo de inclinación entre cilindros es básico. Cómo no va serlo, si loa amplio desde 90 hasta llegar a 180 tendré un motor bóxer y si lo disminuyo hasta 0 tendré una paralelo. Antes de nadie pregunte, si lo aumento a 270 tendré uno de 90 pero boca abajo

[Motebike]

Ya avanzó que el ángulo de inclinación entre cilindros es básico. Cómo no va serlo, si loa amplio desde 90 hasta llegar a 180 tendré un motor bóxer y si lo disminuyo hasta 0 tendré una paralelo. Antes de nadie pregunte, si lo aumento a 270 tendré uno de 90 pero boca abajo

Ok, ¿ y un V5 ? ¿ No fue Honda quien lo sacó en competicion ? ¿ No se queda un cilindro "colgado", sin nadie enfrente ?
Y ya que estamos ... Tuve una Sherpa 350, una bestia para un mocoso de 14 años. El caso era que a veces, la arrancabas, y al meter primera y soltar embrague, andaba hacia atrás ! Con la consiguiente ostia / susto o ambos a la vez. ¿ eso por qué ?
Saludos !

[NACEX]

Por poner mas intriga al próximo capítulo del ángulo de los cilindros, mi pregunta es:
En que grado afecta a la eficiencia y desgaste de los motores?

[Albertini]

Cuidado que os estas emocionado. No diseño motores. Se mis cuatro cositas que son ideas. Además como he dejado bien claro, la tecnología ha resueltos muchos de los puntos débiles de cada una de las opciones de configuración de un motor. Además, deberíamos ya tener una idea clara de que hay un motor correcto para cada uso concreto. Es la misma discusión que con la NC, que si es buena para tal y cual pero mala en esto y lo otro.

Los motores buscan compromiso entre durabilidad, economía, etc...

[Albertini]

Motores y configuraciones de motores hay montones. desde un simple monocilindrico de 2T hasta motores en estrella y hasta en varias estrellas paralelas.

Quienes tengan la imagen de los cazas de combate la segunda guerra mundial los recordaran con un enorme motor radial o en estrella en su morro
[img]http://i67. tinypic .com/2ey9z0l.jpg[/img]

En la foto podemos ver una de las ventajas evidentes de este tipo de motores. Todas las bielas se unen en el mismo punto y también vemos el enorme contrapeso. Por supuesto el encendido es radial y consecutivo. Son motores bien equilibrados. Consiguen además muy buenas potencias y al no tener largos cigüeñales, carteres y culatas, son ligeros para el numero de cilindros que tienen con respecto a otras configuraciones. (ya podéis ir pensando que el motor bicilindrico en V, no deja de ser una sección de este motor)

Otra de sus ventajas es que son fácilmente refrigerables por aire. En una avión, que traga mucho aire, pues es algo bueno. Pero claro está, también tiene desventajas. La mas evidente es el tamaño y la resistencia al aire que ofrece y la otra, que al ser un motor de válvulas la distribución es algo más complicada y el escape también. En un avión, como que da igual el escape, se suelta directo y ya, pero es distinto para un coche y una moto. En la foto, en algunos de los cilindros, se puede ver la barra del empujador que acciona las válvulas. No tienen por tanto un árbol de levas ni una correa/cadena de distribución.

Hasta ahora parece un chollo, pero eso no cabe en ningún lado, en una avión, si, pero en un coche eso no lo metes. Y luego tiene otro problemilla físico, el efecto giroscópico, esto afectara , ese contrapeso y esa enorme masa girando en un plano y empeñada en no cambiarlo por nada del mundo.....

luego sigo que hay que currar un poco

Ah, y para quien se acuerde, la carrera es evidentemente enoooorme

[Abdon]

Contestando a Motebike, eso ocurre por ser reversible el funcionamiento de un motor de 2 tiempos y en una explosión muy adelantada puede hacer que el motor funcione girando el cigüeñal en sentido contrario. Y como él dice, no matemos al motor de 2 tiempos tan pronto, como quedo perfectamente explicado las ventajas he inconvenientes del dos tiempos, el inconveniente ya está solucionado con la inyección directa, tenemos motores fueraborda de 2 tiempos con consumos y contaminación de motor de 4 tiempos. La casa Rotax vende una moto de nieve con motor de 2 tiempos y 2 cilindros en linea de inyección directa y consumos bajísimos. Y hablando de motores en general, tengamos en cuenta que los motores con más rendimiento son los motores de barco Diésel de 2 tiempos, motores de 50.000, 80.000 y 104.000 CV a un régimen máximo de 100 r.p.m.