torque del motor y potencia al freno

TORQUE DEL MOTOR Y POTENCIA AL FRENO
Cuando trabaja un motor, se esfuerza a dar vueltas al cigüeñal por la serie de impulsos de
potencia impuestos a la biela por los pistones y sus pernos. A esta fuerza de giro se llama torque.
El torque del motor y la potencia del motor se relacionan estrechamente. Por ejemplo, si sabemos
el torque del motor y su velocidad podemos calcular su potencia.
El torque es igual a:
𝑇 =𝐹∗𝑅
Dónde:
T: torque.
F: fuerza aplicada al extremo de una palanca.
R: es la longitud de la palanca.
El torque máximo se produce en un motor cuando hay presión máxima en los cilindros. Por lo
tanto el torque máximo se alcanza cuando hay un suministro máximo de combustible y aire al
motor. Esto sucede normalmente a una velocidad del motor algo menor que aquella a la cual se
desarrolla la máxima potencia al freno.
A medida que aumenta la velocidad del motor disminuye su torque al entrar menos aire a sus
cilindros. En este punto, la potencia al freno todavía puede aumentar debido al aumento del
número de impulsos de potencia por minuto. La potencia al freno de un motor disminuye cuando
el efecto de mayor número de impulsos de explosión es contrarrestado por la disminución de la
entrada de aire a los cilindros.
EFICIENCIA DEL MOTOR
El grado de eficiencia del motor se expresa en los porcentajes que resulten de la comparación de
la potencia teórica de un motor sin perdidas de potencia con la potencia real disponible del
motor.
La eficiencia mecánica y la térmica son dos modos de expresar la eficiencia del motor.
EFICIENCIA MECANICA.
La potencia indicada es la potencia teórica que puede producir un motor, y se expresa en caballos
de potencia en Kilowatts. La potencia al freno es la potencia real del motor expresado en caballos
de potencia o en Kilowatts.
La fórmula para calcular la eficiencia del motor mecánica del motor comparando la potencia al
freno y la potencia indicada es:
𝐸𝐹𝑚 =
𝑃𝐹𝑟
𝑃𝐼𝑛
Ejemplo:
Un motor produce 72 HP al freno y que tenga una potencia indicada de 90 HP su eficiencia es:
𝐸𝐹𝑚 =
72 𝐻𝑃
→ 𝐸𝐹𝑚 = 0.8 ∗ 100% → 𝑬𝑭𝒎 = 𝟖𝟎%
90 𝐻𝑃
EFICIENCIA TERMICA
La eficiencia térmica de un motor es el grado hasta el cual el motor convierte la energía del
combustible en energía o potencia útil. Es la energía calorífica la que fuerza a los pistones a
moverse, lo cual da como resultado la rotación del cigüeñal.
EFICIENCIA VOLUMERTICA.
La cantidad de aire que puede tomar el motor hasta su cilindro en el tiempo de aspiración,
comparada con la cantidad de aire que llena completamente el cilindro a la presión atmosférica se
llama eficiencia volumétrica del motor. La eficiencia volumétrica es la capacidad del motor de
deshacerse de los gases de los gases de escape y tomar el aire, comparada con el desplazamiento
del motor.
Un motor no puede llenarse de aire al 100% por muchas razones (el diseño de las válvulas, el
diseño del múltiple, filtro,la velocidad del motor, la altura etc.)
Un motor que trabaja a altas velocidades dispondrá de solo una fracción de tiempo para llenar sus
cilindros de aire, y por lo tanto mientras la velocidad aumente la eficiencia volumétrica disminuirá.
Un motor que trabaja a alturas mayores a 5000 pies (1524 msnm) de altura tendrá menor
eficiencia volumétrica ya que es a partir de esta altura que la presión atmosférica comienza a
disminuir y por lo tanto también la eficiencia volumétrica.
Para lograr mejorar la eficiencia volumétrica aun en estas condiciones de trabajo es recomendable
usar un soplador para forzar el aire hacia los cilindros. Para ello se pueden usar un sobre cargador
o un turbo cargador.
EFICIENCIA DE BARRIDO.
La palabra eficiencia de barrido se usa para describir lo bien que se han eliminado los gases de
escape del cilindro, y cuan bien se llena de aire fresco. Este concepto se usa para los motores de
dos tiempos, en tanto la eficiencia volumétrica se emplea para los motores de ciclo de cuatro
tiempos.
EFICIENCIA DEL COMBUSTIBLE.
La eficiencia del combustible es en realidad la velocidad de consumo de combustible durante
cierta distancia recorrida, para vehículos en carretera, o libras de combustible consumido por
caballo de potencia por hora.
Para un motor diesel la eficiencia de combustible es considerablemente mejor que la
correspondiente en los motores de gasolina, debido a varias razones. El gas oíl tiene un poder
calorífico mayor que la gasolina; y la relación de compresión del motor diesel en mucho mayor
que la del motor de gasolina.
EFICIENCIA DEL CICLO.
La eficiencia del ciclo es igual a la potencia producida por el motor dividida entre el consumo de
combustible, en donde este se da en unidades de poder calorífico.
El ciclo Diesel es mucho más eficiente que el ciclo Otto. Esto se debe a que el gas oíl tiene un
poder calorífico mayor que la gasolina; y la relación de compresión del motor diesel en mucho
mayor que la del motor de gasolina.
BALANCEO DEL MOTOR
El balanceo de las partes rotativas del motor se logra con una distribución radial de masa igual
alrededor del eje de la parte rotatoria. Sin embargo, las masas de movimiento alternativas como
los pistones y las bielas crean una condición de desbalance que deben ser compensadas en el
diseño del motor
Las fuerzas no balanceadas se clasifican como fuerzas primarias o fuerzas secundarias, las
primarias son iguales en frecuencia a la velocidad del motor, en tanto que las secundarias se
presentan con una frecuencia igual a dos veces la velocidad del motor. Las fuerzas primarias no
balanceadas son de mayores consecuencias. El arreglo de los pistones y las bielas sobre el cigüeñal
determinan el efecto de las fuerzas primarias y secundarias en el motor. Estas fuerzas llamadas
pares no balanceadas, tienden a mover los extremos del motor en una trayectoria elíptica.
Los métodos empleados para cancelar los efectos de los pares no balanceados incluyen los
contrapesos fijados en los extremos exteriores de los árboles de levas, flechas pesadas especiales
de balanceo. El numero tamaño y posición de los contrapesos se diseñan para producir un par que
sea igual en magnitud y opuesto en dirección al par primario. Esto produce fuerzas de la misma
magnitud y frecuencia, compensando el efecto del par no balanceado.
BALANCEO DE LOS CILINDROS
La eficiencia y operación uniforme de un motor depende en mayor grado de un balanceo de salida
de potencia entre todos los cilindros del motor. Cualquier condición que dé como resultado una
menor producción de potencia en uno o más cilindros comparado con los demás, ocasiona un
desbalance de los cilindros.
Los impulsos disparejos de potencia que resultan transmitidos al cigüeñal crean vibraciones
torsionales así como disminución general de potencia y torque.
Los factores que contribuyen al desbalanceo de los cilindros involucran un ajuste incorrecto de
válvulas, una sincronización incorrecta de los inyectores, alimentación desigual de los inyectores,
anillos del pistón gastados, escape en las válvulas, etc.
DINAMOMETROS
El dinamómetro es un equipo confiable que se usa para comprobar todos los aspectos del
rendimiento del motor. Variando la velocidad y carga del motor, se pueden simular todas las
condiciones de operación del motor, con excepción de las condiciones climatológicas. El
dinamómetro se usa para determinar la producción de potencia de un motor, así como para
permitir la prueba de los sistemas del motor bajo varias condiciones de velocidad y carga.
1.-DINAMOMETROS DE MOTOR.
Se usa en un local especialmente equipado para este fin en los talleres diesel; incluye el
dinamómetro, lugar para montar el motor y conectarlo al aparato, sistema de escape, baterías
para los sistemas de carga y arranque, una fuente de aire limpio, un sistema de suministro de
combustible, un cambiador de calor para el enfriamiento del motor, y los instrumentos de prueba
y calibradores necesarios para seguir la operación. En este sistema la fricción en el tren de
impulsión no es un factor por que no se prueba.
2.-DINAMOMETRO PORTATIL.
Es una unidad portátil que se usa para probar el desempeño de las tomas de fuerza en los
tractores equipados con ellas, en la agricultura y en la industria. La unidad se engancha al tractor y
la flecha de potencia se conecta a la toma de potencia del tractor. Se montan en una consola
integral con la unidad de instrumentos de prueba. Se necesita un suministro de agua para eliminar
el calor del dinamómetro.
3.-DINAMOMETRO DE CHASIS.
Equipado con rodajas montadas al piso para acomodar ejes simples o en tándem de tractores de
carretera. A menudo, la unidad también se instala en un cuarto especial para su operación. Con
esta unidad no se necesitan sistemas de soporte de motor ya que solo se prueban unidades
móviles. Se usa un conjunto de instrumentos y medidores de prueba para indicar la operación del
vehículo. En este sistema, la fricción del tren de impulsión se incluye y al resultado se le llama
caballaje en carretera.
Con el dinamómetro de chasis se pueden simular en el taller, grandes pendientes, carreteras
horizontales, conducción de paro y arranque en el tráfico de ciudad y una gran variedad de
condiciones de carga. Con el equipo de diagnostico adecuado conectado al motor durante las
pruebas, se puede determinar en unos pocos minutos la condición y el rendimiento del motor.
Este tipo de diagnostico no se puede hacer en la carretera ni incluso en un taller sin un
dinamómetro.
Se puede usar un tipo sencillo de equipo de prueba, llamado un freno prony, para medir la
potencia al freno de un motor. Este mecanismo usa un freno de fricción deslizante con un brazo
fijo en él, el otro extremo del brazo se fija en una bascula, si la longitud de este brazo en de cuatro
pies desde el centro de la flecha del tambor de freno hasta el punto de donde se fija a la bascula y
se aplica el freno para obtener una lectura en una bascula de 30 libras, el torque seria
30lb*4pie=120 pie/lb .