Fundamentos de Motores de Combustión Interna: MEP y MEC

Definición del Grado de Carga en Motores: Diferencias entre MEP y MEC

El grado de carga de un motor es el nivel de potencia o par exigido respecto a su funcionamiento a plena carga. En términos prácticos, indica cuánta carga fresca entra al cilindro en un MEP o, de forma general, qué nivel de energía se introduce para producir trabajo. Teóricamente, se define como la "demanda de potencia al motor" durante la combustión.

Regulación de la carga

• En un MEP (Motor de Encendido Provocado): La regulación es cuantitativa. Se controla la cantidad de mezcla fresca que entra al cilindro. Dado que el dosado aire-combustible debe mantenerse constante por razones de combustión, se estrangula la admisión mediante la válvula de mariposa, lo que incrementa las pérdidas de bombeo a cargas parciales.
• En un MEC (Motor de Encendido por Compresión): La regulación es cualitativa. No se estrangula el aire de admisión; se regula principalmente la cantidad de combustible inyectado. Entra prácticamente la misma masa de aire, variando únicamente la riqueza de la mezcla y la energía liberada.

Justificación

• MEP: La combustión requiere una mezcla aire-combustible dentro de márgenes estrechos; por ello, para reducir la carga, se limita la cantidad de mezcla admitida.
• MEC: Se comprime solo aire y el encendido ocurre por autoinflamación del combustible inyectado, permitiendo mantener la admisión abierta y variar solo el combustible.

Dosado y Mezclas en Motores

El dosado es la relación entre la masa de combustible y la masa de aire en un ciclo de un MCIA.

El dosado estequiométrico es la proporción exacta para una combustión completa, dependiendo de la composición química del combustible (valores típicos: Fe = 1/14,5 para MEC y Fe = 1/15,5 para MEP).

El dosado relativo (Fr) compara el dosado real con el estequiométrico, definiendo la "riqueza de la mezcla".

El coeficiente de exceso de aire (λ) indica la relación de aire respecto al necesario estequiométricamente.

• Fr=1, λ=1: Mezcla estequiométrica.
• Fr<1, λ>1: Mezcla pobre (exceso de aire).
• Fr>1, λ<1: Mezcla rica (defecto de aire).

Diferencias en el dosado

En el MEP, la carga es una mezcla aire-combustible que debe trabajar cerca de la estequiometría para una combustión correcta por chispa. En el MEC, al ser la carga solo aire, puede trabajar con exceso de aire, limitándose el dosado máximo por la aparición de humo negro debido a una combustión incompleta.

Circuitos Auxiliares: Refrigeración y Lubricación

Válvula termostática

Se emplea en el circuito de refrigeración para que el motor alcance rápidamente su temperatura de régimen y la mantenga. Si el refrigerante está frío, recircula hacia el motor; si supera la consigna, abre el paso al radiador para evacuar calor.

Válvula de descarga

En el circuito de lubricación, regula la presión para evitar valores excesivos y limitar la potencia absorbida por la bomba. Al aumentar las RPM, la válvula se abre y descarga parte del aceite al cárter, manteniendo la pérdida de carga controlada.

Rendimiento Volumétrico (ηv)

Es el cociente entre la masa que evoluciona en el motor por ciclo y la masa que llenaría la cilindrada en condiciones de referencia. Expresa la eficiencia en la renovación de la carga.

El denominador representa la masa de referencia en un llenado ideal. No alcanza el valor 1 debido a:

• Pérdidas de carga en admisión (mariposa en MEP).
• Calentamiento de la carga (menor densidad).
• Presencia de vapor de combustible y gases residuales.
• Fenómenos dinámicos del flujo.

En un MEP, al disminuir el grado de admisión (cierre de mariposa), aumentan las pérdidas de carga y disminuye el rendimiento volumétrico.

Definiciones Técnicas de MCIA

• Motor térmico: Transforma energía térmica en mecánica mediante un ciclo termodinámico.
• MCIA: Motor de combustión interna con movimiento lineal alternativo transformado en rotativo.
• MEP: Combustión iniciada por elemento exterior (bujía).
• MEC: Combustión por autoinflamación debido a la presión y temperatura de compresión.

Relación de compresión volumétrica: Cociente entre el volumen máximo (PMI) y mínimo (PMS).

Rendimiento indicado (ni): Calidad de la transformación de energía química a mecánica sobre el pistón.

Rendimiento efectivo (ne): Energía mecánica útil en el cigüeñal.

Consumo específico (gf): Consumo de combustible por unidad de potencia (g/kWh).

Efectos del Aumento del Régimen de Giro (n)

1. Tensiones térmicas: Aumentan al incrementarse el coeficiente de transmisión de calor (hg) y el salto térmico (Tsg-Tsr).
2. Qr/Ne: La fracción relativa de calor perdido disminuye, ya que la potencia útil crece más rápido que el calor cedido.
3. Pérdidas por fricción: Aumentan debido al incremento de las fuerzas de inercia.
4. Ángulo de combustión (MEP): Aumenta debido a la mayor velocidad lineal del pistón.
5. Riesgo de detonación (MEP): Disminuye, ya que la mayor turbulencia acorta el tiempo de combustión.

Rendimiento Volumétrico: Atmosférico vs. Sobrealimentado

En motores atmosféricos, se considera la densidad ambiental. En sobrealimentados, se evalúa la efectividad del puerto y cilindro respecto a las condiciones del colector. La vaporización del combustible en el MEP enfría la mezcla, mejorando la densidad y el rendimiento volumétrico, mientras que un aumento en la temperatura del aire de admisión reduce la densidad y, por tanto, el rendimiento volumétrico.