Pérdidas y rendimiento en motores Otto y Diésel: térmica, volumétrica y potencia

Pérdidas y rendimientos en motores térmicos

Pérdidas principales

• Pérdidas térmicas: por el sistema de refrigeración y radiación de calor hacia el exterior.
• Pérdidas mecánicas: rozamiento entre piezas y accionamiento de elementos externos (bomba de agua, alternador, etc.).
• Pérdidas químicas: combustión incompleta.

Rendimiento mecánico

El rendimiento mecánico es la relación entre la potencia efectiva, que se obtiene en el eje del motor, y la potencia indicada, que se obtiene en el diagrama de trabajo, donde no se tienen en cuenta las pérdidas mecánicas.

Rendimiento volumétrico

El rendimiento volumétrico es el grado de eficacia con el que se logra llenar el cilindro. Es la relación entre la masa de gas que entra en el cilindro y la masa que teóricamente cabe.

Factores de los que depende el rendimiento volumétrico:

• Régimen de giro: al aumentar, disminuye el tiempo de admisión/carrera.
• Condiciones ambientales exteriores: determinan la densidad del aire.
• Diagrama de la distribución.
• La sección de las válvulas y los conductos de admisión.
• La eficacia del barrido de gases quemados.

Cifras de rendimiento global (Otto / Diésel)

• Pérdidas térmicas: Otto 60–65 % ; Diésel 50–60 %.
• Pérdidas mecánicas: 10–15 % (ambos).
• Total pérdidas: Otto 70–75 % ; Diésel 60–70 %.
• Rendimiento efectivo: Otto 25–30 % ; Diésel 30–40 %.

Presión media efectiva

La presión media efectiva es la media de presión existente dentro del cilindro durante el periodo de combustión y expansión, para suponer que sobre el pistón actúa una presión media uniforme durante la expansión.

Relación entre par máximo y rendimiento volumétrico

A mayor llenado de los cilindros mayor será el par; por tanto, mayor la potencia desarrollada por el motor. El par máximo se alcanza cuando se obtiene el máximo rendimiento volumétrico.

Potencia mecánica

La potencia mecánica se define como la cantidad de trabajo realizado en la unidad de tiempo; se obtiene al multiplicar el par motor aplicado en el cigüeñal por su velocidad de rotación.

Equivalencias

• 1 CV = 0,736 kW
• 1 kW = 1,36 CV
• 1 m·kg ≈ 9,8 N·m
• 1 daN = 10 N

Factores que afectan la potencia del motor

• Cilindrada.
• Llenado de los cilindros.
• Relación de compresión.
• Régimen de giro.

Observaciones finales

Los conceptos anteriores están relacionados entre sí: las pérdidas térmicas, mecánicas y químicas reducen la potencia efectiva disponible; el rendimiento volumétrico condiciona el par y la respuesta del motor; y la presión media efectiva es un parámetro útil para comparar el desempeño entre motores. Mantener una correcta distribución, un buen barrido de gases y condiciones óptimas de admisión mejora el rendimiento global del motor.