Tocho inside que requiere de calculadora científica (gordita
) para el completo entendimiento de lo que se describe pues doy por hecho que querréis hacer 'vuestros números'
Volumen de aire dentro de los cilindros (cuánto aire necesita mi motor para funcionar)Para empezar vamos a comparar un F1 de 3.200cm3 y 900cv a 18.000rpm / un V6 de 3.200cm3 y 400cv a 8500rpm
Vamos a meter los datos de ambos motores para calcular cuanto aire entra a cada motor por minuto, esta claro que ambos motores tienen misma cilindrada y mismo rendimiento volumétrico pero giran a diferentes RPM:
VOLUMEN DE AIRE = RENDIMIENTO VOLUMETRICO
suponemos 1 pero es teórico X (RPM / 2) X CILINDRADA
VOLUMEN DE AIRE V6 DEPORTIVO = 1 x (6000 RPM /2) X 3.2L = 9600 L / minuto
VOLUMEN DE AIRE F1 = 1 x (18000 RPM / 2) x 3.2L = 28800 L / minuto
Esto demuestra que el cilindro se llena siempre igual.. al 100% en ambos casos
(el 1 teórico). Solo difiere la cantidad de veces que lo hacen en el mismo tiempo.
El F1 para cuando el V6 deportivo quemo 3.2L de mezcla, el F1 quemo el triple en la misma cantidad de tiempo.
Relación de compresión:La relación de compresión es una característica interna del motor, independiente de la alimentación.
Se expresa como una fracción 9,3/1 y quiere decir que comprime el aire en la parte alta de los cilindros 9,3 veces.
Si es un motor atmosférico (Presión atmosférica = 1 Kg/cm2) la presión será de 9,3 Kg/cm2.
Si el turbo sopla a 0,8 Kg/cm2, la presión en el punto bajo es de 1,8, que multiplicado por 9,3 nos da = 16,74 Kg/cm2
EVreq= 9411 x HP x BSFC /Vcil x RPM
EVreq: Eficiencia Volumetrica
HP: Potencia en Hp
BSFC: Consumo especifico al freno en Lb/Hp x Hora (valor estimado cte de 0.5)
Vcil: Volumen de cilindrada en pulgadas cubicas
RPM: regimen de giro en rpm
Para el F1
EVreq= 9411x900x0.5/183x18000= 1.28
Para el V6
EVreq = 9411x400x0.5/183x8500= 1.22
Para un honda civic S2000 (un 2000cm3 con 244cv)
EVreq = 9411x244x0.5/122x8300=1.14
Aproximadamente todos rondan entre el 114% y el 130% a plena potencia, los cálculos son muy aproximados.
Y un Mazda Mx-5 1.6 ??
Gráfica de banco de potencia, básica para los cálculos que hago ahora, pues voy a calcular la eficiencia para diferentes rangos de rpm, necesito saber cuántos cv entrega a X rpm
Según gráfica revista 1.6 NB2
a 7000rpm 9411x95cvx0.5 / 97.6x7000 = 0.64 eficiencia volumétrica de los cilindros
a 6500rpm 9411x113cvx0.5 / 97.6x6500 = 0,83 eficiencia volumétrica de los cilindros
a 6000rpm 9411x112cvx0.5 / 97.6x6000 = 0.90 eficiencia volumétrica de los cilindros
a 5500rpm 9411x107cvx0.5 / 97.6x5500 = 0.93 eficiencia volumétrica de los cilindros
a 5000rpm 9411x100cvx0.5 / 97.6x5000 = 0,96 eficiencia volumétrica de los cilindros
a 4500rpm 9411x87cvx0.5 / 97.6x4500 = 0.93 eficiencia volumétrica de los cilindros
a 4000rpm 9411x75cvx0.5 / 97.6x4000 = 0.90 eficiencia volumétrica de los cilindros
a 3500rpm 9411x66cvx0.5 / 97.6x3500 = 0.90 eficiencia volumétrica de los cilindros
a 3000rpm 9411x55cvx0.5 / 97.6x3000 = 0.88 eficiencia volumétrica de los cilindros
a 2500rpm 9411x45cvx0.5 / 97.6x2500 = 0.86 eficiencia volumétrica de los cilindros
Salta a la vista que la eficiencia de llenado 'marca' la curva de potencia. Fijaros los que tenemos este motor: ¿a qué rpms notamos 'el tirón'? efectivamente a partir de 4500rpm pero tener en cuenta que a partir de 5500rpm la eficiencia decae.... os habéis fijado en la curva del par?
Si se consiguiera llenar siempre todo el volumen del cilindro la potencia sería otra, así como su curva. Tomemos un ejemplo para este motor 1.6 a 3500rpm
OEM : a 3500rpm 9411x66cvx0.5 / 97.6x3500 0.90 eficiencia volumétrica de los cilindros
Con efiencia de 0,96 (la máx conseguida) a 3500rpm 9411x???cvx0.5 / 97.6x3500= 0.96 el ?? = 70,4cv
Con efiencia de 1 (teórica, nunca real) a 3500rpm 9411x???cvx0.5 / 97.6x3500= 1 el ?? = 73,33cv
La potencia en un motor depende directamente de la cantidad de mezcla que se quema en el cilindro, por lo que para conseguir el mejor rendimiento tendremos que optimizar el llenado del cilindro para que se queme la mayor cantidad posible de mezcla.
Un motor atmosférico es un motor que se vale de la presión atmosférica para llenar el cilindro de gases frescos, la presión atmosférica es casi 1 bar (teórico), en estos motores nos vemos limitados a intentar que la presión del cilindro en el momento antes de la compresión sea lo mas cercana posible a la atmósferica ya que si es asi significará que hemos llenado el cilindro lo máximo posible y obtendremos el mejor rendimiento que ese motor puede alcanzar.
El rendimiento es mayor cuanto mas mezcla ingrese en el cilindro y debemos de procurar ingresar la maxima cantidad posible.
SobrealimentaciónLa mejor forma de hacer esto es sobrealimentando un motor,ya que vamos a ingresar mayor cantidad de mezcla de la que se podria incluso en su momento de maximo rendimiento.
Esto se consuigue creando una presión por encima de la atmosférica dentro del conducto de admisión,esto provocara que la presion en el cilindro antes del comienzo de la compresión sea superior a la presion atmosférica por lo que tendremos una mayor cantidad de mezcla en el cilindro y el rendimiento sera mayor.
Por ejemplo, si tenemos un motor de 2.000cc, de cuatro cilindros, cada cilindro tendra 500cc,este motor en su momento de maximo rendimiento obtendra como maximo 500cc de mezcla para quemar.
Pero si a este motor lo sobrealimentamos con una presion de 0.2bar(por encima de la atmosférica) y manteniendo la misma temperatura de admisión (otro gran factor a tener en cuenta) que en el caso del atmosférico,tendremos 600cc de mezcla en el cilindro, ya que la presión vale de factor multiplicador, en este caso 0,2.
Pero tenemos un problema, si tenemos un motor con una relación de compresión mas o menos ajustada a los valores maximos de compresión teniendo presión atmosférica antes de la compresión, si aumentamos esa presión inicial variará en la relación de compresión de un modo que nos podria perjudicar en cuanto a pasarnos del límite de picado.
Para eso tenemos las siguientes formulas:
poniendo como ejemplo el motor anterior de 2.000cm3 con una reacion de compresión de 10:1
vamos a calcular el volumen de la cámara de combustión:
Vc= V / (Rc - 1) = 500cc / 10 - 1= 55.56cm3
y ahora el volumen total del cilindro y la cámara de combustión:
Vt = Vc + V = 55.56+500 = 555.56cm3
ahora calculamos la presión de combustión del motor atmosférico:
Pc = P x Rcª
Pc= presión de compresión
P= presión en el colector de admisión
Rc= relación de compresión
ª= 1.5 (valor dado estandard)
Pc= 1 (presión atmosférica) x 10ª= 1 x 31.6 = 31.6bar
Esta formula extrapolada al Mx-5 1.600cm3 y 9,4:1 es igual a 28,81bar
Con estos datos pasamos a la versión sobrealimentada
vamos a calcular la nueva relación de compresión para que teniendo como P (presion en el colector de admision) 1,2bar (1 bar de presion atmosferica y 0.2 de sobrealimentacion) -la presion de compresión sea la misma que en el caso atmosferico-
RCs= raiz de 1.5 de (Pc / P)
(no se expresar la raiz de 1,5 aquí, pero Pc /P va dentro de raiz de 1.5) que es 1,224744
RCs= Relación de compresión corregida para sobrealimentación.
Pc= presión de compresión
P = presión en el colector de admisión
RCs = (raiz de 1.5 de) 31.6 / 1.2 = 8,85
La relacion de compresion máxima en este motor para evitar picado sera en este caso de 8,85:1
Esta formula extrapolada al Mx-5 1.600cm3, 9,4:1 y una supuesta compresión máxima admisible de 8,32:1
Por lo tanto, suponiendo que un motor tuviera la máxima compresión posible antes del picado a presión atmosférica, si tuviera sobrepresión de aire, se debería bajar la compresión del cilindro y ésta dependerá de la sobrepresión generada por la sobrealimentación.
Aunque todos sabemos que hay motores más apretados que otros y este factor afecta al margen disponible de sobrepresión.
Para muestra, un botón: fijaros en la compresión que viene a continuación!
El bloque de este Mazda 1.6 viene del famoso Mazda 323 Turbo 4X4 que estaba equipado con un motor de 4 cilindros y cilindrada de 1598 cc.
El motor tiene un relación de compresión de
7.90:1. En adición, esto es un motor turbo (con turbo), de tipo DOHC (doble árbol de levas a la cabeza).
El par máximo (torque) generado por el motor es 194 Nm en 5000 rpm, y la potencia máxima es 110 kW / 150 hp en 6000 rpm.
De lo cual, usando las últimas fórmulas, sabemos que la sobrepresión de aire es de 1,3 (turbo a 0,3bar) y por lo tanto, si al motor del NB 1.6 de 110cv, le pones un turbo de 0,3bar, pasas a 150cv
Ahora es cuando después de haber recopilado y expuestos estos datos, quiero que alguien que sepa minímamente de esto (en RSC los hay) me conteste a lo siguiente:
Lo primero que me vino a la cabeza después de leer esto es: eh!! que si en un atmosférico aumento la compresión de los cilindros (rebajando culata) gano potencia!
Entonces, para los 'turbados', sin tocar la compresión de los cilindros (culata) , que ratio de compresión llevan respecto a la original? Habrá aumentado bastante al aumentar la presión de admisión, no?
¿Se ha de compensar de alguna forma para evitar el picado?
¿Hay alguna forma de saber cual sería el punto máximo de compresión para un motor justo antes del picado y así no sobrepasar este valor?
¿Acaso las fómulas que 'encontré' no valen un duro?
Quien quiere empezar?
