Motores Diesel vs Motores Gasolina Opciones

[lmario]

Como creo que tenemos algunos errores de concepto voy a intentar explicarlos como mejor sepa.

AVISO: No soy ingeniero ni nada parecido, solo tengo algunos conocimientos de mecánica.

El ciclo de funcionamiento de los motores diesel y gasolina comparados son:

GASOLINA:
- Aspiración de la mezcla aire-gasolina (proporción en peso 17:1. Cantidad de aire regulada por el acelerador)
- Compresión de la mezcla 9-11:1 (entre 9 y once)
- Encendido por chispa (producida por la bujía) - Explosión
- Escape

DIESEL:
- Aspiración de aire puro
- Compresión del aire 17-22:1 (entre 17 y veintidós)
- Inyección de gasoil en cantidad regulada por el acelerador y autoinflamación por el calor de la compresión. Combustión a medida que entra.
- Escape

Como se puede observar solo el último de los cuatro tiempos, el escape, es idéntico.

Voy a suponer que todos conocemos suficientemente el motor de gasolina y a centrarme únicamente en el de gasoil.

El motor de gasoil funciona según el ciclo DIESEL y también es conocido como motor de combustión interna o autocombustión. En cambio el motor de gasolina funciona según el ciclo OTTO y es conocido como motor de explosión.

Un motor DIESEL aspira aire puro, cuanto más mejor (por eso les gustan tanto los turbos) porque no están sometidos a una relación estequiométrica (menuda palabrita), que no es más que la proporción FIJA de aire/combustible que necesita la gasolina para explotar. Un motor de gasolina con mayor proporción de gasolina en la mezcla (mezcla rica) no puede quemarla toda y, por consiguiente, no consigue mejor rendimiento y si calentarse más. Si invertimos los términos y ponemos menos gasolina (mezcla pobre) ésta se quemará más lentamente con lo que tendremos menos rendimiento y también un sobrecalentamiento del motor.

La relación de compresión en un motor OTTO viene limitada, principalmente, por el índice de octano de la gasolina (el octano es un hidrocarburo) que no es más que su capacidad para no explotar por sí misma. Cuando la gasolina detona, o sea explota por autocombustión sin necesidad de la chispa de la bujía, se produce un lo que conocemos como "picado de biela" que es el choque de dos frentes de llama, uno el de la autodetonación de la gasolina y otro el del resto de la gasolina inflamada por la chispa de la bujía.

Un motor DIESEL comprime el AIRE PURO mucho más, entre 15:1 los motores de camiones, 17:1 los motores más pequeños de inyección directa y 23:1 los motores de inyección indirecta. Este aire alcanza temperaturas superiores a 400º centígrados, suficientes para que el gasoil arda. Pero para conseguir que se queme completamente y rápidamente es necesario mezclarlo muy bien, por lo que se inyecta a altas presiones. Además, y esto es común con los motores de gasolina, cuanto más turbulencia tenga el aire mejor se mezclará.

Un motor de gasoil tiene un rendimiento térmico aproximado de un 40% frente a un 33% de un motor de gasolina, y aunque estos valores se mejoran con los últimos avances de la electrónica, la proporción entre ellos se mantiene. Este es el motivo por el que un motor DIESEL gasta menos combustible que uno OTTO a igualdad de potencia producida.

Y aquí llegamos al eje del problema, producir potencia. La potencia (CV) como tal es una función del PAR MOTOR (PM) y las Revoluciones Por Minuto (RPM) según la fórmula empírica CV = (PM x RPM) / 716. No tengo ni idea de por que 716.
Con esto tenemos que para conseguir un motor con más caballos o aumentamos el PM o aumentamos las RPM.

El problema de un motor de gasoil para aumentar las RPM está en varios puntos. Los principales son: al tener unas relaciones de compresión tan elevadas se necesitan materiales muy resistentes, y por lo tanto pesados, tanto en la culata como en, y ahí le duele, las piezas móviles como pistón, biela y cigüeñal. Al ser más pesadas ejercen una mayor inercia, resistencia a cambiar de movimiento, y necesitan rodamientos mayores, mejor engrase, mejor refrigeración, etc. Por otro lado el ciclo DIESEL se desarrolló para trabajar a PRESION CONSTANTE por lo que si cuando el pistón ha empezado su carrera descendente el gasoil no se ha quemado del todo el rendimiento (y por tanto los CV) decrece de forma brutal. Esto es lo podemos observar de una manera muy sencilla mirando un gráfico de la potencia de un motor, en cuanto se supera el régimen de potencia máxima la curva de potencia se desploma.

Según los desarrollos de Harry Ricardo (uno de los sistemas de precámara para los motores DIESEL de inyección indirecta lleva su nombre) el aumento de presión (ojo no compresión) en el interior de un cilindro en torno al Punto Muerto Superior (PMS) se verifica en tres fases: retardo del encendido, encendido en la primera fase de la combustión, que sucede en un tiempo muy breve y determina un rápido aumento de la presión (transformación casi a volumen constante), y combustión más lenta, al final de la cual se registra la máxima presión del ciclo. Según Ricardo el tiempo de las 2 primeras fases tiende a mantenerse constante independientemente del régimen del motor (RPM) y nosotros sólo podemos actuar sobre el tercero. Este tercer tiempo podemos acelerarlo mediante la inyección a mayor presión o mediante una mayor turbulencia del aire. No obstante aquí también tenemos limitaciones porque al aumentar las revoluciones nos encontraremos con que no hay tiempo para que todo el combustible se queme. El límite en la turbulencia (la velocidad del aire dentro del cilindro) puede estar al alcanzar velocidades supersónicas (aunque esto es solo una suposición mía por como se comporta el aire con respecto a otros fenómenos físicos), y la presión de inyección puede estar limitada por demasiados factores.

No obstante lo anterior recordar que el rendimiento efectivo de un motor no depende sólo de la Presión Máxima, sino de la Presión Media Efectiva y ahí nos encontramos con otros factores como la distribución, porque el cruce de válvulas está más limitado en un motor de gasoil si queremos mantener la PME.

El límite real para la aplicación de motores DIESEL en competición lo desconozco, creo que lo desconoce todo el mundo, en un motor de gasoil no puedes utilizar artimañas como la inyección de agua, tan de moda y necesaria en los F 1 Turbo. Pero como orientación el reglamento de las 500 millas de Indianápolis con respecto a motores era el siguiente en 1.968:
- Motores con compresor 2.800 cc.
- Motores con compresor pero sin árboles de levas en cabeza 3.333 cc.
- Motores sin compresor con árboles de levas en cabeza 4.200 cc.
- Motores sin compresor y sin árboles de levas en cabeza 5.000 cc.
- Motores de 2 Tiempos con compresor o sin compresor 2.800 cc.
- Motores DIESEL con compresor 3.333 cc.
- Motores DIESEL sin compresor 5.000 cc.

El primer coche con motor DIESEL corrió en Indianápolis en 1.931 con escasa fortuna.

Perdonar el rollo y espero que le sea útil a alguien.

Salu2


lmario

[machaquitocom]

UUYY!! Solo habia leido la primera pagina, gracias Colin, por casualidad ¿no sereis ingenieros? (uau!)

[lmario]

Aunque me estáis costando perder la familia y el trabajo intentaré contestar.

Los pistones ovalados eran ... pues eso ovalados, aproximadamente:

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Como ventajas estaban el poder poner, como hizo Honda en las motos de 500 cc., ocho válvulas, cuatro de admisión y cuatro de escape, sin demasiados problemas de espacio. Además al reducir la sección transversal de apoyo del pistón en el cilindro había menos rozamiento, que implica menores pérdidas energéticas. Y, probablemente, una mejor refrigeración al aumentar la superficie lateral. Seguramente habría, al menos en teoría, más pero yo no llego a tanto.

Como desventajas, y son casi todas de mi cosecha, el mayor tamaño del motor (y por lo tanto el aumento de peso), la peor distribución del calor en el interior del cilindro y una menor turbulencia, con las nefastas consecuencias que esto produce según se ha explicado en otras respuestas del topic.

Además la FIA los ha prohibido. Repito la dirección de la FIA www.fia.com. Claro que está en inglés.

Todos los equipos no pudieron adoptar el turbo por lo de siempre, las pelas.

Combustibles alternativos hay muchos, aceite de maiz, aceite de girasol, y aceite de casi todas las semillas. Su ventaja es que son menos contaminantes. Sus desventajas son el precio (interese económicos de multinacionales y gobiernos) y su poder calorífico menor que los derivados del petróleo. Como anécdota, el grupo VW experimentó con un motor que funcionaba con aceite de colza con bastantes buenos resultados y solo dos inconvenientes principales: por donde pasaba el coche parecía un chiringuito por el olor a "fritanga"; en invierno, pensar en los inviernos alemanes, el aceite de colza se convertía en ¡margarina!

Salu2

lmario

[machaquitocom]

No vamos a entrar en los intereses de las petroleras, aunque eso de un motor a base de Tulipan...

je.GRACIAS

[Colin]

machaquitocom no soy ingeniero, pero me gusta el tema


" Yo sé lo que hay escrito en el Reglamento, no lo que pensaba el que escribía... "

[ErPepe]

De verdad, para enmarcarlo. Voy a seguir la sugerencia de Gilles e imprimir el topic entero para poder estudiarlo tranquilamente. Y una sugerencia. Los topics como este deberían mantenerse siempre abiertos para que la gente que vaya entrando nueva al foro pueda aprender y aportar su granito de arena ¿no creeis?. Muchas gracias y perdonad la intromisión (Me da un poco de verguenza escribir este mensaje despues de todo lo que he leido)

[syd]

De donde coño habeis copiado todo eso q teneis enciclopedias de mecanica. Mandarme el archivo al mail por favor.

[Monteverdi]

gracias Imario. Ahora comprendo que la falta de potencia de mi Alfa en bajas revoluciones se debe al turbo-lag que has comentado. (lo cierto es que me tenia un poco preocupado, porque antes tenia un golf II generación 1.6 GTD que aceleraba con mas chispa, y al pasarme al 156 1.9 JTD me quedé un poco alucinado por la falta de respuesta, ya que la diferencia de CV es bastante marcada entre los dos coches.)

otra cosa: si este efecto se debe a otra causa diferente al turbo-lag, !!decirmelo!!

[lmario]

Syd, si lo quieres es el topic entero en tu mail no tienes más que pinchar en "Manda el topic a un amigo". Si lo quieres es el conocimiento completo ... pues a estudiar.

Monteverdi te voy a dar un disgusto. El turbo-lag en tu coche debe ser casi inapreciable por encima de 1.500 rpm. (Lo sé porque tengo un 406 HDI que usa la misma tecnología). La menor respuesta que aprecias en tu Alfa se debe a otras razones como el mayor desarrollo y el mayor peso del vehículo, amén de la obstrucción que supone el turbo en el colector de admisión hasta que "sopla".

Si necesitas más información vuelve a preguntar.

Salu2

lmario

[uri]

El problema de los motores con turbo es que la relación de compresión es menor que uno atmosférico, y por tanto, hasta que el turbo no empieza a dar presión suficiente, el motor se comporta peor que uno atmosférico. Reza porque no se te estropee nunca el turbo.

[robinson]

el invento innovador al que se refieren podría venir en la distribución, sustituir el arbol de levas por un sistema magnético???

[machaquitocom]

robinsom, que quieres decir?

[uri]

Bueno, esto que dice robinson, me suena un poco a especulación.
A mi me ha parecido oir, y creo que es cierto que los F1 utilizan como sistema de distribución un sistema pneumático, con aire a presión, y no un simple árbol de levas, puesto que para que un motor que gira a 18000 rpm pueda funcionar correctamente en cualquier régimen de giro necesita de un sistema de distribución variable.
Lo que ya no se es como funciona esta distribución, puesto que no he tenido el honor de poder ver un motor de F1 por dentro, ya me gustaria, jeje.

En fin, que como ya dije, aun necesitamos de la colaboración de Pedro o alguno de sus ingenieros para que nos aclaren estas dudas.

[lmario]

Para evitar el rebote de válvulas a altas revoluciones durante muchos años se ha utilizado el sistema de distribución desmodrómico (¿alguien recuerda la palabra DESMO como apellido de las DUCATI?). Este palabro describe un sistema en el cual las válvulas son no solo abiertas sino también cerradas por el propio árbol de levas.

Los motores de F-1 también utilizaban sistemas desmodrómicos hace años, pero con la evolución tecnológica abandonaron este sistema mecánico complejo y de dificil y lo sustituyeron por el cierre de válvulas neumático.

Pero ahora que lo dice robinson a lo mejor si se puede sustituir el árbol de levas por un mando electrónico, lo cual permitiría afinar mucho más la puesta a punto del motor, y tener toda la variación de fase que se quisiera sin problemas.

Es una gran idea.

Salu2

lmario

[robinson]

pensad en un mando electrónico similar al de un inyerctor de alta presión, podría comandarse la apertura y cierre de las válvulas obviando los actuales sistemas mecánicos (en esto motores muy sofisticados)tendría como ventajas mas importantes la capacidad de"programación" de las fases de apertura cierre en función de las exigencias que se precisen del motor, además eliminaría piezas móviles en el interior, inercias, etc

[Colin]

robinson, yo también he oido algo y la verdad es que los rendimientos..., la verdad es que hace bastante tiempo que no oía hablar de ello, pero creo que la "posibilidades reales" no solo se limita al árbol de levas...

[parmalat]

Robinson,
no sé a que te refieres con el mando electrónico similar al de un inyerctor de alta presión...te podrías extender un poco más, ya que no acabo de entender a lo que te refieres. Gracias.

[uri]

Supongo q se refiere a comandar las aperturas de las válvulas de manera electrónica y no de manera mecánica, como se hace ahora mediante el árbol de levas.

Antiguamente, los inyectores diesel eran mecánicos y eran accionados por un árbol de levas similar al de los motores de gasolina. Con la aparición de la electrónica, actualmente los inyectores has pasado a ser electrónicos, con lo que se puede decidir en cualquier momento y en función de los parámetros que tu quieras cuando inyectas el combustible, que cantidad, etc.

esto mismo seria aplicable a los motores de gasolina si se sustituyera el árbol de levas por otro sistema que permitiese accionar las válvulas de manera electrónica de manera q estas se abriesen o cerrasen más o menos en función de los parámetros q se considerasen oportunos. En realidad, este sistema ya "existe" y es el de la distribución variable, que cada marca le pone un nombre (Honda es VTEC, y Toyota es VVT-i, hay más pero no se el nombre). La diferencia de éstos es que sigue existiendo el árbol de levas, y éste modifica la apertura de alguna o todas las válvulas. Y como sigue existiendo el árbol de levas, la regulación no es continua, si no digamoslo discreta, o sea, q solo hay dos posiciones de regulación, y no las teóricamente infinitas que habría si se utilizase una distribución electrónica.

[lmaceves]

Renault anuncia algo novedoso, y yo me pregunto ¿sera la distribucion?

Tanto los motores diesel como los gasolina trabajan con un ciclo alternativo que es una completa aberracion , montones de piezas que suben, bajan, gopean y giran. !Vaya inercias¡
Mucho mas natural es el wankel, solo hay giro, pero esos segmentos, que se deslizan pegandose a las paredes a duras penas, son su perdicion.

Yo creo que el progreso inmediato va a tirar hacia la sustitucion de las valvulas convencionales por algo mas razonable.
Ya ha habido muchos intentos, algunos con cierto exito. J. Martin Clerch, un ingeniero creo que de Barcelona ya hizo hace unos años un motor con valvulas giratorias movidas por engranaje, y funcionaba bien aunque estaba poco evolucionado pero es un campo a explorar.

Yo alucino solo de pensar que basicamente no ha habido ninguna revolucion en los motores de automovil en la epoca de las revoluciones tecnologicas y seguimos usando motores que no son mas que evolucion de los de principio de siglo.

Hablando de revoluciones ¿alguien ha oido hablar del motor orbital que esta desarrollando la empresa de igual nombre en Australia con patrocinio de Ford; Pues oiremos y mucho; Es basicamente un dos tiempos inyeccion pero no conozco todavia los detalles, solo se que tiene muy pocas piezas, ninguna en movimiento alternativo y un aprovechamiento energetico impresionante.

Saludos

[uri]

Algo puedo explicarte del motor Orbital. No es que sea mucho, pero algo es algo.

El motor Orbital es un motor de 2T normal al que se le han introducido algunas mejoras, con el fin de reducir las emisiones contaminantes sin reducir la potencia.

La primera innovación es el sistema de inyección del combustible.
Este es un sistema de inyección directa neumático, o sea que junto con el combustible se inyecta aire a alta presión, lo que favorece la atomización del combustible y la homogeneización de la mezcla. Este sistema de inyección permite, al igual que en los motores diesel y en los motores de gasolina de inyección directa ( en el famoso topic de Colin está explicado ) el que la mezcla sea pobre trabajando a niveles de carga moderada. De esta manera se reduce el consumo y la emisión de contaminantes.
Para la lubricación, se utiliza un inyector de aceite antes de las láminas, para regular la cantidad de aceite que consume el motor en función del régimen de giro, y la carga del motor.
Para la regulación del motor se utiliza la tradicional mariposa, pero a bajos regímenes esta se cierra totalmente actuando entonces un regulador de aire electrónico, para mantener el motor en funcionamiento reduciendo las emisiones.
Y también se puede utilizar un compresor externo (leáse turbo o similar) para aumentat las prestaciones.

Eso es todo, que no es mucho.

Por cierto, eso de que no tiene ninguna pieza en movimiento alternativo...y el piston?


Edited by - uri on 7/6/2000 2:09:18 AM

[Zulu]

Yo lo que he leido por ahi es que ya la tecnologia permite el poder construir valvulas electrnicas. Si, como si fuesen electroimanes. Pensad el las presiones y condiciones de trabajo de estas y lo dificil que debe de ser construir estas elecrovalvulas. Si, pero pensad en que gestionadas por una electronica, estas podrian funcionar con unas "curvas de motor" que dependan de las exigencias del motor en ese momento. Un intento son los motores que tiene varios arboles de levas para cambiar el funcionamiento de las valvulas segun el regimen del motor. (y la caña de este) Un ejemplo es el motor Vtec del Honda Civic. Perdonar si he dicho alguna "parida" pues esto me gusta pero entender.... poquito. SALUDOS