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Presión media efectiva en los motores de dos tiempos

Por Despegamos

Una vez leído el documento de la entrada anterior Presión Media Efectiva, estamos en condiciones de utilizar la información que allí se expone. La presión media efectiva (pme, bmep en textos anglosajones) de un motor puede calcularse utilizando la ecuación (I) del documento. Lo ideal sería calcularla para la potencia máxima y el par máximo, sin embargo, muchos fabricantes sólo dan la potencia máxima, por lo que la he calculado solo para este punto.

Decíamos en el mencionado documento que ésta es relativamente constante para motores de tecnología y diseño similares, por lo que la pme de un determinado motor puede ser comparada con esta norma y, desde ahí, evaluar el éxito del diseñador en la utilizacion de la cilindrada. En el siguiente gráfico se muestran las pme de la mayor parte de los motores de aviones ligeros y ultraligeros (262 motores), distinguiendo los de 4 tiempos de los de 2 tiempos.

pme1

Según lo dicho en el punto anterior, utilizan mejor la cilindrada (mayor rendimiento) los situados  en las posiciones más altas del gráfico. Obsérvese que la mayor parte de los motores de 2 tiempos están en posiciones inferiores (promedio de 702 KPa, frente 1091 KPa de los motores de 4 tiempos). Esto se explica por el menor rendimiento debido al mal relleno del cilindro, a la pérdida de gases frescos por el escape, a la pérdida de trabajo por bombeo y al incompleto aprovechamiento de la expansión. En este gráfico se ve claramente la inferioridad de condiciones de los motores de 2 tiempos, frente a los de cuatro.  En lo que sigue, hablaremos sólo de los motores de 2 tiempos, dejando a los de 4 tiempos para otra ocasión.

Volvamos al documento de la entrada anterior y fijémonos en la ecuación (II). Ésta se deriva de la (I), mediante la pequeña deducción allí indicada. Tiene la ventaja , sobre la primera, en que la pme viene en función de sólo dos variables, la cilindrada, V y el momento o par, M. Esto es ventajoso para nosotros, pues nos permite dibujar la pme en función de M, utilizando la cilindrada como parámetro, con lo que podemos representar en un gráfico de dos ejes (pme y M), sus rectas representativas, que constituyen un haz de rectas concurrentes en el eje de coordenadas . El conjunto de éstas forman el mapa o lugar donde pueden situarse estos motores. En el nomograma adjunto se muestra este mapa.

pme_2

Sobre el mismo dibujamos toda la información que poseemos, es decir, el punto que representa a cada motor (calculado con (I) y la recta media de las pme (obtenida promediando todos los valores de pme obtenidos, valor promedio 702 KPa, 7,0 bares). Además, por la ecuación (III), sabemos que altos rendimientos proporcionan altas pme, por lo que podemos asegurar que los motores situados en posición más elevada en el mapa trabajan con mejores rendimientos.

pme_3

La utilidad de este gráfico está en que nos muestra que los mejores motores, en cuanto a la pme (mejor aprovechamiento de la cilindrada), están por encima de la recta promedio, lo cual es una razón de peso a la hora de seleccionar un motor para nuestro avión. Cabría preguntarse qué características geométricas nos dan los mejores rendimientos y, por tanto, la mejor pme. Puedo decir que los mejores rendimientos se pueden conseguir con relaciones D/C en torno al 1,2. Los motores de este gráfico con pme inferiores tienen relaciones D/C del orden de 1,5 y 1,6, lo cual proporciona ya una guía para seleccionar un motor.

También se ve su utilidad en que nos da una pintura de la situación del mercado en cuanto a aprovechamiento de la cilindrada y, por tanto, de economía en el consumo y emisión de contaminantes. Por otro lado, detrás de cada punto hay un fabricante por lo que podríamos saber donde está cada uno. Como cosa curiosa para los tiempos que corren tengo que decir que el mejor fabricante, según este criterio, es de un país mediterráneo, mientras que los producidos por sus hermanos del Norte, tan listos y trabajadores ellos, están en posiciones más bajas.

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